Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез куллана торган браузер версиясендә CSS ярдәме чикләнгән. Иң яхшы тәҗрибә өчен, без сезгә яңартылган браузер кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'да туры килүчәнлек режимын сүндерегез). Шуңа кадәр, ярдәмне дәвам итү өчен, без сайтны стильләрсез һәм JavaScriptсыз күрсәтәчәкбез.
Күптән түгел ясалма су наносструктураларын (EWNS) кулланып нанотехнологиягә нигезләнгән химик матдәләрсез антимикроб платформа эшләнде. EWNS югары өслек зарядына ия һәм реактив кислород төрләре (ROS) белән туендырылган, алар берничә микроорганизм, шул исәптән азык-төлек аша күчә торган патогеннар белән үзара бәйләнештә була һәм аларны активлаштыра ала. Монда аларның синтез вакытында үзлекләрен антибактериаль потенциалын тагын да арттыру өчен көйләргә һәм оптимальләштерергә мөмкин булуы күрсәтелгән. EWNS лаборатория платформасы синтез параметрларын үзгәртү юлы белән EWNS үзлекләрен көйләү өчен эшләнгән. Заманча аналитик ысуллар кулланып, EWNS үзлекләрен (заряд, ROS күләме һәм эчтәлеге) характерлау. Моннан тыш, алар Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum һәм Saccharomyces cerevisiae кебек азык-төлек аша күчә торган микроорганизмнарга каршы микроб инактивация потенциалы буенча бәяләнде. Монда китерелгән нәтиҗәләр EWNS үзлекләрен синтез вакытында көйләргә мөмкин булуын күрсәтә, бу инактивация нәтиҗәлелегенең экспоненциаль артуына китерә. Аерым алганда, өслек заряды дүрт тапкыр арткан һәм реактив кислород төрләре арткан. Микробларны бетерү тизлеге микробларга бәйле иде һәм 40,000 #/cc EWNS аэрозоль дозасына 45 минут тәэсир иткәннән соң 1,0 дән 3,8 log га кадәр үзгәрде.
Микроблар белән пычрану - патогеннар яки аларның токсиннарын ашау нәтиҗәсендә килеп чыккан азык-төлек аша авыруларның төп сәбәбе. Америка Кушма Штатларында гына азык-төлек аша авырулар ел саен якынча 76 миллион авыруга, 325 000 хастаханәгә салуга һәм 5000 үлемгә китерә1. Моннан тыш, Америка Кушма Штатлары Авыл хуҗалыгы министрлыгы (USDA) АКШта теркәлгән барлык азык-төлек аша авыруларның 48% өчен яңа җиләк-җимеш куллануның артуы җаваплы дип саный2. Америка Кушма Штатларында азык-төлек аша авырулар аркасында килеп чыккан авырулар һәм үлем чыгымнары бик югары, Авыруларны контрольдә тоту һәм профилактикалау үзәкләре (CDC) елына 15,6 миллиард АКШ долларыннан артык дип бәяләде3.
Хәзерге вакытта азык-төлек куркынычсызлыгын тәэмин итү өчен химик4, радиация5 һәм термик6 антимикроб чаралар күбесенчә җитештерү чылбыры буйлап (гадәттә уңыш җыеп алганнан соң һәм/яки төргәкләү вакытында) чикләнгән критик контроль нокталарында (ККН) өзлексез түгел, ә башкарыла. Шуңа күрә алар үзара пычрануга бирешәләр. 7. Азык-төлек аша күчә торган авыруларны һәм азык-төлек бозылуын яхшырак контрольдә тоту өчен, әйләнә-тирә мохиткә йогынтыны һәм чыгымнарны киметеп, фермадан өстәлгә кадәр континуум буенча кулланылырга мөмкин булган антимикроб чаралар кирәк.
