Dankie dat jy Nature.com besoek het.Die blaaierweergawe wat jy gebruik het beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).In die tussentyd, om volgehoue ​​ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript weergee.
'n Karrousel wat drie skyfies gelyktydig wys.Gebruik die Vorige en Volgende-knoppies om deur drie skyfies op 'n slag te beweeg, of gebruik die skuifknoppies aan die einde om deur drie skyfies op 'n slag te beweeg.
Onlangs is ’n chemikalievrye antimikrobiese platform wat op nanotegnologie gebaseer is wat kunsmatige water-nanostrukture (EWNS) gebruik, ontwikkel.EWNS het 'n hoë oppervlaklading en is versadig met reaktiewe suurstofspesies (ROS) wat interaksie kan hê met en 'n aantal mikroörganismes, insluitend voedselgedraagde patogene, kan inaktiveer.Hier word getoon dat hul eienskappe tydens sintese verfyn en geoptimaliseer kan word om hul antibakteriese potensiaal verder te verbeter.Die EWNS-laboratoriumplatform is ontwerp om die eienskappe van EWNS te verfyn deur die sinteseparameters te verander.Karakterisering van EWNS-eienskappe (lading, grootte en inhoud van ROS) met behulp van moderne analitiese metodes.Daarbenewens is hulle geëvalueer vir hul mikrobiese inaktiveringspotensiaal teen voedselgedraagde mikroörganismes soos Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum en Saccharomyces cerevisiae.Die resultate wat hier aangebied word, demonstreer dat die eienskappe van EWNS tydens sintese verfyn kan word, wat lei tot 'n eksponensiële toename in inaktiveringsdoeltreffendheid.Veral die oppervlaklading het met 'n faktor van vier toegeneem en die reaktiewe suurstofspesies het toegeneem.Die mikrobiese verwyderingstempo was mikrobies afhanklik en het gewissel van 1.0 tot 3.8 log na 'n 45 minute blootstelling aan 'n aërosol dosis van 40,000 #/cc EWNS.
Mikrobiese kontaminasie is die hoofoorsaak van voedselgedraagde siektes wat veroorsaak word deur die inname van patogene of hul gifstowwe.In die Verenigde State alleen veroorsaak voedselgedraagde siektes elke jaar ongeveer 76 miljoen siektes, 325 000 hospitaalopnames en 5 000 sterftes1.Daarbenewens raam die Verenigde State se Departement van Landbou (USDA) dat verhoogde verbruik van vars produkte verantwoordelik is vir 48% van alle gerapporteerde voedselgedraagde siektes in die Verenigde State2.Die koste van siektes en sterftes wat veroorsaak word deur voedselgedraagde patogene in die Verenigde State is baie hoog, wat deur die Centers for Disease Control and Prevention (CDC) op meer as VS$15,6 miljard per jaar geraam word3.
Tans word chemiese4, straling5 en termiese6 antimikrobiese intervensies om voedselveiligheid te verseker meestal uitgevoer by beperkte kritieke beheerpunte (CCP's) langs die produksieketting (gewoonlik na oes en/of tydens verpakking) eerder as deurlopend.dus is hulle geneig tot kruisbesmetting.7. Beter beheer van voedselgedraagde siektes en voedselbederf vereis antimikrobiese ingrypings wat moontlik oor die plaas-tot-tafel-kontinuum toegepas kan word, terwyl omgewingsimpak en -koste verminder word.
Onlangs is 'n chemiese-vrye, nanotegnologie-gebaseerde antimikrobiese platform ontwikkel wat oppervlak- en luggedraagde bakterieë kan inaktiveer deur kunsmatige water-nanostrukture (EWNS) te gebruik.EWNS is gesintetiseer met behulp van twee parallelle prosesse, elektrosproei en waterionisasie (Fig. 1a).Vorige studies het getoon dat EWNS 'n unieke stel fisiese en biologiese eienskappe het8,9,10.EWNS het 'n gemiddeld van 10 elektrone per struktuur en 'n gemiddelde nanoskaalgrootte van 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10.Daarbenewens het elektronspinresonansie (ESR) getoon dat EWNS 'n groot hoeveelheid reaktiewe suurstofspesies (ROS), hoofsaaklik hidroksiel (OH•) en superoksied (O2-) radikale bevat (Fig. 1c)8.EVNS is vir 'n lang tyd in die lug en kan bots met mikroörganismes wat in die lug gesuspendeer is en op die oppervlak teenwoordig is, wat hul ROS loonvrag lewer en inaktivering van mikroörganismes veroorsaak (Fig. 1d).Hierdie vroeë studies het ook getoon dat EWNS verskeie gram-negatiewe en gram-positiewe bakterieë, insluitend mikobakterieë, op oppervlaktes en in die lug kan inaktiveer en inaktiveer.Oordrag-elektronmikroskopie het getoon dat die inaktivering veroorsaak is deur ontwrigting van die selmembraan.Daarbenewens het akute inasemingstudies getoon dat hoë dosisse EWNS nie longskade of inflammasie veroorsaak nie 8 .
