Gràcies per visitar Nature.com.La versió del navegador que utilitzeu té un suport CSS limitat.Per obtenir la millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer).Mentrestant, per garantir un suport continuat, renderitzarem el lloc sense estils ni JavaScript.
Un carrusel que mostra tres diapositives alhora.Utilitzeu els botons Anterior i Següent per moure's per tres diapositives alhora, o utilitzeu els botons lliscants al final per moure's per tres diapositives alhora.
Recentment, s'ha desenvolupat una plataforma antimicrobiana lliure de productes químics basada en nanotecnologia que utilitza nanoestructures d'aigua artificial (EWNS).Els EWNS tenen una càrrega superficial elevada i estan saturats amb espècies reactives d'oxigen (ROS) que poden interaccionar i inactivar diversos microorganismes, inclosos els patògens transmesos pels aliments.Aquí es demostra que les seves propietats durant la síntesi es poden ajustar i optimitzar per millorar encara més el seu potencial antibacterià.La plataforma de laboratori EWNS va ser dissenyada per ajustar les propietats d'EWNS canviant els paràmetres de síntesi.Caracterització de les propietats d'EWNS (càrrega, mida i contingut de ROS) mitjançant mètodes analítics moderns.A més, es va avaluar el seu potencial d'inactivació microbiana contra microorganismes transmesos pels aliments com Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum i Saccharomyces cerevisiae.Els resultats que es presenten aquí demostren que les propietats d'EWNS es poden ajustar durant la síntesi, donant lloc a un augment exponencial de l'eficiència d'inactivació.En particular, la càrrega superficial va augmentar en un factor de quatre i les espècies reactives d'oxigen van augmentar.La taxa d'eliminació microbiana depenia microbianament i oscil·lava entre 1,0 i 3,8 log després d'una exposició de 45 minuts a una dosi d'aerosol de 40.000 #/cc EWNS.
La contaminació microbiana és la principal causa de malalties transmeses pels aliments causades per la ingestió de patògens o les seves toxines.Només als Estats Units, les malalties transmeses pels aliments causen uns 76 milions de malalties, 325.000 ingressos hospitalaris i 5.000 morts cada any1.A més, el Departament d'Agricultura dels Estats Units (USDA) estima que l'augment del consum de productes frescos és responsable del 48% de totes les malalties transmeses pels aliments als Estats Units2.El cost de les malalties i morts causades per patògens transmesos pels aliments als Estats Units és molt elevat, estimat pels Centres per al Control i la Prevenció de Malalties (CDC) en més de 15.600 milions de dòlars EUA l'any3.
Actualment, les intervencions antimicrobianes químiques4, de radiació5 i tèrmiques6 per garantir la seguretat alimentària es duen a terme principalment en punts de control crític limitats (PCC) al llarg de la cadena de producció (normalment després de la collita i/o durant l'envasat) en lloc de de manera contínua.per tant, són propensos a la contaminació creuada.7. Un millor control de les malalties transmeses pels aliments i el deteriorament dels aliments requereix intervencions antimicrobianes que es puguin aplicar potencialment a tot el continu de la granja a la taula alhora que es redueixen l'impacte i els costos ambientals.
Recentment, s'ha desenvolupat una plataforma antimicrobiana basada en nanotecnologia i lliure de productes químics que pot inactivar els bacteris de la superfície i de l'aire mitjançant nanoestructures artificials d'aigua (EWNS).L'EWNS es va sintetitzar mitjançant dos processos paral·lels, electrospray i ionització d'aigua (Fig. 1a).Estudis anteriors han demostrat que els EWNS tenen un conjunt únic de propietats físiques i biològiques8,9,10.Els EWNS tenen una mitjana de 10 electrons per estructura i una mida mitjana a nanoescala de 25 nm (Fig. 1b, c)8,9,10.A més, la ressonància d'espin electrònic (ESR) va demostrar que EWNS conté una gran quantitat d'espècies reactives d'oxigen (ROS), principalment radicals hidroxil (OH•) i superòxid (O2-) (Fig. 1c)8.L'EVNS està a l'aire durant molt de temps i pot xocar amb microorganismes suspesos a l'aire i presents a la superfície, lliurant la seva càrrega útil ROS i provocant la inactivació dels microorganismes (Fig. 1d).Aquests primers estudis també van demostrar que EWNS pot interactuar i inactivar diversos bacteris gramnegatius i grampositius, inclosos els micobacteris, a les superfícies i a l'aire.La microscòpia electrònica de transmissió va demostrar que la inactivació va ser causada per la ruptura de la membrana cel·lular.A més, els estudis d'inhalació aguda han demostrat que les dosis elevades d'EWNS no causen dany pulmonar ni inflamació 8 .
