Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydi.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Shu bilan birga, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublarsiz va JavaScript-ni ishlatmasdan taqdim etamiz.
Bir vaqtning o'zida uchta slaydni ko'rsatadigan karusel.Bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun "Oldingi" va "Keyingi" tugmalaridan foydalaning yoki bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun oxiridagi slayder tugmalaridan foydalaning.
Yaqinda sun'iy suv nanostrukturalari (EWNS) yordamida nanotexnologiyaga asoslangan kimyoviy moddalarsiz mikroblarga qarshi platforma ishlab chiqildi.EWNS yuqori sirt zaryadiga ega va bir qator mikroorganizmlar, shu jumladan oziq-ovqat patogenlari bilan o'zaro ta'sir qilishi va faolsizlantirishi mumkin bo'lgan reaktiv kislorod turlari (ROS) bilan to'yingan.Bu erda sintez paytida ularning xususiyatlarini antibakterial salohiyatini yanada oshirish uchun nozik sozlash va optimallashtirish mumkinligi ko'rsatilgan.EWNS laboratoriya platformasi sintez parametrlarini o'zgartirish orqali EWNS xususiyatlarini nozik sozlash uchun mo'ljallangan.Zamonaviy analitik usullardan foydalangan holda EWNS xususiyatlarining tavsifi (ROS zaryadi, hajmi va mazmuni).Bundan tashqari, ular Escherichia coli, Salmonella enterica, zararsiz Listeria, Mycobacterium paraaccidentum va Saccharomyces cerevisiae kabi oziq-ovqat mikroorganizmlariga qarshi mikrobial inaktivatsiya salohiyati uchun baholandi.Bu erda keltirilgan natijalar shuni ko'rsatadiki, EWNS xususiyatlari sintez paytida nozik sozlanishi mumkin, bu esa inaktivatsiya samaradorligining eksponentsial o'sishiga olib keladi.Xususan, sirt zaryadi to'rt marta oshdi va reaktiv kislorod turlari ko'paydi.Mikroblarni olib tashlash darajasi mikrobial jihatdan bog'liq edi va 40 000 #/cc EWNS aerozol dozasiga 45 daqiqa ta'sir qilishdan keyin 1,0 dan 3,8 loggacha bo'lgan.
Mikroblarning ifloslanishi patogenlar yoki ularning toksinlarini yutish natijasida kelib chiqadigan oziq-ovqat kasalliklarining asosiy sababidir.Birgina Qo'shma Shtatlarda oziq-ovqat yuqadigan kasalliklar har yili taxminan 76 million kasallikka, 325 000 kasalxonaga yotqizilganlarga va 5 000 kishining o'limiga sabab bo'ladi1.Bundan tashqari, Qo'shma Shtatlar Qishloq xo'jaligi Departamenti (USDA) hisob-kitoblariga ko'ra, yangi mahsulotlarni iste'mol qilish Qo'shma Shtatlardagi barcha xabar qilingan oziq-ovqat kasalliklarining 48% ga sabab bo'ladi2.Qo'shma Shtatlarda oziq-ovqat orqali yuqadigan patogenlar keltirib chiqaradigan kasallik va o'limning narxi juda yuqori, Kasalliklarni nazorat qilish va oldini olish markazlari (CDC) tomonidan yiliga 15,6 milliard AQSh dollaridan ko'proq baholanadi3.
Hozirgi vaqtda oziq-ovqat xavfsizligini ta'minlash uchun kimyoviy4, radiatsiya5 va termal6 mikroblarga qarshi aralashuvlar doimiy ravishda emas, asosan ishlab chiqarish zanjiri bo'ylab (odatda hosil yig'ib olingandan keyin va/yoki qadoqlash vaqtida) cheklangan tanqidiy nazorat nuqtalarida (CCP) amalga oshiriladi.shunday qilib, ular o'zaro kontaminatsiyaga moyil.7. Oziq-ovqatlar orqali yuqadigan kasalliklar va oziq-ovqat mahsulotlarining buzilishini yaxshiroq nazorat qilish uchun mikroblarga qarshi aralashuvlar kerak bo'lib, ular atrof-muhitga ta'sir va xarajatlarni kamaytiradigan holda fermer xo'jaligida qo'llanilishi mumkin.