Күптән түгел ясалма су наноструктуралары (EWNS) ярдәмендә өслек һәм һавадагы бактерияләрне активлаштыра алырлык химик матдәләрдән азат, нанотехнологияләргә нигезләнгән антимикроб платформасы эшләнде. EWNS ике параллель процесс, электроспрей һәм су ионизациясе ярдәмендә синтезланды (1a рәсем). Элегрәк үткәрелгән тикшеренүләр EWNSның уникаль физик һәм биологик үзлекләр җыелмасына ия булуын күрсәтте8,9,10. EWNS һәр структурада уртача 10 электронга һәм уртача наномасштаб зурлыгына ия (1b,c рәсем)8,9,10. Моннан тыш, электрон спин резонансы (ESR) EWNS составында күп күләмдә реактив кислород төрләре (ROS), нигездә гидроксил (OH•) һәм супероксид (O2-) радикаллары булуын күрсәтте (1c рәсем)8. EVNS һавада озак вакыт була һәм һавада эленеп торган һәм өслектә булган микроорганизмнар белән бәрелешергә мөмкин, аларның ROS йөкләнешен бирә һәм микроорганизмнарның активлаштырылмавына китерә (1d рәсем). Бу башлангыч тикшеренүләр шулай ук ​​EWNSның өслекләрдә һәм һавада төрле грам-тискәре һәм грам-уңай бактерияләр, шул исәптән микобактерияләр белән үзара бәйләнештә булып, аларны активлаштыра алуын күрсәтте. Трансмиссия электрон микроскопиясе активлаштырмауның күзәнәк мембранасы бозылу сәбәпле килеп чыкканын күрсәтте. Моннан тыш, кискен ингаляция тикшеренүләре EWNSның югары дозалары үпкәгә зыян китермәвен яки ялкынсыну китермәвен күрсәтте 8.
(а) Электропропрей сыеклык салынган капилляр трубка һәм каршы электрод арасына югары көчәнеш кулланылганда барлыкка килә. (б) Югары басым куллану ике төрле күренешкә китерә: (i) суның электропроприациясе һәм (ii) EWNSта тотылган реактив кислород төрләре (ионнары) барлыкка килү. (в) EWNSның уникаль структурасы. (г) Наномасштаблы табигате аркасында, EWNS бик хәрәкәтчән һәм һавадагы патогеннар белән үзара бәйләнештә була ала.
EWNS антимикроб платформасының яңа азык өслегендәге азык-төлек белән бәйле микроорганизмнарны инактивлаштыру сәләте дә күптән түгел күрсәтелде. Шулай ук, EWNS өслек зарядын электр кыры белән берлектә максатчан җиткерүгә ирешү өчен кулланырга мөмкин булуы күрсәтелде. Моннан тыш, якынча 50,000 #/см3 EWNSта 90 минутлык йогынтыдан соң органик помидорлар өчен башлангыч нәтиҗәләр өмет уятты, төрле азык-төлек белән бәйле микроорганизмнар, мәсәлән, E. coli һәм Listeria 11 күзәтелде. Моннан тыш, башлангыч органолептик тестлар контроль помидорлар белән чагыштырганда сизү йогынтысын күрсәтмәде. Бу башлангыч инактивлаштыру нәтиҗәләре азык-төлек куркынычсызлыгы кушымталары өчен, хәтта бик түбән 50,000 #/см3 дозаларда да, өмет уятса да, югарырак инактивлаштыру потенциалы инфекция һәм бозылу куркынычын тагын да киметү өчен файдалырак булыр иде.
Монда без тикшеренүләребезне синтез параметрларын төгәл көйләү һәм EWNS физик-химик үзлекләрен оптимальләштерү өчен аларның антибактериаль потенциалын арттыру мөмкинлеген бирә торган EWNS генерация платформасын эшләүгә юнәлтәчәкбез. Аерым алганда, оптимальләштерү аларның өслек зарядын (максатчан җиткерүне яхшырту өчен) һәм ROS эчтәлеген (инактивлаштыру нәтиҗәлелеген яхшырту өчен) арттыруга юнәлтелгән. Заманча аналитик ысуллар кулланып һәм E. кебек киң таралган азык микроорганизмнарын кулланып, оптимальләштерелгән физик-химик үзлекләрне (зурлыгы, заряды һәм ROS эчтәлеге) характерлагыз.
EVNS бер үк вакытта электроспрейлау һәм югары сафлыклы суны (18 МОм см–1) ионлаштыру юлы белән синтезланган. Электр небулайзеры 12 гадәттә сыеклыкларны атомлаштыру һәм контрольдә тотылган зурлыктагы полимер һәм керамик кисәкчәләрне 13 һәм җепселләрне 14 синтезлау өчен кулланыла.