(a) L'electroespray es produeix quan s'aplica un alt voltatge entre un tub capil·lar que conté líquid i un contraelèctrode.(b) L'aplicació d'alta pressió dóna lloc a dos fenòmens diferents: (i) electrospray d'aigua i (ii) formació d'espècies reactives d'oxigen (ions) atrapades a l'EWNS.(c) L'estructura única d'EWNS.(d) A causa de la seva naturalesa a nanoescala, els EWNS són molt mòbils i poden interactuar amb patògens aerotransportats.
També s'ha demostrat recentment la capacitat de la plataforma antimicrobiana EWNS per inactivar microorganismes transmesos pels aliments a la superfície dels aliments frescos.També s'ha demostrat que la càrrega superficial d'EWNS en combinació amb un camp elèctric es pot utilitzar per aconseguir un lliurament objectiu.A més, els resultats preliminars per als tomàquets orgànics després d'una exposició de 90 minuts a un EWNS d'uns 50.000 #/cm3 van ser encoratjadors, amb diversos microorganismes transmesos pels aliments com E. coli i Listeria 11 observats.A més, les proves organolèptiques preliminars no van mostrar efectes sensorials en comparació amb els tomàquets control.Tot i que aquests resultats inicials d'inactivació són encoratjadors per a aplicacions de seguretat alimentària, fins i tot a dosis d'EWNS molt baixes de 50.000 #/cc.vegeu, està clar que un potencial d'inactivació més alt seria més beneficiós per reduir encara més el risc d'infecció i deteriorament.
Aquí, centrarem la nostra investigació en el desenvolupament d'una plataforma de generació d'EWNS per permetre l'ajustament dels paràmetres de síntesi i l'optimització de les propietats fisicoquímiques d'EWNS per millorar el seu potencial antibacterià.En particular, l'optimització s'ha centrat a augmentar la seva càrrega superficial (per millorar el lliurament dirigit) i el contingut ROS (per millorar l'eficiència de la inactivació).Caracteritzar propietats fisicoquímiques optimitzades (mida, càrrega i contingut de ROS) mitjançant mètodes analítics moderns i utilitzar microorganismes alimentaris comuns com E. .
EVNS es va sintetitzar mitjançant electrospray i ionització simultània d'aigua d'alta puresa (18 MΩ cm–1).El nebulitzador elèctric 12 s'utilitza habitualment per a l'atomització de líquids i la síntesi de polímers i partícules ceràmiques 13 i fibres 14 de mida controlada.
Tal com es detalla a les publicacions anteriors 8, 9, 10, 11, en un experiment típic, es va aplicar un alt voltatge entre un capil·lar metàl·lic i un contraelèctrode posat a terra.Durant aquest procés es produeixen dos fenòmens diferents: i) electrospray i ii) ionització de l'aigua.Un fort camp elèctric entre els dos elèctrodes fa que s'acumulin càrregues negatives a la superfície de l'aigua condensada, donant lloc a la formació de cons de Taylor.Com a resultat, es formen gotes d'aigua molt carregades, que continuen trencant-se en partícules més petites, com en la teoria de Rayleigh16.Al mateix temps, els forts camps elèctrics fan que algunes molècules d'aigua es divideixin i despossein els electrons (ionitzen), cosa que condueix a la formació d'una gran quantitat d'espècies reactives d'oxigen (ROS)17.El ROS18 generat simultàniament es va encapsular a EWNS (Fig. 1c).
