O ṣeun fun lilo si Nature.com. O nlo ẹya ẹrọ aṣawakiri kan pẹlu atilẹyin CSS lopin. Fun iriri ti o dara julọ, a ṣeduro pe ki o lo ẹrọ aṣawakiri imudojuiwọn kan (tabi mu Ipo Ibamu ṣiṣẹ ni Internet Explorer). Ni afikun, lati rii daju atilẹyin ti nlọ lọwọ, a fihan aaye naa laisi awọn aza ati JavaScript.
Laipe yii, ẹrọ apanirun ti ko ni kemika ti o da lori nanotechnology lilo awọn nanostructures omi atọwọda (EWNS) ti ni idagbasoke. EWNS ni idiyele dada ti o ga ati pe o jẹ ọlọrọ ni awọn eya atẹgun ifaseyin (ROS) ti o le ṣe ajọṣepọ pẹlu ati muuṣiṣẹ nọmba awọn microorganisms, pẹlu awọn pathogens ti ounjẹ. Nibi o ti han pe awọn ohun-ini wọn lakoko iṣelọpọ le jẹ aifwy-itanran ati iṣapeye lati mu ilọsiwaju agbara antibacterial wọn siwaju sii. Syeed yàrá EWNS jẹ apẹrẹ lati ṣatunṣe awọn ohun-ini ti EWNS daradara nipa yiyipada awọn paramita iṣelọpọ. Ifarabalẹ ti awọn ohun-ini EWNS (idiyele, iwọn, ati akoonu ROS) ni a ṣe ni lilo awọn ọna itupalẹ ode oni. Ni afikun, awọn microorganisms ounje gẹgẹbi Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, ati Saccharomyces cerevisiae ni a fi omi ṣan sori oke awọn tomati eso ajara Organic lati ṣe iṣiro agbara aiṣiṣẹ microbial wọn. Awọn abajade ti a gbekalẹ nibi ṣe afihan pe awọn ohun-ini ti EWNS le jẹ aifwy-ti o dara lakoko iṣelọpọ, ti o yorisi ilosoke iwọn-itumọ ni ṣiṣe aiṣiṣẹ. Ni pato, idiyele dada pọ nipasẹ iwọn mẹrin, ati akoonu ROS pọ si. Oṣuwọn yiyọ microbial jẹ igbẹkẹle microbially ati larin lati 1.0 si 3.8 log lẹhin iṣẹju 45 ti ifihan si iwọn aerosol ti 40,000 #/cm3 EWNS.
Ibajẹ makirobia jẹ idi akọkọ ti aisan ti ounjẹ ti o fa nipasẹ jijẹ ti awọn pathogens tabi majele wọn. Aisan ti o wa ninu ounjẹ jẹ iroyin fun awọn aisan miliọnu 76, awọn ile-iwosan 325,000, ati iku 5,000 ni ọdun kọọkan ni Amẹrika nikan1. Ní àfikún, Ẹ̀ka Iṣẹ́ Àgbẹ̀ ti Orílẹ̀-Èdè Amẹ́ríkà (USDA) fojú díwọ̀n pé jíjẹ àwọn èso tútù tó pọ̀ sí i ni ìdá 48 nínú ọgọ́rùn-ún gbogbo àwọn àìsàn tó ń mú oúnjẹ jíjà ní United States2. Iye owo ti aisan ati iku lati inu ounjẹ ti o wa ninu ounjẹ ni Amẹrika ga pupọ, ti a ṣe iṣiro nipasẹ Awọn ile-iṣẹ fun Iṣakoso ati Idena Arun (CDC) ni diẹ sii ju US $ 15.6 bilionu fun ọdun3.
Lọwọlọwọ, kemikali4, radiation5 ati thermal6 awọn ilowosi antimicrobial lati rii daju pe aabo ounje jẹ imuse ni pataki ni awọn aaye iṣakoso pataki to lopin (CCPs) ninu pq iṣelọpọ (nigbagbogbo lẹhin ikore ati / tabi lakoko apoti) dipo imuse nigbagbogbo ni iru ọna ti awọn eso tuntun jẹ koko-ọrọ si ibajẹ-agbelebu 7. Awọn ilowosi antimicrobial ni a nilo lati ṣe ikorira daradara ti ounjẹ ati oogun ti o ni agbara lati jẹ ki o jẹ ki o jẹ ki o jẹ ki o le ni ounjẹ ti o ni agbara ti o le ni ilọsiwaju ninu ile-oko. Ipa diẹ ati idiyele.
