Ẹ ṣeun fún ṣíbẹ̀wò sí Nature.com. Ẹ̀yà aṣàwákiri tí ó ní àtìlẹ́yìn CSS díẹ̀ ni o ń lò. Fún ìrírí tí ó dára jùlọ, a gbà ọ́ nímọ̀ràn pé kí o lo ẹ̀rọ aṣàwákiri tí a ti mú gbóná (tàbí kí o má ṣe pa Ìgbésẹ̀ Ìbáramu nínú Internet Explorer). Ní ​​àfikún, láti rí i dájú pé àtìlẹ́yìn ń lọ lọ́wọ́, a ń fi ojú-ọ̀nà náà hàn láìsí àwọn àṣà àti JavaScript.
Láìpẹ́ yìí, wọ́n ti ṣe àgbékalẹ̀ pẹpẹ ìpakúrò aláìlómi kẹ́míkà kan tí ó dá lórí ìmọ̀-ẹ̀rọ nanotechnology nípa lílo àwọn ohun èlò ìpakúrò omi àtọwọ́dá (EWNS). EWNS ní agbára gíga lórí ilẹ̀, wọ́n sì ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ẹ̀yà atẹ́gùn atẹ́gùn tí ń ṣiṣẹ́ (ROS) tí ó lè bá ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun abẹ̀mí tí kòkòrò àrùn lò, títí kan àwọn kòkòrò àrùn tí a ń gbé sínú oúnjẹ. Níbí, a fihàn pé àwọn ohun abẹ̀mí wọn nígbà ìṣẹ̀dá lè jẹ́ àtúnṣe àti àtúnṣe láti mú agbára ìpakúrò bakitéríà wọn pọ̀ sí i. A ṣe pẹpẹ yàrá EWNS láti ṣàtúnṣe àwọn ohun abẹ̀mí EWNS nípa yíyí àwọn pàrámítà ìṣẹ̀dá padà. A ṣe àfihàn àwọn ohun abẹ̀mí EWNS (ìsanwó, ìwọ̀n, àti akoonu ROS) nípa lílo àwọn ọ̀nà ìwádìí òde òní. Ní àfikún, àwọn ohun abẹ̀mí tí kòkòrò àrùn oúnjẹ bíi Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, àti Saccharomyces cerevisiae sí ojú ilẹ̀ àwọn tòmátì èso àjàrà organic láti ṣe àyẹ̀wò agbára ìpakúrò bakitéríà wọn. Àwọn àbájáde tí a gbé kalẹ̀ níbí fihàn pé àwọn ohun abẹ̀mí EWNS lè jẹ́ àtúnṣe nígbà ìṣẹ̀dá, èyí tí ó yọrí sí ìbísí exponential nínú ìṣe ìpakúrò. Ní pàtàkì, agbára ìgbóná ojú ilẹ̀ pọ̀ sí i ní ìwọ̀n mẹ́rin, iye ROS sì pọ̀ sí i. Ìwọ̀n ìyọkúrò àwọn kòkòrò àrùn náà sinmi lórí àwọn kòkòrò àrùn náà, ó sì wà láti 1.0 sí 3.8 log lẹ́yìn ìṣẹ́jú 45 tí wọ́n fi fi aerosol wọ̀n 40,000 #/cm3 EWNS.
Àìsàn àwọn kòkòrò àrùn ni olórí ohun tó ń fa àìsàn láti inú oúnjẹ tí a ń jẹ nítorí jíjẹ àwọn kòkòrò àrùn tàbí àwọn májèlé wọn. Àìsàn láti inú oúnjẹ ló fa àìsàn tó tó mílíọ̀nù mẹ́rìndínlọ́gọ́rin, 325,000 tí a lọ sí ilé ìwòsàn, àti ikú ẹgbẹ̀rún márùn-ún lọ́dọọdún ní Orílẹ̀-èdè Amẹ́ríkà nìkan. Ní àfikún, Ẹ̀ka Iṣẹ́ Àgbẹ̀ ti Orílẹ̀-èdè Amẹ́ríkà (USDA) ṣírò pé lílo àwọn èso tuntun tó pọ̀ sí i ló fa ìpín mẹ́rìndínlọ́gọ́rin nínú ọgọ́rùn-ún gbogbo àìsàn láti inú oúnjẹ tí a ròyìn ní Orílẹ̀-èdè Amẹ́ríkà2. Owó tí àìsàn àti ikú láti inú àwọn kòkòrò àrùn láti inú oúnjẹ ní Orílẹ̀-èdè Amẹ́ríkà ga gan-an, gẹ́gẹ́ bí Ilé-iṣẹ́ fún Ìṣàkóso àti Ìdènà Àrùn (CDC) ṣe ṣírò rẹ̀ sí ju bílíọ̀nù mẹ́ẹ̀ẹ́dógún dọ́là dọ́là dọ́là lọ lọ́dún.
Lọ́wọ́lọ́wọ́, àwọn ìtọ́jú ìpalára oògùn chemical4, radiation5 àti thermal6 láti rí i dájú pé oúnjẹ wà ní àwọn ibi ìṣàkóṣo pàtàkì (CCPs) nínú ẹ̀wọ̀n ìṣẹ̀dá (nígbà gbogbo lẹ́yìn ìkórè àti/tàbí nígbà ìkópamọ́) dípò kí wọ́n máa ṣe é nígbà gbogbo ní ọ̀nà tí èso tuntun yóò fi lè jẹ́ àbàwọ́n sí ara wọn. 7. Àwọn ìtọ́jú ìpalára oògùn pọndandan láti ṣàkóso àìsàn àti ìbàjẹ́ oúnjẹ láti inú oúnjẹ dáadáa, kí wọ́n sì lè lò ó káàkiri oko-sí-àti ...