A la fig.La figura 2a mostra el sistema de generació d'EWNS desenvolupat i utilitzat en la síntesi d'EWNS en aquest estudi.L'aigua purificada emmagatzemada en una ampolla tancada es va alimentar a través d'un tub de tefló (2 mm de diàmetre interior) a una agulla d'acer inoxidable de 30G (capil·lar metàl·lic).El flux d'aigua està controlat per la pressió de l'aire dins de l'ampolla, tal com es mostra a la figura 2b.L'agulla està muntada en una consola de tefló i es pot ajustar manualment a una certa distància del contraelèctrode.El contraelèctrode és un disc d'alumini polit amb un forat al centre per al mostreig.A sota del contraelèctrode hi ha un embut de mostreig d'alumini, que està connectat a la resta de la configuració experimental mitjançant un port de mostreig (Fig. 2b).Per evitar l'acumulació de càrrega que podria interrompre el funcionament del mostreig, tots els components del mostreig estan connectats a terra elèctricament.
(a) Sistema de generació de nanoestructura d'aigua dissenyada (EWNS).(b) Secció transversal del mostreig i electrospray, mostrant els paràmetres més importants.(c) Configuració experimental per a la inactivació de bacteris.
El sistema de generació d'EWNS descrit anteriorment és capaç de canviar els paràmetres de funcionament clau per facilitar l'ajustament de les propietats de l'EWNS.Ajusteu la tensió aplicada (V), la distància entre l'agulla i el contraelèctrode (L) i el flux d'aigua (φ) a través del capil·lar per ajustar les característiques EWNS.Símbol utilitzat per representar diferents combinacions: [V (kV), L (cm)].Ajusteu el cabal d'aigua per obtenir un con de Taylor estable d'un determinat conjunt [V, L].Als efectes d'aquest estudi, el diàmetre d'obertura del contraelèctrode (D) es va mantenir a 0,5 polzades (1,29 cm).
A causa de la geometria i asimetria limitades, la intensitat del camp elèctric no es pot calcular a partir dels primers principis.En canvi, es va utilitzar el programari QuickField™ (Svendborg, Dinamarca)19 per calcular el camp elèctric.El camp elèctric no és uniforme, de manera que el valor del camp elèctric a la punta del capil·lar es va utilitzar com a valor de referència per a diverses configuracions.
Durant l'estudi, es van avaluar diverses combinacions de tensió i distància entre l'agulla i el contraelèctrode en termes de formació del con de Taylor, estabilitat del con de Taylor, estabilitat de producció d'EWNS i reproductibilitat.A la taula complementària S1 es mostren diverses combinacions.
La sortida del sistema de generació EWNS es va connectar directament a un analitzador de mida de partícules de mobilitat d'escaneig (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) per a la mesura de la concentració del nombre de partícules, així com a un electròmetre de Faraday en aerosol (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) per als corrents d'aerosol es va mesurar tal com es descriu a la nostra publicació anterior.Tant l'SMPS com l'electròmetre d'aerosol es mostren a un cabal de 0, 5 L/min (flux total de mostra 1 L/min).Es va mesurar la concentració de partícules i el flux d'aerosol durant 120 segons.La mesura es repeteix 30 vegades.A partir de les mesures actuals, es calcula la càrrega total d'aerosol i s'estima la càrrega mitjana d'EWNS per a un nombre total determinat de partícules d'EWNS seleccionades.El cost mitjà d'EWNS es pot calcular mitjançant l'equació (1):
on IEl és el corrent mesurat, NSMPS és la concentració digital mesurada amb l'SMPS i φEl és el cabal per electròmetre.
Com que la humitat relativa (RH) afecta la càrrega superficial, la temperatura i (RH) es van mantenir constants durant l'experiment a 21 ° C i 45%, respectivament.