Syeed antimicrobial ti ko ni kemika ti o da lori imọ-ẹrọ nanotechnology ti ni idagbasoke laipẹ lati mu awọn kokoro arun ṣiṣẹ lori awọn aaye ati ni afẹfẹ nipa lilo awọn nanostructures omi atọwọda (EWNS). Fun iṣelọpọ ti EVNS, awọn ilana ti o jọra meji ni a lo: electrospray ati ionization omi (Fig. 1a). EWNS ti ṣafihan tẹlẹ lati ni eto alailẹgbẹ ti awọn ohun-ini ti ara ati ti ibi8,9,10. EWNS ni aropin 10 elekitironi fun igbekalẹ ati iwọn nanometer aropin ti 25 nm (Fig. 1b,c) 8,9,10. Ni afikun, elekitironi spin resonance (ESR) fihan pe EWNS ni iye nla ti awọn eya atẹgun ifaseyin (ROS), nipataki hydroxyl (OH•) ati superoxide (O2-) radicals (Fig. 1c) 8. EWNS wa ninu afẹfẹ fun igba pipẹ ati pe o le kọlu pẹlu awọn microbes ti o daduro ni afẹfẹ ati pe o wa lori awọn oju-ọrun, fifun ẹru isanwo ROS wọn ati nfa aiṣiṣẹ microbial (Fig. 1d). Awọn ijinlẹ iṣaaju wọnyi tun fihan pe EWNS le ṣe ajọṣepọ pẹlu ati mu ṣiṣẹ ọpọlọpọ awọn giram-odi ati awọn kokoro arun to dara ti pataki ilera gbogbogbo, pẹlu mycobacteria, lori awọn ipele ati ni air8,9. Mikroskopi elekitironi gbigbe fihan pe aiṣiṣẹ jẹ idi nipasẹ idalọwọduro ti awọ ara sẹẹli. Ni afikun, awọn ijinlẹ ifasimu nla ti fihan pe awọn iwọn giga ti EWNS ko fa ibajẹ ẹdọfóró tabi igbona8.
(a) Electrospray waye nigbati foliteji giga ti wa ni lilo laarin capillary ti o ni omi ati elekiturodu counter kan. (b) Awọn ohun elo ti ga foliteji esi ni meji ti o yatọ iyalenu: (i) electrospraying ti omi ati (ii) iran ti ifaseyin atẹgun eya (ions) idẹkùn ni EWNS. (c) Awọn oto be ti EWNS. (d) EWNS jẹ alagbeka ti o ga julọ nitori ẹda nanoscale wọn ati pe o le ṣe ajọṣepọ pẹlu awọn ọlọjẹ ti afẹfẹ.
Agbara ti Syeed antimicrobial EWNS lati mu awọn microorganisms ti ounjẹ ṣiṣẹ lori dada ounjẹ tuntun tun ti ṣafihan laipẹ. O tun ti fihan pe idiyele dada EWNS le ṣee lo ni apapo pẹlu aaye ina fun ifijiṣẹ ti a fojusi. Ni pataki julọ, abajade ibẹrẹ ti o ni ileri ti isunmọ 1.4 log idinku ninu iṣẹ ṣiṣe tomati Organic lodi si ọpọlọpọ awọn microorganisms ounje gẹgẹbi E. coli ati Listeria ni a ṣe akiyesi laarin awọn iṣẹju 90 ti ifihan si EWNS ni ifọkansi ti isunmọ 50,000 #/cm311. Ni afikun, awọn idanwo igbelewọn organoleptic alakoko fihan ko si ipa organoleptic ni akawe si tomati iṣakoso. Botilẹjẹpe awọn abajade aiṣiṣẹ ibẹrẹ wọnyi ṣe ileri aabo ounjẹ paapaa ni awọn iwọn EWNS kekere pupọ ti 50,000 #/cc. wo, o han gbangba pe agbara inactivation ti o ga julọ yoo jẹ anfani diẹ sii lati dinku eewu ikolu ati ibajẹ.
Nibi, a yoo dojukọ iwadii wa lori idagbasoke ti pẹpẹ iran EWNS kan lati ṣatunṣe awọn aye iṣelọpọ daradara ati mu awọn ohun-ini kemikali ti EWNS dara si lati jẹki agbara antibacterial wọn. Ni pato, iṣapeye ti dojukọ lori jijẹ idiyele oju-aye wọn (lati mu ilọsiwaju ifijiṣẹ ti a pinnu) ati akoonu ROS (lati mu iṣẹ ṣiṣe aiṣiṣẹ ṣiṣẹ). Iwa ti iṣapeye awọn ohun-ini physico-kemikali (iwọn, idiyele ati akoonu ROS) ni lilo awọn ọna itupalẹ igbalode ati lilo awọn microorganisms ounje ti o wọpọ gẹgẹbi E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae ati M. parafortuitum.
