Nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Siz çäkli CSS goldawy bolan brauzer wersiýasyny ulanýarsyňyz. Iň gowy tejribe üçin täzelenen brauzer ulanmagyňyzy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gatnaşyklyk Režimini öçüriň). Mundan başga-da, yzygiderli goldawy üpjün etmek üçin saýty stillersiz we JavaScript-siz görkezýäris.
Ýakynda, emeli suw nanostrukturalaryny (EWNS) ulanýan nanotexnologiýa esasynda himiki maddalardan azat antimikrob platformasy işlenip düzüldi. EWNS-leriň ýüzleý zarýady ýokary we iýmit arkaly ýaýraýan kesel döredijiler bilen birlikde birnäçe mikroorganizmler bilen özara täsirleşip we olary işjeňsizleşdirip bilýän reaktiv kislorod görnüşlerine (ROS) baýdyr. Bu ýerde olaryň sintez wagtyndaky häsiýetleriniň antibakterial mümkinçiliklerini has-da ýokarlandyrmak üçin inçe sazlanyp we optimizirlenip bilinjekdigi görkezilýär. EWNS laboratoriýa platformasy sintez parametrlerini üýtgetmek arkaly EWNS-iň häsiýetlerini inçe sazlamak üçin döredildi. EWNS häsiýetleriniň (zarýady, ölçegi we ROS mazmuny) häsiýetlendirilmegi häzirki zaman analitik usullary arkaly ýerine ýetirildi. Mundan başga-da, Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortium we Saccharomyces cerevisiae ýaly iýmit mikroorganizmleri organiki üzüm pomidorlarynyň ýüzüne mikrobial inaktiwleşdirme mümkinçiliklerini bahalandyrmak üçin ekildi. Bu ýerde görkezilen netijeler EWNS-iň häsiýetleriniň sintez wagtynda inçe sazlanyp bilinjekdigini, netijede inaktiwleşdirme netijeliliginiň eksponensial ýokarlanýandygyny görkezýär. Hususan-da, ýüzleý zarýad dört esse artdy we ROS mukdary artdy. Mikroblaryň aýrylma tizligi mikroblara baglydy we 40,000 #/sm3 EWNS aerozol dozasyna 45 minut täsir edenden soň 1,0-dan 3,8 log-a çenli üýtgedi.
Mikrob hapalanmasy patogenleriň ýa-da olaryň toksinleriniň iýilmeginden ýüze çykýan iýmit arkaly geçýän keselleriň esasy sebäbidir. Diňe ABŞ-da her ýyl iýmit arkaly geçýän keseller takmynan 76 million keseliň, 325,000 hassahana ýerleşdirilişiň we 5000 ölümiň sebäbidir1. Mundan başga-da, ABŞ-nyň Oba hojalyk ministrligi (USDA) täze önümleriň sarp edilişiniň artmagynyň ABŞ-da habar berlen ähli iýmit arkaly geçýän keselleriň 48 göterimine sebäp bolýandygyny çaklaýar2. ABŞ-da iýmit arkaly geçýän patogenlerden ýüze çykýan keselleriň we ölümleriň çykdajylary örän ýokary, Keselleriň öňüni almak we gözegçilik etmek merkezleri (CDC) tarapyndan ýylda 15,6 milliard ABŞ dollaryndan gowrak diýlip çaklanylýar3.
Häzirki wagtda azyk howpsuzlygyny üpjün etmek üçin himiki4, radiasiýa5 we termal6 antimikrob çäreleri, esasan, täze önümleriň özara hapalanmaga sezewar bolmagy üçin yzygiderli amala aşyrylman, önümçilik zynjyrynda (adatça hasyl ýygnalandan soň we/ýa-da gaplama wagtynda) çäkli gözegçilik nokatlarynda (KKN) ulanylýar. Azyk arkaly geçýän keselleri we azyk zaýalanmagyny has gowy gözegçilikde saklamak üçin mikroblara garşy çäreler zerurdyr we fermadan stola çenli dowamlylykda ulanmak mümkinçiligine eýedir. Täsiri we çykdajylary az.