La microscòpia de força atòmica (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) i la sonda AC260T (Olympus, Tòquio, Japó) es van utilitzar per mesurar la mida i la vida útil de l'EWNS.La freqüència d'exploració AFM era d'1 Hz, l'àrea d'exploració era de 5 μm × 5 μm i 256 línies d'exploració.Totes les imatges es van sotmetre a l'alineació de la imatge de primer ordre mitjançant el programari Asylum (rang de màscara 100 nm, llindar 100 pm).
Es va retirar l'embut de prova i la superfície de mica es va col·locar a una distància de 2, 0 cm del contraelèctrode durant un temps mitjà de 120 s per evitar l'aglomeració de partícules i la formació de gotes irregulars a la superfície de la mica.EWNS es va ruixar directament a la superfície de mica acabada de tallar (Ted Pella, Redding, CA).Imatge de la superfície de mica immediatament després de l'AFM sputtering.L'angle de contacte de la superfície de la mica sense modificar acabada de tallar és proper a 0 °, de manera que EVNS es distribueix a la superfície de la mica en forma de cúpula.El diàmetre (a) i l'alçada (h) de les gotes difusores es van mesurar directament des de la topografia AFM i es van utilitzar per calcular el volum de difusió abovedada EWNS mitjançant el nostre mètode validat prèviament.Suposant que els EWNS a bord tenen el mateix volum, el diàmetre equivalent es pot calcular mitjançant l'equació (2):
A partir del nostre mètode desenvolupat anteriorment, es va utilitzar una trampa de spin de ressonància d'electrons (ESR) per detectar la presència d'intermedis radicals de curta durada a EWNS.Els aerosols es van fer bombolles a través d'un sparger Midget de 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) que contenia una solució de 235 mM de DEPMPO (5-(dietoxifosforil)-5-metil-1-pirrolina-N-òxid) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Totes les mesures ESR es van realitzar mitjançant un espectròmetre Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, EUA) i una cèl·lula de panell pla.Es va utilitzar el programari Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, EUA) per recollir i analitzar les dades.La determinació de les característiques del ROS es va dur a terme només per a un conjunt de condicions de funcionament [-6,5 kV, 4,0 cm].Les concentracions d'EWNS es van mesurar mitjançant l'SMPS després de tenir en compte les pèrdues d'EWNS a l'impactador.
Els nivells d'ozó es van controlar mitjançant un monitor d'ozó 205 Dual Beam™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Per a totes les propietats EWNS, el valor mitjà s'utilitza com a valor de mesura i la desviació estàndard s'utilitza com a error de mesura.Es van realitzar proves T per comparar els valors dels atributs EWNS optimitzats amb els valors corresponents de l'EWNS base.
La figura 2c mostra un sistema d'estirament de precipitació electrostàtica (EPES) desenvolupat i caracteritzat prèviament que es pot utilitzar per al lliurament dirigit d'EWNS a la superfície.EPES utilitza càrregues EVNS que es poden "guiar" directament a la superfície de l'objectiu sota la influència d'un fort camp elèctric.Els detalls del sistema EPES es presenten en una publicació recent de Pyrgiotakis et al.11 .Així, EPES consta d'una cambra de PVC impresa en 3D amb extrems cònics i conté dues plaques metàl·liques paral·leles d'acer inoxidable (acer inoxidable 304, recobert de mirall) al centre, separades de 15,24 cm.Les plaques estaven connectades a una font d'alta tensió externa (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), la placa inferior sempre estava connectada a tensió positiva i la placa superior sempre estava connectada a terra (terra flotant).Les parets de la cambra estan cobertes amb paper d'alumini, que està connectat a terra elèctricament per evitar la pèrdua de partícules.La cambra té una porta de càrrega frontal segellada que permet col·locar superfícies de prova sobre suports de plàstic que les eleven per sobre de la placa metàl·lica inferior per evitar interferències d'alta tensió.
L'eficiència de deposició d'EWNS a EPES es va calcular segons un protocol desenvolupat prèviament que es detalla a la figura suplementària S111.