A ti ṣe agbekalẹ pẹpẹ antimicrobial ti ko ni kemikali ti o da lori nanotechnology laipẹ lati dinku awọn kokoro arun lori awọn oju ilẹ ati ninu afẹfẹ nipa lilo awọn nanostructures omi atọwọda (EWNS). Fun iṣelọpọ EVNS, awọn ilana meji ti o jọra ni a lo: electrospray ati ionization omi (Fig. 1a). A ti fihan tẹlẹ pe EWNS ni akojọpọ awọn ohun-ini ti ara ati ti ara 8,9,10. EWNS ni apapọ ti awọn elekitironi 10 fun eto kan ati iwọn nanometer apapọ ti 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10. Ni afikun, resonance spin electron (ESR) fihan pe EWNS ni iye pupọ ti awọn ẹya atẹgun reactive (ROS), ni pataki hydroxyl (OH•) ati awọn radicals superoxide (O2-) (Fig. 1c) 8. EWNS duro ninu afẹfẹ fun igba pipẹ o si le kọlu pẹlu awọn kokoro arun ti a so mọ afẹfẹ ati pe o wa lori awọn oju ilẹ, fifun ni ẹru ROS wọn ati fa idinku awọn microbial (Fig. 1d). Àwọn ìwádìí ìṣáájú wọ̀nyí tún fihàn pé EWNS lè bá onírúurú bakitéríà gram-negative àti gram-positive tí ó ṣe pàtàkì fún ìlera gbogbogbòò lò, títí kan mycobacteria, lórí ojú ilẹ̀ àti nínú afẹ́fẹ́ 8,9. Ìwádìí electron transmission microscopy fihàn pé ìdènà ìṣiṣẹ́ náà jẹ́ nítorí ìdènà awọ ara sẹ́ẹ̀lì. Ní àfikún, àwọn ìwádìí mímu omi líle ti fihàn pé ìwọ̀n gíga ti EWNS kò fa ìbàjẹ́ ẹ̀dọ̀fóró tàbí ìgbóná ara8.
(a) Ẹ̀rọ ìfọ́nrán elekitirosi maa n waye nigbati a ba lo foliteji giga laarin capillary ti o ni omi ati elekitirodi counter kan. (b) Lilo foliteji giga maa n yọrisi awọn iṣẹlẹ meji ti o yatọ: (i) fifa ina elekitirosi omi ati (ii) iran awọn iru atẹgun ti n ṣe atunṣe (ions) ti o wa ninu EWNS. (c) Eto alailẹgbẹ ti EWNS. (d) EWNS maa n gbera gaan nitori iseda nanoscale wọn ati pe wọn le ba awọn kokoro arun ti o wa ni afẹfẹ ṣe.
Agbára tí pẹpẹ ìpakúpa EWNS ní láti mú kí àwọn kòkòrò àrùn tí a ń rí láti inú oúnjẹ ṣiṣẹ́ lórí ojú oúnjẹ tuntun ti hàn láìpẹ́ yìí. A tún ti fihàn pé a lè lo agbára ìpakúpa EWNS pẹ̀lú pápá iná mànàmáná fún ìfijiṣẹ́ tí a fojú sí. Èyí tí ó ṣe pàtàkì jùlọ ni pé, àbájáde àkọ́kọ́ tí ó dájú ti ìdínkù 1.4 log nínú ìṣiṣẹ́ tòmátì oníwà-ara sí onírúurú kòkòrò àrùn oúnjẹ bíi E. coli àti Listeria ni a rí láàárín ìṣẹ́jú 90 lẹ́yìn ìfarahàn sí EWNS ní ìṣọ̀kan tó tó 50,000#/cm311. Ní àfikún, àwọn ìdánwò ìṣàyẹ̀wò organoleptic àkọ́kọ́ kò fi ipa organoleptic hàn ní ìfiwéra pẹ̀lú tòmátì ìṣàkóso. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn àbájáde ìpakúpa àkọ́kọ́ wọ̀nyí ṣèlérí ààbò oúnjẹ kódà ní ìwọ̀n EWNS tí ó kéré gan-an ti 50,000#/cc. wo, ó ṣe kedere pé agbára ìpakúpa tí ó ga jù yóò ṣe àǹfààní jù láti dín ewu àkóràn àti ìbàjẹ́ kù sí i.
Níbí, a ó dojúkọ ìwádìí wa lórí ìdàgbàsókè ìṣẹ̀dá EWNS láti ṣàtúnṣe àwọn pàrámítà ìṣẹ̀dá àti láti mú àwọn ohun ìní physicochemical ti EWNS sunwọ̀n síi láti mú agbára antibacterial wọn pọ̀ sí i. Ní pàtàkì, ìṣàtúnṣe ti dojúkọ sí mímú agbára ìṣàn wọn pọ̀ sí i (láti mú kí ìpèsè tí a fojú sí dára síi) àti akoonu ROS (láti mú kí ìṣiṣẹ́ àìṣiṣẹ́ sunwọ̀n síi). Ìṣàfihàn àwọn ohun ìní physico-kemikali tí a mú sunwọ̀n síi (ìwọ̀n, agbára àti akoonu ROS) nípa lílo àwọn ọ̀nà ìwádìí òde òní àti lílo àwọn ohun tí kòkòrò oúnjẹ tí ó wọ́pọ̀ bíi E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae àti M. parafortutum.