Алдагы басмаларның 8, 9, 10, 11 нче битләрендә җентекләп язылганча, гадәти экспериментта металл капилляр һәм җиргә тоташтырылган каршы электрод арасына югары көчәнеш кулланылган. Бу процесс барышында ике төрле күренеш була: i) электроспрей һәм ii) су ионлашуы. Ике электрод арасындагы көчле электр кыры конденсацияләнгән су өслегендә тискәре зарядлар җыелуына китерә, нәтиҗәдә Тейлор конуслары барлыкка килә. Нәтиҗәдә, югары зарядлы су тамчылары барлыкка килә, алар Рейли теориясендәге кебек кечерәк кисәкчәләргә таркала баралар16. Шул ук вакытта көчле электр кырлары кайбер су молекулаларының бүленүенә һәм электроннарны аеруына (ионлашуына) китерә, бу исә күп күләмдә реактив кислород төрләренең (ROS) барлыкка килүенә китерә17. Бер үк вакытта барлыкка килгән ROS18 EWNSка капсулаланган (1c рәсем).
2а рәсемдә бу тикшеренүдә EWNS синтезында эшләнгән һәм кулланылган EWNS генерация системасы күрсәтелгән. Ябык шешәдә сакланган чистартылган су тефлон трубкасы (эчке диаметры 2 мм) аша 30G дат басмас корыч энәгә (металл капилляр) кертелгән. Су агымы шешә эчендәге һава басымы белән контрольдә тотыла, 2b рәсемдә күрсәтелгәнчә. Энә тефлон консоленә урнаштырылган һәм аны каршы электродтан билгеле бер ераклыкта кул белән көйләргә мөмкин. Каршы электрод - уртасында үрнәк алу өчен тишекле ялтыратылган алюминий диск. Каршы электрод астында алюминий үрнәк алу воронкасы урнашкан, ул үрнәк алу порты аша эксперименталь җайланманың калган өлешенә тоташтырылган (2b рәсем). Үрнәк алучының эшен бозарга мөмкин булган заряд җыелуын булдырмас өчен, барлык үрнәк алучы компонентлары электр белән җиргә тоташтырылган.
(а) Инженерлык Су Наноструктураларын Генерацияләү Системасы (EWNS). (б) Иң мөһим параметрларны күрсәтүче үрнәк алучы һәм электроспрей кисемтәсе. (в) Бактерияләрне инактивлаштыру өчен эксперименталь җайланма.
Югарыда тасвирланган EWNS генерация системасы EWNS үзенчәлекләрен төгәл көйләү өчен төп эш параметрларын үзгәртә ала. EWNS үзенчәлекләрен төгәл көйләү өчен кулланылган көчәнешне (V), энә белән каршы электрод арасындагы араны (L) һәм капилляр аша су агымын (φ) көйләгез. Төрле комбинацияләрне күрсәтү өчен кулланыла торган символ: [V (kV), L (см)]. Билгеле бер җыелманың тотрыклы Тейлор конусын алу өчен су агымын көйләгез [V, L]. Бу тикшеренү максатларында каршы электродның диафрагма диаметры (D) 0,5 дюйм (1,29 см) күләмендә сакланды.
Чикләнгән геометрия һәм асимметрия аркасында, электр кыры көчен беренче принциплардан исәпләп булмый. Киресенчә, электр кырын исәпләү өчен QuickField™ программасы (Svendborg, Дания)19 кулланылды. Электр кыры бер төрле түгел, шуңа күрә төрле конфигурацияләр өчен эталон кыйммәт буларак капилляр очындагы электр кыры кыйммәте кулланылды.
Тикшеренү барышында, Тейлор конусы формалашуы, Тейлор конусы тотрыклылыгы, EWNS җитештерү тотрыклылыгы һәм кабатланучанлыгы ягыннан, көчәнеш һәм энә белән каршы электрод арасындагы ераклыкның берничә комбинациясе бәяләнде. Төрле комбинацияләр S1 өстәмә таблицасында күрсәтелгән.
