https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6213340/
1. Wstęp
Ujemne jony powietrza (NAI) odkryto od ponad 100 lat [1]. Teraz generatory NAI są szeroko dostępne do zastosowań domowych lub przemysłowych. W międzyczasie opracowano i wykorzystano różne nowe technologie w celu dalszej poprawy generowania NAI i ograniczenia uwalniania jego ozonu. Zgłoszono jednak pewne kontrowersyjne wyniki lub komentarze dotyczące korzystnego wpływu na ludzi / zwierzęta lub na zmniejszenie gęstości bakterii. Tutaj przeprowadziliśmy kompleksowy przegląd NAI. Z drugiej strony, mocne dowody wykazały rolę NAI w wysoko wydajnym zmniejszaniu stężenia pyłu zawieszonego (PM). W związku z tym należy wykonać więcej pracy w celu dalszej poprawy uwalniania NAI za pomocą nowych metod lub urządzeń, aby NAI mogły być szerzej stosowane do oczyszczania powietrza. W tym miejscu dokonujemy przeglądu generacji NAI i ich wpływu na ludzi, zwierzęta i mikroorganizmy. Następnie omówiliśmy udział jonów nadtlenkowych w biologicznych skutkach NAI. Następnie skupiliśmy się na roślinnych systemach generacji NAI, ponieważ są to stosunkowo nowe systemy generacji NAI z pewnymi zaletami w stosunku do tradycyjnych generatorów NAI z wyładowaniami koronowymi. Sprawdziliśmy także zdolność oczyszczania powietrza przez NAI, szczególnie w usuwaniu PM o średnicach mniejszych niż 10 mikrometrów (PM10).
3. Ujemne jony powietrza i ich wytwarzanie
Jony powietrza to naładowane elektrycznie cząsteczki lub atomy w atmosferze [2]. Jon powietrza powstaje, gdy gazowa cząsteczka lub atom otrzymuje wystarczająco wysoką energię do wyrzucenia elektronu [3]. NAI to te, które zyskują elektron, podczas gdy jony powietrza dodatniego tracą elektron. Naturalne i sztuczne źródła energii obejmują (1) promienie promieniujące lub kosmiczne w atmosferze; (2) światło słoneczne, w tym ultrafiolet; (3) naturalne i sztuczne wyładowania koronowe, w tym grzmoty i błyskawice; (4) siły ścinające wody (efekt Lenarda); (5) roślinne źródła energii.
3.1 Promieniowanie lub kosmiczne promienie w atmosferze
Pierwiastki promieniotwórcze, takie jak uran, rad, aktyn i tor, powszechnie istnieją na naszej planecie. Rozpadają się w atmosferze i emitują promienie α, β i / lub γ, które jonizują powietrze. Tak więc jonizacja promieniowania i promieniowania kosmicznego jest wszechobecna w ziemskiej atmosferze. Jonizacja promienia kosmicznego stanowi około 20% całkowitej jonizacji na powierzchni ziemi [4]. Są także głównymi źródłami energii, które generują NAI nad oceanami [5]. Stężenie NAI wytwarzanych przez te promienie może sięgać od 500 jonów na cm3 powierzchni ziemi [6] do ponad 1000 jonów na cm3 w odległości 15 km od powierzchni ziemi [7].
3.2 Światło słoneczne, w tym ultrafioletowe
Efekt fotoelektryczny to emisja elektronów, gdy pewna długość fali światła padnie na metalową powierzchnię. NAI są generowane poprzez akceptację tych emitowanych elektronów. Efekt fotoelektryczny może w mniejszym stopniu przyczyniać się do generowania NAI, ponieważ tylko niektóre długości fali światła pokazują zdolność do emitowania elektronów przez oświetlenie. Jednym z przykładów jest generator jonów ujemnych wykorzystujący źródło ultrafioletowe do naświetlania materiału przewodzącego prąd elektryczny, który został opatentowany już w 1964 r. (Patent nr US 3128378 A). W tym patencie zastosowano lampę ultrafioletową do napromieniowania materiałów metalowych, które fotoelektrycznie wyrzucają elektrony. Następnie elektrony zderzają się z cząsteczkami powietrza i wytwarzają NAI.
