Благодарим ви, че посетихте Nature.com. Използвате версия на браузъра с ограничена поддръжка на CSS. За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer). Освен това, за да осигурим постоянна поддръжка, показваме сайта без стилове и JavaScript.
Наскоро беше разработена безхимична антимикробна платформа, базирана на нанотехнологии, използваща изкуствени водни наноструктури (EWNS). EWNS имат висок повърхностен заряд и са богати на реактивни кислородни видове (ROS), които могат да взаимодействат и да инактивират редица микроорганизми, включително хранителни патогени. Тук е показано, че техните свойства по време на синтез могат да бъдат фино настроени и оптимизирани, за да се подобри допълнително антибактериалният им потенциал. Лабораторната платформа EWNS е проектирана за фина настройка на свойствата на EWNS чрез промяна на параметрите на синтез. Характеризирането на свойствата на EWNS (заряд, размер и съдържание на ROS) е извършено с помощта на съвременни аналитични методи. Освен това, хранителни микроорганизми като Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum и Saccharomyces cerevisiae са инокулирани върху повърхността на органични домати, за да се оцени техният потенциал за микробна инактивация. Представените тук резултати показват, че свойствата на EWNS могат да бъдат фино настроени по време на синтеза, което води до експоненциално увеличение на ефективността на инактивиране. По-специално, повърхностният заряд се увеличи четири пъти, а съдържанието на ROS се увеличи. Скоростта на микробно отстраняване беше микробно зависима и варираше от 1,0 до 3,8 log след 45 минути излагане на аерозолна доза от 40 000 #/cm3 EWNS.
Микробното замърсяване е основната причина за хранителни заболявания, причинени от поглъщане на патогени или техни токсини. Само в Съединените щати хранителните заболявания са причина за около 76 милиона заболявания, 325 000 хоспитализации и 5000 смъртни случая всяка година1. Освен това, Министерството на земеделието на Съединените щати (USDA) изчислява, че увеличената консумация на пресни продукти е причина за 48% от всички хранителни заболявания, докладвани в Съединените щати2. Цената на заболяванията и смъртните случаи от хранителни патогени в Съединените щати е много висока, като Центровете за контрол и превенция на заболяванията (CDC) я оценяват на повече от 15,6 милиарда щатски долара годишно3.
Понастоящем химичните4, радиационни5 и термични6 антимикробни интервенции за гарантиране на безопасността на храните се прилагат главно в ограничени критични контролни точки (ККТ) в производствената верига (обикновено след прибиране на реколтата и/или по време на опаковане), вместо да се прилагат непрекъснато по такъв начин, че пресните продукти да са обект на кръстосано замърсяване7. Необходими са антимикробни интервенции за по-добър контрол на болестите, предавани чрез храна, и развалянето на храните, и имат потенциал да се прилагат в целия континуум „от фермата до трапезата“. По-малко въздействие и разходи.
Наскоро беше разработена нанотехнологична антимикробна платформа без химикали за инактивиране на бактерии върху повърхности и във въздуха, използвайки изкуствени водни наноструктури (EWNS). За синтеза на EVNS бяха използвани два паралелни процеса: електроспрей и йонизация на водата (фиг. 1a). По-рано е доказано, че EWNS имат уникален набор от физични и биологични свойства8,9,10. EWNS имат средно 10 електрона на структура и среден нанометров размер от 25 nm (фиг. 1b,c)8,9,10. Освен това, електронният спинов резонанс (ESR) показа, че EWNS съдържат голямо количество реактивни кислородни видове (ROS), главно хидроксилни (OH•) и супероксидни (O2-) радикали (фиг. 1c)8. EWNS остават във въздуха дълго време и могат да се сблъскат с микроби, суспендирани във въздуха и присъстващи върху повърхности, доставяйки своя ROS полезен товар и причинявайки микробна инактивация (фиг. 1d). Тези по-ранни проучвания също така показаха, че EWNS могат да взаимодействат и да инактивират различни грам-отрицателни и грам-положителни бактерии от значение за общественото здраве, включително микобактерии, върху повърхности и във въздуха8,9. Трансмисионната електронна микроскопия показа, че инактивирането е причинено от разрушаване на клетъчната мембрана. Освен това, проучвания при остро инхалиране показват, че високите дози EWNS не причиняват увреждане на белите дробове или възпаление8.
