Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез чикләнгән CSS ярдәме булган браузер версиясен кулланасыз. Иң яхшы тәҗрибә өчен, без сезгә яңартылган браузер кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'да туры килүчәнлек режимын сүндерегез). Моннан тыш, даими ярдәмне тәэмин итү өчен, без сайтны стильләрсез һәм JavaScriptсыз күрсәтәбез.
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 бай, 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. EWNS үзлекләрен характерлау (заряд, зурлык һәм ROS эчтәлеге) заманча аналитик ысуллар ярдәмендә башкарылды. Моннан тыш, органик йөзем помидорлары өслегенә аларның микроб инактивация потенциалын бәяләү өчен Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortium һәм Saccharomyces cerevisiae кебек азык-төлек микроорганизмнары кертелде. 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 ROS күләме арткан. Микробларны бетерү тизлеге микробларга бәйле булган һәм 40,000 #/см3 EWNS аэрозоль дозасына 45 минут тәэсир иткәннән соң 1,0 дән 3,8 log га кадәр булган.
Микроблар белән пычрану - патогеннар яки аларның токсиннарын ашау нәтиҗәсендә килеп чыккан азык-төлек аша күчә торган авыруларның төп сәбәбе. Азык-төлек аша күчә торган авырулар АКШта гына ел саен якынча 76 миллион авыруга, 325 000 хастаханәгә салуга һәм 5000 үлемгә китерә1. Моннан тыш, АКШ Авыл хуҗалыгы министрлыгы (USDA) АКШта теркәлгән барлык азык-төлек аша күчә торган авыруларның 48 проценты өчен яңа җиләк-җимеш куллануның артуы җаваплы дип саный2. АКШта азык-төлек аша күчә торган патогеннардан авыру 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 микробларга каршы чаралар, нигездә, җитештерү чылбырындагы чикләнгән критик контроль нокталарында (ККН) кулланыла (гадәттә уңыш җыеп алынганнан соң һәм/яки төргәкләү вакытында), яңа продуктлар үзара пычрануга дучар булырлык итеп өзлексез кулланыла торган чаралар түгел. 7 Азык-төлек аша күчә торган авыруларны һәм азык-төлек бозылуын яхшырак контрольдә тоту өчен микробларга каршы чаралар кирәк, һәм аларны фермадан өстәлгә кадәрге континуум буенча куллану мөмкинлеге бар. Азрак йогынты һәм чыгымнар.
Күптән түгел ясалма су нанотөзекмәләрен (EWNS) кулланып, өслекләрдә һәм һавада бактерияләрне инактивлаштыру өчен нанотехнологияләргә нигезләнгән химик матдәләрсез антимикроб платформасы эшләнде. EVNS синтезы өчен ике параллель процесс кулланылды: электроспрей һәм су ионизациясе (1a рәсем). EWNS элек физик һәм биологик үзлекләрнең уникаль җыелмасына ия булуы күрсәтелгән иде8,9,10. EWNS һәр структурада уртача 10 электронга һәм уртача нанометр 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. EWNS һавада озак вакыт калды һәм һавада эленеп торган һәм өслекләрдә булган микроблар белән бәрелешергә, аларның ROS йөкләнешен бирергә һәм микробларның инактивлашуына китерергә мөмкин (1d рәсем). Бу алдагы тикшеренүләр шулай ук ​​EWNSның төрле грам-тискәре һәм грам-уңай бактерияләр, шул исәптән микобактерияләр, белән үзара бәйләнештә булып, аларны өслекләрдә һәм һавада активлаштыра алуын күрсәтте8,9. Трансмиссия электрон микроскопиясе активлаштырмауның күзәнәк мембранасы бозылуы аркасында килеп чыкканын күрсәтте. Моннан тыш, кискен ингаляция тикшеренүләре EWNSның югары дозалары үпкәгә зыян китермәвен яки ялкынсыну китермәвен күрсәтте8.