Z drugiej strony, NAI mogą być generowane przez pewną długość fali światła przez bezpośrednio jonizujące cząsteczki powietrza. Na przykład ultrafiolet (UV) można zastosować do bezpośredniej jonizacji cząsteczek powietrza w celu wygenerowania NAI [5,8]. W rzeczywistości jonizacja za pośrednictwem UV jest dominującym źródłem NAI na wysokości powyżej 60 km atmosfery [5]. Te wysoce skoncentrowane NAI z UV w górnych warstwach atmosfery są rozpraszane na powierzchnię ziemi przy niskich prędkościach. Jonizacja przez promieniowanie UV nie ma większego wpływu na NAI w niższej atmosferze z powodu niskiej dawki promieni UV dostępnych w tej warstwie [5]. Chociaż raporty wykazały, że promienie UV znacząco pośredniczą w jonizacji powietrza, przeprowadzono niewiele systematycznych badań nad wpływem sztucznego światła UV na wytwarzanie NAI. Przeprowadziliśmy eksperyment w celu zbadania udziału światła UV w wytwarzaniu NAI (ryc. 1; tabela S1). Eksperyment przeprowadzono w komorze wzrostowej o długości 80 cm x 80 cm szerokości x 80 cm, a szczegółowy opis podano w Dodatkowym eksperymencie. NAI mierzono w warunkach światła UV z normalnymi warunkami światła jako kontrolą. Dane z trzech powtórzeń eksperymentów wykazały, że światła UV rzeczywiście promowały generowanie NAI. W komorze średnie stężenie NAI wyniosło 344 jony / cm3 w ciągu jednej godziny. Stężenie NAI zwiększono do 825 jonów / cm3 w warunkach światła UV, znacznie wyższego niż kontrola (ryc. 1A). Dalsze obserwacje wykazały, że wystąpiły piki generacji NAI w ciągu 8 minut po oświetleniu UV (ryc. 1B – D; tabela S1). Po pikach stężenie NAI utrzymywano na względnie stabilnej wartości, ale wciąż było wyższe niż kontrola. Dla wszystkich trzech powtórzeń lub każdej powtórzenia przeprowadzono nieparametryczny dwustronny test U Manna – Whitneya, jak opisano w Dodatkowym doświadczeniu, a analiza statystyczna wykazała, że stężenia NAI w warunkach oświetlenia UV we wszystkich trzech powtórzeniach były znacznie wyższe niż te w normalnych warunkach warunki oświetlenia (CK) przy p <0,00001. Analiza potwierdziła ponadto promujący wpływ oświetlenia UV na generowanie NAI. Zatem nasz eksperyment wykazał, że do generowania NAI można zastosować oświetlenie UV. Jednak tylko niskie stężenia NAI były generowane w naszych warunkach światła UV.
3.3 Naturalne i sztuczne wyładowania koronowe, w tym burze i błyskawice
Atmosfera otaczająca Ziemię jest poddawana działaniu naturalnego pola elektrycznego, a jej intensywność nieustannie waha się zarówno pod wpływem lokalnym, jak i globalnym [9]. Lokalne wpływy obejmują położenie geograficzne i warunki pogodowe, takie jak burze, deszcz, mgła, mgła i tak dalej; globalne fakty odnoszą się do klasycznych dziennych zmian pola elektrycznego [4]. Kiedy punkty liści lub gałęzie drzew mają dużą różnicę potencjałów w stosunku do swojego otoczenia w swoich polach elektrycznych, następuje wyładowanie koronowe (zwane również wyładowaniem punktowym) i NAI mogą zostać uwolnione [5,10]. Generalnie wyładowanie koronowe zachodzi w warunkach atmosferycznych przy wysokich średnich polach elektrycznych [5]. Na przykład na obszarach górskich wysokie pola elektryczne i niskie ciśnienie atmosferyczne sprzyjają pojawieniu się wyładowań koronowych [11]. Burze i błyskawice generują bardzo wysokie warunki pola elektrycznego, a następnie następuje wyładowanie koronowe. Dlatego NAI zostaną wydane w ogromnej ilości po burzach i błyskawicach. Jednak uwolnione NAI będą stopniowo niszczone przez nieciągłe burze. Oprócz burz i piorunów mgła może również przyczyniać się do generowania NAI. W lesie obserwowano zmiany pola elektrycznego podczas tworzenia się i rozpraszania mgły, co może powodować wyładowanie koronowe i generowanie NAI [9].