(a) Elektrobespuiting vind plaas wanneer 'n hoë spanning aangelê word tussen 'n kapillêre buis wat vloeistof bevat en 'n teenelektrode.(b) Die toepassing van hoë druk lei tot twee verskillende verskynsels: (i) elektrobespuiting van water en (ii) vorming van reaktiewe suurstofspesies (ione) vasgevang in die EWNS.(c) Die unieke struktuur van EWNS.(d) As gevolg van hul nanoskaal aard, is EWNS hoogs mobiel en kan interaksie met luggedraagde patogene inwerk.
Die vermoë van die EWNS antimikrobiese platform om voedselgedraagde mikroörganismes op die oppervlak van vars voedsel te inaktiveer, is ook onlangs gedemonstreer.Daar is ook getoon dat die oppervlaklading van EWNS in kombinasie met 'n elektriese veld gebruik kan word om geteikende lewering te bereik.Boonop was voorlopige resultate vir organiese tamaties na 'n 90 minute blootstelling by 'n EWNS van ongeveer 50 000 #/cm3 bemoedigend, met verskeie voedselgedraagde mikroörganismes soos E. coli en Listeria 11 waargeneem.Daarbenewens het voorlopige organoleptiese toetse geen sensoriese effekte getoon in vergelyking met kontroletamaties nie.Alhoewel hierdie aanvanklike inaktiveringsresultate bemoedigend is vir voedselveiligheidstoepassings, selfs teen baie lae EWNS-dosisse van 50 000#/cc.sien, dit is duidelik dat 'n hoër inaktiveringspotensiaal meer voordelig sal wees om die risiko van infeksie en bederf verder te verminder.
Hier sal ons ons navorsing fokus op die ontwikkeling van 'n EWNS generasie platform om fyn tuning van sintese parameters en optimalisering van die fisies-chemiese eienskappe van EWNS moontlik te maak om hul antibakteriese potensiaal te verbeter.Optimalisering het veral gefokus op die verhoging van hul oppervlaklading (om geteikende aflewering te verbeter) en ROS-inhoud (om inaktiveringsdoeltreffendheid te verbeter).Karakteriseer geoptimaliseerde fisies-chemiese eienskappe (grootte, lading en ROS-inhoud) deur moderne analitiese metodes te gebruik en gebruik algemene voedselmikro-organismes soos E. .
EVNS is gesintetiseer deur gelyktydige elektrobespuiting en ionisasie van hoë suiwer water (18 MΩ cm–1).Die elektriese verstuiver 12 word tipies gebruik vir die atomisering van vloeistowwe en die sintese van polimeer- en keramiekdeeltjies 13 en vesels 14 van beheerde grootte.
Soos uiteengesit in vorige publikasies 8, 9, 10, 11, in 'n tipiese eksperiment, is 'n hoë spanning tussen 'n metaalkapillêre en 'n geaarde teenelektrode toegepas.Tydens hierdie proses kom twee verskillende verskynsels voor: i) elektrosproei en ii) waterionisasie.'n Sterk elektriese veld tussen die twee elektrodes veroorsaak dat negatiewe ladings op die oppervlak van die gekondenseerde water opbou, wat lei tot die vorming van Taylor-keëls.As gevolg hiervan word hoogs gelaaide waterdruppels gevorm, wat aanhou om in kleiner deeltjies op te breek, soos in die Rayleigh-teorie16.Terselfdertyd veroorsaak sterk elektriese velde dat sommige watermolekules elektrone verdeel en afstroop (ioniseer), wat lei tot die vorming van 'n groot hoeveelheid reaktiewe suurstofspesies (ROS)17.Gelyktydig gegenereerde ROS18 is ingekapsuleer in EWNS (Fig. 1c).