EWNS генерация системасының чыгышы кисәкчәләр саны концентрациясен үлчәү өчен турыдан-туры Сканерлаучы Мобиллек Кисәкчәләр Зурлыгы Анализаторына (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN), шулай ук ​​аэрозоль токлары өчен Аэрозоль Фарадей Электрометрына (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN) тоташтырылды. SMPS та, аэрозоль электрометры да 0,5 л/мин агым тизлегендә (гомуми үрнәк агымы 1 л/мин) үлчәнде. Кисәкчәләр саны концентрациясе һәм аэрозоль агымы 120 секунд дәвамында үлчәнде. Үлчәү 30 тапкыр кабатлана. Агымдагы үлчәүләргә нигезләнеп, аэрозольнең гомуми заряды исәпләнә һәм сайланган EWNS кисәкчәләренең билгеле бер гомуми саны өчен уртача EWNS заряды исәпләнә. EWNSның уртача бәясен (1) тигезләмә ярдәмендә исәпләп була:
монда IEl - үлчәнгән ток, NSMPS - SMPS белән үлчәнгән санлы концентрация, ә φEl - бер электрометрга агым тизлеге.
Чагыштырма дымлылык (ЧД) өслек зарядына тәэсир иткәнлектән, тәҗрибә вакытында температура һәм (ЧД) 21°C һәм 45% температурада даими сакланган.
EWNS зурлыгын һәм гомер озынлыгын үлчәү өчен атом көче микроскопиясе (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Санта-Барбара, Калифорния) һәм AC260T зонды (Olympus, Токио, Япония) кулланылды. AFM сканерлау ешлыгы 1 Гц, сканерлау мәйданы 5 мкм × 5 мкм һәм 256 сканерлау сызыгы иде. Барлык рәсемнәр дә Asylum программа тәэминаты ярдәмендә 1 нче тәртиптәге рәсемнәрне тигезләүгә дучар ителде (битлек диапазоны 100 нм, бусага 100 pm).
Сынау воронкасы алынды һәм слюда өслеге каршы электродтан 2,0 см ераклыкта 120 с уртача вакытка урнаштырылды, бу кисәкчәләрнең агломерациясен һәм слюда өслегендә тигез булмаган тамчылар барлыкка килүен булдырмас өчен эшләнде. EWNS турыдан-туры яңа киселгән слюда өслегенә сиптерелде (Тед Пелла, Реддинг, Калифорния). AFM сиптерүдән соң шунда ук слюда өслегенең рәсеме. Яңа киселгән, үзгәртелмәгән слюда өслегенең контакт почмагы 0° ка якын, шуңа күрә EVNS слюда өслегендә гөмбәз рәвешендә таралган. Диффузияләнүче тамчыларның диаметры (а) һәм биеклеге (h) турыдан-туры AFM топографиясеннән үлчәнде һәм безнең алдан расланган ысул ярдәмендә EWNS гөмбәзле диффузия күләмен исәпләү өчен кулланылды. Борттагы EWNSларның бер үк күләмдә булуын исәпкә алып, эквивалент диаметрны (2) тигезләмә ярдәмендә исәпләп була:
Элегрәк эшләнгән ысулыбызга нигезләнеп, EWNS'та кыска вакытлы радикаль арадаш матдәләрнең булуын ачыклау өчен электрон спин-резонанс (ESR) спин тозагы кулланылды. Аэрозоллар 235 мМ DEPMPO(5-(диэтоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) эремәсен үз эченә алган 650 мкм Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) аша күбекләндерелде (Oxis International Inc.). Портленд, Орегон). Барлык ESR үлчәүләре дә Bruker EMX спектрометры (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, АКШ) һәм яссы панельле күзәнәк ярдәмендә башкарылды. Мәгълүматларны җыю һәм анализлау өчен Acquisit программасы (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, АКШ) кулланылды. ROS характеристикаларын билгеләү эш шартлары җыелмасы өчен генә башкарылды [-6,5 кВ, 4,0 см]. EWNS концентрацияләре бәрелү ноктасындагы EWNS югалтуларын исәпкә алганнан соң SMPS ярдәмендә үлчәнде.
Озон дәрәҗәләре 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 ярдәмендә күзәтелде.
Барлык EWNS үзлекләре өчен үлчәү кыйммәте буларак уртача кыйммәт, ә үлчәү хатасы буларак стандарт тайпылыш кулланыла. Оптимальләштерелгән EWNS атрибутларының кыйммәтләрен база EWNSның тиешле кыйммәтләре белән чагыштыру өчен T-тестлар үткәрелде.