(а) Електроспрей се получава, когато се приложи високо напрежение между капиляр, съдържащ течност, и противоелектрод. (б) Прилагането на високо напрежение води до две различни явления: (i) електроспрейване на вода и (ii) генериране на реактивни кислородни видове (йони), уловени в EWNS. (в) Уникалната структура на EWNS. (г) EWNS са силно мобилни поради наномащабния си характер и могат да взаимодействат с патогени, пренасяни по въздуха.
Наскоро беше демонстрирана и способността на антимикробната платформа EWNS да инактивира хранителни микроорганизми по повърхността на пресни храни. Показано е също, че повърхностният заряд на EWNS може да се използва в комбинация с електрическо поле за целенасочено доставяне. По-важното е, че обещаващ първоначален резултат от приблизително 1,4 log намаление на активността на органичните домати срещу различни хранителни микроорганизми като E. coli и Listeria е наблюдаван в рамките на 90 минути след излагане на EWNS при концентрация от приблизително 50 000#/cm311. Освен това, предварителните органолептични тестове за оценка не показват органолептичен ефект в сравнение с контролния домат. Въпреки че тези първоначални резултати от инактивирането обещават безопасност на храните дори при много ниски дози EWNS от 50 000#/cc.see, ясно е, че по-висок потенциал за инактивиране би бил по-полезен за по-нататъшно намаляване на риска от инфекция и разваляне.
Тук ще съсредоточим нашите изследвания върху разработването на платформа за генериране на EWNS (електронни невронни наночастици), за да прецизираме параметрите на синтез и да оптимизираме физикохимичните свойства на EWNS, за да подобрим техния антибактериален потенциал. По-специално, оптимизацията е фокусирана върху увеличаване на повърхностния им заряд (за подобряване на целенасоченото им доставяне) и съдържанието на ROS (за подобряване на ефективността на инактивиране). Характеризиране на оптимизираните физикохимични свойства (размер, заряд и съдържание на ROS) с помощта на съвременни аналитични методи и с помощта на често срещани хранителни микроорганизми като E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae и M. parafortuitum.
EVNS е синтезиран чрез едновременно електропръскване и йонизация на вода с висока чистота (18 MΩ cm–1). Електрическият атомизатор 12 обикновено се използва за атомизиране на течности и синтетични полимерни и керамични частици 13 и влакна 14 с контролиран размер.
Както е описано подробно в предишни публикации 8, 9, 10, 11, в типичен експеримент, високо напрежение се прилага между метален капиляр и заземен противоелектрод. По време на този процес протичат два различни явления: 1) електроспрей и 2) йонизация на водата. Силно електрическо поле между двата електрода причинява натрупване на отрицателни заряди върху повърхността на кондензираната вода, което води до образуването на конуси на Тейлър. В резултат на това се образуват силно заредени водни капчици, които продължават да се разпадат на по-малки частици, съгласно теорията на Рейли16. В същото време, силно електрическо поле кара някои от водните молекули да се разделят и да отделят електрони (йонизация), като по този начин генерират голямо количество реактивни кислородни видове (ROS)17. Едновременно генерираните ROS18 пакети бяха капсулирани в EWNS (фиг. 1в).
На фиг. 2а е показана системата за генериране на EWNS, разработена и използвана в EWNS синтеза в това изследване. Пречистена вода, съхранявана в затворена бутилка, се подава през тефлонова тръба (вътрешен диаметър 2 mm) към игла от неръждаема стомана 30G (метална капилярка). Както е показано на Фигура 2б, водният поток се контролира от налягането на въздуха вътре в бутилката. Иглата е прикрепена към тефлонова конзола, която може да се регулира ръчно на определено разстояние от противоелектрода. Противоелектродът е полиран алуминиев диск с отвор в средата за вземане на проби. Под противоелектрода се намира алуминиева фуния за вземане на проби, която е свързана с останалата част от експерименталната установка чрез отвор за вземане на проби (фиг. 2б). Всички компоненти на пробоотборника са електрически заземени, за да се избегне натрупване на заряд, което би могло да влоши вземането на проби от частици.
(а) Система за генериране на инженерни водни наноструктури (EWNS). (б) Напречно сечение на пробоотборник и електроспрей устройство, показващо най-важните параметри. (в) Експериментална установка за инактивиране на бактерии.