EVNS jẹ iṣelọpọ nipasẹ itanna nigbakanna ati ionization ti omi mimọ to gaju (18 MΩ cm–1). Atomizer ina 12 jẹ igbagbogbo lo lati atomize awọn olomi ati polima sintetiki ati awọn patikulu seramiki 13 ati awọn okun 14 ti iwọn iṣakoso.
Gẹgẹbi alaye ninu awọn atẹjade ti tẹlẹ 8, 9, 10, 11, ninu idanwo aṣoju kan, foliteji giga ni a lo laarin capillary irin ati elekiturodu ori ilẹ. Lakoko ilana yii, awọn iyalẹnu oriṣiriṣi meji waye: 1) electrospray ati 2) ionization ti omi. Aaye ina mọnamọna ti o lagbara laarin awọn amọna meji nfa awọn idiyele odi lati kọ soke lori dada ti omi ti a ti rọ, ti o mu dida awọn cones Taylor. Bi abajade, awọn isun omi ti o gba agbara pupọ ni a ṣẹda, eyiti o tẹsiwaju lati fọ si awọn patikulu kekere, ni ibamu si imọran Rayleigh16. Ni akoko kanna, aaye ina mọnamọna ti o lagbara nfa diẹ ninu awọn molecule omi lati pin ati yọ awọn elekitironi kuro (ionization), nitorina o nmu iye nla ti awọn eya atẹgun ifaseyin (ROS) 17. Awọn apo-iwe ROS18 ti ipilẹṣẹ ni igbakanna ni a fi sii ni EWNS (Fig. 1c).
Lori ọpọtọ. 2a fihan eto iran EWNS ti o ni idagbasoke ati lilo ninu iṣelọpọ EWNS ninu iwadi yii. Omi ti a sọ di mimọ ti a fipamọ sinu igo pipade ni a jẹ nipasẹ tube Teflon (2 mm opin inu) si abẹrẹ irin alagbara 30G (capillary irin). Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 2b, ṣiṣan omi jẹ iṣakoso nipasẹ titẹ afẹfẹ inu igo naa. Abẹrẹ naa ti so mọ console Teflon ti o le ṣe atunṣe pẹlu ọwọ si ijinna kan lati elekiturodu counter. Elekiturodu counter jẹ disiki aluminiomu didan pẹlu iho kan ni aarin fun iṣapẹẹrẹ. Ni isalẹ awọn counter elekiturodu jẹ ẹya aluminiomu iṣapẹẹrẹ funnel, eyi ti o ti sopọ si awọn iyokù ti awọn esiperimenta iṣeto ni nipasẹ a iṣapẹẹrẹ ibudo (Fig. 2b). Gbogbo awọn paati apẹẹrẹ jẹ ti ilẹ itanna lati yago fun ikojọpọ idiyele ti o le dinku iṣapẹẹrẹ patiku.
(a) Eto Ipilẹṣẹ Omi Nanostructure ti Imọ-ẹrọ (EWNS). (b) Agbelebu apakan ti Sampler ati electrospray kuro ti o nfihan awọn ipilẹ pataki julọ. (c) Eto idanwo fun aiṣiṣẹ ti kokoro arun.
Eto iran EWNS ti a ṣalaye loke ni o lagbara lati yi awọn paramita iṣẹ bọtini pada lati dẹrọ yiyi ti o dara ti awọn ohun-ini EWNS. Ṣatunṣe foliteji ti a lo (V), aaye laarin abẹrẹ ati elekiturodu counter (L), ati ṣiṣan omi (φ) nipasẹ opo-ikun lati ṣatunṣe awọn abuda EWNS daradara. Awọn aami [V (kV), L (cm)] ni a lo lati ṣe afihan awọn akojọpọ oriṣiriṣi. Ṣatunṣe ṣiṣan omi lati gba konu Taylor iduroṣinṣin ti eto kan [V, L]. Fun awọn idi ti iwadi yii, apture ti awọn counter elekiturodu (D) ti ṣeto ni 0.5 inches (1.29 cm).
Nitori geometry lopin ati asymmetry, agbara aaye ina ko le ṣe iṣiro lati awọn ipilẹ akọkọ. Dipo, sọfitiwia QuickField™ (Svendborg, Denmark)19 ni a lo lati ṣe iṣiro aaye ina. Aaye ina ko ni iṣọkan, nitorina iye ti aaye ina mọnamọna ni ipari ti capillary ni a lo gẹgẹbi iye itọkasi fun awọn atunto orisirisi.
