Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Ang bersyon sa browser nga imong gigamit adunay limitado nga suporta sa CSS.Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka bag-ong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Sa kasamtangan, aron masiguro ang padayon nga suporta, among ihatag ang site nga walay mga estilo ug JavaScript.
Usa ka carousel nga nagpakita sa tulo ka mga slide sa samang higayon.Gamita ang Kaniadto ug Sunod nga mga buton sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon, o gamita ang mga buton sa slider sa katapusan aron sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.
Bag-ohay lang, usa ka chemical-free antimicrobial platform base sa nanotechnology gamit ang artificial water nanostructures (EWNS) naugmad.Ang EWNS adunay taas nga bayad sa nawong ug puno sa reactive oxygen species (ROS) nga mahimong makig-uban ug dili aktibo sa daghang mga mikroorganismo, lakip ang mga pathogen nga dala sa pagkaon.Dinhi gipakita nga ang ilang mga kabtangan sa panahon sa synthesis mahimo nga maayo nga pag-ayo ug ma-optimize aron mapauswag pa ang ilang potensyal nga antibacterial.Ang plataporma sa laboratoryo sa EWNS gidisenyo aron mamaayo ang mga kabtangan sa EWNS pinaagi sa pagbag-o sa mga parameter sa synthesis.Paghulagway sa mga kabtangan sa EWNS (bayad, gidak-on ug sulod sa ROS) gamit ang modernong mga pamaagi sa pagtuki.Dugang pa, gi-evaluate sila sa ilang microbial inactivation potential batok sa foodborne microorganisms sama sa Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum ug Saccharomyces cerevisiae.Ang mga resulta nga gipresentar dinhi nagpakita nga ang mga kabtangan sa EWNS mahimong maayo nga pag-ayo sa panahon sa synthesis, nga moresulta sa usa ka exponential nga pagtaas sa inactivation efficiency.Sa partikular, ang singil sa nawong mitaas sa usa ka hinungdan nga upat ug ang mga reaktibo nga espisye sa oxygen misaka.Ang microbial removal rate kay microbially dependent ug gikan sa 1.0 ngadto sa 3.8 log human sa 45 minutos nga exposure sa aerosol dose nga 40,000 #/cc EWNS.
Ang kontaminasyon sa mikrobyo mao ang nag-unang hinungdan sa sakit nga dala sa pagkaon tungod sa pagtunaw sa mga pathogen o sa ilang mga hilo.Sa Estados Unidos lamang, ang sakit nga dala sa pagkaon nagpahinabog mga 76 ka milyon nga mga sakit, 325,000 ka naospital, ug 5,000 ka kamatayon kada tuig1.Dugang pa, ang Departamento sa Agrikultura sa Estados Unidos (USDA) nagbanabana nga ang pagtaas sa pagkonsumo sa presko nga produkto mao ang responsable sa 48% sa tanan nga gitaho nga mga sakit nga dala sa pagkaon sa Estados Unidos2.Ang gasto sa sakit ug kamatayon tungod sa foodborne pathogens sa Estados Unidos taas kaayo, gibanabana sa Centers for Disease Control and Prevention (CDC) nga kapin sa US$15.6 bilyon kada tuig3.
Sa pagkakaron, ang kemikal4, radiation5 ug thermal6 nga mga antimicrobial nga interbensyon aron maseguro ang kaluwasan sa pagkaon kasagarang gihimo sa limitado nga kritikal nga kontrol nga mga punto (CCPs) subay sa kadena sa produksiyon (kasagaran human sa pag-ani ug/o sa panahon sa pagputos) kay sa padayon.sa ingon, sila prone sa cross-kontaminasyon.7. Ang mas maayo nga pagkontrol sa sakit nga dala sa pagkaon ug pagkadaot sa pagkaon nanginahanglan ug antimicrobial nga interbensyon nga posibleng magamit sa tibuok farm-to-table continuum samtang gipakunhod ang epekto ug gasto sa kinaiyahan.