Ýakynda emeli suw nanostrukturalaryny (EWNS) ulanyp, ýüzlerdäki we howadaky bakteriýalary işjeňsizleşdirmek üçin nanotehnologiýa esasynda himiki maddalardan azat antimikrob platforma işlenip düzüldi. EWNS-iň sintezi üçin iki parallel proses ulanyldy: elektrospreý we suw ionlaşdyrmasy (1a-njy surat). EWNS-iň ozal özboluşly fiziki we biologik häsiýetlere eýedigi görkezildi8,9,10. EWNS-iň her gurluşda ortaça 10 elektron we ortaça nanometr ölçegi 25 nm (1b,c-njy surat)8,9,10. Mundan başga-da, elektron spin rezonansy (ESR) EWNS-iň köp mukdarda reaktiv kislorod görnüşlerini (ROS), esasan gidroksil (OH•) we superoksid (O2-) radikallaryny öz içine alýandygyny görkezdi (1c-nji surat)8. EWNS howada uzak wagtlap galdy we howada asylgy duran we ýüzlerde bar bolan mikroblar bilen çaknyşyp, olaryň ROS ýüküni berip we mikroblaryň işjeňsizleşdirilmegine sebäp bolup bildi (1d-nji surat). Bu öňki barlaglar EWNS-iň ýüzlerde we howada mikobakteriýalar ýaly jemgyýetçilik saglygy üçin möhüm bolan dürli gram-negatiw we gram-pozitiw bakteriýalar bilen özara täsirleşip we olary işjeňsizleşdirip bilýändigini hem görkezdi8,9. Geçiriji elektron mikroskopiýasy işjeňsizleşdirmegiň öýjük membranasynyň bozulmagy sebäpli ýüze çykandygyny görkezdi. Mundan başga-da, ýiti dem alyş barlaglary EWNS-iň ýokary dozasynyň öýkene zyýan ýetirmeýändigini ýa-da iltihaplanma döretmeýändigini görkezdi8.
(a) Elektrospreý suwuklyk saklaýan kapillýar bilen garşy elektrodyň arasynda ýokary woltly tok ulanylanda ýüze çykýar. (b) Ýokary woltly tok ulanylmagy iki dürli hadysanyň ýüze çykmagyna getirýär: (i) suwuň elektrospreýlenmegi we (ii) EWNS-de gabalan reaktiw kislorod görnüşleriniň (ionlarynyň) döremegi. (c) EWNS-iň özboluşly gurluşy. (d) EWNS nanoskal tebigaty sebäpli örän hereketlidir we howa arkaly ýaýraýan kesel döredijiler bilen özara täsirleşip bilýär.
EWNS antimikrob platformasynyň täze iýmitleriň ýüzündäki iýmit arkaly geçýän mikroorganizmleri işjeňsizleşdirmek ukyby ýakynda görkezildi. Şeýle hem, EWNS ýüz zarýadynyň maksatly eltip bermek üçin elektrik meýdany bilen bilelikde ulanylyp bilinjekdigi görkezildi. Has möhümi, takmynan 50,000#/sm311 konsentrasiýasynda EWNS-e sezewar bolandan soň 90 minut içinde E. coli we Listeria ýaly dürli iýmit mikroorganizmlerine garşy organiki pomidor işjeňliginiň takmynan 1,4 log azalmagynyň umyt beriji başlangyç netijesi syn edildi. Mundan başga-da, deslapky organoleptik bahalandyrma synaglary gözegçilik pomidory bilen deňeşdirilende organoleptik täsir görkezmedi. Bu başlangyç işjeňsizleşdirme netijeleri, hatda 50,000#/sm3 EWNS-iň örän pes dozalarynda hem iýmit howpsuzlygyny wada berse-de, ýokary işjeňsizleşdirme mümkinçiliginiň infeksiýa we zaýalanma töwekgelçiligini has-da azaltmak üçin has peýdaly boljakdygy aýdyňdyr.
Bu ýerde biz öz ylmy işlerimizi sintez parametrlerini sazlamak we EWNS-iň fizikohimiki häsiýetlerini optimizirlemek üçin olaryň antibakterial mümkinçiliklerini ýokarlandyrmak üçin EWNS öndürmek platformasynyň işlenip düzülmegine gönükdireris. Hususan-da, optimizasiýa olaryň ýüzleý zarýadyny (maksatly eltmegi gowulandyrmak üçin) we ROS mukdaryny (inaktiwleşdirmegiň netijeliligini ýokarlandyrmak üçin) artdyrmaga gönükdirildi. Häzirki zaman analitik usullary ulanyp we E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae we M. parafortuitum ýaly umumy iýmit mikroorganizmlerini ulanyp, optimizirlenen fiziko-himiki häsiýetleriň (ölçegi, zarýady we ROS mukdary) häsiýetlendirilmegi.
