Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydigan brauzer versiyasidan foydalanmoqdasiz. Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying). Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScriptlarsiz ko'rsatamiz.
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 turlariga (ROS) boy. 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. EWNS xususiyatlarining tavsifi (zaryad, o'lcham va ROS tarkibi) zamonaviy analitik usullar yordamida amalga oshirildi. Bundan tashqari, mikrobial inaktivatsiya potentsialini baholash uchun organik uzum pomidorlari yuzasiga Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum va Saccharomyces cerevisiae kabi oziq-ovqat mikroorganizmlari sepildi. 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 ROS tarkibi oshdi. Mikroblarni olib tashlash darajasi mikrobial jihatdan bog'liq edi va 40 000 #/sm3 EWNS aerozol dozasiga 45 daqiqa ta'sir qilgandan 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 har yili 76 millionga yaqin kasallik, 325 000 kasalxonaga yotqizish va 5 000 kishining o'limi oziq-ovqat bilan bog'liq kasalliklarga sabab bo'ladi1. Bundan tashqari, Qo'shma Shtatlar Qishloq xo'jaligi Departamenti (USDA) hisob-kitoblariga ko'ra, yangi mahsulotlarni iste'mol qilish Qo'shma Shtatlarda qayd etilgan barcha oziq-ovqat kasalliklarining 48 foiziga sabab bo'ladi2. Qo'shma Shtatlarda oziq-ovqat orqali yuqadigan patogenlar tufayli kasallik va o'lim 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 yangi mahsulot o'zaro kontaminatsiyaga duchor bo'ladigan doimiy ravishda emas, balki ishlab chiqarish zanjiridagi cheklangan tanqidiy nazorat nuqtalarida (odatda o'rim-yig'imdan keyin va/yoki qadoqlash vaqtida) amalga oshirilmoqda. fermadan stolga o'tish davri. Kamroq ta'sir va xarajat.
Sun'iy suv nanostrukturalari (EWNS) yordamida sirt va havodagi bakteriyalarni faolsizlantirish uchun nanotexnologiyaga asoslangan kimyoviy moddalarsiz mikroblarga qarshi platforma yaqinda ishlab chiqildi. EVNS sintezi uchun ikkita parallel jarayon qo'llanildi: elektrosprey va suvni ionlash (1a-rasm). EWNS ilgari noyob jismoniy va biologik xususiyatlar to'plamiga ega ekanligi ko'rsatilgan8,9,10. EWNS har bir strukturada oʻrtacha 10 ta elektron va oʻrtacha nanometr 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. EWNS uzoq vaqt davomida havoda qoldi va havoda to'xtatilgan va yuzalarda mavjud bo'lgan mikroblar bilan to'qnashib, ularning ROS yukini etkazib berishi va mikrobial inaktivatsiyaga olib kelishi mumkin (1d-rasm). Ilgari olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, EWNS yuzalar va havodagi turli gramm-manfiy va gramm-musbat bakteriyalar, shu jumladan mikobakteriyalar bilan o'zaro ta'sir qilishi va faolsizlantirishi mumkin8,9. 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 kelmaydi8.
(a) Elektrosprey suyuqlikni o'z ichiga olgan kapillyar va qarshi elektrod o'rtasida yuqori kuchlanish qo'llanilganda sodir bo'ladi. (b) Yuqori kuchlanishni qo'llash ikki xil hodisaga olib keladi: (i) suvni elektr purkash va (ii) EWNSda tutilgan reaktiv kislorod turlarini (ionlarini) hosil qilish. (c) EWNSning noyob tuzilishi. (d) EWNS nano o'lchamli tabiati tufayli 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 sirt zaryadini maqsadli etkazib berish uchun elektr maydoni bilan birgalikda ishlatish mumkinligi ko'rsatilgan. Bundan ham muhimi, E. coli va Listeria kabi turli oziq-ovqat mikroorganizmlariga qarshi organik pomidor faolligining taxminan 1,4 log qisqarishining istiqbolli boshlang'ich natijasi taxminan 50 000#/sm311 konsentratsiyasida EWNS ta'siridan keyin 90 daqiqa ichida kuzatildi. Bundan tashqari, dastlabki organoleptik baholash testlari nazorat pomidoriga nisbatan organoleptik ta'sir ko'rsatmadi. Garchi bu dastlabki inaktivatsiya natijalari juda past EWNS dozalari 50,000#/cc bo'lsa ham oziq-ovqat xavfsizligini va'da qiladi. Qarang, yuqori inaktivatsiya potentsiali infektsiya va buzilish xavfini yanada kamaytirish uchun foydaliroq bo'lishi aniq.