Sztuczne wyładowanie koronowe to skuteczny sposób generowania NAI. Gdy wysokie napięcie ujemne zostanie przyłożone do przewodu / elektrody i wygenerowane pole elektryczne jest wystarczająco wysokie, następuje wyładowanie koronowe [12,13]. Jeśli naładowany przewodnik / elektroda ma igłę z ostrym końcem, pole elektryczne wokół końcówki będzie znacznie wyższe niż inne części, a powietrze w pobliżu elektrody może ulec jonizacji i generowane są NAI [14]. Intensywność wyładowań koronowych zależy od kształtu i wielkości przewodów oraz zastosowanego napięcia. Nieregularny przewodnik, szczególnie z ostrym końcem, daje więcej korony niż przewód gładki, a przewody o dużej średnicy wytwarzają niższą koronę niż przewody o małej średnicy; im wyższe przyłożone napięcie, tym więcej generowanych NAI [14,15]. Im mniejsza odległość do punktu koronowego, tym wyższe stężenie NAI jest wykrywane, ponieważ ciągłe wytwarzanie NAI przez wyładowanie koronowe jest związane z procesem reakcji łańcuchowej zwanym lawiną elektronów [16]. Zastosowanie sztucznego pola elektrycznego i wyładowania koronowego na rośliny przeprowadzono już w latach 60. XX wieku [17,18]. Bachman i Hademenos (1971) wykazali, że pod wysokim napięciem sztucznie przyłożone pola elektryczne w pobliżu ostrych końcówek liści jęczmienia zostały zintensyfikowane [19], w wyniku czego nastąpiło wyładowanie koronowe oraz powstały jony powietrza i ozon. Badania koncentrowały się głównie na skutkach biologicznych, takich jak reakcja wzrostu, parowanie i uszkodzenia roślin, a także wpływ wytworzonego ozonu i NAI na wzrost roślin [11, 18, 19, 20, 21, 22].
3.4 Ścinające siły wody (efekt Lenarda)
Znaczna liczba NAI znajduje się pod wodospadami lub nad brzegiem morza. Te NAI są generowane przez efekt Lenarda. Efekt Lenarda był również nazywany elektryzacją natryskową lub efektem wodospadu i po raz pierwszy systematycznie badany przez Philippa Lenarda [23], który zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1905 r. Za badania nad promieniami katodowymi i odkrycie wielu ich właściwości. Badanie wykazało, że NAI powstały z otaczających cząsteczek powietrza poprzez ładowanie się ujemnie, gdy kropelki wody zderzają się ze sobą lub zwilżoną substancją stałą, tworząc drobny rozprysk kropli. Badanie wykazało również, że kilka czynników może wpływać na stopień rozdziału ładunku w procesach opryskiwania, a zatem może wpływać na wytwarzanie i stężenie NAI. Czynniki te obejmują temperaturę kropli wody, rozpuszczone zanieczyszczenia, prędkość uderzającego podmuchu powietrza oraz obce powierzchnie uderzające kropelek. W oparciu o „efekt Lenarda” zaprojektowano urządzenie do ścinania wody do generowania NAI [24]. W wyniku ścinania wody powstały tylko jony nadtlenkowe (O2–), które zostały związane ze skupiskami cząsteczek wody, tworząc strukturę O2− (H2O) n [25], i zasadniczo uznano je za naturalne źródło NAI [24]. NAI generowane przez „efekt Lenarda” mogą poprawić odkształcalność erytrocytów, a tym samym metabolizm tlenowy [24].