A ṣe àgbékalẹ̀ EVNS nípa lílo ìfúnpọ̀ iná mànàmáná àti ìfọ́nrán omi mímọ́ tó ga (18 MΩ cm–1). A sábà máa ń lo atomizer iná mànàmáná 12 láti mú kí àwọn omi àti àwọn èròjà polymer àti seramiki oníṣẹ́dá 13 àti okùn 14 tí a ṣàkóso pọ̀ sí i.
Gẹ́gẹ́ bí a ti ṣàlàyé rẹ̀ nínú àwọn ìtẹ̀jáde ìṣáájú 8, 9, 10, 11, nínú ìwádìí àtẹ̀yìnwá, a lo fóltéèjì gíga láàárín capillary irin àti electrode counter counter kan tí a fìdí kalẹ̀. Nígbà ìlànà yìí, àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ méjì ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀ ló máa ń ṣẹlẹ̀: 1) electrospray àti 2) ionization ti omi. Ibùdó iná mànàmáná tó lágbára láàárín àwọn electrodes méjèèjì máa ń fa kí àwọn agbára òdì kó jọ sórí omi tí a dì pọ̀, èyí tó máa ń yọrí sí ìṣẹ̀dá àwọn kon Taylor. Nítorí náà, àwọn ìṣàn omi tí a ti gba agbára púpọ̀ ni a ń ṣẹ̀dá, èyí tí ó ń bá a lọ láti pín sí àwọn èrò kéékèèké, gẹ́gẹ́ bí ìlànà Rayleigh16. Ní àkókò kan náà, pápá iná mànàmáná tó lágbára máa ń fa kí àwọn molecule omi pín sí wẹ́wẹ́ kí wọ́n sì bọ́ àwọn electrons (ionization), èyí sì máa ń mú kí ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ẹ̀yà oxygen reactive (ROS) pọ̀ sí i. A fi àwọn páálí ROS18 tí a ṣẹ̀dá nígbà kan náà sínú EWNS (Àwòrán 1c).
Ní orí àwòrán 2a, a fi ètò ìṣẹ̀dá EWNS tí a ṣe àgbékalẹ̀ àti lílò nínú ìṣẹ̀dá EWNS hàn nínú ìwádìí yìí. A fi omi mímọ́ tí a tọ́jú sínú ìgò tí a ti dì mọ́ inú páìpù Teflon (ìwọ̀n inú 2 mm) sínú abẹ́rẹ́ irin alagbara 30G (ìwọ̀n irin). Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 2b, ìfúnpá afẹ́fẹ́ inú ìgò náà ni a ń darí ìṣàn omi náà. Abẹ́rẹ́ náà so mọ́ ẹ̀rọ Teflon kan tí a lè ṣe àtúnṣe pẹ̀lú ọwọ́ sí ìjìnnà kan láti ọ̀dọ̀ elektrodu counter. Elektrodu counter jẹ́ díìsì aluminiomu tí a ti yọ́ pẹ̀lú ihò ní àárín fún ìṣàyẹ̀wò. Ní ìsàlẹ̀ elektrodu counter counter ni ọ̀nà ìṣàyẹ̀wò aluminiomu wà, èyí tí a so mọ́ ìyókù ètò ìṣàyẹ̀wò nípasẹ̀ ibudo ìṣàyẹ̀wò (Àwòrán 2b). Gbogbo àwọn èròjà oníṣàyẹ̀wò ni a fi iná mànàmáná bò láti yẹra fún ìkórajọ agbára tí ó lè ba ìṣàyẹ̀wò pàǹtí jẹ́.
(a) Ètò Ìṣẹ̀dá Ìṣẹ̀dá Omi Nanostructure (EWNS). (b) Apá àgbélébùú ti ẹ̀rọ sampler àti electrospray tí ó ń fi àwọn pàrámítà pàtàkì jùlọ hàn. (c) Ìṣètò ìdánwò fún àìṣiṣẹ́ bakitéríà.
Ètò ìṣẹ̀dá EWNS tí a ṣàlàyé lókè yìí lè yí àwọn pàrámítà iṣẹ́ pàtàkì padà láti mú kí àtúnṣe àwọn ohun ìní EWNS rọrùn. Ṣàtúnṣe fóltéèjì tí a lò (V), ijinna láàrín abẹ́rẹ́ àti elektíródì oníkà (L), àti ìṣàn omi (φ) nípasẹ̀ capillary láti ṣe àtúnṣe àwọn ànímọ́ EWNS. Àwọn àmì [V (kV), L (cm)] ni a lò láti fi àwọn àpapọ̀ onírúurú hàn. Ṣàtúnṣe síṣàn omi láti gba konu Taylor tí ó dúró ṣinṣin ti set kan [V, L]. Fún ète ìwádìí yìí, a ṣètò ihò ti elektíródì oníkàródì (D) sí 0.5 inches (1.29 cm).
Nítorí pé agbára pápá iná mànàmáná náà kò pọ̀ tó àti pé kò ní ìṣọ̀kan, a kò lè ṣírò agbára pápá iná mànàmáná láti àwọn ìlànà àkọ́kọ́. Dípò bẹ́ẹ̀, a lo sọ́fítíwè QuickField™ (Svendborg, Denmark)19 láti ṣírò pápá iná mànàmáná náà. A kò dọ́gba, nítorí náà, iye pápá iná mànàmáná tó wà ní orí capillary ni a lò gẹ́gẹ́ bí iye ìtọ́kasí fún onírúurú ìṣètò.