2c рәсемдә өслектә EWNSны максатчан җиткерү өчен кулланылырга мөмкин булган элек эшләнгән һәм характерланган электростатик явым-төшем (EPES) "тарту" системасы күрсәтелгән. EPES көчле электр кыры йогынтысында максат өслегенә турыдан-туры "җитәкләнергә" мөмкин булган EVNS зарядларын куллана. EPES системасы турында мәгълүмат Пиргиотакис һ.б. тарафыннан күптән түгел бастырылган 11 басмада бирелгән. Шулай итеп, EPES очлары конуссыман булган 3D бастырылган ПВХ камерадан тора һәм үзәгендә 15,24 см ара белән ике параллель дат басмас корыч (304 дат басмас корыч, көзге белән капланган) металл пластиналардан тора. Такталар тышкы югары көчәнеш чыганагына (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) тоташтырылган, аскы пластина һәрвакыт уңай көчәнешкә, ә өске пластина һәрвакыт җиргә (йөзүче җир) тоташтырылган. Камера стеналары алюминий фольга белән капланган, ул кисәкчәләр югалуын булдырмас өчен электр белән җиргә тоташтырылган. Камераның алгы йөкләү ишеге герметик, ул сынау өслекләрен пластик стендларга урнаштырырга мөмкинлек бирә, алар аларны аскы металл пластинадан югарырак күтәрә, югары вольтлы комачаулаудан саклана.
EPES'та EWNS'ның урнаштыру нәтиҗәлелеге S111 өстәмә рәсемендә җентекләп аңлатылган алдан эшләнгән протокол нигезендә исәпләнгән.
Идарә итү камерасы буларак, икенче цилиндрик агым камерасы EPES системасына рәттән тоташтырылган, анда EWNSны бетерү өчен арадаш HEPA фильтры кулланылган. 2c рәсемдә күрсәтелгәнчә, EWNS аэрозолы ике урнаштырылган камера аша кузгатылган. Идарә итү бүлмәсе һәм EPES арасындагы фильтр калган EWNSны бетерә, нәтиҗәдә температура (T), чагыштырма дымлылык (RH) һәм озон дәрәҗәләре бер үк була.
Азык-төлек аша тарала торган мөһим микроорганизмнарның яңа ризыкларны пычратуы ачыкланган, мәсәлән, E. coli (ATCC #27325), фекаль индикатор, Salmonella enterica (ATCC #53647), азык-төлек аша тарала торган патоген, зарарсыз Listeria (ATCC #33090), бозылу чүпрәсен алыштыручы ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) патоген Listeria monocytogenes өчен суррогат, һәм бозылу чүпрәсен алыштыручы, һәм чыдамрак активлаштырылмаган Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Җирле базардан очраклы рәвештә органик помидорлар салынган тартмалар сатып алыгыз һәм кулланылганчы 4°C температурада (3 көнгә кадәр) суыткычта саклагыз. Эксперименталь помидорлар барысы да бер үк зурлыкта, диаметры якынча 0,5 дюйм иде.
Культура, прививка, экспозиция һәм колонияләр санын санау протоколлары безнең алдагы басмада һәм өстәмә мәгълүматларда җентекләп язылган. EWNS нәтиҗәлелеге 40,000 #/см3 прививкаланган помидорларны 45 минут дәвамында экспозицияләү юлы белән бәяләнде. Кыскасы, исән калган микроорганизмнарны t = 0 минут вакытында бәяләү өчен өч помидор кулланылды. Өч помидор EPESка урнаштырылды һәм EWNSка 40,000 #/см3 экспозицияләүдә (EWNS экспозицияләнгән помидорлар), ә калган өчесе контроль камерага урнаштырылды (контроль помидорлар). Ике төркемдә дә помидорларны өстәмә эшкәртү үткәрелмәде. EWNS тәэсирен бәяләү өчен EWNS экспозицияләнгән помидорлар һәм контроль помидорлар 45 минуттан соң алынды.
Һәр эксперимент өч тапкыр үткәрелде. Мәгълүматлар анализы Өстәмә мәгълүматларда тасвирланган протокол нигезендә башкарылды.