3.5 Uwalnianie NAI z roślin w normalnych warunkach wzrostu i przez impulsową stymulację elektryczną
Doniesiono, że rośliny mają zdolność do generowania NAI w normalnych warunkach wzrostu i zostały uznane za zasoby naturalne do generowania NAI [26,27]. Różne rośliny uwalniały różne ilości NAI w naturalnych warunkach wzrostu (Tabela 1). Jednak w normalnych warunkach wzrostu rośliny uwalniały bardzo niskie stężenie NAI (<200 jonów / cm3, tabela 1). Bachman i Hademenos (1971) donieśli o generowaniu NAI poprzez zastosowanie pola elektrycznego o wysokim napięciu do roślin [19]. Później Tichonow i in. (2004) wykazał, że rośliny mogą uwalniać ogromne ilości
NAI pod stymulacją impulsowym polem elektrycznym (PEF) [28]. Od tego czasu przeprowadzono kilka innych badań w celu zbadania wpływu stymulacji PEF na wytwarzanie NAI roślin (Tabela 2). Ogólnie, w naturalnych warunkach wzrostu, rośliny uwalniają mniej niż 200 jonów / cm3 (Tabela 1). Jednak po stymulacji PEF wykryto ponad 3,5 × 106 jonów / cm3 (Tabela 2). Kilka parametrów może wpływać na uwalnianie NAI pod wpływem stymulacji PEF, w tym gatunki roślin i napięcia wyjściowe w stymulacji PEF (Tabela 2), a także natężenie światła, temperatura, odstęp między impulsami i szerokość impulsu PEF [28, 29, 30]. Badania morfologii roślin dotyczące uwalniania NAI wykazały, że gatunki o kształcie ostrza generowały wyższe stężenie NAI [27]. Wszystkie te badania mogą stanowić alternatywę dla sztucznego generowania NAI metodą roślinną.
Oprócz wyżej wymienionych 5 różnych źródeł NAI, niektóre inne sposoby mogą również generować NAI. Na przykład tarcie spowodowane szybkim przemieszczaniem się dużych ilości powietrza nad lądem może generować NAI, a burze były również uważane za źródło energii do generowania NAI [31].
3.6 Los generowanych NAI
Jak opisano powyżej, dokonaliśmy przeglądu generacji różnych źródeł NAI i różnych czynników wpływających na tworzenie NAI. Tutaj dalej badaliśmy losy wygenerowanych NAI. Zasadniczo generowane NAI nie są stabilne i będą stopniowo zanikać. Gdy NAI połączone z cząsteczkami wody i tworzą skupiska jonów ujemnych, ich żywotność będzie dłuższa. Na przykład okres półtrwania ujemnych jonów tlenu O2− (H2O) n przez efekt Lenarda wynosi około 60 sekund, ale NAI generowane przez wyładowanie koronowe mogą przetrwać tylko kilka sekund [32]. Taki trend w czasie przeżycia tych dwóch różnych źródeł NAI zaobserwowano również w innym badaniu [33]. W badaniu żywotność NAI generowanych przez efekt Lenarda wynosiła kilka minut, znacznie dłużej niż w przypadku generowanych elektrycznie NAI. Jednak inne badania wykazały, że okres użytkowania NAI w czystym powietrzu wynosi około 100 s ([34] i odnośniki w nim). W rzeczywistości kilka innych czynników, w tym stężenie NAI i aerozoli oraz intensywność pól elektrycznych, może wpływać na czas życia NAI [35]. To może wyjaśniać, dlaczego różne życia zostały zgłoszone przez kilka różnych odniesień, jak wspomniano powyżej.