Yaqinda kimyoviy moddalarsiz, nanotexnologiyaga asoslangan mikroblarga qarshi platforma ishlab chiqildi, u sun'iy suv nanostrukturalari (EWNS) yordamida sirt va havodagi bakteriyalarni faolsizlantirishi mumkin.EWNS ikkita parallel jarayon, elektrospray va suvni ionlash yordamida sintez qilindi (1a-rasm).Oldingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, EWNS noyob jismoniy va biologik xususiyatlarga ega8,9,10.EWNS har bir strukturada oʻrtacha 10 ta elektron va oʻrtacha nano oʻlchami 25 nm (1b,c-rasm)8,9,10.Bundan tashqari, elektron spin rezonansi (ESR) EWNS ko'p miqdorda reaktiv kislorod turlarini (ROS), asosan gidroksil (OH•) va superoksid (O2-) radikallarini o'z ichiga olganligini ko'rsatdi (1c-rasm)8.EVNS uzoq vaqt davomida havoda bo'lib, havoda to'xtatilgan va sirtda mavjud bo'lgan mikroorganizmlar bilan to'qnashib, ularning ROS yukini etkazib berishi va mikroorganizmlarning inaktivatsiyasiga olib kelishi mumkin (1d-rasm).Ushbu dastlabki tadqiqotlar, shuningdek, EWNS turli gramm-manfiy va gramm-musbat bakteriyalar, shu jumladan mikobakteriyalar bilan o'zaro ta'sir qilishi va ularni inaktivatsiya qilishi mumkinligini ko'rsatdi.Transmissiya elektron mikroskopi inaktivatsiya hujayra membranasining buzilishidan kelib chiqqanligini ko'rsatdi.Bundan tashqari, o'tkir inhalasyon tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, EWNS ning yuqori dozalari o'pkaning shikastlanishiga yoki yallig'lanishiga olib kelmaydi 8 .
(a) Suyuqlik bo'lgan kapillyar naycha va qarshi elektrod o'rtasida yuqori kuchlanish qo'llanilganda elektrospray paydo bo'ladi.(b) Yuqori bosimni qo'llash ikki xil hodisaga olib keladi: (i) suvni elektropurkalash va (ii) EWNSda tutilgan reaktiv kislorod turlarini (ionlarini) hosil qilish.(c) EWNSning noyob tuzilishi.(d) Nano miqyosdagi tabiati tufayli EWNS juda mobil va havodagi patogenlar bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin.
EWNS mikroblarga qarshi platformasining yangi oziq-ovqat yuzasida oziq-ovqat mikroorganizmlarini faolsizlantirish qobiliyati ham yaqinda ko'rsatildi.Bundan tashqari, EWNS ning sirt zaryadini elektr maydoni bilan birgalikda maqsadli etkazib berishga erishish uchun ishlatish mumkinligi ko'rsatildi.Bundan tashqari, E. coli va Listeria 11 kabi turli oziq-ovqat mikroorganizmlari kuzatilgan holda, taxminan 50 000 #/sm3 bo'lgan EWNS da 90 daqiqalik ta'sir qilishdan so'ng organik pomidorlar bo'yicha dastlabki natijalar quvonarli edi.Bundan tashqari, dastlabki organoleptik testlar nazorat pomidorlari bilan solishtirganda sensorli ta'sir ko'rsatmadi.Garchi bu dastlabki inaktivatsiya natijalari oziq-ovqat xavfsizligi dasturlari uchun 50,000#/cc dan kam EWNS dozalarida ham dalda beruvchi bo'lsa-da.Qarang, yuqori inaktivatsiya potentsiali infektsiya va buzilish xavfini yanada kamaytirish uchun foydaliroq bo'lishi aniq.
Bu erda biz o'z tadqiqotlarimizni sintez parametrlarini nozik sozlash va ularning antibakterial salohiyatini oshirish uchun EWNS fizik-kimyoviy xususiyatlarini optimallashtirish uchun EWNS avlod platformasini ishlab chiqishga qaratamiz.Xususan, optimallashtirish ularning sirt zaryadini (maqsadli yetkazib berishni yaxshilash uchun) va ROS tarkibini (inaktivatsiya samaradorligini oshirish uchun) oshirishga qaratilgan.Zamonaviy analitik usullardan foydalangan holda optimallashtirilgan fizik-kimyoviy xususiyatlarni (hajmi, zaryadi va ROS tarkibi) tavsiflang va E. kabi keng tarqalgan oziq-ovqat mikroorganizmlaridan foydalaning.