Lakoko iwadi naa, ọpọlọpọ awọn akojọpọ ti foliteji ati aaye laarin abẹrẹ ati elekiturodu counter ni a ṣe ayẹwo ni awọn ofin ti iṣelọpọ konu Taylor, iduroṣinṣin konu Taylor, iduroṣinṣin iṣelọpọ EWNS, ati atunṣe. Orisirisi awọn akojọpọ ti wa ni han ni Afikun Table S1.
Ijade ti eto iran EWNS ti sopọ taara si Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) lati wiwọn ifọkansi nọmba patiku ati pe a lo pẹlu Faraday aerosol electrometer (TSI, awoṣe 3068B, Shoreview, USA). MN) lati wiwọn ṣiṣan aerosol, gẹgẹbi a ti ṣalaye ninu atẹjade wa tẹlẹ9. Mejeeji SMPS ati aerosol electrometer ti a ṣe ayẹwo ni iwọn sisan ti 0.5 L/min (iṣan ayẹwo lapapọ 1 L/min). Awọn ifọkansi patiku ati awọn ṣiṣan aerosol ni a wọn fun awọn iṣẹju 120. Tun wiwọn naa ṣe ni igba 30. Lapapọ idiyele aerosol jẹ iṣiro lati awọn wiwọn lọwọlọwọ, ati apapọ idiyele EWNS jẹ ifoju lati nọmba lapapọ ti awọn patikulu EWNS ti a ṣe ayẹwo. Apapọ iye owo ti EWNS le ṣe iṣiro nipa lilo Idogba (1):
nibiti Iel jẹ iwọn lọwọlọwọ, NSMPS ni ifọkansi nọmba ti a wọn pẹlu SMPS, ati φEl jẹ iwọn sisan si elekitirota.
Nitori ọriniinitutu ojulumo (RH) yoo ni ipa lori idiyele oju, iwọn otutu ati (RH) ni a tọju nigbagbogbo ni 21°C ati 45%, ni atele, lakoko idanwo naa.
Atomic force microscopy (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) ati AC260T probe (Olympus, Tokyo, Japan) ni a lo lati wiwọn iwọn ati igbesi aye EWNS. Oṣuwọn ọlọjẹ AFM jẹ 1 Hz ati agbegbe ọlọjẹ jẹ 5 µm × 5 µm pẹlu awọn laini ọlọjẹ 256. Gbogbo awọn aworan ni a tẹriba si titete aworan ibere akọkọ nipa lilo sọfitiwia ibi aabo (boju-boju pẹlu iwọn 100 nm ati iloro ti 100 pm).
Yọ funnel iṣapẹẹrẹ kuro ki o si gbe dada mica ni aaye ti 2.0 cm lati inu elekiturodu counter fun akoko aropin ti 120 s lati yago fun isọdọkan ti awọn patikulu ati dida awọn droplets alaibamu lori dada mica. A lo EWNS taara si awọn aaye mica tuntun ti a ge (Ted Pella, Redding, CA). Lẹsẹkẹsẹ lẹhin sputtering, oju mica ti wa ni wiwo ni lilo AFM. Igun olubasọrọ dada ti mica tuntun ti a ko yipada ti sunmọ 0°, nitorinaa EWNS tan kaakiri lori dada mica ni apẹrẹ domed20. Iwọn ila opin (a) ati giga (h) ti awọn droplets ti ntan kaakiri ni a wọn taara lati ori oke-aye AFM ati pe a lo lati ṣe iṣiro iwọn didun kaakiri domed EWNS nipa lilo ọna ti a fọwọsi tẹlẹ8. Ti a ro pe EVNS inu ọkọ ni iwọn kanna, iwọn ila opin deede le ṣe iṣiro lati idogba (2):
Ni ibamu pẹlu ọna ti a ti ni idagbasoke tẹlẹ, ohun elekitironi spin resonance (ESR) pakute alayipo ni a lo lati rii wiwa awọn agbedemeji radical kukuru ni EWNS. Aerosols ti kọja nipasẹ ojutu ti o ni 235 mM DEPMPO (5- (diethoxyphosphoryl) -5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Gbogbo awọn wiwọn EPR ni a ṣe pẹlu lilo Bruker EMX spectrometer (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ati awọn akojọpọ sẹẹli alapin. Sọfitiwia Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ni a lo lati gba ati ṣe itupalẹ data naa. Isọdasọ ROS ni a ṣe nikan fun ṣeto awọn ipo iṣẹ [-6.5 kV, 4.0 cm]. Awọn ifọkansi EWNS ni wọn ni lilo SMPS lẹhin ti o ṣe akiyesi isonu ti EWNS ninu olukapa.
A ṣe abojuto awọn ipele Ozone nipa lilo 205 Dual Beam Ozone Monitor ™ (2B Technologies, Boulder, Co) 8,9,10.