4. Rośliny jako źródło generowania NAI
Ujemne jony tlenu są najczęściej rozpoznawanymi NAI. Raporty wykazały, że nadtlenek O2 • - był rodzajem NAI [28, 36, 37, 38]. Spośród NAI generowanych przez naturalną atmosferę i efekt Lenarda (wodospad), nadtlenek O2 • - to główne jony ujemne [37,38]. W roślinach nadtlenek O2 • - jest wytwarzany głównie w błonie tylakoidowej fotosystemu I (PSI) [39]. Zgłaszano również wytwarzanie ponadtlenku O2 • - w obrębie PSII [40, 41, 42]. Niektóre roślinne peroksydazy są zlokalizowane w apoplastie poprzez jonowe lub kowalencyjne wiązanie z polimerami ściany komórkowej, a te peroksydazy ściany komórkowej mogą przyczyniać się do wytwarzania pozakomórkowych jonów nadtlenkowych [43,44]. Różne gatunki roślin mogą wykazywać różnicę w wytwarzaniu nadtlenku. Na przykład wysokie stawki nadtlenku zewnątrzkomórkowego generowane były u mszaków i porostów [45]. Ponadto wytwarzanie nadtlenku można regulować za pomocą zewnętrznej stymulacji. Na przykład w chloroplastach, poprzez traktowanie roślin metylo viologenem (MV) lub parakwatem w warunkach świetlnych, możliwe jest wytwarzanie O2 • - równomiernie poprzez jednoznaczną redukcję MV lub parakwatu, a następnie przenoszenie ich elektronów na tlen [39, 46, 47 ]. Po dodaniu kwasu salicylowego (SA) do hodowli zawiesinowej tytoniu (Nicotiana tabacum) zaobserwowano natychmiastowe indukowane i przejściowe wytwarzanie zewnątrzkomórkowego anionu ponadtlenkowego [48].
Ponadto wytwarzanie ponadtlenku w liściach roślin można poprawić przez regulację ekspresji genów. Na przykład ekspresja genu kodującego małe białko G związane z Rho (ROP) 2 promowało wytwarzanie nadtlenku w ekstraktach z liści Arabidopsis [49]. Co ciekawe, produkcję nadtlenku w roślinach można poprawić technikami transgenicznymi. Gen ryżu PsbS1 koduje białko 22 kDa Photosystem (PS) II, które bierze udział w niefotochemicznym wygaszaniu (NPQ) fluorescencji chlorofilu. Dysfunkcja tego genu przez nokaut transferu DNA (T-DNA) lub RNAi doprowadziła do zwiększonej produkcji nadtlenku [50]. Rezultat stanowi nowy sposób na poprawę roślin w zakresie uwalniania ponadtlenków.
Oprócz nadtlenku inne jony ujemne również przyczyniają się do składu NAI roślin. Jednak niewiele wiadomo na temat tego, jak te jony ujemne są wytwarzane i uwalniane w roślinach. Badania koncentrowały się głównie na kilku czynnikach wpływających na uwalnianie NAI w roślinach. Wang i Li (2009) badali wpływ natężenia światła na uwalnianie NAI u pięciu gatunków roślin (Aloe arborescens, Clivia miniata, Chlorophytum comosum, Opuntia brunnescens, Crassula portulacea) [27]. Ich dane wykazały, że uwalnianie NAI znacznie wzrosło wraz ze wzrostem intensywności światła u aloesu drzewiastego. Jednak w przypadku pozostałych 4 gatunków roślin zaobserwowano mniejszy efekt, a natężenie światła nie wpłynęło znacząco na uwalnianie NAI. Skromulis i Noviks (2012) zbadali wpływ czynników meteorologicznych na uwalnianie NAI w mieście i stwierdzili, że najwyższy poziom stężenia NAI zaobserwowano w porannych odcinkach i wykryto mniej zanieczyszczeń powietrza w czasie trwania [51]. Wu i in. (2017) przeanalizowali uwalnianie NAI trzech gatunków roślin, Crinum asiaticum, Narcissus tazetta i Zephyranthes carinata, przy różnych natężeniach światła i odkryli, że silniejsze światło może stymulować rośliny do uwalniania większej liczby NAI [30].