Op fig.2a toon die EWNS-generasiestelsel wat ontwikkel en gebruik is in die EWNS-sintese in hierdie studie.Gesuiwerde water wat in 'n geslote bottel gestoor is, is deur 'n Teflonbuis (2 mm binnedeursnee) in 'n 30G vlekvrye staalnaald (metaalkapillêre) gevoer.Die vloei van water word beheer deur die lugdruk binne-in die bottel, soos getoon in Figuur 2b.Die naald is op 'n Teflon-konsole gemonteer en kan met die hand verstel word tot 'n sekere afstand vanaf die teenelektrode.Die teenelektrode is 'n gepoleerde aluminiumskyf met 'n gat in die middel vir monsterneming.Onder die teenelektrode is 'n aluminiummonstertrektregter, wat via 'n monsternemingspoort aan die res van die eksperimentele opstelling gekoppel is (Fig. 2b).Om ladingopbou te vermy wat die werking van die monsternemer kan ontwrig, is alle monsternemerkomponente elektries geaard.
(a) Gemanipuleerde Water Nanostruktuur Generation System (EWNS).(b) Dwarssnit van die monsternemer en elektrosproei, wat die belangrikste parameters toon.(c) Eksperimentele opstelling vir bakterieë-inaktivering.
Die EWNS-opwekkingstelsel wat hierbo beskryf word, is in staat om sleutelbedryfsparameters te verander om fyninstelling van die EWNS-eienskappe te vergemaklik.Verstel die toegepaste spanning (V), die afstand tussen die naald en die teenelektrode (L), en die watervloei (φ) deur die kapillêre om die EWNS-eienskappe fyn in te stel.Simbool wat gebruik word om verskillende kombinasies voor te stel: [V (kV), L (cm)].Pas die watervloei aan om 'n stabiele Taylor-kegel van 'n sekere stel [V, L] te kry.Vir die doeleindes van hierdie studie is die opening deursnee van die teenelektrode (D) op 0,5 duim (1,29 cm) gehou.
Weens die beperkte meetkunde en asimmetrie kan die elektriese veldsterkte nie uit eerste beginsels bereken word nie.In plaas daarvan is die QuickField™-sagteware (Svendborg, Denemarke)19 gebruik om die elektriese veld te bereken.Die elektriese veld is nie eenvormig nie, dus is die waarde van die elektriese veld aan die punt van die kapillêre as 'n verwysingswaarde vir verskeie konfigurasies gebruik.
Tydens die studie is verskeie kombinasies van spanning en afstand tussen die naald en die teenelektrode geëvalueer in terme van Taylor-keëlvorming, Taylor-keëlstabiliteit, EWNS-produksiestabiliteit en reproduceerbaarheid.Verskeie kombinasies word in Aanvullende Tabel S1 getoon.
Die uitset van die EWNS-generasiestelsel is direk gekoppel aan 'n skandeermobiliteitdeeltjiegrootte-analiseerder (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) vir deeltjiegetalkonsentrasiemeting, sowel as aan 'n Aerosol Faraday Elektrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) vir aërosolstrome is gemeet soos beskryf in ons vorige publikasie.Beide die SMPS en die aërosol elektrometer is gemonster teen 'n vloeitempo van 0.5 L/min (totale monstervloei 1 L/min).Die aantal konsentrasie van deeltjies en die aërosolvloei is vir 120 sekondes gemeet.Die meting word 30 keer herhaal.Gebaseer op huidige metings, word die totale aërosollading bereken en die gemiddelde EWNS-lading word vir 'n gegewe totale aantal geselekteerde EWNS-deeltjies beraam.Die gemiddelde koste van EWNS kan bereken word deur gebruik te maak van Vergelyking (1):
waar IEl die gemete stroom is, NSMPS is die digitale konsentrasie gemeet met die SMPS, en φEl is die vloeitempo per elektrometer.
Omdat relatiewe humiditeit (RH) oppervlaklading beïnvloed, is temperatuur en (RH) konstant gehou tydens die eksperiment op 21°C en 45%, onderskeidelik.