Nígbà ìwádìí náà, a ṣe àyẹ̀wò ọ̀pọ̀lọpọ̀ àpapọ̀ fólẹ́ẹ̀tì àti ìjìnnà láàrín abẹ́rẹ́ àti elektírọ́dì oníkànà ní ìbámu pẹ̀lú ìṣẹ̀dá kon Taylor, ìdúróṣinṣin kon Taylor, ìdúróṣinṣin ìṣẹ̀dá EWNS, àti ìtúnṣe. A fi onírúurú àpapọ̀ hàn nínú Àtẹ Àfikún S1.
A so ìjáde ètò ìṣẹ̀dá EWNS pọ̀ mọ́ Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) láti wọn ìṣọ̀kan nọ́mbà patiku, a sì lo ó pẹ̀lú Faraday aerosol electrometer (TSI, model 3068B, Shoreview, USA). MN) láti wọn ìṣàn aerosol, gẹ́gẹ́ bí a ti ṣàlàyé rẹ̀ nínú ìwé wa tẹ́lẹ̀9. SMPS àti aerosol electrometer tí a ṣàyẹ̀wò ní ìwọ̀n ìṣàn ti 0.5 L/min (àpapọ̀ ìṣàn ayẹwo 1 L/min). A wọn ìṣọ̀kan patiku àti ìṣàn aerosol fún 120 s. Tún ìwọ̀n náà ṣe ní ìgbà 30. A ṣírò iye owó aerosol lápapọ̀ láti inú àwọn ìwọ̀n lọ́wọ́lọ́wọ́, a sì ṣírò iye owó EWNS lápapọ̀ láti inú iye gbogbo patiku EWNS tí a ṣàyẹ̀wò. A lè ṣírò iye owó àpapọ̀ ti EWNS nípa lílo Equation (1):
níbi tí IEl jẹ́ ìṣàn tí a wọ̀n, NSMPS ni ìṣọ̀kan nọ́mbà tí a wọ̀n pẹ̀lú SMPS, àti φEl ni ìṣàn sí ẹ̀rọ itanna.
Nítorí pé ọriniinitutu ibatan (RH) ní ipa lórí ìgbóná ojú ilẹ̀, a pa iwọn otutu àti (RH) mọ́ ní 21°C àti 45%, lẹ́sẹẹsẹ, nígbà ìdánwò náà.
A lo ẹ̀rọ amúṣẹ́dá agbára átọ́míkì (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) àti AC260T probe (Olympus, Tokyo, Japan) láti wọn ìwọ̀n àti ìgbésí ayé EWNS. Ìwọ̀n ìwòran AFM jẹ́ 1 Hz àti agbègbè ìwòran jẹ́ 5 µm×5 µm pẹ̀lú àwọn ìlà ìwòran 256. Gbogbo àwọn àwòrán ni a fi sí ipò àkọ́kọ́ nípa lílo software Asylum (bojúbojú pẹ̀lú ìwọ̀n 100 nm àti ààlà 100 pm).
Yọ ìṣàpẹẹrẹ ìṣàyẹ̀wò náà kúrò kí o sì gbé ojú mica náà sí ìjìnnà 2.0 cm láti inú elekitirodu counter fún àkókò àròpín 120 s láti yẹra fún ìdàpọ̀ àwọn èròjà àti ìṣẹ̀dá àwọn ìṣàn omi tí kò báramu lórí ojú mica. A fi EWNS sí ojú ilẹ̀ mica tuntun tí a gé (Ted Pella, Redding, CA). Lẹ́sẹ̀kẹsẹ̀ lẹ́yìn ìfọ́nká, a fi ojú ilẹ̀ mica hàn nípa lílo AFM. Igun ìfọwọ́kan ojú ilẹ̀ ti mica tuntun tí a gé tí a kò yípadà súnmọ́ 0°, nítorí náà EWNS ń tàn káàkiri ojú ilẹ̀ mica ní ìrísí domed20. A wọn ìwọ̀n ila opin (a) àti gíga (h) ti àwọn ìṣàn omi tí ń túká tààrà láti ojú ilẹ̀ AFM, a sì lò ó láti ṣírò ìwọ̀n ìfọ́nká domed EWNS nípa lílo ọ̀nà tí a ti fọwọ́ sí tẹ́lẹ̀8. Tí a bá gbà pé EVNS inú ọkọ̀ ní ìwọ̀n kan náà, a lè ṣírò ìwọ̀n ila opin tí ó dọ́gba láti inú ìṣètò (2):
Gẹ́gẹ́ bí ọ̀nà tí a ti ṣe tẹ́lẹ̀, a lo ìdẹkùn spin resonance (ESR) electron spin resonance (ESR) láti ṣàwárí wíwà àwọn intermediates radical tí ó wà fún ìgbà díẹ̀ nínú EWNS. A fi omi tí ó ní 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc., Portland, Oregon) kọjá àwọn afẹ́fẹ́ afẹ́fẹ́. Gbogbo ìwọ̀n EPR ni a ṣe nípa lílo Bruker EMX spectrometer (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) àti flat cell arrays. A lo sọ́fítíwọ́ọ̀à Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) láti kó àti ṣe àtúpalẹ̀ dátà náà. A ṣe àfihàn ROS fún àwọn ipò iṣẹ́ kan [-6.5 kV, 4.0 cm]. A wọn ìṣọ̀kan EWNS nípa lílo SMPS lẹ́yìn tí a ronú nípa pípadánù EWNS nínú impactor.
A lo 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co) 8,9,10 láti ṣe àyẹ̀wò ipele Ozone.
Fún gbogbo àwọn ohun ìní EWNS, iye ìwọ̀n ni àròpọ̀ àwọn ìwọ̀n náà, àṣìṣe ìwọ̀n náà sì ni ìyàtọ̀ gbòòrò. A ṣe ìdánwò t láti fi iye ànímọ́ EWNS tí a ti mú dara sí wéra pẹ̀lú iye tí ó báramu ti EWNS ìpìlẹ̀ mu.