Инактивация механизмнары ачык EWNS үрнәкләрен (40,000 #/см3 EWNS аэрозоль концентрациясендә 45 минут) һәм нурланышсыз E. coli, Salmonella enterica һәм Lactobacillus бактерияләренең нурланышсыз үрнәкләрен седиментацияләү юлы белән бәяләнде. Кисәкчәләр 2,5% глутаральдегид, 1,25% параформальдегид һәм 0,03% пикрин кислотасында 0,1 М натрий какодилат буферында (рН 7,4) 2 сәгать дәвамында фиксацияләнде. Юганнан соң, 2 сәгать дәвамында 1% осмий тетроксиды (OsO4)/1,5% калий ферроцианиды (KFeCN6) белән фиксацияләнде, 3 тапкыр суда юылды һәм 1% уранил ацетатында 1 сәгать инкубацияләнде, аннары ике тапкыр суда юылды, аннары 10 минут дәвамында 50%, 70%, 90%, 100% спиртта сусызландырылды. Аннары үрнәкләр 1 сәгатькә пропилен оксидына урнаштырылды һәм 1:1 пропилен оксиды һәм TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) катнашмасы белән сеңдерелде. Үрнәкләр TAAB Eponга урнаштырылды һәм 60°C температурада 48 сәгать полимерлаштырылды. Катырылган гранулалы сумала киселде һәм TEM ярдәмендә AMT 2k CCD камерасы (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA) белән җиһазландырылган гадәти трансмиссия электрон микроскобы JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Япония) ярдәмендә күрсәтелде.
Барлык экспериментлар да өч тапкыр үткәрелде. Һәр вакыт ноктасы өчен бактерияләрне юу өч тапкыр кулланылды, нәтиҗәдә һәр ноктага тугыз мәгълүмат ноктасы туры килде, аларның уртачасы шул микроорганизм өчен бактерия концентрациясе буларак кулланылды. Стандарт тайпылыш үлчәү хатасы буларак кулланылды. Барлык нокталар да исәпкә алына.
Бактерияләр концентрациясенең t = 0 минутка караганда кимү логарифмы түбәндәге формула ярдәмендә исәпләнде:
монда C0 - 0 вакытындагы контроль үрнәктәге бактерияләрнең концентрациясе (ягъни өслек кипкәннән соң, ләкин камерага куелганчы), ә Cn - n минут тәэсир иткәннән соң өслектәге бактерияләрнең концентрациясе.
45 минутлык тәэсир вакытында бактерияләрнең табигый таркалуын исәпкә алу өчен, 45 минуттан соң контроль белән чагыштырганда логарифм кимүе дә түбәндәгечә исәпләнде:
монда Cn - n вакытындагы контроль үрнәктәге бактерияләрнең концентрациясе, ә Cn-Контроль - n вакытындагы контроль бактерияләрнең концентрациясе. Мәгълүматлар контроль белән чагыштырганда логарифм киметүе буларак күрсәтелә (EWNS йогынтысы юк).
Тикшеренү барышында, Тейлор конусы формалашуы, Тейлор конусы тотрыклылыгы, EWNS җитештерү тотрыклылыгы һәм кабатланучанлыгы ягыннан, көчәнеш һәм энә белән каршы электрод арасындагы ераклыкның берничә комбинациясе бәяләнде. Төрле комбинацияләр S1 өстәмә таблицасында күрсәтелгән. Комплекслы тикшеренү өчен тотрыклы һәм кабатланучан үзлекләр күрсәтүче ике очрак (Тейлор конусы, EWNS генерациясе һәм вакыт узу белән тотрыклылык) сайланган. 3 нче рәсемдә ике очракта да ROS заряды, зурлыгы һәм эчтәлеге өчен нәтиҗәләр күрсәтелгән. Нәтиҗәләр шулай ук ​​1 нче таблицада гомумиләштерелгән. Белешмә өчен, 3 нче рәсемдә дә, 1 нче таблицада да элек синтезланган оптимальләштерелмәгән EWNS8, 9, 10, 11 (башлангыч EWNS) үзлекләре күрсәтелгән. Ике койрыклы t-тест кулланып статистик әһәмиятлелек исәпләүләре S2 өстәмә таблицасында кабат бастырылган. Моннан тыш, өстәмә мәгълүматларга каршы электрод үрнәк алу тишеге диаметрының (D) һәм җир электроды белән очы арасындагы ераклыкның (L) йогынтысын өйрәнү керә (S2 һәм S3 өстәмә рәсемнәре).