Системата за генериране на EWNS, описана по-горе, е способна да променя ключови работни параметри, за да улесни фината настройка на свойствата на EWNS. Регулирайте приложеното напрежение (V), разстоянието между иглата и противоелектрода (L) и водния поток (φ) през капиляра, за да настроите фино характеристиките на EWNS. Символите [V (kV), L (cm)] се използват за обозначаване на различни комбинации. Регулирайте водния поток, за да получите стабилен конус на Тейлър от определен набор [V, L]. За целите на това изследване, апертурата на противоелектрода (D) е зададена на 0,5 инча (1,29 cm).
Поради ограничената геометрия и асиметрията, силата на електрическото поле не може да бъде изчислена от първи принципи. Вместо това, за изчисляване на електрическото поле е използван софтуерът QuickField™ (Свендборг, Дания)19. Електрическото поле не е равномерно, така че стойността на електрическото поле на върха на капиляра е използвана като референтна стойност за различни конфигурации.
По време на изследването бяха оценени няколко комбинации от напрежение и разстояние между иглата и противоелектрода по отношение на образуването на конус на Тейлър, стабилността на конуса на Тейлър, стабилността на производството на EWNS и възпроизводимостта. Различните комбинации са показани в Допълнителна таблица S1.
Изходът на системата за генериране на EWNS беше директно свързан към Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, модел 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) за измерване на концентрацията на броя частици и беше използван с аерозолен електрометър Faraday (TSI, модел 3068B, Shoreview, USA). MN) за измерване на аерозолни потоци, както е описано в предишната ни публикация9. Както SMPS, така и аерозолният електрометър вземаха проби при дебит 0,5 L/min (общ дебит на пробата 1 L/min). Концентрациите на частици и аерозолните потоци бяха измерени в продължение на 120 s. Измерването се повтаря 30 пъти. Общият аерозолен заряд се изчислява от текущите измервания, а средният EWNS заряд се оценява от общия брой взети проби от EWNS частици. Средната цена на EWNS може да се изчисли с помощта на уравнение (1):
където IEl е измереният ток, NSMPS е числената концентрация, измерена със SMPS, а φEl е дебитът към електрометъра.
Тъй като относителната влажност (RH) влияе върху повърхностния заряд, температурата и (RH) се поддържаха постоянни съответно на 21°C и 45% по време на експеримента.
За измерване на размера и времето на живот на EWNS бяха използвани атомно-силова микроскопия (АСМ), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Санта Барбара, Калифорния) и сонда AC260T (Olympus, Токио, Япония). Честотата на сканиране на АСМ е 1 Hz, а площта на сканиране е 5 µm × 5 µm с 256 линии на сканиране. Всички изображения бяха подложени на подравняване на изображения от първи ред, използвайки софтуера Asylum (маска с обхват от 100 nm и праг от 100 pm).
Отстранете фунията за вземане на проби и поставете повърхността на слюдата на разстояние 2,0 см от противоелектрода за средно време от 120 секунди, за да избегнете коалесценция на частици и образуване на неправилни капчици върху повърхността на слюдата. EWNS (електронно разпръскващо лъчение) беше нанесено директно върху прясно нарязани повърхности на слюда (Ted Pella, Redding, CA). Веднага след разпрашаването, повърхността на слюдата беше визуализирана с помощта на AFM (асистирана микроскопия със слюда). Ъгълът на контакт на повърхността на прясно нарязаната немодифицирана слюда е близо до 0°, така че EWNS се разпространява върху повърхността на слюдата в куполообразна форма20. Диаметърът (a) и височината (h) на дифузиращите капчици бяха измерени директно от топографията на AFM и използвани за изчисляване на куполообразния дифузионен обем EWNS, използвайки нашия предварително валидиран метод8. Ако приемем, че вграденият EVNS има същия обем, еквивалентният диаметър може да се изчисли от уравнение (2):
В съответствие с нашия предварително разработен метод, за откриване на наличието на краткоживеещи радикалови междинни продукти в EWNS беше използван спинов капан с електронен спинов резонанс (ESR). Аерозоли бяха пропуснати през разтвор, съдържащ 235 mM DEPMPO (5-(диетоксифосфорил)-5-метил-1-пиролин-N-оксид) (Oxis International Inc., Портланд, Орегон). Всички EPR измервания бяха извършени с помощта на Bruker EMX спектрометър (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, САЩ) и плоски клетъчни масиви. За събиране и анализ на данните беше използван софтуерът Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, САЩ). ROS характеризирането беше извършено само за набор от работни условия [-6.5 kV, 4.0 cm]. Концентрациите на EWNS бяха измерени с помощта на SMPS, след като се вземе предвид загубата на EWNS в импактора.