EVNS ýokary arassa suwuň (18 MΩ sm–1) bir wagtyň özünde elektropreýleme we ionlaşdyrma arkaly sintez edildi. Elektrik atomizatory 12 adatça suwuklyklary we sintetiki polimer we keramiki bölejikleri 13 we gözegçilik edilýän ululykdaky süýümleri 14 atomlaşdyrmak üçin ulanylýar.
Öňki neşirleriň 8, 9, 10, 11-de jikme-jik beýan edilişi ýaly, adaty synagda metal kapillýar bilen topraklanan garşy elektrodyň arasynda ýokary naprýaženiýe ulanylýar. Bu prosesde iki dürli hadysa ýüze çykýar: 1) elektrospreý we 2) suwuň ionlaşmasy. Iki elektrodyň arasyndaky güýçli elektrik meýdany kondensirlenen suwuň ýüzünde negatiw zarýadlaryň toplanmagyna sebäp bolýar we netijede Teýlor konuslarynyň emele gelmegine getirýär. Netijede, Reýli teoriýasyna görä, ýokary zarýadly suw damjalary emele gelýär16, olar kiçi bölejiklere bölünmegini dowam etdirýär. Şol bir wagtyň özünde, güýçli elektrik meýdany suw molekulalarynyň käbiriniň bölünmegine we elektronlary aýyrmagyna sebäp bolýar (ionlaşma), şeýlelik bilen köp mukdarda reaktiv kislorod görnüşlerini (ROS) döredýär17. Şol bir wagtyň özünde döredilen ROS18 paketleri EWNS-de kapsulalaşdyryldy (1c-nji surat).
2a-njy suratda bu gözlegde EWNS sintezinde işlenip düzülen we ulanylan EWNS öndüriş ulgamy görkezilýär. Ýapyk çüýşede saklanýan arassalanan suw Teflon turbasy (içki diametri 2 mm) arkaly 30G poslamaýan polat iňňä (metal kapillýar) berildi. 2b-nji suratda görkezilişi ýaly, suwuň akymy çüýşäniň içindäki howa basyşy bilen dolandyrylýar. Iňňe garşy elektroddan belli bir aralykda el bilen sazlanyp bilinýän Teflon konsola berkidilýär. Garşy elektrod ortasynda nusga almak üçin deşigi bolan jylaňly alýumin diskdir. Garşy elektrodyň aşagynda nusga almak üçin port arkaly tejribe gurluşynyň galan bölegine birikdirilen alýumin nusga almak üçin huni bar (2b-nji surat). Bölejik nusga almagy ýaramazlaşdyryp biljek zarýad toplanmagynyň öňüni almak üçin ähli nusga alyjy komponentler elektrik taýdan topraklanypdyr.
(a) Inženerçilik Suw Nanostrukturasyny Öndürmek Ulgamy (EWNS). (b) Iň möhüm parametrleri görkezýän nusga alyjy we elektropreý enjamynyň kese-kesigi. (c) Bakteriýalary inaktiwleşdirmek üçin tejribe gurluşy.
Ýokarda beýan edilen EWNS öndüriş ulgamy EWNS häsiýetlerini inçe sazlamak üçin esasy iş parametrlerini üýtgedip bilýär. EWNS häsiýetlerini inçe sazlamak üçin ulanylýan naprýaženiýeni (V), iňňe bilen garşy elektrodyň arasyndaky aralygy (L) we kapillýar arkaly suwuň akymyny (φ) sazlaň. [V (kV), L (sm)] simwollary dürli kombinasiýalary görkezmek üçin ulanylýar. Belli bir toplumyň [V, L] durnukly Teýlor konusyny almak üçin suwuň akymyny sazlaň. Bu gözlegiň maksatlary üçin garşy elektrodyň (D) diafragmasy 0,5 dýuým (1,29 sm) hökmünde kesgitlendi.
Çäklendirilen geometriýa we assimetriýa sebäpli elektrik meýdanynyň güýjüni ilkinji prinsiplerden hasaplap bolmaýar. Onuň ýerine, elektrik meýdanyny hasaplamak üçin QuickField™ programma üpjünçiligi (Svendborg, Daniýa)19 ulanyldy. Elektrik meýdany birmeňzeş däl, şonuň üçin dürli konfigurasiýalar üçin kapillýaryň ujundaky elektrik meýdanynyň gymmaty salgylanma gymmaty hökmünde ulanyldy.