EVNS yuqori tozalikdagi suvni (18 MŌ sm-1) bir vaqtning o'zida elektrospraylash va ionlash orqali sintez qilindi.Elektr nebulizer 12 odatda suyuqliklarni atomizatsiya qilish va polimer va keramika zarralari 13 va boshqariladigan o'lchamdagi tolalar 14 sintezi uchun ishlatiladi.
Oldingi nashrlarda 8, 9, 10, 11da batafsil bayon qilinganidek, odatdagi tajribada metall kapillyar va tuproqli qarshi elektrod o'rtasida yuqori kuchlanish qo'llanilgan.Bu jarayonda ikki xil hodisa yuz beradi: i) elektrospray va ii) suvning ionlanishi.Ikki elektrod orasidagi kuchli elektr maydon kondensatsiyalangan suv yuzasida manfiy zaryadlarning paydo bo'lishiga olib keladi, natijada Teylor konuslari hosil bo'ladi.Natijada, yuqori zaryadlangan suv tomchilari hosil bo'lib, ular Reyl nazariyasidagi kabi kichikroq zarrachalarga bo'linishda davom etadi16.Shu bilan birga, kuchli elektr maydonlari ba'zi suv molekulalarining bo'linishiga va elektronlarni ajratishiga (ionlashishiga) olib keladi, bu esa ko'p miqdorda reaktiv kislorod turlarining (ROS) shakllanishiga olib keladi17.Bir vaqtning o'zida ishlab chiqarilgan ROS18 EWNS-ga o'ralgan (1c-rasm).
Shaklda.2a ushbu tadqiqotda EWNS sintezida ishlab chiqilgan va foydalanilgan EWNS ishlab chiqarish tizimini ko'rsatadi.Yopiq shishada saqlangan tozalangan suv teflon trubkasi (ichki diametri 2 mm) orqali 30G zanglamaydigan po'latdan yasalgan igna (metall kapillyar) ichiga yuborilgan.Suv oqimi 2b-rasmda ko'rsatilganidek, shisha ichidagi havo bosimi bilan boshqariladi.Igna Teflon konsoliga o'rnatiladi va taymer elektroddan ma'lum masofaga qo'lda sozlanishi mumkin.Qarshi elektrod - bu namuna olish uchun markazda teshikka ega bo'lgan sayqallangan alyuminiy disk.Hisoblagich elektrod ostida alyuminiy namuna olish hunisi joylashgan bo'lib, u namuna olish porti orqali eksperimental o'rnatishning qolgan qismiga ulanadi (2b-rasm).Namuna oluvchining ishini buzishi mumkin bo'lgan zaryadning to'planishiga yo'l qo'ymaslik uchun barcha namuna oluvchi komponentlar elektr bilan erga ulangan.
(a) Muhandisli suv nanostrukturasini yaratish tizimi (EWNS).(b) Namuna oluvchi va elektrospreyning eng muhim parametrlarini ko'rsatuvchi kesma.(c) Bakteriyalarni inaktivatsiya qilish uchun eksperimental o'rnatish.
Yuqorida tavsiflangan EWNS ishlab chiqarish tizimi EWNS xususiyatlarini nozik sozlashni osonlashtirish uchun asosiy ish parametrlarini o'zgartirishga qodir.EWNS xususiyatlarini aniq sozlash uchun qo'llaniladigan kuchlanishni (V), igna va qarshi elektrod (L) orasidagi masofani va kapillyar orqali suv oqimini (ph) sozlang.Turli kombinatsiyalarni ifodalash uchun ishlatiladigan belgi: [V (kV), L (sm)].Muayyan to'plamning barqaror Teylor konusini olish uchun suv oqimini sozlang [V, L].Ushbu tadqiqot maqsadlari uchun hisoblagich elektrodning (D) diametrli diametri 0,5 dyuym (1,29 sm) da saqlangan.
Cheklangan geometriya va assimetriya tufayli elektr maydon kuchini birinchi printsiplardan hisoblash mumkin emas.Buning o'rniga, QuickField™ dasturi (Svendborg, Daniya)19 elektr maydonini hisoblash uchun ishlatilgan.Elektr maydoni bir xil emas, shuning uchun kapillyarning uchidagi elektr maydonining qiymati turli xil konfiguratsiyalar uchun mos yozuvlar qiymati sifatida ishlatilgan.