Com a cambra de control, es va connectar en sèrie una segona cambra de flux cilíndrica al sistema EPES, en el qual es va utilitzar un filtre HEPA intermedi per eliminar EWNS.Com es mostra a la figura 2c, l'aerosol EWNS es va bombejar a través de dues cambres integrades.El filtre entre la sala de control i l'EPES elimina qualsevol EWNS restant, donant lloc a la mateixa temperatura (T), humitat relativa (RH) i nivells d'ozó.
S'ha trobat que importants microorganismes transmesos per aliments contaminen aliments frescos com E. coli (ATCC # 27325), indicador fecal, Salmonella enterica (ATCC # 53647), patògen transmès per aliments, Listeria inofensiu (ATCC # 33090), substitut per a patògens Listeria monocytogenes, derivat de Cerevisia (ATCC 9CC) 48090) un substitut del llevat de deteriorament i un bacteri inactivat més resistent, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Compreu caixes aleatòries de tomàquets de raïm ecològics al vostre mercat local i refrigereu-les a 4 °C fins al seu ús (fins a 3 dies).Els tomàquets experimentals eren tots de la mateixa mida, aproximadament 1/2 polzada de diàmetre.
Els protocols de cultiu, inoculació, exposició i recompte de colònies es detallen a la nostra publicació anterior i es detallen a les dades suplementàries.L'eficàcia d'EWNS es va avaluar exposant tomàquets inoculats a 40.000 #/cm3 durant 45 minuts.Breument, es van utilitzar tres tomàquets per avaluar els microorganismes supervivents en el temps t = 0 min.Es van col·locar tres tomàquets a EPES i es van exposar a EWNS a 40.000 #/cc (tomàquets exposats a EWNS) i els tres restants es van col·locar a la cambra de control (tomàquets de control).No es va dur a terme un processament addicional de tomàquets en ambdós grups.Els tomàquets exposats a EWNS i els tomàquets de control es van eliminar després de 45 minuts per avaluar l'efecte de l'EWNS.
Cada experiment es va realitzar per triplicat.L'anàlisi de dades es va realitzar segons el protocol descrit a les dades complementàries.
Els mecanismes d'inactivació es van avaluar mitjançant la sedimentació de mostres EWNS exposades (45 min a 40.000 #/cm3 de concentració d'aerosols EWNS) i mostres no irradiades de bacteris inofensius E. coli, Salmonella enterica i Lactobacillus.Les partícules es van fixar en glutaraldehid al 2,5%, paraformaldehid a l'1,25% i àcid pícric al 0,03% en tampó de cacodilat de sodi 0,1 M (pH 7,4) durant 2 hores a temperatura ambient.Després del rentat, postfix amb tetròxid d'osmi a l'1% (OsO4) / ferrocianur de potassi a l'1,5% (KFeCN6) durant 2 hores, rentar 3 vegades amb aigua i incubar en acetat d'uranil a l'1% durant 1 hora, després rentar dues vegades amb aigua, després deshidratar durant 10 minuts amb alcohol al 50%,0%, 0%, 90%.A continuació, les mostres es van col·locar en òxid de propilè durant 1 hora i es van impregnar amb una barreja 1:1 d'òxid de propilè i TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Les mostres es van incrustar a TAAB Epon i es van polimeritzar a 60 ° C durant 48 hores.La resina granular curada es va tallar i visualitzar mitjançant TEM mitjançant un microscopi electrònic de transmissió convencional JEOL 1200EX (JEOL, Tòquio, Japó) equipat amb una càmera CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, EUA).
Tots els experiments es van realitzar per triplicat.Per a cada punt de temps, els rentats bacterians es van sembrar per triplicat, donant lloc a un total de nou punts de dades per punt, la mitjana dels quals es va utilitzar com a concentració bacteriana per a aquest microorganisme en particular.La desviació estàndard es va utilitzar com a error de mesura.Tots els punts compten.
El logaritme de la disminució de la concentració de bacteris en comparació amb t = 0 min es va calcular mitjançant la fórmula següent:
on C0 és la concentració de bacteris a la mostra de control en el temps 0 (és a dir, després que la superfície s'hagi assecat però abans de ser col·locada a la cambra) i Cn és la concentració de bacteris a la superfície després de n minuts d'exposició.