Barlagyň dowamynda, iňňe bilen garşy elektrodyň arasyndaky naprýaženiýe we aralygyň birnäçe kombinasiýalary Teýlor konusynyň emele gelmegi, Teýlor konusynyň durnuklylygy, EWNS önümçilik durnuklylygy we gaýtalanmagy babatda bahalandyryldy. Dürli kombinasiýalar goşmaça S1 tablisasynda görkezilen.
EWNS öndüriş ulgamynyň çykyşy bölejikleriň sanynyň konsentrasiýasyny ölçemek üçin gönüden-göni Skanirleýji Mobillik Bölejikleriniň Ölçegçisine (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) birikdirildi we öňki neşirimizde beýan edilişi ýaly, aerozol akymlaryny ölçemek üçin Faraday aerozol elektrometri (TSI, model 3068B, Shoreview, ABŞ). MN) bilen ulanyldy. SMPS we aerozol elektrometri 0,5 L/min akym tizliginde nusga alyndy (umumy nusga akymy 1 L/min). Bölejikleriň konsentrasiýalary we aerozol akymlary 120 sekuntlap ​​ölçeldi. Ölçegi 30 gezek gaýtalaň. Umumy aerozol zarýady tok ölçeglerinden hasaplanýar we ortaça EWNS zarýady nusga alnan EWNS bölejikleriniň umumy sanyndan hasaplanýar. EWNS-iň ortaça bahasy (1) deňleme arkaly hasaplanyp bilner:
bu ýerde IEl ölçenen tok, NSMPS SMPS bilen ölçenen san konsentrasiýasy we φEl bolsa elektrometre akym tizligidir.
Ýerüsti çyglylyk (NH) ýerüsti zarýada täsir edýändigi sebäpli, tejribe dowamynda temperatura we (NH) degişlilikde 21°C we 45% derejesinde sabit saklandy.
EWNS-iň ölçeglerini we ömrüni ölçemek üçin atom güýji mikroskopiýasy (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) we AC260T zondy (Olympus, Tokio, Ýaponiýa) ulanyldy. AFM skanirleme tizligi 1 Gz we skanirleme meýdany 256 skanirleme çyzygy bilen 5 µm × 5 µm. Ähli suratlar Asylum programma üpjünçiligi (100 nm diapazonly we 100 pm bosagaly maska) arkaly birinji derejeli surat deňleşdirilmegine sezewar edildi.
Synag woronkasyny aýryň we slýudanyň ýüzüni garşy elektroddan 2,0 sm uzaklykda ortaça 120 sekuntlap ​​goýuň, bu bolsa bölejikleriň birleşmeginiň we slýudanyň ýüzünde nädogry damjalaryň emele gelmeginiň öňüni alýar. EWNS täze kesilen slýudanyň ýüzüne gönüden-göni ulanyldy (Ted Pella, Redding, CA). Püskürtmeden derrew soň, slýudanyň ýüzü AFM arkaly görkezildi. Täze kesilen üýtgedilmedik slýudanyň ýüzüniň degişme burçy 0°-e golaý, şonuň üçin EWNS slýudanyň ýüzünde gümmez görnüşinde ýaýraýar20. Diffuziýa damjalarynyň diametri (a) we beýikligi (h) gönüden-göni AFM topografiýasyndan ölçeldi we öň tassyklanan usulymyzy ulanyp gümmezli diffuziýa göwrümini EWNS hasaplamak üçin ulanyldy8. Bortdaky EVNS-iň şol bir göwrümiň bardygyny göz öňünde tutup, deň diametr (2) deňlemeden hasaplanyp bilner:
Öň işlenip düzülen usulymyza laýyklykda, EWNS-de gysga ömürli radikal aralyklaryň bardygyny anyklamak üçin elektron spin rezonansy (ESR) spin duzagy ulanyldy. Aerozollar 235 mM DEPMPO (5-(dietoksifosforil)-5-metil-1-pirrolin-N-oksid) (Oxis International Inc., Portland, Oregon) saklaýan erginden geçirildi. Ähli EPR ölçegleri Bruker EMX spektrometri (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) we tekiz öýjükli massiwler arkaly geçirildi. Maglumatlary ýygnamak we seljermek üçin Acquisit programma üpjünçiligi (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) ulanyldy. ROS häsiýetlendirmesi diňe iş şertleriniň toplumy üçin geçirildi [-6,5 kV, 4,0 sm]. EWNS konsentrasiýalary EWNS-iň zarba urujyda ýitgisini hasaba alanyňdan soň SMPS arkaly ölçeldi.