Tadqiqot davomida igna va qarshi elektrod orasidagi kuchlanish va masofaning bir nechta kombinatsiyasi Teylor konusning shakllanishi, Teylor konusining barqarorligi, EWNS ishlab chiqarish barqarorligi va takrorlanuvchanligi nuqtai nazaridan baholandi.Har xil kombinatsiyalar S1 qo'shimcha jadvalida keltirilgan.
EWNS ishlab chiqarish tizimining chiqishi zarrachalar soni kontsentratsiyasini o'lchash uchun to'g'ridan-to'g'ri Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN), shuningdek, Aerozol Faraday Elektrometriga (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN) ulangan.) aerozol oqimlari uchun avvalgi nashrimizda tasvirlanganidek o'lchangan.SMPS va aerozol elektrometri 0,5 L/min oqim tezligida namuna oldi (jami namuna oqimi 1 L/min).Zarrachalar soni kontsentratsiyasi va aerozol oqimi 120 soniya davomida o'lchandi.O'lchov 30 marta takrorlanadi.Joriy o'lchovlar asosida aerozolning umumiy zaryadi hisoblab chiqiladi va tanlangan EWNS zarrachalarining ma'lum umumiy soni uchun o'rtacha EWNS zaryadi hisoblanadi.EWNSning o'rtacha narxini tenglama (1) yordamida hisoblash mumkin:
Bu erda IEl - o'lchangan oqim, NSMPS - SMPS bilan o'lchangan raqamli kontsentratsiya va phEl - elektrometrga oqim tezligi.
Nisbiy namlik (RH) sirt zaryadiga ta'sir qilganligi sababli, tajriba davomida harorat va (RH) mos ravishda 21 ° C va 45% da doimiy ravishda ushlab turildi.
EWNS hajmi va umrini o'lchash uchun atom kuchi mikroskopiyasi (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) va AC260T probi (Olympus, Tokio, Yaponiya) ishlatilgan.AFM skanerlash chastotasi 1 Gts, skanerlash maydoni 5 mkm × 5 mkm va 256 skanerlash chizig'i edi.Barcha tasvirlar Asylum dasturidan foydalangan holda 1-darajali tasvirni tekislashdan o'tkazildi (niqob diapazoni 100 nm, chegara 100 pm).
Sinov hunisi olib tashlandi va slyuda yuzasi zarrachalar aglomeratsiyasi va slyuda yuzasida tartibsiz tomchilar paydo bo'lishining oldini olish uchun o'rtacha 120 s vaqt davomida hisoblagich elektroddan 2,0 sm masofada joylashtirildi.EWNS to'g'ridan-to'g'ri yangi kesilgan slyuda yuzasiga püskürtülür (Ted Pella, Redding, CA).AFM purkalgandan so'ng darhol mika sirtining tasviri.Yangi kesilgan o'zgartirilmagan slyuda yuzasining aloqa burchagi 0 ° ga yaqin, shuning uchun EVNS slyuda yuzasida gumbaz shaklida taqsimlanadi.Diffuziyali tomchilarning diametri (a) va balandligi (h) to'g'ridan-to'g'ri AFM topografiyasidan o'lchandi va bizning ilgari tasdiqlangan usulimiz yordamida EWNS gumbazli diffuziya hajmini hisoblash uchun ishlatilgan.Bortdagi EWNS bir xil hajmga ega deb faraz qilsak, ekvivalent diametrni (2) tenglama yordamida hisoblash mumkin:
Oldin ishlab chiqilgan usulimizga asoslanib, EWNSda qisqa muddatli radikal oraliq moddalar mavjudligini aniqlash uchun elektron spin-rezonans (ESR) spin tuzog'i ishlatilgan.Aerozollar 235 mM DEPMPO(5-(dietoksifosforil)-5-metil-1-pirrolin-N-oksid) (Oxis International Inc.) ning 235 mM eritmasini o'z ichiga olgan 650 mkmlik Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) orqali pufakchaga solingan.Portlend, Oregon).Barcha ESR o'lchovlari Bruker EMX spektrometri (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, AQSh) va tekis panelli hujayra yordamida amalga oshirildi.Ma'lumotlarni yig'ish va tahlil qilish uchun Acquisit dasturidan (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, AQSH) foydalanilgan.ROS xususiyatlarini aniqlash faqat ish sharoitlari to'plami uchun amalga oshirildi [-6,5 kV, 4,0 sm].EWNS kontsentratsiyasi zarba beruvchida EWNS yo'qotishlarini hisobga olgandan so'ng SMPS yordamida o'lchandi.