Atoomkragmikroskopie (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) en AC260T-sonde (Olympus, Tokio, Japan) is gebruik om die grootte en leeftyd van die EWNS te meet.Die AFM-skanderingsfrekwensie was 1 Hz, die skanderingsarea was 5 μm × 5 μm, en 256 skanderingslyne.Alle beelde is onderworpe aan 1ste orde beeldbelyning met behulp van Asylum sagteware (maskerreeks 100 nm, drempel 100 nm.).
Die toetstregter is verwyder en die mika-oppervlak is op 'n afstand van 2.0 cm vanaf die teenelektrode geplaas vir 'n gemiddelde tyd van 120 s om partikelagglomerasie en vorming van onreëlmatige druppels op die mika-oppervlak te vermy.EWNS is direk op die oppervlak van vars gesnyde mika (Ted Pella, Redding, CA) gespuit.Beeld van die mika oppervlak onmiddellik na AFM sputtering.Die kontakhoek van die oppervlak van vars gesnyde ongemodifiseerde mika is naby aan 0°, dus word EVNS op die mika-oppervlak versprei in die vorm van 'n koepel.Die deursnee (a) en hoogte (h) van die diffuse druppels is direk vanaf die AFM topografie gemeet en gebruik om die EWNS koepelvormige diffusie volume te bereken deur gebruik te maak van ons voorheen bekragtigde metode.As aangeneem word dat die EWNS aan boord dieselfde volume het, kan die ekwivalente deursnee bereken word deur gebruik te maak van Vergelyking (2):
Gebaseer op ons voorheen ontwikkelde metode, is 'n elektronspinresonansie (ESR) spinlokval gebruik om die teenwoordigheid van kortstondige radikale tussenprodukte in EWNS op te spoor.Aërosols is deur 'n 650 μm Midget-sproeier (Ace Glass, Vineland, NJ) geborrel wat 'n 235 mM oplossing van DEPMPO(5-(dietoksifosforiel)-5-metiel-1-pirrolien-N-oksied) bevat het (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Alle ESR-metings is uitgevoer met behulp van 'n Bruker EMX-spektrometer (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, VSA) en 'n platpaneelsel.Die Acquisit sagteware (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, VSA) is gebruik om die data te versamel en te ontleed.Bepaling van die eienskappe van die ROS is slegs uitgevoer vir 'n stel bedryfstoestande [-6.5 kV, 4.0 cm].EWNS-konsentrasies is gemeet deur die SMPS te gebruik nadat EWNS-verliese in die impaktor verantwoord is.
Osoonvlakke is gemonitor met 'n 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Vir alle EWNS-eienskappe word die gemiddelde waarde as die metingswaarde gebruik, en die standaardafwyking word as die metingsfout gebruik.T-toetse is uitgevoer om die waardes van die geoptimaliseerde EWNS-eienskappe met die ooreenstemmende waardes van die basis-EWNS te vergelyk.
Figuur 2c toon 'n voorheen ontwikkelde en gekenmerk elektrostatiese neerslag (EPES) "trek" stelsel wat gebruik kan word vir geteikende aflewering van EWNS op die oppervlak.EPES gebruik EVNS-ladings wat direk na die oppervlak van die teiken "gelei" kan word onder die invloed van 'n sterk elektriese veld.Besonderhede van die EPES-stelsel word in 'n onlangse publikasie deur Pyrgiotakis et al.11 .EPES bestaan ​​dus uit 'n 3D-gedrukte PVC-kamer met tapse punte en bevat twee parallelle vlekvrye staal (304 vlekvrye staal, spieëlbedekte) metaalplate in die middel 15,24 cm uitmekaar.Die borde is aan 'n eksterne hoogspanningsbron (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) gekoppel, die onderste plaat was altyd aan positiewe spanning gekoppel, en die boonste plaat was altyd aan grond (drywende grond).Die kamerwande is bedek met aluminiumfoelie, wat elektries geaard is om deeltjieverlies te voorkom.Die kamer het 'n verseëlde voorlaaideur wat toelaat dat toetsoppervlakke op plastiekstaanders geplaas word wat dit bo die onderste metaalplaat lig om hoëspanning-interferensie te vermy.
Die afsettingsdoeltreffendheid van EWNS in EPES is bereken volgens 'n voorheen ontwikkelde protokol uiteengesit in Aanvullende Figuur S111.