Нивата на озон бяха наблюдавани с помощта на 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Боулдър, Колорадо)8,9,10.
За всички свойства на EWNS, стойността на измерването е средната стойност на измерванията, а грешката на измерването е стандартното отклонение. Беше извършен t-тест, за да се сравни стойността на оптимизирания атрибут EWNS със съответната стойност на базовия EWNS.
Фигура 2в показва предварително разработена и характеризирана система за преминаване на електростатични утайки (EPES), която може да се използва за насочване на EWNS11 към повърхности. EPES използва EWNS заряд в комбинация със силно електрическо поле, за да „насочи“ директно към повърхността на целта. Подробности за EPES системата са представени в скорошна публикация на Pyrgiotakis et al.11. По този начин, EPES се състои от 3D-принтирана PVC камера със заострени краища, съдържаща две успоредни метални плочи от неръждаема стомана (304 неръждаема стомана, огледално полирана) в средата на разстояние 15,24 cm една от друга. Платките са свързани към външен източник на високо напрежение (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), долната платка е винаги положителна, а горната платка е винаги заземена (плаваща). Стените на камерата са покрити с алуминиево фолио, което е електрически заземено, за да се предотврати загубата на частици. Камерата има запечатана предна врата за зареждане, която позволява поставянето на тестовите повърхности върху пластмасови стелажи, като се повдигат от долната метална плоча, за да се избегнат смущения от високо напрежение.
Ефективността на отлагане на EWNS в EPES е изчислена съгласно предварително разработен протокол, подробно описан в Допълнителна фигура S111.
Като контролна камера, вторият поток през цилиндричната камера е свързан последователно със системата EPES, използвайки междинен HEPA филтър за отстраняване на EWNS. Както е показано на фиг. 2в, аерозолът EWNS е изпомпван през две камери, свързани последователно. Филтърът между контролната зала и EPES премахва всички останали EWNS, което води до една и съща температура (T), относителна влажност (RH) и нива на озон.
Установено е, че важни хранителни микроорганизми замърсяват пресни продукти, като например Escherichia coli (ATCC #27325), фекален индикатор, Salmonella enterica (ATCC #53647), хранителен патоген, Listeria innocua (ATCC #33090), алтернатива на патогенната Listeria monocytogenes. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) като алтернатива на развалящите дрожди и Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) като по-устойчиви живи бактерии са закупени от ATCC (Манасас, Вирджиния).
Купете произволно кутии с био домати от местния пазар и ги съхранявайте в хладилник при 4°C до употреба (до 3 дни). Изберете домати за експериментиране с един размер, около 1,25 см в диаметър.
Протоколите за инкубация, инокулация, експозиция и преброяване на колониите са описани подробно в предишни наши публикации и са обяснени подробно в Допълнителни данни 11. Производителността на EWNS беше оценена чрез излагане на инокулираните домати на 40 000 #/cm3 за 45 минути. Накратко, във време t = 0 min, три домата бяха използвани за оценка на оцелелите микроорганизми. Три домата бяха поставени в EPES и изложени на EWNS при 40 000 #/cc (домати, изложени на EWNS), а три други бяха поставени в контролната камера (контролни домати). Нито една от групите домати не беше подложена на допълнителна обработка. Доматите, изложени на EWNS, и контролните групи бяха отстранени след 45 минути, за да се оцени ефектът на EWNS.
Всеки експеримент е проведен в три екземпляра. Анализът на данните е извършен съгласно протокола, описан в допълнителните данни.
Бактериални проби от E. coli, Enterobacter и L. innocua, изложени на EWNS (45 мин, концентрация на EWNS аерозол 40 000 #/cm3) и неизложени, бяха пелетизирани, за да се оценят механизмите на инактивиране. Утайката беше фиксирана в продължение на 2 часа при стайна температура в 0,1 М разтвор на натриев какодилат (pH 7,4) с фиксатор от 2,5% глутаралдехид, 1,25% параформалдехид и 0,03% пикринова киселина. След промиване те бяха фиксирани с 1% осмиев тетроксид (OsO4)/1,5% калиев фероцианид (KFeCN6) в продължение на 2 часа, промити 3 пъти с вода и инкубирани в 1% уранилацетат в продължение на 1 час, след което промити два пъти с вода. Последва дехидратация по 10 минути с 50%, 70%, 90%, 100% алкохол. След това пробите бяха поставени в пропиленоксид за 1 час и импрегнирани със смес 1:1 от пропиленоксид и TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Пробите бяха вградени в TAAB Epon и полимеризирани при 60°C за 48 часа. Втвърдената гранулирана смола беше нарязана и визуализирана чрез TEM, използвайки JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Япония), конвенционален трансмисионен електронен микроскоп, оборудван с AMT 2k CCD камера (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, САЩ).