Ozon darajasi 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co) 8,9,10 yordamida kuzatildi.
Barcha EWNS xususiyatlari uchun o'rtacha qiymat o'lchov qiymati sifatida ishlatiladi va standart og'ish o'lchov xatosi sifatida ishlatiladi.Optimallashtirilgan EWNS atributlari qiymatlarini asosiy EWNS ning mos qiymatlari bilan solishtirish uchun T-testlari o'tkazildi.
2c-rasmda ilgari ishlab chiqilgan va tavsiflangan elektrostatik yog'ingarchilik (EPES) "tortishish" tizimi ko'rsatilgan, bu EWNSni sirtga maqsadli etkazib berish uchun ishlatilishi mumkin.EPES kuchli elektr maydoni ta'sirida to'g'ridan-to'g'ri nishon yuzasiga "yo'naltirilishi" mumkin bo'lgan EVNS zaryadlaridan foydalanadi.EPES tizimining tafsilotlari Pyrgiotakis va boshqalar tomonidan so'nggi nashrda keltirilgan.11 .Shunday qilib, EPES uchlari toraygan 3D bosilgan PVX kameradan iborat va markazda bir-biridan 15,24 sm masofada joylashgan ikkita parallel zanglamaydigan po'latdan (304 zanglamaydigan po'lat, oyna bilan qoplangan) metall plitalardan iborat.Plitalar tashqi yuqori kuchlanish manbasiga (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) ulangan, pastki plastinka har doim musbat kuchlanishga ulangan va yuqori plastinka har doim erga (suzuvchi tuproq) ulangan.Kamera devorlari alyuminiy folga bilan qoplangan, u zarrachalar yo'qolishining oldini olish uchun elektr bilan erga ulangan.Kamerada muhrlangan old yuklash eshigi mavjud bo'lib, u yuqori kuchlanish shovqinlarini oldini olish uchun sinov sirtlarini pastki metall plastinkadan yuqoriga ko'taradigan plastik stendlarga joylashtirish imkonini beradi.
EWNS ning EPESda joylashtirish samaradorligi qo'shimcha S111-rasmda batafsil bayon qilingan ilgari ishlab chiqilgan protokolga muvofiq hisoblab chiqilgan.
Tekshirish kamerasi sifatida ikkinchi silindrsimon oqim kamerasi EPES tizimiga ketma-ket ulangan, unda EWNSni olib tashlash uchun oraliq HEPA filtri ishlatilgan.2c-rasmda ko'rsatilganidek, EWNS aerozoli ikkita o'rnatilgan kamera orqali pompalandi.Boshqaruv xonasi va EPES o'rtasidagi filtr bir xil harorat (T), nisbiy namlik (RH) va ozon darajalariga olib keladigan qolgan EWNSni olib tashlaydi.
Oziq-ovqat orqali yuqadigan muhim mikroorganizmlar E. coli (ATCC #27325), najas ko'rsatkichi, Salmonella enterica (ATCC #53647), oziq-ovqat bilan yuqadigan patogen, Listeria zararsiz (ATCC #33090), patogen Listeria monocytogenes, SaVAchaceromes (ATCC) dan surrogat kabi yangi oziq-ovqatlarni ifloslantirishi aniqlangan. ae (ATCC №4098), buzilib ketadigan xamirturush o'rnini bosuvchi va chidamliroq faollashtirilgan bakteriya, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Mahalliy bozoringizdan tasodifiy qutilar organik uzum pomidorini sotib oling va ishlatilgunga qadar (3 kungacha) 4 ° C da muzlatgichda saqlang.Eksperimental pomidorlarning barchasi bir xil o'lchamda, diametri taxminan 1/2 dyuym edi.
Madaniyat, emlash, ta'sir qilish va koloniyalarni hisoblash protokollari bizning oldingi nashrimizda va Qo'shimcha ma'lumotlarda batafsil bayon etilgan.EWNS samaradorligi emlangan pomidorlarni 45 daqiqa davomida 40,000 #/sm3 ga ta'sir qilish orqali baholandi.Qisqacha aytganda, t = 0 minut vaqtida omon qolgan mikroorganizmlarni baholash uchun uchta pomidor ishlatilgan.Uchta pomidor EPESga joylashtirildi va 40,000 #/cc (EWNS ta'sirlangan pomidorlar) da EWNS ta'siriga duchor qilindi va qolgan uchtasi nazorat kamerasiga (nazorat pomidorlari) joylashtirildi.Ikkala guruhdagi pomidorlarni qo'shimcha qayta ishlash amalga oshirilmadi.EWNS ta'sirini baholash uchun EWNS ta'siriga duchor bo'lgan pomidorlar va nazorat pomidorlari 45 daqiqadan so'ng olib tashlandi.