Ozon derejeleri 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Kolorado)8,9,10 ulanylyp gözegçilik edildi.
EWNS-iň ähli häsiýetleri üçin ölçeg gymmaty ölçegleriň ortaça bahasy, ölçeg ýalňyşlygy bolsa standart çykgytdyr. Optimallaşdyrylan EWNS atributynyň gymmatyny esasy EWNS-iň degişli gymmaty bilen deňeşdirmek üçin t-test geçirildi.
2c suratda öň işlenip düzülen we häsiýetlendirilen Elektrostatik Ýagyş Geçiş Ulgamy (EPES) görkezilýär, ol EWNS11-i ýüzlere gönükdirmek üçin ulanylyp bilner. EPES, nyşana göni "görkezmek" üçin güýçli elektrik meýdany bilen bilelikde EWNS zarýadyny ulanýar. EPES ulgamynyň jikme-jiklikleri Pyrgiotakis we beýlekiler tarapyndan ýakynda çap edilen neşirde görkezilýär.11. Şeýlelik bilen, EPES, ortasynda 15,24 sm aralykda iki parallel poslamaýan polatdan (304 poslamaýan polat, aýna bilen jylaňlanan) metal plitalary bolan konus şekilli uçlary bolan 3D çap edilen PVC kameradan ybarat. Taxtalar daşarky ýokary woltly çeşmä (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) birikdirildi, aşaky tagta hemişe oňyn we ýokarky tagta hemişe topraklandy (ýüzýän). Kameranyň diwarlary alýumin folga bilen örtülen, ol bölejikleriň ýitmeginiň öňüni almak üçin elektrik taýdan topraklandy. Kamerada synag ýüzlerini plastik tekjelere goýmaga mümkinçilik berýän möhürlenen öň ýükleme gapysy bar, bu bolsa ýokary woltly päsgelçilikleriň öňüni almak üçin olary aşaky metal plastinkadan aýyrýar.
EPES-de EWNS-iň çökdürme netijeliligi S111 goşmaça suratda jikme-jik beýan edilen öň işlenip düzülen protokola laýyklykda hasaplandy.
Dolandyryş kamerasy hökmünde, silindrik kameradan geçýän ikinji akym EWNS-i aýyrmak üçin aralyk HEPA süzgüjini ulanyp, EPES ulgamy bilen yzygiderli birikdirilýär. 2c suratda görkezilişi ýaly, EWNS aerozoly yzygiderli birikdirilen iki kamera arkaly pompalandy. Dolandyryş otagy bilen EPES-iň arasyndaky süzgüç galan EWNS-i aýyrýar, netijede temperatura (T), otnositel çyglylyk (RH) we ozon derejesi deň bolýar.
Iýmit arkaly geçýän möhüm mikroorganizmleriň täze önümleri, mysal üçin, fekal görkeziji bolan Escherichia coli (ATCC #27325), iýmit arkaly geçýän kesel dörediji Salmonella enterica (ATCC #53647), patogen Listeria monocytogenes-e alternatiwa bolan Listeria innocua (ATCC #33090) ýaly önümleri hapalaýandygy anyklandy. Zaýalanan drožžalaryň alternatiwasy hökmünde Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) we has çydamly diri bakteriýa hökmünde Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ATCC-den (Manassas, Wirjiniýa) satyn alyndy.
Ýerli bazaryňyzdan organiki üzüm pomidorlarynyň gutularyny tötänleýin satyn alyň we ulanylýança (3 güne çenli) 4°C temperaturada sowadyjyda saklaň. Bir ölçegli, diametri takmynan 1/2 dýuým bolan pomidorlary synagdan geçirmek üçin saýlaň.
Inkubasiýa, sanjym, täsir we koloniýalary sanamak üçin protokollar öňki neşirlerimizde jikme-jik beýan edildi we Goşmaça maglumatlar 11-de jikme-jik düşündirildi. EWNS-iň netijeliligi sanjym edilen pomidorlary 40,000 #/sm3-e 45 minutlap täsirlendirmek arkaly bahalandyryldy. Gysgaça aýdylanda, t = 0 minutda, diri galan mikroorganizmleri bahalandyrmak üçin üç pomidor ulanyldy. Üç pomidor EPES-e ýerleşdirilip, EWNS-e 40,000 #/sm3 täsirlendirildi (EWNS-e täsir edilen pomidorlar) we başga üç pomidor gözegçilik kamerasyna ýerleşdirildi (gözegçilik pomidorlary). Pomidor toparlarynyň hiç biri goşmaça işlemelere sezewar edilmedi. EWNS-iň täsirini bahalandyrmak üçin EWNS-e täsir edilen pomidorlar we gözegçilik toparlary 45 minutdan soň aýryldy.