Àwòrán 2c fi ètò ìrìnàjò afẹ́fẹ́ Electrostatic Precipitation Pass (EPES) tí a ti ṣe àgbékalẹ̀ tẹ́lẹ̀ àti èyí tí a lè lò láti dojúkọ EWNS11 sí àwọn ojú ilẹ̀. EPES lo agbára EWNS ní ìdàpọ̀ pẹ̀lú pápá iná mànàmáná tó lágbára láti “tọ́ka sí” tààrà sí ojú ilẹ̀ ibi tí a fẹ́ lò ó. Àwọn kúlẹ̀kúlẹ̀ nípa ètò EPES ni a gbé kalẹ̀ nínú ìtẹ̀jáde tuntun láti ọwọ́ Pyrgiotakis et al.11. Nítorí náà, EPES ní yàrá PVC tí a tẹ̀ jáde 3D pẹ̀lú àwọn ìpẹ̀kun onípele tí ó ní irin alagbara méjì tí ó jọra (irin alagbara 304, dígí tí a ti yọ́) ní àárín 15.24 cm sí ara wọn. A so àwọn pákó náà pọ̀ mọ́ orísun foliteji gíga kan tí ó wà ní ìta (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), pákó ìsàlẹ̀ náà máa ń ní rere nígbà gbogbo, pákó òkè náà sì máa ń ní ìpìlẹ̀ nígbà gbogbo (tí ó ń léfòó). Àwọn ògiri yàrá náà ní a fi foil aluminiomu bo, èyí tí a fi iná mànàmáná bò láti dènà pípadánù pà ...
A ṣírò bí EWNS ṣe ń ṣiṣẹ́ nínú EPES gẹ́gẹ́ bí ìlànà tí a ti ṣe àgbékalẹ̀ tẹ́lẹ̀ nínú Àwòrán Àfikún S111.
Gẹ́gẹ́ bí yàrá ìdarí, ìṣàn kejì tí ó gba inú yàrá sílíńdà ni a so pọ̀ mọ́ ètò EPES nípa lílo àlẹ̀mọ́ HEPA àárín láti yọ EWNS kúrò. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní àwòrán 2c, a fa aerosol EWNS náà gba inú yàrá méjì tí a so pọ̀ ní ìtẹ̀léra. Àlẹ̀mọ́ tí ó wà láàárín yàrá ìdarí àti EPES yọ gbogbo EWNS tí ó kù kúrò, èyí tí ó yọrí sí ìwọ̀n otútù kan náà (T), ọ̀rinrin ìbáramu (RH) àti ìwọ̀n ozone.
A ti rii pe awọn kokoro arun pataki ti a fi ounjẹ ṣe ni o n ba awọn eso titun jẹ gẹgẹbi Escherichia coli (ATCC #27325), itọkasi igbẹ́, Salmonella enterica (ATCC #53647), kokoro arun ti a fi ounjẹ ṣe, Listeria innocua (ATCC #33090), yiyan si awọn ọlọjẹ Listeria monocytogenes., Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) gẹgẹbi yiyan si iwukara spoilage, ati Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) gẹgẹbi kokoro arun ti o ni agbara diẹ sii ni a ra lati ọdọ ATCC (Manassas, Virginia).
Ra àpótí tòmátì èso àjàrà oníwàláàyè láti ọjà àdúgbò rẹ láìròtẹ́lẹ̀ kí o sì fi sínú fìríìjì ní 4°C títí tí o fi lò ó (tó ọjọ́ mẹ́ta). Yan tòmátì láti dánwò pẹ̀lú ìwọ̀n kan, tó tó ìwọ̀n 1/2 ínṣì ní iwọ̀n.
Àwọn ìlànà fún ìbímọ, ìfúnnilára, ìfarahàn àti kíkà ìbímọ ni a ti ṣàlàyé nínú àwọn ìwé wa tí a tẹ̀ jáde tẹ́lẹ̀, a sì ti ṣàlàyé rẹ̀ ní kíkún nínú Àfikún Dáta 11. A ṣe àyẹ̀wò iṣẹ́ EWNS nípa fífi àwọn tòmátì tí a ti fún ní abẹ́rẹ́ sí 40,000 #/cm3 fún ìṣẹ́jú 45. Ní kúkúrú, ní àkókò t = 0 min, a lo tòmátì mẹ́ta láti ṣe àyẹ̀wò àwọn kòkòrò àrùn tí ó yè. A gbé tòmátì mẹ́ta sínú EPES a sì fi wọ́n sí EWNS ní 40,000 #/cc (tòmátì tí a ti fún ní EWNS) àti àwọn mẹ́ta mìíràn ni a gbé sínú yàrá ìdarí (tòmátì tí a ti fún ní abẹ́rẹ́). Kò sí ọ̀kan nínú àwọn ẹgbẹ́ tòmátì tí a fi sí abẹ́rẹ́ àfikún. A yọ tòmátì àti àwọn ìdarí tí a ti fún ní EWNS kúrò lẹ́yìn ìṣẹ́jú 45 láti ṣe àyẹ̀wò ipa EWNS.
A ṣe ìdánwò kọ̀ọ̀kan ní ìpele mẹ́ta. A ṣe ìwádìí dátà gẹ́gẹ́ bí ìlànà tí a ṣàlàyé nínú Àfikún Dátà.