(а) Электропропрей капилляр сыеклык һәм каршы электрод арасына югары көчәнеш кулланылганда барлыкка килә. (б) Югары көчәнеш куллану ике төрле күренешкә китерә: (i) суның электропропрещениесе һәм (ii) EWNSта тотылган реактив кислород төрләре (ионнары) барлыкка килү. (в) EWNSның уникаль структурасы. (г) EWNS үзләренең наномасштаблы табигате аркасында 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 максатчан җиткерү өчен электр кыры белән бергә кулланырга мөмкин булуы да күрсәтелде. Иң мөһиме, якынча 50,000#/см311 концентрациясендә EWNS белән тәэсир иткәннән соң 90 минут эчендә E. coli һәм Listeria кебек төрле азык-төлек микроорганизмнарына каршы органик помидор активлыгының якынча 1,4 log кимүенең өметле башлангыч нәтиҗәсе күзәтелде. Моннан тыш, башлангыч органолептик бәяләү тестлары контроль помидор белән чагыштырганда органолептик эффект күрсәтмәде. Бу башлангыч инактивлаштыру нәтиҗәләре, хәтта бик түбән EWNS дозалары 50,000#/см3 булганда да, азык-төлек куркынычсызлыгын вәгъдә итсә дә, югарырак инактивлаштыру потенциалы инфекция һәм бозылу куркынычын тагын да киметү өчен файдалырак булачагын ачык күрсәтә.
Монда без тикшеренүләребезне синтез параметрларын көйләү һәм EWNS физик-химик үзлекләрен оптимальләштерү, аларның антибактериаль потенциалын арттыру өчен 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. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae һәм M. parafortuitum кебек киң таралган азык микроорганизмнарын кулланып оптимальләштерелгән физик-химик үзлекләрне (зурлыгы, заряды һәм ROS эчтәлеге) характерлау.
EVNS бер үк вакытта электроспрейлау һәм югары сафлыклы суны (18 МОм см–1) ионлаштыру юлы белән синтезланган. Электр атомизаторы 12 гадәттә сыеклыкларны, синтетик полимер һәм керамик кисәкчәләрне 13 һәм контрольдә тотылган зурлыктагы җепселләрне 14 атомлаштыру өчен кулланыла.
Алдагы басмаларның 8, 9, 10, 11 нче битләрендә җентекләп язылганча, гадәти экспериментта металл капилляр һәм җиргә тоташтырылган каршы электрод арасына югары көчәнеш кулланыла. Бу процесс барышында ике төрле күренеш була: 1) электроспрей һәм 2) суның 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 теориясе буенча кечерәк кисәкчәләргә таркала бара16. Шул ук вакытта, көчле электр кыры су молекулаларының кайберләренең бүленүенә һәм электроннарны аеруына китерә (ионлашу), шуның белән күп күләмдә реактив кислород төрләре (ROS) барлыкка китерә17. Бер үк вакытта барлыкка килгән ROS18 пакетлары EWNSка капланган (1c рәсем).
2a рәсемдә бу тикшеренүдә EWNS синтезында эшләнгән һәм кулланылган EWNS генерация системасы күрсәтелгән. Ябык шешәдә сакланган чистартылган су тефлон трубка (эчке диаметры 2 мм) аша 30G дат басмас корыч энәгә (металл капилляр) бирелгән. 2b рәсемдә күрсәтелгәнчә, су агымы шешә эчендәге һава басымы белән контрольдә тотыла. Энә каршы электродтан билгеле бер ераклыкта кул белән көйләнергә мөмкин булган тефлон консоленә беркетелгән. 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). Барлык үрнәк алучы компонентлары да кисәкчәләр үрнәк алуны начарайта алырлык заряд җыелуын булдырмас өчен электр белән җиргә тоташтырылган.
(а) Инженерлык Су Наноструктураларын Генерацияләү Системасы (EWNS). (б) Иң мөһим параметрларны күрсәтүче үрнәк алучы һәм электроспрей җайланмасының кисемтәләре. (в) Бактерияләрне инактивлаштыру өчен эксперименталь җайланма.