5. Skład ujemnych jonów powietrza
Ogólnie NAI składają się z wielu ujemnie naładowanych cząsteczek, a te jony ujemne łączą się z kilkoma lub nawet 20 lub 30 cząsteczkami wody i tworzą klastry jonów ujemnych, takie jak CO3− (H2O) n, O- (H2O) n i O3− (H2O) n. [24,52,53]. Techniki spektrometrii masowej były szeroko stosowane do określania składu NAI z różnych źródeł [54,55,56]. Wczesne pomiary sugerowały, że większość niższych troposferycznych jonów ujemnych składałaby się z klastrów O2−, CO3− lub NO3- i ich (H2O) n, a także jonów rdzeniowych HSO4− [5,57]. Badania wykazały, że NAI atmosfery zawierały także dodatkowe jony, takie jak OH-, NO2-, HCO3− i ich gromady wodne [31,57]. Ryc. 2 podsumowuje skład z różnych źródeł NAI i ewolucję NAI opartych na tlenie [31,37,52,53,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66].
Gatunki jonów ujemnych generowane przez wyładowanie koronowe zostały zidentyfikowane za pomocą spektrometrii masowej w kilku eksperymentach [55, 66, 67]. Większość jonów ujemnych to CO3−, a inne jony ujemne obejmują O-, O3−, NO3- itd., Które składają się z mniej niż 10% [52,67,68,69,70,71,72,73, 74]. Raporty Nagato i in. (2006) wykazali, że skład jonów ujemnych różni się w różnych czasach reakcji jonizacji koronowej, co zaobserwowano za pomocą spektrometrii masowej [74]. W oparciu o ich wyniki, NO3- jest głównym jonem, po którym następuje HCO3− i inne. Oba wyniki z Shahin (1969) i Nagato i in. (2006) wskazali, że O2− nie jest dominującym produktem jonów ujemnych wytwarzanych przez wyładowanie koronowe [67,74]. Większość NAI z wyładowań koronowych wymieniono na rycinie 2A.
Jony ujemne wywołane wodospadami wyewoluowały zarówno z O2-, jak i O- [56]. Stężenie OH znacznie wzrosło w pobliżu wodospadów. Te trzy jony, O2−, O- i OH-, ewoluowały dalej do innych rodzajów jonów. W rezultacie następujące 5 rodzajów jonów uznano za główne ujemne jony powietrza wytwarzane przez wodospady. Zostały one wymienione na ryc. 2A. W przypadku NAI pochodzenia roślinnego uwalnianego przez stymulację PEF nie były dostępne żadne raporty na temat ich składu jonowego.
W oparciu o badania wspomniane powyżej, NAI mogą ewoluować z jednego NAI do innego NAI. Na przykład NAI O- powstaje, gdy cząsteczka tlenu O2 otrzymuje elektron (ryc. 2B). NAI O- może przyczyniać się do powstawania wtórnych NAI poprzez wspomagane kolizją procesy przyłączania elektronów, gdy inne cząsteczki istnieją w tej samej przestrzeni [58]. W rezultacie generowane są inne NAI, takie jak O2−, CO4−, CO3−, OH−, HCO3−, O3−, NO3− i NO2− (rysunek 2B). Parts i in. (2007) opisali bardziej skomplikowany proces ewolucyjny NAI [56]. W rzeczywistości ewolucja NAI jest związana z otaczającym składem powietrza. NAI ciągle się zmieniają, zderzając się z cząsteczkami w powietrzu. Zatem NAI są dynamiczne w swoim składzie, który zależy od potencjału jonizacji i powinowactwa elektronów, powinowactwa protonu, momentu dipolowego i polaryzowalności, a także reaktywności cząsteczki [75].