Всички експерименти бяха проведени в три екземпляра. За всяка времева точка, бактериалните промивки бяха поставени в три екземпляра, което доведе до общо девет точки данни на точка, чиято средна стойност беше използвана като бактериална концентрация за съответния организъм. Стандартното отклонение беше използвано като грешка на измерване. Всички точки се броят.
Логаритъмът на намалението на концентрацията на бактериите в сравнение с t = 0 min е изчислен по следната формула:
където C0 е концентрацията на бактерии в контролната проба в момент 0 (т.е. след като повърхността е изсъхнала, но преди да бъде поставена в камерата), а Cn е концентрацията на бактерии върху повърхността след n минути експозиция.
За да се отчете естественото разграждане на бактериите по време на 45-минутния период на експозиция, беше изчислено и логаритмичното намаляване в сравнение с контролата на 45 минути, както следва:
Където Cn е концентрацията на бактерии в контролната проба във времето n, а Cn-Control е концентрацията на контролните бактерии във времето n. Данните са представени като логаритмично намаление в сравнение с контролата (без експозиция на EWNS).
По време на проучването бяха оценени няколко комбинации от напрежение и разстояние между иглата и противоелектрода по отношение на образуването на конус на Тейлър, стабилността на конуса на Тейлър, стабилността на производството на EWNS и възпроизводимостта. Различни комбинации са показани в Допълнителна таблица S1. За пълно проучване бяха избрани два случая, показващи стабилни и възпроизводими свойства (конус на Тейлър, производство на EWNS и стабилност във времето). На фиг. 3 са показани резултатите за заряда, размера и съдържанието на ROS за два случая. Резултатите са обобщени и в Таблица 1. За справка, Фигура 3 и Таблица 1 включват свойствата на предварително синтезираните неоптимизирани EWNS8, 9, 10, 11 (базови EWNS). Изчисленията за статистическа значимост, използващи двустранен t-тест, са публикувани отново в Допълнителна таблица S2. В допълнение, допълнителни данни включват проучвания върху ефекта на диаметъра на отвора за вземане на проби на противоелектрода (D) и разстоянието между заземяващия електрод и върха на иглата (L) (Допълнителни фигури S2 и S3).
(a–c) Разпределение на размера на AFM. (d–f) Характеристика на повърхностния заряд. (g) Характеризиране на ROS и ESR.
Важно е също да се отбележи, че за всички горепосочени условия измерените йонизационни токове бяха в диапазона от 2-6 µA, а напреженията - в диапазона от -3,8 до -6,5 kV, което води до консумация на енергия за този еднотерминален EWNS по-малка от 50 mW. . генериращ модул. Въпреки че EWNS е синтезиран под високо налягане, нивата на озон са много ниски, като никога не надвишават 60 ppb.
Допълнителна фигура S4 показва симулираните електрически полета съответно за сценариите [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm]. Полетата съгласно сценариите [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm] са изчислени съответно като 2 × 10⁶ V/m и 4,7 × 10⁶ V/m. Това е очаквано, тъй като съотношението напрежение/разстояние е много по-високо във втория случай.
На фиг. 3a,b е показан диаметърът на EWNS, измерен с AFM8. Средните диаметри на EWNS за сценариите [-6.5 kV, 4.0 cm] и [-3.8 kV, 0.5 cm] са изчислени съответно като 27 nm и 19 nm. Геометричните стандартни отклонения на разпределенията за случаите [-6.5 kV, 4.0 cm] и [-3.8 kV, 0.5 cm] са съответно 1.41 и 1.45, което показва тясно разпределение на размерите. Както средният размер, така и геометричното стандартно отклонение са много близки до изходните EWNS, като са съответно 25 nm и 1.41. На фиг. 3c е показано разпределението на размерите на изходните EWNS, измерено с помощта на същия метод при същите условия.