Югарыда тасвирланган EWNS генерация системасы EWNS үзлекләрен төгәл көйләү өчен төп эш параметрларын үзгәртә ала. EWNS характеристикаларын төгәл көйләү өчен кулланылган көчәнешне (V), энә белән каршы электрод арасындагы араны (L) һәм капилляр аша су агымын (φ) көйләгез. Төрле комбинацияләрне билгеләү өчен [V (kV), L (см)] символлары кулланыла. Билгеле бер җыелманың тотрыклы Тейлор конусын алу өчен су агымын көйләгез [V, L]. Бу тикшеренү максатларында каршы электродның (D) диафрагмасы 0,5 дюймга (1,29 см) куелды.
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 Мобилиятле Кисәкчәләр Үлчәгеченә (SMPS, 3936 модель, TSI, Shoreview, Миннесота) тоташтырылган һәм аэрозоль агымнарын үлчәү өчен Фарадей аэрозоль электрометры (TSI, 3068B модель, Shoreview, АКШ) белән кулланылган, безнең алдагы басмада9 тасвирланганча. SMPS та, аэрозоль электрометры да 0,5 л/мин агым тизлегендә алынган (гомуми үрнәк агымы 1 л/мин). Кисәкчәләр концентрациясе һәм аэрозоль агымнары 120 с дәвамында үлчәнгән. Үлчәүне 30 тапкыр кабатлагыз. Гомуми аэрозоль заряды ток үлчәүләреннән исәпләнә, ә уртача EWNS заряды EWNS кисәкчәләренең гомуми саныннан исәпләнә. EWNSның уртача бәясен (1) тигезләмә ярдәмендә исәпләп була:
монда IEl - үлчәнгән ток, NSMPS - SMPS белән үлчәнгән сан концентрациясе, ә φEl - электрометрга агым тизлеге.
Чагыштырма дымлылык (ЧД) өслек зарядына тәэсир иткәнлектән, тәҗрибә барышында температура һәм (ЧД) 21°C һәм 45% дәрәҗәсендә 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, ә сканерлау мәйданы 5 мкм × 5 мкм, 256 сканерлау сызыгы белән. Барлык рәсемнәр дә Asylum программа тәэминаты ярдәмендә беренче дәрәҗәдәге рәсемнәрне тигезләүгә дучар ителде (100 нм диапазонлы һәм 100 pm бусагалы битлек).
Сынау воронкасын алыгыз һәм слюда өслеген каршы электродтан 2,0 см ераклыкта, уртача 120 с вакытка урнаштырыгыз, бу кисәкчәләрнең кушылуын һәм слюда өслегендә тигез булмаган тамчылар барлыкка килүен булдырмас өчен эшләнергә тиеш. EWNS турыдан-туры яңа киселгән слюда өслекләренә кулланылды (Тед Пелла, Реддинг, Калифорния). Сиптергәннән соң шунда ук слюда өслеге AFM ярдәмендә күрсәтелде. Яңа киселгән, үзгәртелмәгән слюданың өслек контакт почмагы 0° ка якын, шуңа күрә EWNS слюда өслеге буйлап гөмбәз формасында тарала20. Диффузияләнүче тамчыларның диаметры (а) һәм биеклеге (h) турыдан-туры AFM топографиясеннән үлчәнде һәм безнең алдан расланган ысулны кулланып гөмбәзле диффузия күләме EWNS исәпләү өчен кулланылды8. Бортка урнаштырылган EVNS шул ук күләмдә дип фаразлап, эквивалент диаметрны (2) тигезләмәдән исәпләп була:
Элегрәк эшләнгән ысулыбызга туры китереп, 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) (Oxis International Inc., Портленд, Орегон) булган эремә аша үткәрелде. Барлык EPR үлчәүләре дә Bruker EMX спектрометры (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, АКШ) һәм яссы күзәнәкле массивлар ярдәмендә башкарылды. Мәгълүматларны җыю һәм анализлау өчен Acquisit программасы (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, АКШ) кулланылды. ROS характеристикасы эш шартлары җыелмасы өчен генә башкарылды [-6,5 кВ, 4,0 см]. EWNS концентрацияләре бәрелү җайланмасында EWNS югалтуын 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 - үлчәүләрнең уртача кыйммәте, ә үлчәү хатасы - стандарт тайпылыш. Оптимальләштерелгән EWNS атрибутының кыйммәтен база EWNSның тиешле кыйммәте белән чагыштыру өчен t-тест үткәрелде.