6. Biologiczny wpływ ujemnych jonów powietrza na zdrowie ludzi / zwierząt i wzrost mikroorganizmów, a także rozwój roślin
Krueger i Reed (1976) dokonali przeglądu kluczowych raportów opublikowanych w tym okresie na temat biologicznych skutków NAI [1]. Zaproponowali hipotezę serotoninową o działaniach biologicznych NAI. Serotonina jest bardzo silnym i wszechstronnym neurohormonem. Działa w wywoływaniu głębokich efektów nerwowo-naczyniowych, hormonalnych i metabolicznych u ludzi lub zwierząt. Odgrywa ważną rolę w podstawowych wzorcach życia, w tym w regulacji snu i nastroju. Dowody wskazują, że NAI mogą znacznie obniżyć poziom serotoniny we krwi lub mózgu itp. [1,76, 77]. Późniejsze dowody wykazały, że jony nadtlenkowe były zaangażowane w biologiczne działanie NAI [37], a eksperymenty in vitro wykazały, że serotoninę można utleniać do tryptaminy-4,5-dionu przez jony ponadtlenkowe [78]. Zatem niektóre działania biologiczne NAI były związane z redukcją serotoniny. Jednak inni zgłosili brak znaczącego wpływu NAI na stężenie lub obrót serotoniny u szczurów w warunkach ekspozycji [35, 79]. Bailey i in. (2018) przeprowadzili kompleksowy przegląd wpływu jonów powietrza na serotoninę i inne neuroprzekaźniki, a ich analiza wykazała pewne skromne lub mocne dowody na poparcie hipotezy braku efektu [35].
Istnieje wiele odniesień do zgłaszania możliwych skutków biologicznych [24,32,33,35,38,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,8 , 91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,112,121,122,123,124]. Niektóre z nich wymieniono w tabeli S2. Ujemne stężenie jonów tlenu przekraczające 1000 jonów / cm3 uznano za wartość wymłóconą świeżego powietrza, a stężenie powinno być wyższe w celu wzmocnienia układu odpornościowego człowieka ([80] i odnośniki tam zawarte). Narażenie na NAI wykazuje szeroki wpływ na zdrowie zwierząt / ludzi, na mikroorganizmy i wzrost roślin (Tabela S2). Wpływ NAI na zdrowie ludzi / zwierząt koncentrował się głównie na układzie sercowo-naczyniowym i oddechowym, a także na zdrowiu psychicznym (Tabela S2). Wpływ NAI na układ sercowo-naczyniowy obejmował poprawę deformacji erytrocytów i metabolizmu tlenowego [24], a także obniżenie ciśnienia krwi [32, 77,81, 82]. Jednak nie odnotowano również wpływu na ciśnienie krwi [83] ani częstość akcji serca [84, 85], a powiązanych danych dotyczących badań czynności układu sercowo-naczyniowego nie oceniono ilościowo [35]. Jeśli chodzi o zdrowie psychiczne, narażenie na NAI wykazało bardzo znaczący wzrost wydajności wszystkich testowanych zadań (rysowanie lustrzane, pościg obrotowy, czas reakcji wzrokowej i słuchowy) [86], łagodząc objawy sezonowego zaburzenia afektywnego (SAD) [87]. Zaobserwowano podobny wpływ NAI na łagodzenie objawów w zaburzeniach nastroju, jak w badaniach przeciwdepresyjnych niefarmakoterapii [38]. NAI wykazały również skuteczne leczenie przewlekłej depresji [88]. Przeciwnie, w innych badaniach nie odnotowano wpływu NAI na zdrowie psychiczne [89,90]. Kompleksowa analiza literatury nie wykazała rozstrzygających wyników w zakresie potencjalnego terapeutycznego wpływu NAI na depresję [35]. Jeśli chodzi o wpływ NAI na funkcje oddechowe, wydaje się, że narażenie na ujemne lub dodatnie jony powietrza nie odgrywa istotnej roli w funkcji oddechowej [91]. Ponadto niektóre raporty wykazały również wpływ NAI na hamowanie komórek rakowych. Na przykład generowane przez NAI aktywowane komórki naturalnego zabójcy (NK) i hamują rakotwórczość u myszy [33]. Obecność NAI przypisuje się poprawie zdrowia psychicznego, wydajności i ogólnego samopoczucia [38, 92, 93]. Raporty wykazały również, że NAI przyczepiły się do cząstek takich jak kurz, zarodniki pleśni i inne alergeny [37]. W rezultacie ludzie w atmosferze NAI łagodzili objawy alergii na te cząsteczki. Ogólnie rzecz biorąc, chociaż niektóre raporty wykazały, że powietrze wzbogacone w NAI ma wiele korzystnych efektów terapeutycznych w normalizowaniu ciśnienia tętniczego i reologii krwi, wsparciu dotlenienia tkanek, łagodzeniu warunków stresowych i zwiększaniu odporności na czynniki niekorzystne [94], przegląd systematyczny sugerował brak spójności lub wiarygodności wpływ NAI na układ sercowo-naczyniowy i oddechowy oraz na zdrowie psychiczne [35].