На фиг. 3d,e са показани резултатите от характеризирането на заряда. Данните са средни стойности от 30 едновременни измервания на концентрация (#/cm3) и ток (I). Анализът показва, че средният заряд на EWNS е 22 ± 6 e- и 44 ± 6 e- съответно за [-6.5 kV, 4.0 cm] и [-3.8 kV, 0.5 cm]. В сравнение с Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), техният повърхностен заряд е значително по-висок, два пъти по-висок от този при сценария [-6.5 kV, 4.0 cm] и четири пъти по-висок от този при сценария [-3.8 kV, 0.5 cm]. 3f показва основните данни за плащане на EWNS.
От картите на концентрацията на броя на EWNS (допълнителни фигури S5 и S6) може да се види, че сцената [-6.5 kV, 4.0 cm] има значително по-голям брой частици от сцената [-3.8 kV, 0.5 cm]. Трябва също да се отбележи, че концентрациите на броя на EWNS са били наблюдавани до 4 часа (допълнителни фигури S5 и S6), където стабилността на генерирането на EWNS показва едни и същи нива на концентрация на броя на частиците и в двата случая.
Фигура 3g показва EPR спектъра след изваждане на контролния (фонов) спектър за оптимизирани EWNS при [-6.5 kV, 4.0 cm]. ROS спектърът е сравнен и с базовата линия на EWNS в публикувана по-рано статия. Изчисленият брой EWNS, реагиращи със спиновия капан, е 7.5 × 104 EWNS/s, което е подобно на публикуваната по-рано Baseline-EWNS8. EPR спектрите ясно показват наличието на два вида ROS, където O2- преобладава, докато OH• присъства в по-малко количество. Освен това, директно сравнение на интензитета на пиковете показа, че оптимизираните EWNS имат значително по-високо съдържание на ROS в сравнение с базовата линия на EWNS.
На фиг. 4 е показана ефективността на отлагане на EWNS в EPES. Данните са обобщени в Таблица I и сравнени с оригиналните данни за EWNS. И за двата случая на EUNS, отлагането е близо до 100% дори при ниско напрежение от 3.0 kV. Обикновено 3.0 kV е достатъчно за постигане на 100% отлагане, независимо от промяната на повърхностния заряд. При същите условия, ефективността на отлагане на Baseline-EWNS е само 56% поради по-ниския заряд (средно 10 електрона на EWNS).
Фигура 5 и Таблица 2 обобщават степента на инактивиране на микроорганизми, инокулирани върху повърхността на доматите след излагане на приблизително 40 000 #/cm3 EWNS за 45 минути при оптимален сценарий [-6,5 kV, 4,0 cm]. Инокулираните E. coli и L. innocua показват значително намаление от 3,8 log след 45 минути излагане. При същите условия, S. enterica показва по-ниско log намаление от 2,2 log, докато S. cerevisiae и M. parafortuitum показват 1,0 log намаление.
Електронни микрографии (Фигура 6), изобразяващи физическите промени, предизвикани от EWNS в клетки на E. coli, Salmonella enterica и L. innocua, водещи до инактивиране. Контролните бактерии показват непокътнати клетъчни мембрани, докато откритите бактерии имат увредени външни мембрани.
Електронно-микроскопското изобразяване на контролни и открити бактерии разкри увреждане на мембраната.
Данните за физикохимичните свойства на оптимизираните EWNS показват, че свойствата на EWNS (повърхностен заряд и съдържание на ROS) са значително подобрени в сравнение с публикуваните по-рано базови данни за EWNS8,9,10,11. От друга страна, размерът им остава в нанометровия диапазон, което е много подобно на публикуваните по-рано резултати, което им позволява да останат във въздуха за дълъг период от време. Наблюдаваната полидисперсност може да се обясни с промени в повърхностния заряд, които определят величината на ефекта на Рейли, случайността и потенциалното сливане на EWNS. Въпреки това, както е описано подробно от Nielsen et al.22, високият повърхностен заряд намалява изпарението чрез ефективно увеличаване на повърхностната енергия/напрежение на водната капка. Тази теория беше експериментално потвърдена за микрокапчици22 и EWNS в предишната ни публикация8. Загубата на време също може да повлияе на размера и да допринесе за наблюдаваното разпределение на размера.
Освен това, зарядът на структура е около 22–44 e-, в зависимост от обстоятелствата, което е значително по-високо в сравнение с основния EWNS, който има среден заряд от 10 ± 2 електрона на структура. Трябва да се отбележи обаче, че това е средният заряд на EWNS. Seto et al. Показано е, че зарядът не е равномерен и следва логаритмично нормално разпределение21. В сравнение с предишната ни работа, удвояването на повърхностния заряд удвоява ефективността на отлагане в EPES системата до почти 100%11.