Àwọn àpẹẹrẹ bakitéríà E. coli, Enterobacter, àti L. innocua tí a fi sí EWNS (ìṣẹ́jú 45, ìfọ́mọ́ aerosol EWNS 40,000 #/cm3) àti àwọn tí kò fara hàn ni a fi ṣe àyẹ̀wò àwọn ọ̀nà ìdènà ìṣiṣẹ́. A fi omi sodium cacodylate 0.1 M (pH 7.4) sí i fún wákàtí 2 ní iwọ̀n otútù yàrá pẹ̀lú ohun tí a fi ṣe àtúnṣe 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde àti 0.03% picric acid. Lẹ́yìn tí a fọ̀ wọ́n, a fi 1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) sí i fún wákàtí 2, a fi omi wẹ̀ wọ́n nígbà mẹ́ta, a sì fi 1% uranyl acetate sí i fún wákàtí 1, lẹ́yìn náà a fi omi wẹ̀ wọ́n lẹ́ẹ̀mejì. Lẹ́yìn náà, gbígbẹ omi lẹ́yìn náà fún ìṣẹ́jú 10 ti ọ̀kọ̀ọ̀kan 50%, 70%, 90%, 100% alcohol. Lẹ́yìn náà, a fi àwọn àyẹ̀wò náà sínú propylene oxide fún wákàtí kan, a sì fi àdàpọ̀ propylene oxide àti TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) tí ó ní ìwọ̀n 1:1 sínú wọn. A fi àwọn àyẹ̀wò náà sínú TAAB Epon, a sì fi polymer ṣe é ní 60°C fún wákàtí 48. A gé resin granular tí a ti tọ́jú náà, a sì fi TEM ṣe àwòrán rẹ̀ nípa lílo JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japan), microscope onígbàlódé tí a fi ẹ̀rọ amúṣẹ́dáná AMT 2k CCD ṣe (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, USA).
Gbogbo àwọn ìdánwò ni a ṣe ní ìpele mẹ́ta. Fún àkókò kọ̀ọ̀kan, a fi àwọn ìfọ́ bakitéríà sí ìpele mẹ́ta, èyí tí ó yọrí sí àpapọ̀ àwọn ìpele mẹ́sàn-án fún ojú kan, èyí tí a lò gẹ́gẹ́ bí ìṣọ̀kan bakitéríà fún ohun alààyè náà. A lo ìyàtọ̀ boṣewa gẹ́gẹ́ bí àṣìṣe ìwọ̀n. Gbogbo àwọn ìpele kà.
A ṣe ìṣirò logarithm ti ìdínkù nínú ìṣọ̀kan àwọn bakitéríà ní ìfiwéra pẹ̀lú t = 0 min nípa lílo àgbékalẹ̀ wọ̀nyí:
níbi tí C0 jẹ́ ìṣọ̀kan àwọn bakitéríà nínú àyẹ̀wò ìṣàkóso ní àkókò 0 (ìyẹn lẹ́yìn tí ojú ilẹ̀ bá ti gbẹ ṣùgbọ́n kí a tó gbé e sínú yàrá) àti Cn jẹ́ ìṣọ̀kan àwọn bakitéríà lórí ojú lẹ́yìn ìṣẹ́jú n tí a ti fara hàn.
Láti ṣàkíyèsí ìbàjẹ́ àdánidá ti àwọn bakitéríà ní àkókò ìfarahàn ìṣẹ́jú 45, a tún ṣe ìṣirò Ìdínkù Ìṣàyẹ̀wò ní ìfiwéra pẹ̀lú ìdarí ní ìṣẹ́jú 45 gẹ́gẹ́ bí a ṣe tẹ̀lé:
Níbi tí Cn jẹ́ ìṣọ̀kan àwọn bakitéríà nínú àyẹ̀wò ìṣàkóso ní àkókò n àti Cn-Control ni ìṣọ̀kan àwọn bakitéríà ìṣàkóso ní àkókò n. A gbé àwọn ìwádìí kalẹ̀ gẹ́gẹ́ bí ìdínkù log ní ìfiwéra pẹ̀lú ìṣàkóso (kò sí ìfarahàn EWNS).
Nígbà ìwádìí náà, a ṣe àyẹ̀wò ọ̀pọ̀lọpọ̀ àdàpọ̀ folti àti ìjìnnà láàrín abẹ́rẹ́ àti elekitirodu counter ní ìbámu pẹ̀lú ìṣẹ̀dá koni Taylor, ìdúróṣinṣin koni Taylor, ìdúróṣinṣin ìṣẹ̀dá EWNS, àti ìtúnṣe. Oríṣiríṣi àdàpọ̀ ni a fihàn nínú Àtẹ Àfikún S1. A yan àwọn ọ̀ràn méjì fún ìwádìí pípé tí ó fi àwọn ànímọ́ tí ó dúró ṣinṣin àti tí ó lè tún ṣe hàn (koni Taylor, ìṣẹ̀dá EWNS, àti ìdúróṣinṣin lórí àkókò). Ní ​​àwòrán 3 fi àwọn àbájáde lórí agbára, ìwọ̀n àti àkóónú ROS hàn fún àwọn ọ̀ràn méjì. A tún ṣàkópọ̀ àwọn àbájáde náà nínú Táblì 1. Fún ìtọ́kasí, Àwòrán 3 àti Táblì 1 ní àwọn ànímọ́ ti EWNS8, 9, 10, 11 tí a ti ṣe àgbékalẹ̀ tẹ́lẹ̀ (ipilẹṣẹ-EWNS). Àwọn ìṣirò pàtàkì ìṣirò nípa lílo ìdánwò t-ìrù méjì ni a tún tẹ̀ jáde nínú Táblì Àfikún S2. Ní àfikún, àwọn ìwádìí afikún ní àwọn ìkẹ́kọ̀ọ́ lórí ipa ti iwọn ila opin ihò àyẹ̀wò elekitirodu counter (D) àti ijinna láàrín elekitirodu ilẹ̀ àti orí abẹ́rẹ́ (L) (Àwọn Àwòrán Àfikún S2 àti S3).