Bu erda biz o'z tadqiqotlarimizni sintez parametrlarini aniq sozlash va ularning antibakterial salohiyatini oshirish uchun EWNS ning 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 va E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae va M. parafortuitum kabi keng tarqalgan oziq-ovqat mikroorganizmlaridan foydalangan holda optimallashtirilgan fizik-kimyoviy xususiyatlarni (hajmi, zaryadi va ROS tarkibi) tavsifi.
EVNS yuqori tozalikdagi suvni (18 MŌ sm-1) bir vaqtning o'zida elektrospraylash va ionlash orqali sintez qilindi. Elektr atomizatori 12 odatda suyuqliklarni va sintetik polimer va keramika zarralarini 13 va boshqariladigan o'lchamdagi tolalarni 14 atomizatsiya qilish uchun ishlatiladi.
Oldingi nashrlarda 8, 9, 10, 11 da batafsil aytib o'tilganidek, odatiy tajribada metall kapillyar va tuproqli qarshi elektrod o'rtasida yuqori kuchlanish qo'llaniladi. Bu jarayonda ikki xil hodisa yuz beradi: 1) elektrospray va 2) 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, Reley nazariyasiga ko'ra, yuqori zaryadlangan suv tomchilari hosil bo'ladi, ular kichikroq zarrachalarga bo'linishda davom etadilar16. Shu bilan birga, kuchli elektr maydon suv molekulalarining bir qismini bo'linishiga va elektronlarni ajratishga (ionlanish) olib keladi va shu bilan ko'p miqdorda reaktiv kislorod turlarini (ROS) hosil qiladi17. Bir vaqtning o'zida ishlab chiqarilgan ROS18 paketlari 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) ga yuborilgan. 2b-rasmda ko'rsatilganidek, suv oqimi shisha ichidagi havo bosimi bilan boshqariladi. Igna taymer elektroddan ma'lum masofaga qo'lda sozlanishi mumkin bo'lgan Teflon konsoliga biriktirilgan. Qarshi elektrod - bu namuna olish uchun o'rtada 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 barcha komponentlari zarrachalar namunasini pasaytirishi mumkin bo'lgan zaryad to'planishining oldini olish uchun elektr bilan topraklangan.
(a) Muhandisli suv nanostrukturasini yaratish tizimi (EWNS). (b) Namuna oluvchi va elektrosprey moslamasining eng muhim parametrlarini ko'rsatadigan ko'ndalang kesimi. (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. [V (kV), L (sm)] belgilari turli kombinatsiyalarni belgilash uchun ishlatiladi. Muayyan to'plamning barqaror Teylor konusini olish uchun suv oqimini sozlang [V, L]. Ushbu tadqiqot maqsadlari uchun qarshi elektrodning (D) diafragma 0,5 dyuym (1,29 sm) ga o'rnatildi.