2c рәсемдә EWNS11 өслекләренә юнәлтү өчен кулланылырга мөмкин булган элек эшләнгән һәм характерланган Электростатик Явым-төшем үткәрү системасы (EPES) күрсәтелгән. EPES максат өслегенә турыдан-туры "төшерү" өчен көчле электр кыры белән берлектә EWNS зарядын куллана. EPES системасы турында мәгълүмат Pyrgiotakis һ.б. тарафыннан күптән түгел бастырылган.11. Шулай итеп, EPES уртасында 15,24 см ара белән ике параллель дат басмас корыч (304 дат басмас корыч, көзге белән ялтыратылган) металл пластиналарны үз эченә алган конуссыман очлары булган 3D бастырылган ПВХ камерадан тора. Такталар тышкы югары көчәнеш чыганагына (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) тоташтырылган, аскы такта һәрвакыт уңай, ә өске такта һәрвакыт җиргә тоташтырылган (йөзүче). Камера стеналары алюминий фольга белән капланган, ул кисәкчәләр югалуын булдырмас өчен электр белән җиргә тоташтырылган. Камераның алгы йөкләү ишеге герметик, ул сынау өслекләрен пластик стеллажларга куярга мөмкинлек бирә, аларны аскы металл пластинадан күтәрә, югары көчәнеш комачаулавыннан саклану өчен.
EPES'та EWNS'ның урнаштыру нәтиҗәлелеге S111 өстәмә рәсемендә җентекләп аңлатылган алдан эшләнгән протокол нигезендә исәпләнгән.
Идарә итү камерасы буларак, цилиндрик камера аша икенче агым EWNSны бетерү өчен арадаш HEPA фильтры ярдәмендә EPES системасы белән рәттән тоташтырыла. 2c рәсемдә күрсәтелгәнчә, EWNS аэрозолы рәттән тоташтырылган ике камера аша кудырылган. 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 җимешләрне пычратуы ачыкланган, мәсәлән, фекаль индикатор булган Escherichia coli (ATCC #27325), азык-төлек аша тарала торган патоген Salmonella enterica (ATCC #53647), патоген Listeria monocytogenesка альтернатива булган Listeria innocua (ATCC #33090)., бозылу чүпрәсенә альтернатива буларак Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) һәм чыдамрак тере бактерия буларак Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ATCCдан (Manassas, Вирджиния) сатып алынган.
Җирле базардан очраклы рәвештә органик помидорлар салынган тартмалар сатып алыгыз һәм кулланылганчы 4°C температурада (3 көнгә кадәр) суыткычта саклагыз. Бер зурлыктагы, диаметры якынча 0,5 дюйм булган помидорлар белән эксперимент үткәрегез.
Инкубация, прививка, экспозиция һәм колонияләрне санау протоколлары безнең алдагы басмаларда җентекләп аңлатылган һәм Өстәмә мәгълүматлар 11дә җентекләп аңлатылган. EWNS эшчәнлеге 40,000 #/см3 экспозициягә 45 минутка экспозицияләү юлы белән бәяләнде. Кыскасы, t = 0 минут вакыт аралыгында, исән калган микроорганизмнарны бәяләү өчен өч помидор кулланылды. Өч помидор EPESка урнаштырылды һәм EWNSка 40,000 #/см3 экспозицияләүдә (EWNS экспозициясенә төшерелгән помидорлар), ә тагын өчесе контроль камерага урнаштырылды (контроль помидорлар). Помидор төркемнәренең берсе дә өстәмә эшкәртүгә дучар ителмәде. EWNS тәэсирен бәяләү өчен EWNS экспозициясенә төшерелгән помидорлар һәм контроль помидорлар 45 минуттан соң алынды.
Һәр эксперимент өч тапкыр үткәрелде. Мәгълүматлар анализы Өстәмә мәгълүматларда тасвирланган протокол нигезендә башкарылды.