Fun gbogbo awọn ohun-ini EWNS, iye wiwọn jẹ itumọ ti awọn wiwọn, ati aṣiṣe wiwọn jẹ iyapa boṣewa. A ṣe idanwo t-t-lati ṣe afiwe iye ti abuda EWNS iṣapeye pẹlu iye ti o baamu ti ipilẹ EWNS.
Nọmba 2c ṣe afihan idagbasoke iṣaaju ati ijuwe Iṣeduro Imudaniloju Electrostatic Nipasẹ Eto (EPES) ti o le ṣee lo lati fojusi EWNS11 si awọn aaye. EPES nlo idiyele EWNS ni apapo pẹlu aaye ina mọnamọna to lagbara lati “tọka” taara ni aaye ibi-afẹde. Awọn alaye ti eto EPES ni a gbekalẹ ni atẹjade laipe kan nipasẹ Pyrgiotakis et al.11. Nitorinaa, EPES ni iyẹwu PVC ti a tẹjade 3D pẹlu awọn opin tapered ti o ni irin alagbara irin meji ti o jọra (304 irin alagbara, didan digi) awọn awo irin ni aarin 15.24 cm yato si. Awọn igbimọ naa ni a ti sopọ si orisun foliteji giga ti ita (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), igbimọ isalẹ nigbagbogbo jẹ rere ati igbimọ oke nigbagbogbo ni ipilẹ (lilefoofo). Awọn odi iyẹwu ti wa ni bo pelu bankanje aluminiomu, eyiti o jẹ ilẹ itanna lati ṣe idiwọ pipadanu patiku. Iyẹwu naa ni ẹnu-ọna ikojọpọ iwaju ti o tii ti o fun laaye awọn aaye idanwo lati gbe sori awọn agbeko ṣiṣu, gbigbe wọn kuro ni awo irin isalẹ lati yago fun kikọlu foliteji giga.
Iṣe ṣiṣe ifisilẹ ti EWNS ni EPES ni a ṣe iṣiro ni ibamu si ilana ti o ti dagbasoke tẹlẹ ni Apejuwe Nọmba S111.
Gẹgẹbi iyẹwu iṣakoso, ṣiṣan keji nipasẹ iyẹwu iyipo ti sopọ ni jara pẹlu eto EPES nipa lilo àlẹmọ HEPA agbedemeji lati yọ EWNS kuro. Bi o han ni ọpọtọ. 2c, aerosol EWNS ti fa soke nipasẹ awọn iyẹwu meji ti a ti sopọ ni jara. Àlẹmọ laarin yara iṣakoso ati EPES yọkuro eyikeyi EWNS ti o ku ti o jẹ abajade ni iwọn otutu kanna (T), ọriniinitutu ibatan (RH) ati awọn ipele ozone.
Awọn microorganisms ti o ṣe pataki ti ounjẹ ni a ti rii lati ba awọn eso titun jẹ bi Escherichia coli (ATCC #27325), atọka fecal, Salmonella enterica (ATCC #53647), pathogeneborne ounje, Listeria innocua (ATCC #33090), yiyan si pathogenic Listeria monocytogenes. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) bi yiyan si iwukara spoilage, ati Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) bi a ti ra awọn kokoro arun laaye diẹ sii lati ATCC (Manassas, Virginia).
Laileto ra awọn apoti ti awọn tomati eso ajara Organic lati ọja agbegbe rẹ ki o fi sinu firiji ni 4°C titi lilo (to awọn ọjọ 3). Yan awọn tomati lati ṣe idanwo pẹlu iwọn kan, nipa 1/2 inch ni iwọn ila opin.
Awọn ilana fun isubu, inoculation, ifihan ati kika ileto ti jẹ alaye ninu awọn atẹjade wa ti tẹlẹ ati ṣe alaye ni kikun ni Awọn alaye Afikun 11. A ṣe iṣiro iṣẹ ṣiṣe EWNS nipasẹ ṣiṣafihan awọn tomati inoculated si 40,000 #/cm3 fun awọn iṣẹju 45. Ni ṣoki, ni akoko t = 0 min, awọn tomati mẹta ni a lo lati ṣe ayẹwo awọn microorganisms ti o wa laaye. Awọn tomati mẹta ni a gbe sinu EPES ati ki o farahan si EWNS ni 40,000 #/cc (EWNS awọn tomati ti o han) ati awọn mẹta miiran ti a gbe sinu iyẹwu iṣakoso (awọn tomati iṣakoso). Ko si ọkan ninu awọn ẹgbẹ tomati ti a tunmọ si sisẹ afikun. Awọn tomati ti o han EWNS ati awọn idari ti yọ kuro lẹhin awọn iṣẹju 45 lati ṣe iṣiro ipa ti EWNS.