Podobnie, istnieje wiele artykułów badawczych prezentujących wpływ NAI na wzrost mikroorganizmów (Tabela S2). Większość badań skupiała się na bakteriach, a obecność wysokiego stężenia NAI hamowała rozwój bakterii. Wczesne badania wykazały, że NAI spowodowały znaczny rozkład biologiczny bakterii Serratia marcescens [95]. Ekspozycja na NAI wykazała inaktywację lub zahamowanie wzrostu bakterii E. coli, Candida albicans, Staphylococcus aureus, P. fluorescens [96,97,98,99,100] i ma śmiertelny wpływ na wygłodzone komórki Pseudomonas veronii [101]. NAI zapobiegały 60% zakażeniom gruźlicą (TB) i 51% chorobie TB [102]. Z wyjątkiem działania hamującego NAI na bakterie, raporty wykazały również, że
w NAI hamował wzrost grzybów i wirusów. Na przykład NAI mogą hamować wzrost Penicillium notatum [103]; zastosowanie generatorów NAI zmniejszyło przenoszenie drogą powietrzną wirusa rzekomego pomoru drobiu [104]. Jednak zgłoszono pewne kontrowersyjne wyniki dotyczące hamowania wzrostu NAI na mikroorganizmach. Na przykład Fan i in. (2007) podali, że NAI miały bardzo ograniczony wpływ na E. coli zaszczepione na nasiona fasoli mung i jabłka [105]. W innym raporcie siedem gatunków bakterii (Staphylococcus aureus, Mycobacterium parafortuitum, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumanii, Burkholderia cenocepacia, Bacillus subtilis i Serratia marcescens) były narażone na NAI i tylko wzrost Mycobacterium parafortuitum został zahamowany.
Oprócz zwierząt / ludzi i mikroorganizmów na rośliny może również mieć wpływ ekspozycja NAI. Po leczeniu Avena sativa preparatem NAI zwiększono masę świeżą i suchą [107] oraz zwiększono średnią długość łodygi i całkowite wydłużenie [108]. Zużycie tlenu wzrosło u sadzonek jęczmienia po ekspozycji na NAI [109]. Wysokość rośliny wzrosła o 13–15%, a sucha masa wzrosła o 18% w środowisku wzrostu przy wysokich stężeniach NAI [110]. Rośliny sałaty eksponowane na NAI wykazywały gwałtowny wzrost ze zwiększoną powierzchnią liści i świeżą masą [111]. Traktowanie NAI poprawiło wzrost pędów i kontrolę bakterii podczas rozwoju roślin [112]. NAI mają pozytywny wpływ na wzrost jarmużu poprzez poprawę świeżej masy, makroelementów i mikroelementów [113]. Jednak nie zaobserwowano znaczącej różnicy między roślinami kontrolnymi a roślinami tytoniu traktowanymi NAI w nikotynie i całkowitym alkaloidu; całkowita zawartość azotu w roślinach traktowanych NAI nieznacznie wzrosła w porównaniu z roślinami kontrolnymi [114].