As 'n beheerkamer is 'n tweede silindriese vloeikamer in serie aan die EPES-stelsel gekoppel, waarin 'n intermediêre HEPA-filter gebruik is om EWNS te verwyder.Soos getoon in Figuur 2c, is die EWNS-aerosol deur twee ingeboude kamers gepomp.Die filter tussen die beheerkamer en EPES verwyder enige oorblywende EWNS wat dieselfde temperatuur (T), relatiewe humiditeit (RH) en osoonvlakke tot gevolg het.
Daar is gevind dat belangrike voedselgedraagde mikroörganismes vars voedsel besoedel soos E. coli (ATCC #27325), fekale indikator, Salmonella enterica (ATCC #53647), voedselgedraagde patogeen, Listeria skadeloos (ATCC #33090), surrogaat vir patogeniese Listeria monocytogenes, ATCC monocytogenes, CCCCAT, (CCCerevisasia) 4098), 'n plaasvervanger vir bederfgis, en 'n meer weerstandbiedende geïnaktiveerde bakterie, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Koop ewekansige bokse organiese druiwe tamaties van jou plaaslike mark en verkoel by 4°C tot gebruik (tot 3 dae).Die eksperimentele tamaties was almal dieselfde grootte, ongeveer 1/2 duim in deursnee.
Die kultuur-, inenting-, blootstelling- en kolonietellingprotokolle word in ons vorige publikasie uiteengesit en in die aanvullende data uiteengesit.Die doeltreffendheid van EWNS is geëvalueer deur ingeënte tamaties vir 45 minute aan 40 000 #/cm3 bloot te stel.Kortliks, drie tamaties is gebruik om die oorlewende mikroörganismes te evalueer op tyd t = 0 min.Drie tamaties is in EPES geplaas en aan EWNS blootgestel teen 40 000 #/cc (EWNS-blootgestelde tamaties) en die oorblywende drie is in die kontrolekamer (kontroletamaties) geplaas.Bykomende verwerking van tamaties in beide groepe is nie uitgevoer nie.EWNS-blootgestelde tamaties en kontroletamaties is na 45 minute verwyder om die effek van EWNS te evalueer.
Elke eksperiment is in drievoud uitgevoer.Data-analise is uitgevoer volgens die protokol wat in Aanvullende Data beskryf word.
Inaktiveringsmeganismes is geassesseer deur sedimentasie van blootgestelde EWNS-monsters (45 min by 40,000 #/cm3 EWNS-aërosolkonsentrasie) en nie-bestraalde monsters van skadelose bakterieë E. coli, Salmonella enterica en Lactobacillus.Die deeltjies is gefixeer in 2.5% glutaaraldehied, 1.25% paraformaldehied en 0.03% pikriensuur in 0.1 M natriumkakodilaatbuffer (pH 7.4) vir 2 uur by kamertemperatuur.Na was, na-fikseer met 1% osmiumtetroksied (OsO4)/1,5% kaliumferrosianied (KFeCN6) vir 2 uur, was 3 keer in water en inkubeer in 1% uranilasetaat vir 1 uur, was dan twee keer in water, dan dehidreer in vir 10% aset, 0%, 0%, 0% asetaat vir 10%, 90%, 0% asetaat.Die monsters is dan vir 1 uur in propileenoksied geplaas en geïmpregneer met 'n 1:1 mengsel van propileenoksied en TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Die monsters is in TAAB Epon ingebed en by 60°C vir 48 uur gepolimeriseer.Die uitgeharde korrelhars is gesny en gevisualiseer deur TEM met behulp van 'n konvensionele transmissie-elektronmikroskoop JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Japan) toegerus met 'n AMT 2k CCD-kamera (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, VSA).
Alle eksperimente is in drievoud uitgevoer.Vir elke tydpunt is bakteriese spoelings in drievoud gesaai, wat 'n totaal van nege datapunte per punt tot gevolg gehad het, waarvan die gemiddelde gebruik is as die bakteriese konsentrasie vir daardie spesifieke mikro-organisme.Die standaardafwyking is as die meetfout gebruik.Alle punte tel.
Die logaritme van die afname in die konsentrasie van bakterieë in vergelyking met t = 0 min is bereken deur die volgende formule te gebruik:
waar C0 die konsentrasie van bakterieë in die kontrolemonster op tyd 0 is (dws nadat die oppervlak gedroog het maar voordat dit in die kamer geplaas is) en Cn is die konsentrasie van bakterieë op die oppervlak na n minute se blootstelling.