Her bir tejribe üç nusgada geçirildi. Maglumatlaryň seljermesi Goşmaça maglumatlarda beýan edilen protokola laýyklykda geçirildi.
E. coli, Enterobacter we L. innocua bakteriýalarynyň EWNS-e sezewar edilen (45 minut, EWNS aerozol konsentrasiýasy 40,000 #/sm3) we täsir edilmedik nusgalary inaktiwleşdirme mehanizmlerini bahalandyrmak üçin granulalara bölündi. Çökündi otagyň temperaturasynda 0,1 M natriý kakodilat ergininde (pH 7,4) 2 sagatlap 2,5% glutaraldegid, 1,25% paraformaldegid we 0,03% pikrin kislotasynyň fiksatory bilen fiksasiýa edildi. Ýuwulandan soň, olar 2 sagatlap 1% osmiý tetroksidi (OsO4) / 1,5% kaliý ferrosianid (KFeCN6) bilen fiksasiýa edildi, 3 gezek suw bilen ýuwuldy we 1% uranil asetatda 1 sagatlap inkubasiýa edildi, soňra iki gezek suw bilen ýuwuldy. Soňra 50%, 70%, 90%, 100% spirtiň her biri 10 minutlap suwsuzlandyryldy. Soňra nusgalar 1 sagatlap propilen oksidine ýerleşdirildi we 1:1 propilen oksidi we TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) garyndysy bilen siňdirildi. Nusgalar TAAB Epon-a ýerleşdirildi we 60°C-da 48 sagatlap polimerleşdirildi. Sagdyn granulaly smola kesildi we TEM arkaly AMT 2k CCD kamerasy (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, ABŞ) bilen enjamlaşdyrylan adaty geçiriji elektron mikroskopy bolan JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Ýaponiýa) arkaly görkezildi.
Ähli tejribeler üç gezek geçirildi. Her bir wagt nokady üçin bakteriýalaryň ýuwulmagy üç gezek girizildi, netijede her nokatda jemi dokuz maglumat nokady emele geldi, olaryň ortaça bahasy şol organizm üçin bakteriýalaryň konsentrasiýasy hökmünde ulanyldy. Ölçeg ýalňyşlygy hökmünde standart çetleşme ulanyldy. Ähli nokatlar hasaplanýar.
Bakteriýalaryň konsentrasiýasynyň t = 0 min bilen deňeşdirilende azalmagynyň logarifmi aşakdaky formula arkaly hasaplandy:
bu ýerde C0 0 wagtynda (ýagny ýüzi guradylandan soň, ýöne kamera ýerleşdirilmezden öň) gözegçilik nusgasyndaky bakteriýalaryň konsentrasiýasy we Cn bolsa n minut täsir edilenden soň ýüzdäki bakteriýalaryň konsentrasiýasydyr.
45 minutlyk täsir döwründe bakteriýalaryň tebigy dargamagyny hasaba almak üçin, Log-Reduction hem 45 minutlyk gözegçilik topary bilen deňeşdirilende aşakdaky ýaly hasaplandy:
Bu ýerde Cn gözegçilik nusgasyndaky bakteriýalaryň konsentrasiýasydyr, Cn-Gözegçilik bolsa n wagtynda gözegçilik bakteriýalarynyň konsentrasiýasydyr. Maglumatlar gözegçilik bilen deňeşdirilende log kiçeldiş hökmünde görkezilýär (EWNS täsiri ýok).