E. coli, Enterobacter һәм L. innocua бактерия үрнәкләре EWNSка дучар ителгән (45 минут, EWNS аэрозоль концентрациясе 40,000 #/см3) һәм экспозицияләнмәгән килеш инактивация механизмнарын бәяләү өчен гранулалар белән эшкәртелде. Чөкмә бүлмә температурасында 2 сәгать дәвамында 0,1 М натрий какодилат эремәсендә (рН 7,4) 2,5% глутаральдегид, 1,25% параформальдегид һәм 0,03% пикрин кислотасы фиксациясе белән фиксацияләнде. Юганнан соң, алар 2 сәгать дәвамында 1% осмий тетроксиды (OsO4)/1,5% калий ферроцианиды (KFeCN6) белән фиксацияләнде, 3 тапкыр су белән юылды һәм 1% уранил ацетатында 1 сәгать инкубацияләнде, аннары ике тапкыр су белән юылды. Аннары 10 минуттан 50%, 70%, 90%, 100% спиртлы сусызландыру үткәрелде. 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 белән җиһазландырылган гадәти трансмиссия электрон микроскобы JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Япония) ярдәмендә күрсәтелде (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, АКШ).
Барлык экспериментлар да өч тапкыр үткәрелде. Һәр вакыт ноктасы өчен бактерияләрне юу өч тапкыр күчерелде, нәтиҗәдә һәр ноктага тугыз мәгълүмат ноктасы туры килде, аларның уртачасы шул организм 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 итү чорында бактерияләрнең табигый таркалуын исәпкә алу өчен, 45 минутлык контроль төркем белән чагыштырганда, Log-Reduction шулай ук ​​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 ераклыкның берничә комбинациясе бәяләнде. Төрле комбинацияләр S1 өстәмә таблицасында күрсәтелгән. Тотрыклы һәм кабатланучан үзлекләрне күрсәтүче тулы тикшеренү өчен ике очрак сайланды (Тейлор конусы, EWNS җитештерүе һәм вакыт узу белән тотрыклылык). 3 нче рәсемдә ике очрак өчен ROS заряды, зурлыгы һәм эчтәлеге буенча нәтиҗәләр күрсәтелгән. Нәтиҗәләр шулай ук ​​1 нче таблицада гомумиләштерелгән. Белешмә өчен, 3 нче рәсем һәм 1 нче таблица элек синтезланган оптимальләштерелмәгән EWNS8, 9, 10, 11 (башлангыч EWNS) үзлекләрен үз эченә ала. Ике койрыклы t-тест кулланып статистик әһәмиятлелек исәпләүләре S2 өстәмә таблицасында кабат бастырылган. Моннан тыш, өстәмә мәгълүматларга каршы электродның үрнәк алу тишеге диаметрының (D) һәм җир электроды белән энә очы арасындагы ераклыкның (L) йогынтысы турындагы тикшеренүләр керә (S2 һәм S3 өстәмә рәсемнәре).
(a–c) AFM зурлыклары бүленеше. (d – f) Өслек заряды характеристикасы. (g) ROS һәм ESR характеристикасы.
Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, югарыда күрсәтелгән барлык шартлар өчен дә үлчәнгән ионлашу токлары 2-6 µA диапазонында, ә көчәнешләр -3,8 дән -6,5 кВ га кадәр булган, бу бер терминаллы EWNS өчен энергия куллану 50 мВт тан кимрәк булган. 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 буенча кырлар 2 × 105 В/м һәм 4,7 × 105 В/м буларак исәпләнә. Бу көтелгән хәл, чөнки икенче очракта көчәнешнең ераклыкка 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] сценарийлары өчен уртача EWNS диаметрлары 27 нм һәм 19 нм дип исәпләнгән. [-6,5 кВ, 4,0 см] һәм [-3,8 кВ, 0,5 см] очраклары 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 тәшкил итә. 3c рәсемдә шул ук шартларда шул ук ысул белән үлчәнгән башлангыч 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. Baseline-EWNS (10 ± 2 e-) белән чагыштырганда, аларның өслек заряды күпкә югарырак, [-6.5 кВ, 4.0 см] сценарийыннан ике тапкыр һәм [-3.8 кВ, 0.5 см] сценарийыннан дүрт тапкыр артык. 3f EWNS'ның төп түләү мәгълүматларын күрсәтә.