Per tenir en compte la degradació natural dels bacteris durant l'exposició de 45 minuts, la reducció del registre en comparació amb el control després de 45 minuts també es va calcular de la següent manera:
on Cn és la concentració de bacteris a la mostra de control en el temps n i Cn-Control és la concentració de bacteris de control en el temps n.Les dades es presenten com una reducció de registre en comparació amb el control (sense exposició a EWNS).
Durant l'estudi, es van avaluar diverses combinacions de tensió i distància entre l'agulla i el contraelèctrode en termes de formació del con de Taylor, estabilitat del con de Taylor, estabilitat de producció d'EWNS i reproductibilitat.A la taula complementària S1 es mostren diverses combinacions.Es van seleccionar dos casos que mostraven propietats estables i reproduïbles (con Taylor, generació d'EWNS i estabilitat al llarg del temps) per a un estudi exhaustiu.A la fig.La figura 3 mostra els resultats de la càrrega, la mida i el contingut de ROS en ambdós casos.Els resultats també es mostren a la taula 1. Com a referència, tant la figura 3 com la taula 1 inclouen les propietats de l'EWNS8, 9, 10, 11 no optimitzat prèviament sintetitzat (EWNS de referència).Els càlculs de significació estadística que utilitzen una prova t de dues cues es tornen a publicar a la taula complementària S2.A més, les dades addicionals inclouen estudis sobre l'efecte del diàmetre del forat de mostreig del contraelèctrode (D) i la distància entre l'elèctrode de terra i la punta (L) (figures suplementàries S2 i S3).
(ac) Distribució de mida mesurada per AFM.(df) Característica de càrrega superficial.(g) Caracterització de ROS de l'EPR.
També és important tenir en compte que per a totes les condicions anteriors, el corrent d'ionització mesurat era d'entre 2 i 6 μA i la tensió entre -3,8 i -6,5 kV, donant lloc a un consum d'energia inferior a 50 mW per a aquest mòdul de contacte de generació EWNS únic.Tot i que l'EWNS es va sintetitzar a alta pressió, els nivells d'ozó eren molt baixos, no superant mai els 60 ppb.
La figura complementària S4 mostra els camps elèctrics simulats per als escenaris [-6,5 kV, 4,0 cm] i [-3,8 kV, 0,5 cm], respectivament.Per als escenaris [-6,5 kV, 4,0 cm] i [-3,8 kV, 0,5 cm], els càlculs de camp són 2 × 105 V/m i 4,7 × 105 V/m, respectivament.Això s'espera, ja que en el segon cas la relació voltatge-distància és molt superior.
A la fig.3a, b mostra el diàmetre EWNS mesurat amb l'AFM8.Els diàmetres EWNS mitjans calculats eren de 27 nm i 19 nm per als esquemes [-6,5 kV, 4,0 cm] i [-3,8 kV, 0,5 cm], respectivament.Per als escenaris [-6,5 kV, 4,0 cm] i [-3,8 kV, 0,5 cm], les desviacions estàndard geomètriques de les distribucions són 1,41 i 1,45, respectivament, indicant una distribució de mida estreta.Tant la mida mitjana com la desviació estàndard geomètrica estan molt a prop de la línia de base EWNS, a 25 nm i 1,41, respectivament.A la fig.La figura 3c mostra la distribució de mida de l'EWNS base mesurada amb el mateix mètode en les mateixes condicions.
A la fig.3d,e mostra els resultats de la caracterització de càrrega.Les dades són mesures mitjanes de 30 mesures simultànies de concentració (#/cm3) i de corrent (I).L'anàlisi mostra que la càrrega mitjana a l'EWNS és de 22 ± 6 e- i 44 ± 6 e- per a [-6,5 kV, 4,0 cm] i [-3,8 kV, 0,5 cm], respectivament.Tenen càrregues superficials significativament més altes en comparació amb l'EWNS de referència (10 ± 2 e-), dues vegades més grans que l'escenari [-6,5 kV, 4,0 cm] i quatre vegades més grans que [-3,8 kV, 0,5 cm].La figura 3f mostra la càrrega.dades de Baseline-EWNS.