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 Scanning Mobility Particle Sizeer (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) to'g'ridan-to'g'ri ulangan va Faraday aerozol elektrometri (TSI, model 3068B, Shoreview, AQSh) bilan ishlatilgan. MN) oldingi nashrimizda tasvirlanganidek, aerozol oqimlarini o'lchash uchun. SMPS va aerozol elektrometri 0,5 L/min oqim tezligida namuna oldi (jami namuna oqimi 1 L/min). Zarrachalar kontsentratsiyasi va aerozol oqimlari 120 soniya davomida o'lchandi. O'lchovni 30 marta takrorlang. Umumiy aerozol zaryadi joriy o'lchovlar bo'yicha hisoblanadi va o'rtacha EWNS zaryadi namuna olingan EWNS zarrachalarining umumiy sonidan hisoblanadi. EWNSning o'rtacha narxini tenglama (1) yordamida hisoblash mumkin:
bu erda IEl - o'lchangan oqim, NSMPS - SMPS bilan o'lchangan son kontsentratsiyasi 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 tezligi 1 Gts va skanerlash maydoni 256 skanerlash chizig'i bilan 5 mkm × 5 mkm. Barcha tasvirlar Asylum dasturiy ta'minotidan foydalangan holda birinchi tartibli tasvirga moslashtirildi (100 nm diapazonli niqob va 100 pm chegarasi).
Namuna olish hunisini olib tashlang va slyuda yuzasini zarrachalarning birlashishi va slyuda yuzasida tartibsiz tomchilar paydo bo'lishining oldini olish uchun o'rtacha 120 s vaqt davomida hisoblagich elektroddan 2,0 sm masofada joylashtiring. EWNS to'g'ridan-to'g'ri yangi kesilgan slyuda yuzalariga qo'llanilgan (Ted Pella, Redding, CA). Cho'kishdan so'ng darhol slyuda yuzasi AFM yordamida ingl. Yangi kesilgan o'zgartirilmagan slyudaning sirt bilan aloqa qilish burchagi 0 ° ga yaqin, shuning uchun EWNS slyuda yuzasi bo'ylab gumbazli shaklda tarqaladi20. Diffuziyali tomchilarning diametri (a) va balandligi (h) to'g'ridan-to'g'ri AFM topografiyasidan o'lchandi va bizning ilgari tasdiqlangan usulimiz8 yordamida gumbazli diffuziya hajmi EWNS ni hisoblash uchun ishlatilgan. Bortdagi EVNS bir xil hajmga ega deb faraz qilsak, ekvivalent diametrni (2) tenglamadan hisoblash mumkin:
Oldin ishlab chiqilgan usulimizga muvofiq, 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) o'z ichiga olgan eritma orqali o'tkazildi (Oxis International Inc., Portlend, Oregon). Barcha EPR o'lchovlari Bruker EMX spektrometri (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, AQSh) va tekis hujayra massivlari yordamida amalga oshirildi. Ma'lumotlarni yig'ish va tahlil qilish uchun Acquisit dasturidan (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, AQSH) foydalanilgan. ROS tavsifi faqat ish sharoitlari to'plami uchun amalga oshirildi [-6,5 kV, 4,0 sm]. EWNS kontsentratsiyasi zarba beruvchida EWNS yo'qolishini hisobga olgan holda 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'lchov qiymati o'lchovlarning o'rtacha qiymati, o'lchov xatosi esa standart og'ishdir. Optimallashtirilgan EWNS atributining qiymatini asosiy EWNSning mos keladigan qiymati bilan solishtirish uchun t-testi o'tkazildi.
2c-rasmda EWNS11 ni sirtlarga yo'naltirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan oldindan ishlab chiqilgan va tavsiflangan Elektrostatik yog'ingarchilikdan o'tish tizimi (EPES) ko'rsatilgan. EPES to'g'ridan-to'g'ri nishon yuzasiga "ishora qilish" uchun kuchli elektr maydoni bilan birgalikda EWNS zaryadidan foydalanadi. EPES tizimining tafsilotlari Pyrgiotakis va boshq.11 tomonidan so'nggi nashrda keltirilgan. Shunday qilib, EPES bir-biridan 15,24 sm masofada joylashgan ikkita parallel zanglamaydigan po'latdan (304 zanglamaydigan po'lat, oyna parlatilgan) metall plitalardan iborat bo'lgan konusli uchlari bo'lgan 3D bosilgan PVX kameradan iborat. Plitalar tashqi yuqori kuchlanish manbasiga (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) ulangan, pastki taxta har doim ijobiy va yuqori taxta har doim erga ulangan (suzuvchi). 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 sinov sirtlarini plastik tokchalarga joylashtirishga imkon beradi va yuqori kuchlanish shovqinlarini oldini olish uchun ularni pastki metall plastinkadan ko'taradi.