Har bir tajriba uch nusxada o'tkazildi.Ma'lumotlarni tahlil qilish Qo'shimcha ma'lumotlarda tasvirlangan protokolga muvofiq amalga oshirildi.
Inaktivatsiya mexanizmlari ochiq EWNS namunalarini cho'ktirish (40 000 #/cm3 EWNS aerozol kontsentratsiyasida 45 minut) va zararsiz bakteriyalar E. coli, Salmonella enterica va Lactobacillusning nurlanmagan namunalari bilan baholandi.Zarrachalar 2,5% glutaraldegid, 1,25% paraformaldegid va 0,03% pikrik kislotada 0,1 M natriy kakodilat tamponida (pH 7,4) xona haroratida 2 soat davomida mahkamlangan.Yuvib bo'lgandan so'ng, 1% osmiy tetroksid (OsO4)/1,5% kaliy ferrosiyanid (KFeCN6) bilan 2 soat davomida mahkamlang, 3 marta suvda yuving va 1% uranil asetatda 1 soat davomida inkubatsiya qiling, so'ngra ikki marta suvda yuving, so'ngra 10%, 10%, 10%, 10% davomida suvsizlang.Keyin namunalar propilen oksidiga 1 soat davomida joylashtirildi va 1: 1 propilen oksidi va TAAP Epon aralashmasi bilan singdirildi (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Namunalar TAAB Eponga solingan va 60°C da 48 soat davomida polimerlangan.Davolangan granüler qatronlar AMT 2k CCD kamerasi (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusets, AQSh) bilan jihozlangan an'anaviy transmissiya elektron mikroskopi JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Yaponiya) yordamida TEM tomonidan kesilgan va tasvirlangan.
Barcha tajribalar uch nusxada o'tkazildi.Har bir vaqt nuqtasi uchun bakterial yuvishlar uch nusxada ekilgan, natijada har bir nuqtada jami to'qqizta ma'lumot nuqtasi bo'lib, ularning o'rtacha qiymati ushbu mikroorganizm uchun bakterial kontsentratsiya sifatida ishlatilgan.O'lchov xatosi sifatida standart og'ish ishlatilgan.Barcha ochkolar hisobga olinadi.
Bakteriyalar kontsentratsiyasining t = 0 minga nisbatan kamayishi logarifmi quyidagi formula yordamida hisoblab chiqilgan:
Bu erda C0 - nazorat namunasidagi bakteriyalarning 0 vaqtidagi konsentratsiyasi (ya'ni, sirt quriganidan keyin, lekin kameraga joylashtirilgunga qadar) va Cn - n daqiqa ta'sir qilishdan keyin sirtdagi bakteriyalar konsentratsiyasi.
45 daqiqalik ta'sir davomida bakteriyalarning tabiiy degradatsiyasini hisobga olish uchun 45 daqiqadan so'ng nazorat bilan solishtirganda jurnalning qisqarishi ham quyidagicha hisoblangan:
Bu erda Cn - n vaqtdagi nazorat namunasidagi bakteriyalar kontsentratsiyasi va Cn-Control - n vaqtdagi nazorat bakteriyalarining konsentratsiyasi.Ma'lumotlar nazorat bilan solishtirganda jurnalning qisqarishi sifatida taqdim etiladi (EWNS ta'siri yo'q).
Tadqiqot davomida igna va qarshi elektrod orasidagi kuchlanish va masofaning bir nechta kombinatsiyasi Teylor konusning shakllanishi, Teylor konusining barqarorligi, EWNS ishlab chiqarish barqarorligi va takrorlanuvchanligi nuqtai nazaridan baholandi.Har xil kombinatsiyalar S1 qo'shimcha jadvalida keltirilgan.Har tomonlama o'rganish uchun barqaror va takrorlanadigan xususiyatlarni ko'rsatadigan ikkita holat (Teylor konusi, EWNS generatsiyasi va vaqt o'tishi bilan barqarorlik) tanlangan.Shaklda.3-rasmda ikkala holatda ham ROS zaryadi, hajmi va mazmuni natijalari ko'rsatilgan.Natijalar 1-jadvalda ham ko'rsatilgan. Malumot uchun, 3-rasm va 1-jadvalda avval sintez qilingan optimallashtirilmagan EWNS8, 9, 10, 11 (bazaviy-EWNS) ning xossalari mavjud.Ikki dumli t-testidan foydalangan holda statistik ahamiyatlilik hisoblari S2 qo'shimcha jadvalida qayta nashr etilgan.Bunga qo'shimcha ravishda, qo'shimcha ma'lumotlarga qarshi elektrod namuna olish teshigi diametri (D) va tuproq elektrodi va uchi (L) orasidagi masofaning ta'sirini o'rganish kiradi (Qo'shimcha rasmlar S2 va S3).