A partir dels mapes de concentració del nombre EWNS (figures suplementàries S5 i S6), es pot veure que l'escenari [-6,5 kV, 4,0 cm] té significativament més partícules que l'escenari [-3,8 kV, 0,5 cm].També val la pena assenyalar que la concentració del nombre EWNS es va controlar fins a 4 hores (figures suplementàries S5 i S6), on l'estabilitat de la generació d'EWNS va mostrar els mateixos nivells de concentració del nombre de partícules en ambdós casos.
A la fig.La figura 3g mostra l'espectre EPR després de la resta del control EWNS optimitzat (fons) a [-6,5 kV, 4,0 cm].Els espectres ROS també es van comparar amb l'escenari Baseline-EWNS en un treball publicat anteriorment.Es va calcular que el nombre d'EWNS que reaccionen amb trampes de rotació era de 7,5 × 104 EWNS/s, que és similar al Baseline-EWNS8 publicat anteriorment.Els espectres d'EPR van mostrar clarament la presència de dos tipus de ROS, essent O2- l'espècie predominant i OH• menys abundant.A més, una comparació directa de les intensitats màximes va mostrar que l'EWNS optimitzat tenia un contingut de ROS significativament més elevat en comparació amb l'EWNS de referència.
A la fig.La figura 4 mostra l'eficiència de deposició d'EWNS a EPES.Les dades també es resumeixen a la taula I i es comparen amb les dades originals d'EWNS.En ambdós casos d'EUNS, la deposició és propera al 100% fins i tot a una baixa tensió de 3,0 kV.Normalment, 3,0 kV són suficients per a una deposició del 100%, independentment del canvi de càrrega superficial.En les mateixes condicions, l'eficiència de deposició de Baseline-EWNS era només del 56% a causa de la seva càrrega més baixa (de mitjana 10 electrons per EWNS).
A la fig.5 i a la taula.2 resumeix el valor d'inactivació dels microorganismes inoculats a la superfície dels tomàquets després de l'exposició a uns 40.000 #/cm3 EWNS durant 45 minuts en el mode òptim [-6,5 kV, 4,0 cm].E. coli i Lactobacillus innocuous inoculats van mostrar una reducció significativa de 3,8 registres durant l'exposició de 45 minuts.En les mateixes condicions, S. enterica va tenir una disminució de 2,2 log, mentre que S. cerevisiae i M. parafortutum van tenir una disminució d'1,0 log.
Les micrografies d'electrons (figura 6) mostren els canvis físics induïts per EWNS en cèl·lules inofensives d'Escherichia coli, Streptococcus i Lactobacillus que condueixen a la seva inactivació.Els bacteris de control tenien membranes cel·lulars intactes, mentre que els bacteris exposats havien danyat les membranes exteriors.
La imatge microscòpica electrònica dels bacteris de control i exposats va revelar danys a la membrana.
Les dades sobre les propietats fisicoquímiques de l'EWNS optimitzat mostren col·lectivament que les propietats (càrrega superficial i contingut de ROS) de l'EWNS es van millorar significativament en comparació amb les dades de referència d'EWNS publicades anteriorment8,9,10,11.D'altra banda, la seva mida es va mantenir en el rang nanòmetre, molt similar als resultats reportats anteriorment, cosa que els va permetre romandre a l'aire durant llargs períodes de temps.La polidispersitat observada es pot explicar pels canvis de càrrega superficial que determinen la mida de l'EWNS, l'aleatorietat de l'efecte Rayleigh i la possible coalescència.Tanmateix, tal com detallen Nielsen et al.22, la càrrega superficial elevada redueix l'evaporació augmentant eficaçment l'energia/tensió superficial de la gota d'aigua.En la nostra publicació anterior8, aquesta teoria es va confirmar experimentalment per a microgotes 22 i EWNS.La pèrdua de càrrega durant les hores extres també pot afectar la mida i contribuir a la distribució de la mida observada.