(a–c) Pínpín ìwọ̀n AFM. (d – f) Àmì ìdíyelé ojú ilẹ̀. (g) Ìṣàpẹẹrẹ ROS àti ESR.
Ó tún ṣe pàtàkì láti kíyèsí pé fún gbogbo àwọn ipò tí a mẹ́nu kàn lókè yìí, àwọn ìṣàn ionization tí a wọ̀n wà láàárín 2-6 µA, àti pé àwọn foliteji náà wà láàárín -3.8 sí -6.5 kV, èyí tí ó yọrí sí lílo agbára fún EWNS onípele kan ṣoṣo yìí tí ó kéré sí 50 mW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bó tilẹ̀ jẹ́ pé a ṣe àgbékalẹ̀ EWNS lábẹ́ ìfúnpá gíga, ìwọ̀n ozone kéré gan-an, wọn kò ju 60 ppb lọ.
Àwòrán Àfikún S4 fi àwọn pápá iná mànàmáná tí a ṣe àfarawé fún àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ [-6.5 kV, 4.0 cm] àti [-3.8 kV, 0.5 cm] hàn, ní ìtẹ̀léra. Àwọn pápá gẹ́gẹ́ bí àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ [-6.5 kV, 4.0 cm] àti [-3.8 kV, 0.5 cm] ni a ṣírò gẹ́gẹ́ bí 2 × 105 V/m àti 4.7 × 105 V/m, ní ìtẹ̀léra. Èyí ni a gbọ́dọ̀ retí, nítorí pé ìpíndọ́gba fóltéèjì sí ìjìnnà ga jù ní ọ̀ràn kejì.
Lórí àwòrán 3a,b fi ìwọ̀n EWNS tí a wọ̀n pẹ̀lú AFM8 hàn. A ṣírò ìwọ̀n ìwọ̀n EWNS àròpín fún àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ [-6.5 kV, 4.0 cm] àti [-3.8 kV, 0.5 cm] gẹ́gẹ́ bí 27 nm àti 19 nm, lẹ́sẹẹsẹ. Àwọn ìyàtọ̀ ìwọ̀n onígun mẹ́rin ti ìpínkiri fún àwọn ọ̀ràn [-6.5 kV, 4.0 cm] àti [-3.8 kV, 0.5 cm] jẹ́ 1.41 àti 1.45, lẹ́sẹẹsẹ, èyí tí ó ń fi ìpínkiri ìwọ̀n tóóró hàn. Ìyàtọ̀ ìwọ̀n àti ìwọ̀n onígun mẹ́rin tó wọ́pọ̀ jọra gan-an sí EWNS, tí ó jẹ́ 25 nm àti 1.41, lẹ́sẹẹsẹ. Lórí àwòrán 3c fi ìpínkiri ìwọ̀n ti EWNS ìpìlẹ̀ tí a wọ̀n nípa lílo ọ̀nà kan náà lábẹ́ àwọn ipò kan náà hàn.
Lórí àwòrán 3d,e fi àwọn àbájáde ìṣàfihàn agbára hàn. Dátà jẹ́ ìwọ̀n àròpín ti ìwọ̀n ìfojúsùn 30 ní àkókò kan náà (#/cm3) àti ìsinsìnyí (I). Ìṣàyẹ̀wò náà fihàn pé ìwọ̀n àròpín lórí EWNS jẹ́ 22 ± 6 e- àti 44 ± 6 e- fún [-6.5 kV, 4.0 cm] àti [-3.8 kV, 0.5 cm], ní ìtẹ̀léra. Ní ìfiwéra pẹ̀lú Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), ìwọ̀n agbára wọn ga jù bẹ́ẹ̀ lọ, ìlọ́po méjì ti ipò [-6.5 kV, 4.0 cm] àti ìlọ́po mẹ́rin ti [-3 .8 kV, 0.5 cm]. 3f fi dátà ìsanwó EWNS ìpìlẹ̀ hàn.
Láti inú àwọn máàpù ìfojúsùn nọ́mbà EWNS (Àfikún Àwòrán S5 àti S6), a lè rí i pé ìrísí [-6.5 kV, 4.0 cm] ní iye àwọn pàǹtírì tó ga ju ìrísí [-3.8 kV, 0.5 cm] lọ. Ó yẹ kí a tún kíyèsí pé a ṣe àyẹ̀wò ìfojúsùn nọ́mbà EWNS fún wákàtí mẹ́rin (Àfikún Àwòrán S5 àti S6), níbi tí ìdúróṣinṣin ìran EWNS fi ìpele kan náà ti ìfojúsùn nọ́mbà pàǹtírì hàn ní àwọn ọ̀ràn méjèèjì.
Àwòrán 3g fi ìyọkúrò ìpele EPR lẹ́yìn ìdarí (àtilẹ̀wá) hàn fún EWNS tí a ṣe àtúnṣe ní [-6.5 kV, 4.0 cm]. A tún fi ìpele ROS wé ìpele EWNS nínú ìwé tí a tẹ̀ jáde tẹ́lẹ̀. Iye tí a ṣírò ti EWNS tí ó ń ṣe àtúnṣe pẹ̀lú ìdẹkùn spin ni 7.5 × 104 EWNS/s, èyí tí ó jọ Baseline-EWNS8 tí a tẹ̀ jáde tẹ́lẹ̀. Ìpele EPR fi hàn kedere pé oríṣi ROS méjì wà, níbi tí O2- ti jẹ gaba lori, nígbà tí OH• wà ní iye díẹ̀. Ní àfikún, ìfiwéra taara ti àwọn ìpele gíga fihàn pé EWNS tí a ṣe àtúnṣe ní akoonu ROS tí ó ga jùlọ ní ìfiwéra pẹ̀lú EWNS ìpele.