EWNS сан концентрациясе карталарыннан (S5 һәм S6 өстәмә рәсемнәре), [-6,5 кВ, 4,0 см] күренешендә [-3,8 кВ, 0,5 см] күренешенә караганда кисәкчәләр саны күпкә югарырак булуын күрергә мөмкин. Шуны да билгеләп үтәргә кирәк, EWNS сан концентрацияләре 4 сәгатькә кадәр күзәтелгән (S5 һәм S6 өстәмә рәсемнәре), анда EWNS генерациясе тотрыклылыгы ике очракта да кисәкчәләр саны концентрацияләренең бер үк дәрәҗәсен күрсәткән.
3g рәсемдә [-6,5 кВ, 4,0 см] да оптимальләштерелгән EWNS өчен контроль (фон) алудан соңгы EPR спектры күрсәтелгән. ROS спектры шулай ук ​​элек бастырылган мәкаләдә EWNS башлангыч сызыгы белән чагыштырыла. Спин тозагы белән реакциягә керүче EWNSларның исәпләнгән саны 7,5 × 104 EWNS/с тәшкил итә, бу элегрәк бастырылган Baseline-EWNS8 белән охшаш. EPR спектрлары ике төр ROS булуын ачык күрсәтте, анда O2- өстенлек итте, ә OH• азрак күләмдә иде. Моннан тыш, пик интенсивлыкларын турыдан-туры чагыштыру оптимальләштерелгән EWNSның башлангыч 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. Ике EUNS очрагы өчен дә, 3,0 кВ түбән көчәнештә дә урнаштыру 100% ка якын булган. Гадәттә, өслек заряды үзгәрүенә карамастан, 100% урнаштыруга ирешү өчен 3,0 кВ җитә. Шул ук шартларда, түбән заряд аркасында (EWNS'та уртача 10 электрон), База-EWNS'ның урнаштыру нәтиҗәлелеге нибары 56% тәшкил иткән.
5 нче рәсемдә һәм 2 нче таблицада оптималь сценарий [-6,5 кВ, 4,0 см] буенча 45 минут дәвамында якынча 40,000 #/см3 EWNS белән тәэсир иткәннән соң помидор өслегенә инокуляцияләнгән микроорганизмнарның активсызлану дәрәҗәсе кыскача күрсәтелгән. E. coli һәм L. innocua 45 минут тәэсир иткәннән соң 3,8 логарифмга сизелерлек кимү күрсәттеләр. Шул ук шартларда, S. enterica 2,2 логарифмга кимрәк кимү күрсәтте, ә S. cerevisiae һәм M. parafortuitum 1,0 логарифмга кимү күрсәттеләр.
E. coli, Salmonella enterica һәм L. innocua күзәнәкләрендә EWNS китереп чыгарган физик үзгәрешләрне сурәтләгән электрон микрографлар (6 нчы рәсем). Контроль бактерияләрдә күзәнәк мембраналары бөтен, ә ачык бактерияләрдә тышкы мембраналар 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 калган, бу элек бастырылган нәтиҗәләргә бик охшаш, бу аларга һавада озак вакыт калырга мөмкинлек бирә. Күзәтелгән полидисперсияне өслек зарядындагы үзгәрешләр белән аңлатырга мөмкин, алар Рейли эффектының зурлыгын, очраклылыкны һәм EWNSның кушылу потенциалын билгели. Ләкин, Нильсен һ.б. тарафыннан җентекләп аңлатылганча22, югары өслек заряды су тамчысының өслек энергиясен/киеренкелеген нәтиҗәле рәвештә арттырып, парга әйләнүне киметә. Бу теория безнең алдагы басмада8 микротамчылар22 һәм EWNS өчен эксперименталь рәвештә расланган. Өстәмә вакыт югалту шулай ук ​​зурлыкка тәэсир итә һәм күзәтелгән зурлык бүленешенә өлеш кертә ала.
Моннан тыш, һәр структура өчен заряд якынча 22–44 e- тәшкил итә, бу шартларга 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 тигез 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.