Barlagyň dowamynda iňňe bilen garşy elektrodyň arasyndaky naprýaženiýe we aralygyň birnäçe kombinasiýalary Teýlor konusynyň emele gelmegi, Teýlor konusynyň durnuklylygy, EWNS önümçiliginiň durnuklylygy we gaýtalanmagy babatda bahalandyryldy. Dürli kombinasiýalar S1 goşmaça tablisasynda görkezilen. Durnukly we gaýtalanmagy mümkin häsiýetleri görkezýän doly barlag üçin iki ýagdaý saýlanyldy (Teýlor konusy, EWNS önümçiligi we wagtyň geçmegi bilen durnuklylygy). 3-nji suratda iki ýagdaý üçin ROS-yň zarýady, ölçegi we mazmuny boýunça netijeler görkezilýär. Netijeler 1-nji tablisada hem jemlenen. Salgylanma üçin, 3-nji suratda we 1-nji tablisada öň sintezlenen optimizirlenmedik EWNS8, 9, 10, 11-iň (esasy EWNS) häsiýetleri bar. Iki guýrukly t-testi ulanyp statistik ähmiýetli hasaplamalar S2 goşmaça tablisasynda gaýtadan çap edildi. Mundan başga-da, goşmaça maglumatlar garşy elektrodyň nusga alyş deşiginiň diametriniň (D) we toprak elektrody bilen iňňäniň ujynyň arasyndaky aralygyň (L) täsiri baradaky barlaglary öz içine alýar (S2 we S3 goşmaça suratlar).
(a–c) AFM ölçegleriniň paýlanyşy. (d – f) Ýüz zarýadlarynyň häsiýetnamasy. (g) ROS we ESR-iň häsiýetnamasy.
Şeýle hem, ýokardaky şertleriň hemmesi üçin ölçenen ionlaşma toklarynyň 2-6 µA aralygynda, naprýaženiýeleriň bolsa -3,8-den -6,5 kW aralygynda bolandygyny bellemek möhümdir, bu bolsa bu bir terminally EWNS üçin energiýa sarp edilişiniň 50 mW-dan az bolandygyny görkezýär. EWNS ýokary basyş astynda sintez edilse-de, ozon derejesi örän pes bolup, hiç haçan 60 ppb-den geçmedi.
Goşmaça S4 suratda degişlilikde [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] senariýleri üçin simulýasiýa edilen elektrik meýdanlary görkezilýär. [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] senariýlerine laýyklykda meýdanlar degişlilikde 2 × 105 V/m we 4.7 × 105 V/m hökmünde hasaplanýar. Ikinji ýagdaýda naprýaženiýe bilen aralygyň gatnaşygy has ýokary bolany üçin, munuň garaşylýan ýaly bolmagy mümkin.
3a,b suratda AFM8 bilen ölçenen EWNS diametri görkezilýär. [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] senariýleri üçin ortaça EWNS diametrleri degişlilikde 27 nm we 19 nm hökmünde hasaplandy. [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] ýagdaýlary üçin paýlanmalaryň geometrik standart çetleşmeleri degişlilikde 1.41 we 1.45 bolup, dar ölçegli paýlanyşy görkezýär. Ortaça ölçeg we geometrik standart çetleşme esas EWNS-e örän ýakyn, degişlilikde 25 nm we 1.41 bolup durýar. 3c suratda şol bir şertlerde şol bir usuly ulanyp ölçenen esas EWNS-iň ölçegli paýlanyşy görkezilýär.
3d,e suratda zarýadyň häsiýetlendirilmeginiň netijeleri görkezilýär. Maglumatlar konsentrasiýanyň (#/sm3) we toguň (I) bir wagtda geçirilen 30 ölçeginiň ortaça ölçegleridir. Analiz EWNS-däki ortaça zarýanyň [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] üçin degişlilikde 22 ± 6 e- we 44 ± 6 e- bolandygyny görkezýär. Esasy-EWNS (10 ± 2 e-) bilen deňeşdirilende, olaryň ýüz zarýady ep-esli ýokary, [-6.5 kV, 4.0 sm] senariýinden iki esse we [-3.8 kV, 0.5 sm]-den dört esse ýokary. 3f esasy EWNS töleg maglumatlaryny görkezýär.
EWNS sanynyň konsentrasiýa kartalaryndan (Goşmaça suratlar S5 we S6), [-6.5 kV, 4.0 sm] sahnesinde [-3.8 kV, 0.5 sm] sahnesine garanda ep-esli köp bölejikleriň bardygy görünýär. Şeýle hem, EWNS sanynyň konsentrasiýalarynyň 4 sagada çenli gözegçilik edilendigini (Goşmaça suratlar S5 we S6), bu ýerde EWNS döremeginiň durnuklylygy iki ýagdaýda hem bölejik sanynyň konsentrasiýalarynyň deň derejede bolandygyny bellemelidiris.