Ní orí àwòrán 4, ó fi bí EWNS ṣe ń ṣiṣẹ́ nínú EPES hàn. A tún ṣe àkópọ̀ àwọn dátà náà nínú Táblì Kìíní, a sì fi wé wọn pẹ̀lú àwọn dátà EWNS àkọ́kọ́. Fún àwọn ọ̀ràn EUNS méjèèjì, ìpamọ́ náà sún mọ́ 100% kódà ní fólẹ́ẹ̀tì kékeré ti 3.0 kV. Lọ́pọ̀ ìgbà, 3.0 kV tó láti ṣe àṣeyọrí ìpamọ́ 100% láìka ìyípadà ìṣàn agbára ojú ilẹ̀ sí. Lábẹ́ àwọn ipò kan náà, ìpamọ́ Baseline-EWNS jẹ́ 56% péré nítorí ìpamọ́ agbára tó kéré sí i (àròpín 10 elekitiron fún EWNS).
Àwòrán 5 àti Táblì 2 ṣàkópọ̀ ìwọ̀n àìṣiṣẹ́ àwọn kòkòrò àrùn tí a fún sí ojú tòmátì lẹ́yìn tí a fi ara hàn sí nǹkan bí 40,000 #/cm3 EWNS fún ìṣẹ́jú 45 lábẹ́ ipò tí ó dára jùlọ [-6.5 kV, 4.0 cm]. Àwọn tí a fún ní abẹ́rẹ́ E. coli àti L. innocua fi ìdínkù pàtàkì hàn ti 3.8 log lẹ́yìn ìfarahàn ìṣẹ́jú 45. Lábẹ́ àwọn ipò kan náà, S. enterica fi ìdínkù log tó kéré síi ti 2.2 log hàn, nígbà tí S. cerevisiae àti M. parafortuitum fi ìdínkù log 1.0 hàn.
Àwọn micrographs elekitironi (Àwòrán 6) tí ó ń ṣàfihàn àwọn ìyípadà ara tí EWNS fà nínú àwọn sẹ́ẹ̀lì innocua E. coli, Salmonella enterica, àti L. tí ó yọrí sí àìṣiṣẹ́. Àwọn bakitéríà tí a ṣàkóso fi àwọn membranes sẹ́ẹ̀lì tí ó wà ní ìpamọ́ hàn, nígbà tí àwọn bakitéríà tí a fihàn ti ba àwọn membranes òde jẹ́.
Àwòrán oníhòkòrò afẹ́fẹ́ ti àwọn bakitéríà tí a fi hàn pé wọ́n ti bàjẹ́ nínú awọ ara.
Àwọn ìwádìí lórí àwọn ohun ìní ìṣiṣẹ́ ara-ẹni ti EWNS tí a ṣe àtúnṣe lápapọ̀ fihàn pé àwọn ohun ìní EWNS (ìsanwó ojú ilẹ̀ àti àkóónú ROS) ti dára síi ní ìfiwéra pẹ̀lú ìwádìí ìpìlẹ̀ EWNS tí a tẹ̀ jáde tẹ́lẹ̀8,9,10,11. Ní ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, ìwọ̀n wọn wà ní ìwọ̀n nanometer, èyí tí ó jọ àwọn àbájáde tí a tẹ̀ jáde tẹ́lẹ̀, èyí tí ó fún wọn láyè láti dúró nínú afẹ́fẹ́ fún ìgbà pípẹ́. A lè ṣàlàyé ìyípadà nínú agbára ojú ilẹ̀ tí a ṣàkíyèsí nípa àwọn àyípadà nínú agbára ojú ilẹ̀, èyí tí ó ń pinnu bí ipa Rayleigh ṣe tóbi tó, àìròtẹ́lẹ̀, àti ìṣọ̀kan EWNS tí ó ṣeéṣe. Síbẹ̀síbẹ̀, gẹ́gẹ́ bí Nielsen et al.22 ṣe ṣàlàyé rẹ̀, agbára ojú ilẹ̀ gíga ń dín ìtújáde kù nípa mímú agbára ojú ilẹ̀/ìtẹ̀sí omi pọ̀ sí i lọ́nà tí ó dára. A fi ìwádìí yìí múlẹ̀ fún microdroplets22 àti EWNS nínú ìtẹ̀jáde wa ti tẹ́lẹ̀8. Pípàdánù àkókò àfikún tún lè ní ipa lórí ìwọ̀n àti láti ṣe àfikún sí ìpínkiri ìwọ̀n tí a ṣàkíyèsí.
Ni afikun, idiyele fun eto kan jẹ nipa 22–44 e-, da lori awọn ipo, eyiti o ga pupọ ni akawe si EWNS ipilẹ, eyiti o ni apapọ agbara ti 10 ± 2 elekitironi fun eto kan. Sibẹsibẹ, o yẹ ki a ṣe akiyesi pe eyi ni apapọ agbara ti EWNS. Seto ati awọn miiran. A ti fihan pe idiyele naa ko dọgba ati pe o tẹle pinpin deede-log21. Ni akawe pẹlu iṣẹ wa ti tẹlẹ, ilọpo meji idiyele dada ṣe ilọpo meji ṣiṣe ifipamọ ninu eto EPES si fere 100%11.