Idanwo kọọkan ni a ṣe ni ilọpo mẹta. A ṣe itupalẹ data ni ibamu si ilana ti a ṣapejuwe ninu Data Afikun.
E. coli, Enterobacter, ati L. innocua awọn ayẹwo kokoro-arun ti o farahan si EWNS (45 min, EWNS aerosol fojusi 40,000 #/ cm3) ati awọn ti a ko fi han ni a pelleted lati ṣe ayẹwo awọn ilana imuṣiṣẹ. A ti ṣeto ojoro fun awọn wakati 2 ni iwọn otutu yara ni 0.1 M sodium cacodylate ojutu (pH 7.4) pẹlu atunṣe ti 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde ati 0.03% picric acid. Lẹhin fifọ, wọn ṣe atunṣe pẹlu 1% osmium tetroxide (OsO4) / 1.5% potasiomu ferrocyanide (KFeCN6) fun 2 h, fo awọn akoko 3 pẹlu omi ati ti a fi sinu 1% uranyl acetate fun 1 h, lẹhinna wẹ lẹmeji pẹlu omi. Telẹ gbigbẹ 10 iṣẹju kọọkan ti 50%, 70%, 90%, 100% oti. Lẹhinna a gbe awọn ayẹwo naa sinu ohun elo afẹfẹ propylene fun wakati 1 ati ti a fi sinu 1: 1 adalu propylene oxide ati TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Awọn ayẹwo ni a fi sii ni TAAB Epon ati polymerized ni 60 ° C fun awọn wakati 48. Resini granular imularada ti ge ati wiwo nipasẹ TEM ni lilo JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japan), maikirosikopu elekitironi gbigbe mora ti o ni ipese pẹlu kamẹra AMT 2k CCD kan (Awọn Imọ-ẹrọ Microoscopy To ti ni ilọsiwaju, Corp., Woburn, MA, USA).
Gbogbo awọn idanwo ni a ṣe ni ilọpo mẹta. Fun aaye akoko kọọkan, awọn fifọ kokoro-arun ni a fi sii ni ẹẹmẹta, ti o mu abajade apapọ awọn aaye data mẹsan fun aaye kan, aropin eyiti a lo bi ifọkansi kokoro-arun fun ara-ara yẹn pato. Iyapa boṣewa ni a lo bi aṣiṣe wiwọn. Gbogbo awọn ojuami ka.
Logarithm ti idinku ninu ifọkansi ti awọn kokoro arun ni akawe si t = 0 min ni a ṣe iṣiro nipa lilo agbekalẹ atẹle:
nibiti C0 jẹ ifọkansi ti awọn kokoro arun ni ayẹwo iṣakoso ni akoko 0 (ie lẹhin ti dada ti gbẹ ṣugbọn ṣaaju ki o to gbe sinu iyẹwu) ati Cn jẹ ifọkansi ti kokoro arun lori oju lẹhin n iṣẹju ti ifihan.
Lati ṣe akọọlẹ fun ibajẹ adayeba ti awọn kokoro arun lakoko akoko ifihan iṣẹju 45, Idinku Wọle tun jẹ iṣiro akawe si iṣakoso ni awọn iṣẹju 45 bi atẹle:
Nibo Cn jẹ ifọkansi ti awọn kokoro arun ni apẹẹrẹ iṣakoso ni akoko n ati Cn-Iṣakoso jẹ ifọkansi ti awọn kokoro arun iṣakoso ni akoko n. Data ti wa ni gbekalẹ bi idinku log ni akawe si iṣakoso (ko si ifihan EWNS).
Lakoko iwadi naa, ọpọlọpọ awọn akojọpọ ti foliteji ati aaye laarin abẹrẹ ati elekiturodu counter ni a ṣe ayẹwo ni awọn ofin ti iṣelọpọ konu Taylor, iduroṣinṣin konu Taylor, iduroṣinṣin iṣelọpọ EWNS, ati atunṣe. Orisirisi awọn akojọpọ ti wa ni han ni Afikun Table S1. Awọn ọran meji ni a yan fun iwadii pipe ti o nfihan awọn ohun-ini iduroṣinṣin ati atunda (Taylor cone, iṣelọpọ EWNS, ati iduroṣinṣin lori akoko). Lori ọpọtọ. 3 fihan awọn abajade lori idiyele, iwọn ati akoonu ti ROS fun awọn ọran meji. Awọn abajade tun ni akopọ ni Table 1. Fun itọkasi, Nọmba 3 ati Table 1 pẹlu awọn ohun-ini ti EWNS8 ti kii ṣe iṣapeye tẹlẹ, 9, 10, 11 (ipilẹ-EWNS). Awọn iṣiro pataki iṣiro nipa lilo idanwo t-tailed meji ni a tun gbejade ni Tabili S2 Afikun. Ni afikun, awọn afikun data pẹlu awọn iwadii lori ipa ti iwọn ila opin iwọn ilawọn elekiturodu counter (D) ati aaye laarin elekiturodu ilẹ ati sample ti abẹrẹ (L) (Awọn eeya afikun S2 ati S3).