EWNS ning EPESda joylashtirish samaradorligi qo'shimcha S111-rasmda batafsil bayon qilingan ilgari ishlab chiqilgan protokolga muvofiq hisoblab chiqilgan.
Tekshirish kamerasi sifatida silindrsimon kamera orqali ikkinchi oqim EWNSni olib tashlash uchun oraliq HEPA filtri yordamida EPES tizimi bilan ketma-ket ulanadi. Shaklda ko'rsatilganidek. 2c, EWNS aerozoli ketma-ket ulangan ikkita 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.
Muhim oziq-ovqat mikroorganizmlari yangi mahsulotlarni, masalan, ichak tayoqchasi (ATCC №27325), najas ko'rsatkichi, Salmonella enterica (ATCC #53647), oziq-ovqat bilan yuqadigan patogen, Listeria monocyit patogeniga muqobil Listeria innocua (ATCC #33090) kabi yangi mahsulotlarni ifloslantirishi aniqlangan. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) buzuvchi xamirturushga muqobil va Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ATCC (Manassas, Virjiniya) dan ancha chidamli jonli bakteriyalar sifatida sotib olindi.
Mahalliy bozordan tasodifiy qutilar organik uzum pomidorini sotib oling va ishlatilgunga qadar (3 kungacha) 4 ° C da muzlatgichda saqlang. Taxminan 1/2 dyuym diametrli bitta o'lcham bilan tajriba qilish uchun pomidorni tanlang.
Inkubatsiya, inokulyatsiya, ekspozitsiya va koloniyalarni hisoblash protokollari avvalgi nashrlarimizda batafsil bayon etilgan va 11-Qo'shimcha ma'lumotlarda batafsil tushuntirilgan. EWNS samaradorligi emlangan pomidorlarni 45 daqiqa davomida 40 000 #/sm3 ga tushirish 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 ochiq pomidorlar) da EWNS ta'siriga duchor qilindi va yana uchtasi nazorat kamerasiga (nazorat pomidorlari) joylashtirildi. Pomidor guruhlarining hech biri qo'shimcha ishlov berishdan o'tkazilmadi. EWNS ta'sirini baholash uchun 45 daqiqadan so'ng EWNS ta'siriga uchragan pomidorlar va nazoratlar olib tashlandi.
Har bir tajriba uch nusxada o'tkazildi. Ma'lumotlarni tahlil qilish Qo'shimcha ma'lumotlarda tasvirlangan protokolga muvofiq amalga oshirildi.
E. coli, Enterobacter va L. innocua bakterial namunalari EWNS (45 min, EWNS aerozol kontsentratsiyasi 40,000 #/sm3) ta'sirida va ta'sir qilinmagan holda inaktivatsiya mexanizmlarini baholash uchun pellet qilingan. Cho'kma xona haroratida 0,1 M natriy kakodilat eritmasida (pH 7,4) 2,5% glutaraldegid, 1,25% paraformaldegid va 0,03% pikrik kislotadan iborat fiksator bilan 2 soat davomida mahkamlangan. Yuvishdan keyin ular 1% osmiy tetroksid (OsO4) / 1,5% kaliy ferrosiyanid (KFeCN6) bilan 2 soat davomida mahkamlangan, 3 marta suv bilan yuvilgan va 1% uranil asetatda 1 soat davomida inkubatsiya qilingan, keyin ikki marta suv bilan yuvilgan. Keyingi suvsizlanish 50%, 70%, 90%, 100% spirtning har biri 10 daqiqa. 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 TEM tomonidan kesilgan va tasvirlangan JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Yaponiya), AMT 2k CCD kamerasi (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, AQSh) bilan jihozlangan anʼanaviy transmissiya elektron mikroskopi yordamida tasvirlangan.