(ac) AFM ярдәмендә үлчәнгән зурлык бүленеше. (df) Өслек заряды характеристикасы. (g) EPRның ROS характеристикасы.
Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, югарыда күрсәтелгән барлык шартлар өчен дә үлчәнгән ионлашу тогы 2 дән 6 мкА га кадәр, ә көчәнеш -3,8 дән -6,5 кВ га кадәр булган, бу EWNS генерацияләү өчен контакт модуле өчен 50 мВт тан кимрәк энергия куллануга китергән. EWNS югары басым астында синтезланса да, озон дәрәҗәсе бик түбән булган, беркайчан да 60 ppb тан артмаган.
Өстәмә S4 рәсемендә [-6,5 кВ, 4,0 см] һәм [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлары өчен симуляцияләнгән электр кырлары күрсәтелгән. [-6,5 кВ, 4,0 см] һәм [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлары өчен кыр исәпләүләре 2 × 105 В/м һәм 4,7 × 105 В/м тәшкил итә. Бу көтелә, чөнки икенче очракта көчәнеш-ара нисбәте күпкә югарырак.
3a,b рәсемнәрендә AFM8 белән үлчәнгән EWNS диаметры күрсәтелгән. [-6,5 кВ, 4,0 см] һәм [-3,8 кВ, 0,5 см] схемалары өчен исәпләнгән уртача EWNS диаметрлары 27 нм һәм 19 нм тәшкил иткән. [-6,5 кВ, 4,0 см] һәм [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлары өчен бүленешләрнең геометрик стандарт тайпылышлары 1,41 һәм 1,45 тәшкил итә, бу тар зурлык бүленешен күрсәтә. Уртача зурлык та, геометрик стандарт тайпылыш та башлангыч EWNSка бик якын, тиешенчә 25 нм һәм 1,41. 3c рәсемдә шул ук шартларда шул ук ысул белән үлчәнгән база EWNS зурлык бүленеше күрсәтелгән.
3d,e рәсемендә заряд характеристикасы нәтиҗәләре күрсәтелгән. Мәгълүматлар концентрацияне (#/см3) һәм токны (I) бер үк вакытта 30 үлчәүнең уртача үлчәүләре. Анализ күрсәткәнчә, EWNS'тагы уртача заряд [-6.5 кВ, 4.0 см] һәм [-3.8 кВ, 0.5 см] өчен 22 ± 6 e- һәм 44 ± 6 e- тәшкил итә. Аларның өслек зарядлары башлангыч EWNS'ка караганда күпкә югарырак (10 ± 2 e-), [-6.5 кВ, 4.0 см] сценарийыннан ике тапкыр һәм [-3.8 кВ, 0.5 см] сценарийыннан дүрт тапкыр зуррак. 3f рәсемендә башлангыч EWNS өчен заряд мәгълүматлары күрсәтелгән.
EWNS санының концентрация карталарыннан (S5 һәм S6 өстәмә рәсемнәре), [-6,5 кВ, 4,0 см] сценарийында [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийына караганда күпкә күбрәк кисәкчәләр барлыгы күренә. Шуны да билгеләп үтәргә кирәк, EWNS саны концентрациясе 4 сәгатькә кадәр күзәтелгән (S5 һәм S6 өстәмә рәсемнәре), анда EWNS генерациясенең тотрыклылыгы ике очракта да кисәкчәләр саны концентрациясенең бер үк дәрәҗәсен күрсәткән.
3g рәсемдә [-6,5 кВ, 4,0 см] да оптимальләштерелгән EWNS контролен (фон) алып ташлаганнан соңгы EPR спектры күрсәтелгән. ROS спектрлары шулай ук ​​элек бастырылган эштә Baseline-EWNS сценарийы белән чагыштырылды. Спин тозаклары белән реакциягә керүче EWNS саны 7,5 × 104 EWNS/с дип исәпләнде, бу элек бастырылган Baseline-EWNS8 белән охшаш. EPR спектрлары ике төр ROS булуын ачык күрсәтте, O2- өстенлекле төр, ә OH• азрак. Моннан тыш, пик интенсивлыкларын турыдан-туры чагыштыру оптимальләштерелгән EWNS'та база EWNS белән чагыштырганда ROS күләме күпкә югарырак булуын күрсәтте.