Om die natuurlike afbraak van bakterieë tydens die 45 minute blootstelling in ag te neem, is die log reduksie in vergelyking met die kontrole na 45 minute ook soos volg bereken:
waar Cn die konsentrasie van bakterieë in die kontrolemonster op tyd n is en Cn-Control die konsentrasie van kontrole bakterieë op tyd n is.Data word aangebied as 'n log vermindering in vergelyking met kontrole (geen EWNS blootstelling).
Tydens die studie is verskeie kombinasies van spanning en afstand tussen die naald en die teenelektrode geëvalueer in terme van Taylor-keëlvorming, Taylor-keëlstabiliteit, EWNS-produksiestabiliteit en reproduceerbaarheid.Verskeie kombinasies word in Aanvullende Tabel S1 getoon.Twee gevalle wat stabiele en reproduseerbare eienskappe toon (Taylor-kegel, EWNS-generasie en stabiliteit oor tyd) is gekies vir omvattende studie.Op fig.Figuur 3 toon die resultate vir die lading, grootte en inhoud van ROS in beide gevalle.Die resultate word ook in Tabel 1 getoon. Ter verwysing, beide Figuur 3 en Tabel 1 sluit die eienskappe van die voorheen gesintetiseerde nie-geoptimaliseerde EWNS8, 9, 10, 11 (basislyn-EWNS) in.Statistiese betekenisberekeninge wat 'n tweekantige t-toets gebruik, word in Aanvullende Tabel S2 herpubliseer.Daarbenewens sluit bykomende data studies in van die effek van teenelektrode-monstergatdiameter (D) en afstand tussen grondelektrode en punt (L) (Aanvullende Figure S2 en S3).
(ac) Grootteverspreiding gemeet deur AGS.(df) Oppervlaklading kenmerk.(g) ROS karakterisering van die EPR.
Dit is ook belangrik om daarop te let dat vir al die bogenoemde toestande, die gemete ionisasiestroom tussen 2 en 6 μA en spanning tussen -3.8 en -6.5 kV was, wat gelei het tot 'n kragverbruik van minder as 50 mW vir hierdie enkele EWNS-generasie kontakmodule.Alhoewel EWNS onder hoë druk gesintetiseer is, was osoonvlakke baie laag en het nooit 60 ppb oorskry nie.
Aanvullende Figuur S4 toon die gesimuleerde elektriese velde vir die [-6,5 kV, 4,0 cm] en [-3,8 kV, 0,5 cm] scenario's, onderskeidelik.Vir die [-6.5 kV, 4.0 cm] en [-3.8 kV, 0.5 cm] scenario's is die veldberekeninge onderskeidelik 2 × 105 V/m en 4.7 × 105 V/m.Dit word verwag, aangesien die spanning-afstandverhouding in die tweede geval baie hoër is.
Op fig.3a,b toon die EWNS-deursnee gemeet met die AFM8.Die berekende gemiddelde EWNS-diameters was 27 nm en 19 nm vir die [-6.5 kV, 4.0 cm] en [-3.8 kV, 0.5 cm] skemas onderskeidelik.Vir die [-6.5 kV, 4.0 cm] en [-3.8 kV, 0.5 cm] scenario's is die geometriese standaardafwykings van die verdelings onderskeidelik 1.41 en 1.45, wat 'n nou grootteverspreiding aandui.Beide die gemiddelde grootte en die meetkundige standaardafwyking is baie naby aan die basislyn EWNS, by 25 nm en 1.41, onderskeidelik.Op fig.3c toon die grootteverspreiding van die basis EWNS gemeet met dieselfde metode onder dieselfde toestande.
Op fig.3d,e toon die resultate van ladingkarakterisering.Data is gemiddelde metings van 30 gelyktydige metings van konsentrasie (#/cm3) en stroom (I).Die ontleding toon dat die gemiddelde lading op die EWNS onderskeidelik 22 ± 6 e- en 44 ± 6 e- vir [-6.5 kV, 4.0 cm] en [-3.8 kV, 0.5 cm] is.Hulle het aansienlik hoër oppervlakladings in vergelyking met basislyn EWNS (10 ± 2 e-), twee keer groter as die [-6.5 kV, 4.0 cm] scenario en vier keer groter as die [-3 .8 kV, 0.5 cm].Figuur 3f toon die lading.data vir Baseline-EWNS.