(ac) AFM tomonidan o'lchangan o'lcham taqsimoti.(df) Yuzaki zaryadning xarakteristikasi.(g) EPRning ROS xarakteristikasi.
Shuni ham ta'kidlash kerakki, yuqoridagi barcha shartlar uchun o'lchangan ionlanish oqimi 2 va 6 mkA va kuchlanish -3,8 va -6,5 kV oralig'ida bo'lib, bu yagona EWNS ishlab chiqarish kontakt moduli uchun 50 mVt dan kam quvvat sarfiga olib keldi.EWNS yuqori bosim ostida sintez qilingan bo'lsa-da, ozon darajasi juda past edi, hech qachon 60 ppb dan oshmadi.
Qo'shimcha S4-rasmda mos ravishda [-6,5 kV, 4,0 sm] va [-3,8 kV, 0,5 sm] stsenariylar uchun simulyatsiya qilingan elektr maydonlari ko'rsatilgan.[-6,5 kV, 4,0 sm] va [-3,8 kV, 0,5 sm] stsenariylari uchun maydon hisoblari mos ravishda 2 × 105 V/m va 4,7 × 105 V/m ni tashkil qiladi.Bu kutilmoqda, chunki ikkinchi holatda kuchlanish-masofa nisbati ancha yuqori.
Shaklda.3a, b AFM8 bilan o'lchangan EWNS diametrini ko'rsatadi.Hisoblangan o'rtacha EWNS diametrlari [-6,5 kV, 4,0 sm] va [-3,8 kV, 0,5 sm] sxemalar uchun mos ravishda 27 nm va 19 nm edi.[-6,5 kV, 4,0 sm] va [-3,8 kV, 0,5 sm] stsenariylar uchun taqsimotlarning geometrik standart og'ishlari mos ravishda 1,41 va 1,45 ni tashkil qiladi, bu tor o'lchamdagi taqsimotni ko'rsatadi.O'rtacha o'lcham va geometrik standart og'ish mos ravishda 25 nm va 1,41 da asosiy EWNS ga juda yaqin.Shaklda.3c bir xil sharoitlarda bir xil usul yordamida o'lchangan asosiy EWNS hajmining taqsimlanishini ko'rsatadi.
Shaklda.3d,e zaryadni tavsiflash natijalarini ko'rsatadi.Ma'lumotlar konsentratsiyani (#/sm3) va oqimni (I) bir vaqtning o'zida 30 ta o'lchovning o'rtacha o'lchovlari.Tahlil shuni ko'rsatadiki, EWNSdagi o'rtacha zaryad [-6,5 kV, 4,0 sm] va [-3,8 kV, 0,5 sm] uchun mos ravishda 22 ± 6 e- va 44 ± 6 e- ni tashkil qiladi.Ular asosiy EWNS (10 ± 2 e-) bilan solishtirganda sezilarli darajada yuqori sirt zaryadlariga ega, [-6,5 kV, 4,0 sm] stsenariydan ikki baravar va [-3,8 kV, 0,5 sm] dan to'rt baravar ko'p.3f-rasmda zaryad ko'rsatilgan.Baseline-EWNS uchun ma'lumotlar.
EWNS raqamining kontsentratsiya xaritalaridan (qo'shimcha S5 va S6 rasmlari) ko'rish mumkinki, [-6,5 kV, 4,0 sm] stsenariyda [-3,8 kV, 0,5 sm] stsenariydan sezilarli darajada ko'proq zarrachalar mavjud.Shuni ham ta'kidlash joizki, EWNS soni kontsentratsiyasi 4 soatgacha kuzatilgan (Qo'shimcha S5 va S6 rasmlari), bu erda EWNS ishlab chiqarish barqarorligi ikkala holatda ham zarrachalar sonining kontsentratsiyasining bir xil darajasini ko'rsatdi.