(a-c) pinpin iwọn AFM. (d – f) Dada idiyele ti iwa. (g) Iwa ti ROS ati ESR.
O tun ṣe pataki lati ṣe akiyesi pe fun gbogbo awọn ipo ti o wa loke, awọn ṣiṣan ionization ti wọn ni iwọn wa ni iwọn 2-6 µA, ati pe awọn foliteji wa ni iwọn -3.8 si -6.5 kV, ti o yorisi agbara agbara fun EWNS-ebute ẹyọkan ti o kere ju 50 mW. . iran module. Botilẹjẹpe EWNS ti ṣiṣẹpọ labẹ titẹ giga, awọn ipele ozone kere pupọ, ko kọja 60 ppb.
Nọmba Afikun S4 ṣe afihan awọn aaye ina afarawe fun awọn oju iṣẹlẹ [-6.5 kV, 4.0 cm] ati [-3.8 kV, 0.5 cm], lẹsẹsẹ. Awọn aaye ni ibamu si awọn oju iṣẹlẹ [-6.5 kV, 4.0 cm] ati [-3.8 kV, 0.5 cm] jẹ iṣiro bi 2 × 105 V/m ati 4.7 × 105 V/m, lẹsẹsẹ. Eyi ni lati nireti, nitori ipin ti foliteji si ijinna jẹ ga julọ ni ọran keji.
Lori ọpọtọ. 3a,b fihan iwọn ila opin EWNS ti a ṣewọn pẹlu AFM8. Awọn iwọn ila opin EWNS fun [-6.5 kV, 4.0 cm] ati [-3.8 kV, 0.5 cm] awọn oju iṣẹlẹ ni a ṣe iṣiro bi 27 nm ati 19 nm, lẹsẹsẹ. Awọn iyapa boṣewa jiometirika ti awọn pinpin fun awọn ọran [-6.5 kV, 4.0 cm] ati [-3.8 kV, 0.5 cm] jẹ 1.41 ati 1.45, ni atele, nfihan pinpin iwọn dín. Mejeeji iwọn ilawọn ati iyapa boṣewa jiometirika sunmọ si ipilẹ-EWNS, jẹ 25 nm ati 1.41, ni atele. Lori ọpọtọ. 3c ṣe afihan pinpin iwọn ti ipilẹ EWNS ti o ni iwọn lilo ọna kanna labẹ awọn ipo kanna.
Lori ọpọtọ. 3d,e fihan awọn abajade ti isọdi idiyele. Data jẹ awọn wiwọn apapọ ti 30 awọn wiwọn igbakana ti ifọkansi (#/cm3) ati lọwọlọwọ (I). Onínọmbà fihan pe idiyele apapọ lori EWNS jẹ 22 ± 6 e- ati 44 ± 6 e- fun [-6.5 kV, 4.0 cm] ati [-3.8 kV, 0.5 cm], lẹsẹsẹ. Ti a ṣe afiwe si Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), idiyele dada wọn ga ni pataki, lẹmeji ti [-6.5 kV, 4.0 cm] oju iṣẹlẹ ati ni igba mẹrin ti [-3 .8 kV, 0.5 cm]. 3f fihan ipilẹ data isanwo EWNS.
Lati awọn maapu ifọkansi nọmba EWNS (Awọn eeya afikun S5 ati S6), o le rii pe aaye [-6.5 kV, 4.0 cm] ni nọmba ti o ga pupọ ti awọn patikulu ju aaye [-3.8 kV, 0.5 cm]. O yẹ ki o tun ṣe akiyesi pe awọn ifọkansi nọmba EWNS ni a ṣe abojuto fun awọn wakati 4 (Awọn eeya afikun S5 ati S6), nibiti iduroṣinṣin iran EWNS ṣe afihan awọn ipele kanna ti awọn ifọkansi nọmba patiku ni awọn ọran mejeeji.