Barcha tajribalar uch nusxada o'tkazildi. Har bir vaqt nuqtasi uchun bakterial yuvishlar uch nusxada qo'yildi, natijada har bir nuqtada jami to'qqizta ma'lumot nuqtasi paydo bo'ldi, ularning o'rtacha qiymati ushbu organizm 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.
Bakteriyalarning 45 daqiqalik ta'sir qilish davridagi tabiiy degradatsiyasini hisobga olish uchun Log-Reduction 45 daqiqadagi nazorat bilan solishtirganda ham quyidagicha hisoblab chiqilgan:
Bu erda Cn - n vaqtdagi nazorat namunasidagi bakteriyalar kontsentratsiyasi va Cn-Control - n vaqtidagi 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. Barqaror va takrorlanadigan xususiyatlarni ko'rsatadigan to'liq tadqiqot uchun ikkita holat tanlangan (Taylor konusi, EWNS ishlab chiqarish va vaqt o'tishi bilan barqarorlik). Shaklda. 3 ikkita holat uchun ROS zaryadi, hajmi va mazmuni bo'yicha natijalarni ko'rsatadi. Natijalar 1-jadvalda ham jamlangan. Malumot uchun, 3-rasm va 1-jadvalda avval sintez qilingan optimallashtirilmagan EWNS8, 9, 10, 11 (bazaviy-EWNS) xossalari mavjud. Ikki dumli t-testidan foydalangan holda statistik ahamiyatlilik hisoblari S2 qo'shimcha jadvalida qayta nashr etilgan. Bundan tashqari, qo'shimcha ma'lumotlarga qarshi elektrod namuna olish teshigi diametri (D) va tuproq elektrodi va igna uchi (L) orasidagi masofaning ta'siri bo'yicha tadqiqotlar kiradi (Qo'shimcha rasmlar S2 va S3).
(a–c) AFM o‘lchamini taqsimlash. (d – f) Yuzaki zaryadning xarakteristikasi. (g) ROS va ESR ning xarakteristikasi.
Shuni ham ta'kidlash kerakki, yuqoridagi barcha shartlar uchun o'lchangan ionlanish oqimlari 2-6 mkA oralig'ida va kuchlanishlar -3,8 dan -6,5 kV gacha bo'lgan, natijada ushbu bitta terminalli EWNS uchun quvvat sarfi 50 mVt dan kam bo'lgan. . avlod moduli. 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 bo'yicha maydonlar mos ravishda 2 × 105 V/m va 4,7 × 105 V/m deb hisoblanadi. Buni kutish kerak, chunki ikkinchi holatda kuchlanishning masofaga nisbati ancha yuqori.
Shaklda. 3a, b AFM8 bilan o'lchangan EWNS diametrini ko'rsatadi. [-6,5 kV, 4,0 sm] va [-3,8 kV, 0,5 sm] stsenariylari uchun o'rtacha EWNS diametrlari mos ravishda 27 nm va 19 nm deb hisoblangan. [-6,5 kV, 4,0 sm] va [-3,8 kV, 0,5 sm] holatlar 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 bo'lgan 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. Baseline-EWNS (10 ± 2 e-) bilan solishtirganda, ularning sirt zaryadi sezilarli darajada yuqori, [-6,5 kV, 4,0 sm] stsenariydan ikki baravar va [-3 ,8 kV, 0,5 sm] dan to'rt baravar yuqori. 3f asosiy EWNS to'lov ma'lumotlarini ko'rsatadi.
EWNS raqamlarining kontsentratsion xaritalaridan (qo'shimcha rasmlar S5 va S6) ko'rish mumkinki, [-6,5 kV, 4,0 sm] sahnada [-3,8 kV, 0,5 sm] sahnaga qaraganda ancha yuqori zarrachalar soni bor. Shuni ham ta'kidlash kerakki, EWNS soni kontsentratsiyasi 4 soatgacha kuzatilgan (Qo'shimcha S5 va S6 rasmlari), bu erda EWNS ishlab chiqarish barqarorligi ikkala holatda ham zarrachalar soni kontsentratsiyasining bir xil darajasini ko'rsatdi.