Shaklda.3g optimallashtirilgan EWNS boshqaruvini (fon) [-6,5 kV, 4,0 sm] da olib tashlangandan keyin EPR spektrini ko'rsatadi.ROS spektrlari, shuningdek, ilgari nashr etilgan ishda Baseline-EWNS stsenariysi bilan taqqoslandi.Spin tuzoqlari bilan reaksiyaga kirishuvchi EWNS soni 7,5 × 104 EWNS/s deb hisoblangan, bu avval chop etilgan Baseline-EWNS8 ga o'xshaydi.EPR spektrlari ikki turdagi ROS mavjudligini aniq ko'rsatdi, O2- ustun tur, OH• kamroq ko'p.Bundan tashqari, eng yuqori intensivliklarni to'g'ridan-to'g'ri taqqoslash optimallashtirilgan EWNS asosiy EWNS bilan solishtirganda sezilarli darajada yuqori ROS tarkibiga ega ekanligini ko'rsatdi.
Shaklda.4 EPESda EWNS ning yotqizish samaradorligini ko'rsatadi.Ma'lumotlar, shuningdek, I-jadvalda jamlangan va dastlabki EWNS ma'lumotlari bilan taqqoslanadi.EUNS ning ikkala holati uchun ham 3,0 kV past kuchlanishda cho'kma 100% ga yaqin.Odatda, sirt zaryadining o'zgarishidan qat'i nazar, 100% yotqizish uchun 3,0 kV etarli.Xuddi shu sharoitda, Baseline-EWNS ning cho'kma samaradorligi ularning past zaryadi tufayli atigi 56% ni tashkil etdi (har bir EWNS uchun o'rtacha 10 elektron).
Shaklda.5 va jadvalda.2 optimal rejimda [-6,5 kV, 4,0 sm] 45 daqiqa davomida taxminan 40 000 #/sm3 EWNS ta'siridan keyin pomidor yuzasiga emlangan mikroorganizmlarning inaktivatsiya qiymatini umumlashtiradi.Inokulyatsiya qilingan E. coli va zararsiz Lactobacillus 45 daqiqali ta'sir davomida 3,8 logga sezilarli darajada kamayganini ko'rsatdi.Xuddi shu sharoitda S. enterica 2,2 logga, S. cerevisiae va M. parafortutum esa 1,0 logga kamaygan.
Elektron mikrografiyalar (6-rasm) zararsiz Escherichia coli, Streptococcus va Lactobacillus hujayralarida EWNS tomonidan ularning inaktivatsiyasiga olib keladigan jismoniy o'zgarishlarni tasvirlaydi.Nazorat qiluvchi bakteriyalar hujayra membranalari buzilmagan bo'lsa, ta'sirlangan bakteriyalar tashqi membranalarni shikastlagan.
Nazorat va ta'sirlangan bakteriyalarning elektron mikroskopik tasviri membrananing shikastlanishini aniqladi.
Optimallashtirilgan EWNS ning fizik-kimyoviy xususiyatlari to'g'risidagi ma'lumotlar birgalikda EWNS xususiyatlari (sirt zaryadi va ROS tarkibi) ilgari e'lon qilingan EWNS asosiy ma'lumotlariga nisbatan sezilarli darajada yaxshilanganligini ko'rsatadi8,9,10,11.Boshqa tomondan, ularning o'lchamlari nanometr oralig'ida qoldi, bu avval xabar qilingan natijalarga juda o'xshash bo'lib, ular uzoq vaqt davomida havoda qolishga imkon berdi.Kuzatilgan polidispersiyani EWNS hajmini, Rayleigh effektining tasodifiyligini va potentsial koalessensiyani aniqlaydigan sirt zaryadining o'zgarishi bilan izohlash mumkin.Biroq, Nielsen va boshqalar tomonidan batafsil bayon qilinganidek.22, yuqori sirt zaryadi suv tomchisining sirt energiyasini / kuchlanishini samarali oshirish orqali bug'lanishni kamaytiradi.Oldingi nashrimizda8 bu nazariya mikrotomchilar 22 va EWNS uchun eksperimental ravishda tasdiqlangan.Qo'shimcha ish vaqtida zaryadni yo'qotish ham o'lchamga ta'sir qilishi va kuzatilgan o'lchamlarning taqsimlanishiga hissa qo'shishi mumkin.