3g suratda [-6.5 kV, 4.0 sm]-de optimizirlenen EWNS üçin gözegçilik (fon) aýyrmasyndan soňky EPR spektri görkezilýär. ROS spektri öň çap edilen makalada EWNS esasy çyzygy bilen hem deňeşdirilýär. Spin duzagy bilen reaksiýa girýän EWNS-iň hasaplanan sany 7.5 × 104 EWNS/s bolup, bu öň çap edilen Baseline-EWNS8-e meňzeşdir. EPR spektrleri iki görnüşli ROS-yň bardygyny aýdyň görkezdi, bu ýerde O2- agdyklyk edýärdi, OH• bolsa az mukdarda bardy. Mundan başga-da, iň ýokary intensiwlikleriň gönüden-göni deňeşdirilmegi optimizirlenen EWNS-iň başlangyç EWNS-e garanyňda ROS mukdarynyň has ýokarydygyny görkezdi.
4-nji suratda EPES-de EWNS-iň çökündi netijeliligi görkezilýär. Maglumatlar I tablisada hem jemlenen we asyl EWNS maglumatlary bilen deňeşdirilen. EWNS-iň iki ýagdaýy üçin hem çökündi 3.0 kV pes naprýaženiýede hem 100% golaý boldy. Adatça, 3.0 kV ýüz zarýadynyň üýtgemegine garamazdan 100% çökündi gazanmak üçin ýeterlikdir. Şol bir şertlerde, pes zarýad sebäpli (her EWNS-de ortaça 10 elektron) Esasy-EWNS-iň çökündi netijeliligi diňe 56% boldy.
5-nji suratda we 2-nji tablisada optimal senariýada [-6.5 kV, 4.0 sm] takmynan 40,000 #/sm3 EWNS bilen 45 minutlap täsir edilenden soň pomidorlaryň ýüzüne sanjylan mikroorganizmleriň işjeňsizleşdirilme derejesini jemleýär. Sanjylan E. coli we L. innocua 45 minut täsir edilenden soň 3.8 log ep-esli azalma görkezdi. Şol bir şertlerde, S. enterica 2.2 log ...
E. coli, Salmonella enterica we L. innocua öýjüklerinde EWNS tarapyndan inaktiwleşdirilmäge getirýän fiziki üýtgeşmeleri görkezýän elektron mikrograflar (6-njy surat). Gözegçilik bakteriýalary öýjük membranalarynyň bitewidigini, açyk bakteriýalaryň bolsa daşky membranalaryna zeper ýetendigini görkezdi.
Gözegçilik we açyk bakteriýalaryň elektron mikroskopiki suratlandyrmasy membrananyň zeperlenendigini ýüze çykardy.
Optimallaşdyrylan EWNS-iň fiziki-himiki häsiýetleri baradaky maglumatlar umumylykda EWNS häsiýetleriniň (ýüz zarýady we ROS mukdary) öň çap edilen EWNS başlangyç maglumatlaryna garanyňda ep-esli gowulaşandygyny görkezýär8,9,10,11. Beýleki tarapdan, olaryň ululygy nanometr aralygynda galdy, bu bolsa öň çap edilen netijelere örän meňzeş, bu bolsa olaryň howada uzak wagtlap galmagyna mümkinçilik berýär. Synlanan polidispersiti Reýli täsiriniň ululygyny, tötänleýinligi we EWNS-iň birleşme mümkinçiligini kesgitleýän ýüz zarýadyndaky üýtgeşmeler bilen düşündirip bolýar. Şeýle-de bolsa, Nielsen we beýlekiler tarapyndan jikme-jik beýan edilişi ýaly22, ýokary ýüz zarýady suw damjasynyň ýüz energiýasyny/dartgynlygyny netijeli ýokarlandyrmak arkaly bugarmagy azaldýar. Bu teoriýa öňki neşirimizde8 mikrodamjalar22 we EWNS üçin tejribe arkaly tassyklanyldy. Goşmaça wagtyň ýitmegi hem ululyga täsir edip we synlanan ululyk paýlanyşyna goşant goşup biler.
Mundan başga-da, her gurluşyň zarýady, şertlere baglylykda, takmynan 22–44 e- deňdir, bu bolsa her gurluşyň ortaça zarýady 10 ± 2 elektron bolan esasy EWNS-e garanyňda ep-esli ýokarydyr. Şeýle-de bolsa, munuň EWNS-iň ortaça zarýadydygyny bellemeli. Seto we beýlekiler. Zarýanyň deň däldigi we log-normal paýlanyşa eýerýändigi görkezildi21. Öňki işimiz bilen deňeşdirilende, ýüz zarýadynyň iki esse köpelmegi EPES ulgamynda çökündi netijeliligini iki esse artdyrýar11.