3g-rasmda [-6,5 kV, 4,0 sm] optimallashtirilgan EWNS uchun nazorat (fon) ayirishdan keyin EPR spektri ko'rsatilgan. ROS spektri, shuningdek, ilgari chop etilgan maqolada EWNS asosiy chizig'i bilan taqqoslanadi. Spin tuzog'i bilan reaksiyaga kirishuvchi EWNS ning hisoblangan soni 7,5 × 104 EWNS/s ni tashkil qiladi, bu avval chop etilgan Baseline-EWNS8 ga o'xshaydi. EPR spektrlari ikki turdagi ROS mavjudligini aniq ko'rsatdi, bu erda O2 ustunlik qiladi, OH• esa kamroq miqdorda mavjud edi. 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. Ikkala EUNS holati uchun ham 3,0 kV past kuchlanishda cho'kma 100% ga yaqin edi. Odatda, sirt zaryadining o'zgarishidan qat'i nazar, 100% cho'kmaga erishish uchun 3,0 kV etarli. Xuddi shu sharoitda Baseline-EWNS ning cho'kma samaradorligi pastroq zaryad tufayli atigi 56% ni tashkil etdi (har bir EWNS uchun o'rtacha 10 elektron).
5-rasm va 2-jadval optimal stsenariyda [-6,5 kV, 4,0 sm] 45 daqiqa davomida taxminan 40 000 #/sm3 EWNS ta'siridan so'ng pomidor yuzasiga emlangan mikroorganizmlarning inaktivatsiya darajasini umumlashtiradi. Inokulyatsiya qilingan E. coli va L. innocua 45 daqiqa ta'sir qilishdan keyin 3,8 logga sezilarli darajada kamayganini ko'rsatdi. Xuddi shu sharoitda S. enterica 2,2 logga, S. cerevisiae va M. parafortuitum esa 1,0 logga kamaygan.
E. coli, Salmonella enterica va L. innocua hujayralarida EWNS tomonidan inaktivatsiyaga olib keladigan jismoniy o'zgarishlarni tasvirlaydigan elektron mikrograflar (6-rasm). Nazorat qiluvchi bakteriyalar hujayra membranalari buzilmaganligini ko'rsatdi, ochiq bakteriyalar esa tashqi membranalarni shikastladi.
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 diapazonida qoldi, bu esa ilgari e'lon qilingan natijalarga juda o'xshash bo'lib, ular uzoq vaqt davomida havoda qolishga imkon beradi. Kuzatilgan polidispersiyani sirt zaryadidagi o'zgarishlar bilan izohlash mumkin, bu esa Rayleigh effektining kattaligini, tasodifiyligini va EWNSning potentsial birlashishini aniqlaydi. Biroq, Nielsen va boshq.22 tomonidan batafsil bayon qilinganidek, yuqori sirt zaryadi suv tomchisining sirt energiyasini / kuchlanishini samarali oshirish orqali bug'lanishni kamaytiradi. Bu nazariya avvalgi nashrimizda8 mikrodamlalar22 va EWNS uchun eksperimental ravishda tasdiqlangan. Qo'shimcha ish vaqtini yo'qotish ham o'lchamga ta'sir qilishi va kuzatilgan o'lchamlarning taqsimlanishiga hissa qo'shishi mumkin.
Bundan tashqari, har bir strukturaning o'rtacha zaryadi 10 ± 2 elektron bo'lgan asosiy EWNS bilan solishtirganda sezilarli darajada yuqori bo'lgan holatlarga qarab, har bir strukturaning zaryadi taxminan 22-44 e-ni tashkil qiladi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, bu EWNS ning o'rtacha to'lovi. Seto va boshqalar. Zaryad bir xil emasligi va log-normal taqsimotga amal qilishi ko'rsatilgan. Oldingi ishimiz bilan solishtirganda, sirt zaryadini ikki baravar oshirish EPES tizimidagi cho'kma samaradorligini deyarli 100% 11 ga oshiradi.