4 нче рәсемдә EPES'та EWNS'ның урнаштыру нәтиҗәлелеге күрсәтелгән. Мәгълүматлар шулай ук ​​I таблицада гомумиләштерелгән һәм башлангыч EWNS мәгълүматлары белән чагыштырылган. EUNS'ның ике очрагы өчен дә, 3,0 кВ түбән көчәнештә дә урнаштыру 100% ка якын. Гадәттә, өслек заряды үзгәрүенә карамастан, 3,0 кВ 100% урнаштыру өчен җитә. Шул ук шартларда, Baseline-EWNS'ның урнаштыру нәтиҗәлелеге, аларның түбән заряды аркасында (EWNS'та уртача 10 электрон) нибары 56% тәшкил иткән.
5 нче рәсемдә һәм 2 нче таблицада помидор өслегенә якынча 40,000 #/см3 EWNS белән оптималь режимда [-6,5 кВ, 4,0 см] 45 минут дәвамында тәэсир иткәннән соң кертелгән микроорганизмнарның инактивация кыйммәте кыскача күрсәтелгән. E. coli һәм Lactobacillus innocuous 45 минутлык тәэсир вакытында 3,8 логарифмга сизелерлек кимү күрсәттеләр. Шул ук шартларда, S. enterica 2,2 логарифмга кимү күрсәтте, ә S. cerevisiae һәм M. parafortutum 1,0 логарифмга кимү күрсәттеләр.
Электрон микрографлар (6 нчы рәсем) зарарсыз Escherichia coli, Streptococcus һәм Lactobacillus күзәнәкләрендә EWNS тарафыннан китереп чыгарылган физик үзгәрешләрне күрсәтә, бу аларның активлашмавына китерә. Контроль бактерияләренең күзәнәк мембраналары бөтен булган, ә ачык бактерияләрнең тышкы мембраналары зыян күргән.
Контроль һәм ачык бактерияләрнең электрон микроскопик сурәтләре мембраналарның зарарлануын күрсәтте.
Оптимальләштерелгән EWNS физик-химик үзлекләре турындагы мәгълүматлар бергәләп EWNS үзлекләре (өслек заряды һәм ROS эчтәлеге) элек бастырылган EWNS башлангыч мәгълүматлары белән чагыштырганда сизелерлек яхшырганлыгын күрсәтә8,9,10,11. Икенче яктан, аларның зурлыгы нанометр диапазонында калды, бу элек хәбәр ителгән нәтиҗәләргә бик охшаш, бу аларга һавада озак вакыт калырга мөмкинлек бирде. Күзәтелгән полидисперсияне EWNS зурлыгын, Рейли эффектының очраклылыгын һәм потенциаль коалесценцияне билгеләүче өслек заряды үзгәрешләре белән аңлатырга мөмкин. Ләкин, Нильсен һ.б. тарафыннан җентекләп аңлатылганча, югары өслек заряды су тамчысының өслек энергиясен/киеренкелеген нәтиҗәле рәвештә арттырып, парга әйләнүне киметә. Безнең алдагы басмада8 бу теория микротамчылар 22 һәм EWNS өчен эксперименталь рәвештә расланган иде. Өстәмә эш вакытындагы заряд югалту да зурлыкка тәэсир итә һәм күзәтелгән зурлык бүленешенә өлеш кертә ала.
Моннан тыш, һәр структура өчен заряд якынча 22-44 e- тәшкил итә, бу хәлгә карап, төп EWNS белән чагыштырганда күпкә югарырак, аның һәр структура өчен уртача заряды 10 ± 2 электрон тәшкил итә. Ләкин шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, бу EWNSның уртача заряды. Сето һ.б. Зарядның бертөрле түгеллеге һәм логарифм-нормаль бүленешкә иярүе күрсәтелде21. Алдагы эшебез белән чагыштырганда, өслек зарядын икеләтә арттыру EPES системасында утырту нәтиҗәлелеген икеләтә диярлек 100% ка кадәр арттыра11.