Uit die konsentrasiekaarte van die EWNS-getal (Aanvullende Figure S5 en S6), kan gesien word dat die [-6.5 kV, 4.0 cm] scenario aansienlik meer deeltjies as die [-3.8 kV, 0.5 cm] scenario het.Dit is ook opmerklik dat die EWNS-getalkonsentrasie tot 4 uur gemonitor is (Aanvullende Figure S5 en S6), waar die EWNS-generasiestabiliteit dieselfde vlakke van partikelgetalkonsentrasie in beide gevalle getoon het.
Op fig.3g toon die EPR-spektrum na aftrekking van die geoptimaliseerde EWNS-beheer (agtergrond) by [-6.5 kV, 4.0 cm].Die ROS-spektra is ook vergelyk met die Baseline-EWNS scenario in 'n voorheen gepubliseerde werk.Die aantal EWNS wat met spinlokvalle reageer is bereken as 7.5 × 104 EWNS/s, wat soortgelyk is aan die voorheen gepubliseerde Baseline-EWNS8.Die EPR-spektra het duidelik die teenwoordigheid van twee tipes ROS getoon, met O2- die oorheersende spesie en OH• wat minder volop was.Daarbenewens het 'n direkte vergelyking van die piekintensiteite getoon dat die geoptimaliseerde EWNS 'n aansienlik hoër ROS-inhoud het in vergelyking met die basislyn EWNS.
Op fig.4 toon die afsettingsdoeltreffendheid van EWNS in EPES.Die data word ook in Tabel I opgesom en met die oorspronklike EWNS-data vergelyk.Vir beide gevalle van EUNS is die neerslag naby aan 100% selfs by 'n lae spanning van 3.0 kV.Tipies is 3.0 kV voldoende vir 100% afsetting, ongeag die oppervlakladingverandering.Onder dieselfde toestande was die afsettingsdoeltreffendheid van Basislyn-EWNS slegs 56% as gevolg van hul laer lading (gemiddeld 10 elektrone per EWNS).
Op fig.5 en in tabel.2 som die inaktiveringswaarde op van mikroörganismes wat op die oppervlak van tamaties geënt is na blootstelling aan ongeveer 40 000 #/cm3 EWNS vir 45 minute by die optimum modus [-6,5 kV, 4,0 cm].Geïnokuleerde E. coli en Lactobacillus innocuous het 'n beduidende vermindering van 3.8 logs tydens die 45 minute blootstelling getoon.Onder dieselfde toestande het S. enterica 'n 2.2-log afname gehad, terwyl S. cerevisiae en M. parafortutum 'n 1.0-log afname gehad het.
Die elektronmikrograwe (Figuur 6) beeld die fisiese veranderinge uit wat deur EWNS op onskadelike Escherichia coli-, Streptococcus- en Lactobacillus-selle veroorsaak word wat tot hul inaktivering lei.Die kontrolebakterieë het ongeskonde selmembrane gehad, terwyl die blootgestelde bakterieë buitenste membrane beskadig het.
Elektronmikroskopiese beelding van beheer en blootgestelde bakterieë het membraanskade aan die lig gebring.
Die data oor die fisies-chemiese eienskappe van die geoptimaliseerde EWNS toon gesamentlik dat die eienskappe (oppervlaklading en ROS-inhoud) van die EWNS aansienlik verbeter is in vergelyking met die voorheen gepubliseerde EWNS-basislyndata8,9,10,11.Aan die ander kant het hul grootte in die nanometer-reeks gebly, baie soortgelyk aan die resultate wat voorheen gerapporteer is, wat hulle in staat stel om vir lang tye in die lug te bly.Die waargenome polidispersiteit kan verklaar word deur oppervlakladingsveranderinge wat die grootte van EWNS, die ewekansigheid van die Rayleigh-effek en potensiële samesmelting bepaal.Soos uiteengesit deur Nielsen et al.22, hoë oppervlaklading verminder verdamping deur die oppervlak-energie/spanning van die waterdruppel effektief te verhoog.In ons vorige publikasie8 is hierdie teorie eksperimenteel bevestig vir mikrodruppels 22 en EWNS.Verlies aan lading tydens oortyd kan ook die grootte beïnvloed en bydra tot die waargenome grootteverspreiding.