Nọmba 3g ṣe afihan irisi EPR lẹhin iṣakoso (lẹhin) iyokuro fun EWNS iṣapeye ni [-6.5 kV, 4.0 cm]. Atọka ROS tun jẹ akawe si ipilẹ EWNS ni iwe ti a tẹjade tẹlẹ. Nọmba iṣiro ti EWNS ti o n dahun pẹlu pakute alayipo jẹ 7.5 × 104 EWNS/s, eyiti o jọra si Baseline-EWNS8 ti a tẹjade tẹlẹ. Awọn iwoye EPR ṣe afihan ni kedere niwaju awọn oriṣi meji ti ROS, nibiti O2- predominated, lakoko ti OH• wa ni iye ti o kere ju. Ni afikun, lafiwe taara ti awọn kikankikan tente oke fihan pe EWNS iṣapeye ni akoonu ROS ti o ga pupọ ni akawe si ipilẹ EWNS.
Lori ọpọtọ. 4 ṣe afihan ṣiṣe ifisilẹ ti EWNS ni EPES. Awọn data ti wa ni tun ni ṣoki ni Table I ati akawe pẹlu awọn atilẹba EWNS data. Fun awọn ọran EUNS mejeeji, ifisilẹ sunmo 100% paapaa ni foliteji kekere ti 3.0 kV. Ni deede, 3.0 kV ti to lati ṣaṣeyọri 100% ifisilẹ laibikita iyipada idiyele dada. Labẹ awọn ipo kanna, ṣiṣe ifisilẹ ti Baseline-EWNS jẹ 56% nikan nitori idiyele kekere (apapọ 10 elekitironi fun EWNS).
Nọmba 5 ati Tabili 2 ṣe akopọ iwọn aiṣiṣẹ ti awọn microorganisms inoculated lori dada awọn tomati lẹhin ifihan si isunmọ 40,000 #/cm3 EWNS fun awọn iṣẹju 45 labẹ oju iṣẹlẹ to dara julọ [-6.5 kV, 4.0 cm]. Inoculated E. coli ati L. innocua ṣe afihan idinku pataki ti 3.8 log lẹhin awọn iṣẹju 45 ti ifihan. Labẹ awọn ipo kanna, S. enterica ṣe afihan idinku kekere ti awọn akọọlẹ 2.2, lakoko ti S. cerevisiae ati M. parafortuitum ṣe afihan idinku 1.0 log.
Awọn micrographs elekitironi (Nọmba 6) ti n ṣe afihan awọn iyipada ti ara ti o fa nipasẹ EWNS ni E. coli, Salmonella enterica, ati awọn sẹẹli innocua L. ti o yori si aiṣiṣẹ. Awọn kokoro arun ti iṣakoso ṣe afihan awọn membran sẹẹli ti ko tọ, lakoko ti awọn kokoro arun ti o ti bajẹ ti bajẹ awọn membran ode.
Aworan ohun airi elekitironi ti iṣakoso ati awọn kokoro arun ti o han fi han ibajẹ awo ilu.
Awọn data lori awọn ohun-ini kemikali ti EWNS iṣapeye lapapọ fihan pe awọn ohun-ini EWNS (idiyele oju-aye ati akoonu ROS) ti ni ilọsiwaju ni pataki ni akawe si data ipilẹṣẹ EWNS ti a tẹjade tẹlẹ8,9,10,11. Ni apa keji, iwọn wọn wa ni iwọn nanometer, eyiti o jọra pupọ si awọn abajade ti a tẹjade tẹlẹ, ti o jẹ ki wọn duro ni afẹfẹ fun igba pipẹ. Aṣayẹwo polydispersity ti a ṣe akiyesi le ṣe alaye nipasẹ awọn iyipada ninu idiyele dada, eyiti o pinnu titobi ipa Rayleigh, aileto, ati idapọpọ agbara ti EWNS. Bibẹẹkọ, gẹgẹ bi alaye nipasẹ Nielsen et al.22, idiyele dada ti o ga julọ dinku evaporation nipa jijẹ agbara dada / ẹdọfu ti omi silẹ daradara. Ilana yii jẹ idaniloju idanwo fun microdroplets22 ati EWNS ninu atẹjade wa tẹlẹ8. Ipadanu ti akoko aṣerekọja tun le ni ipa iwọn ati ki o ṣe alabapin si pinpin iwọn ti a ṣe akiyesi.
Ni afikun, idiyele fun eto jẹ nipa 22–44 e-, da lori awọn ayidayida, eyiti o ga julọ ni akawe si ipilẹ EWNS, eyiti o ni idiyele apapọ ti 10 ± 2 awọn elekitironi fun eto kan. Sibẹsibẹ, o yẹ ki o ṣe akiyesi pe eyi ni idiyele apapọ ti EWNS. Ṣeto et al. O ti han pe idiyele kii ṣe aṣọ-aṣọ ati tẹle pinpin log-deede21. Ti a ṣe afiwe si iṣẹ iṣaaju wa, ilọpo meji idiyele dada jẹ ilọpo ṣiṣe ṣiṣe ifisilẹ ni eto EPES si fẹrẹẹ 100% 11.