Bag-ohay lang, usa ka chemical-free, nanotechnology-based antimicrobial platform ang naugmad nga maka-inactivate sa surface ug airborne bacteria gamit ang artificial water nanostructures (EWNS).Ang EWNS gi-synthesize gamit ang duha ka parallel nga proseso, electrospray ug water ionization (Fig. 1a).Gipakita sa nangaging mga pagtuon nga ang EWNS adunay usa ka talagsaon nga hugpong sa pisikal ug biolohikal nga mga kabtangan8,9,10.Ang EWNS adunay aberids nga 10 ka electron kada estraktura ug kasagarang nanoscale nga gidak-on nga 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10.Dugang pa, ang electron spin resonance (ESR) nagpakita nga ang EWNS adunay daghan nga reactive oxygen species (ROS), kasagaran hydroxyl (OH•) ug superoxide (O2-) radicals (Fig. 1c)8.Ang EVNS anaa sa hangin sa dugay nga panahon ug mahimong makabangga sa mga mikroorganismo nga gisuspinde sa hangin ug anaa sa ibabaw, nga naghatud sa ilang ROS payload ug hinungdan sa dili aktibo nga mga microorganism (Fig. 1d).Kining unang mga pagtuon nagpakita usab nga ang EWNS maka-interact ug maka-inactivate sa nagkalain-laing gram-negative ug gram-positive bacteria, lakip ang mycobacteria, sa ibabaw ug sa hangin.Transmission electron microscopy nagpakita nga ang inactivation tungod sa pagkaguba sa cell lamad.Dugang pa, ang mga pagtuon sa acute inhalation nagpakita nga ang taas nga dosis sa EWNS dili makapahinabog kadaot sa baga o panghubag 8.
(a) Ang electrospray mahitabo kung ang usa ka taas nga boltahe gipadapat tali sa usa ka capillary tube nga adunay sulud nga likido ug usa ka counter electrode.(b) Ang paggamit sa taas nga presyur moresulta sa duha ka lain-laing mga panghitabo: (i) electrospraying sa tubig ug (ii) pagporma sa reaktibo oxygen species (ions) natanggong sa EWNS.(c) Ang talagsaon nga istruktura sa EWNS.(d) Tungod sa ilang nanoscale nga kinaiyahan, ang EWNS labi ka mobile ug mahimong makig-uban sa mga pathogen sa hangin.
Ang katakus sa EWNS antimicrobial nga plataporma nga dili aktibo ang mga mikroorganismo nga dala sa pagkaon sa nawong sa presko nga pagkaon bag-o lang usab gipakita.Gipakita usab nga ang bayad sa ibabaw sa EWNS inubanan sa usa ka electric field mahimong magamit aron makab-ot ang gipunting nga paghatud.Dugang pa, ang pasiuna nga mga resulta alang sa mga organikong kamatis pagkahuman sa 90 minuto nga pagkaladlad sa usa ka EWNS nga mga 50,000 #/cm3 makapadasig, nga adunay lainlaing mga mikroorganismo nga dala sa pagkaon sama sa E. coli ug Listeria 11 naobserbahan.Dugang pa, ang pasiuna nga mga pagsulay sa organoleptic wala magpakita nga mga epekto sa sensory kumpara sa pagkontrol sa mga kamatis.Bisan kung kini nga mga inisyal nga resulta sa dili aktibo makapadasig alang sa mga aplikasyon sa kaluwasan sa pagkaon bisan sa ubos kaayo nga dosis sa EWNS nga 50,000#/cc.tan-awa, kini mao ang tin-aw nga ang usa ka mas taas nga inactivation potensyal mahimong mas mapuslanon sa dugang pa sa pagpakunhod sa risgo sa impeksyon ug pagkadaut.
Dinhi, among ipunting ang among panukiduki sa pagpauswag sa usa ka platform sa henerasyon sa EWNS aron mahimo ang maayo nga pag-tune sa mga parameter sa synthesis ug pag-optimize sa mga physicochemical nga kabtangan sa EWNS aron mapauswag ang ilang potensyal nga antibacterial.Sa partikular, ang pag-optimize nagpunting sa pagdugang sa ilang bayad sa ibabaw (aron mapauswag ang gipunting nga paghatud) ug sulud sa ROS (aron mapauswag ang pagkaayo sa dili aktibo).Ihulagway ang optimized physico-chemical properties (gidak-on, bayad ug ROS content) gamit ang modernong analytical nga mga pamaagi ug gamita ang komon nga mga microorganism sa pagkaon sama sa E. .
Ang EVNS gi-synthesize pinaagi sa dungan nga electrospraying ug ionization sa taas nga purity nga tubig (18 MΩ cm-1).Ang electric nebulizer 12 kasagarang gigamit alang sa atomization sa mga likido ug ang synthesis sa polymer ug ceramic nga mga partikulo 13 ug mga lanot 14 nga kontrolado nga gidak-on.
Ingon sa detalyado sa miaging mga publikasyon 8, 9, 10, 11, sa usa ka tipikal nga eksperimento, usa ka taas nga boltahe ang gipadapat tali sa usa ka metal nga capillary ug usa ka grounded counter electrode.Atol niini nga proseso, duha ka lain-laing mga panghitabo mahitabo: i) electrospray ug ii) tubig ionization.Ang usa ka lig-on nga electric field tali sa duha ka electrodes hinungdan sa negatibo nga mga singil sa pagtukod sa ibabaw sa nawong sa condensed tubig, nga miresulta sa pagporma sa Taylor cones.Ingon usa ka sangputanan, naporma ang mga tinulo sa tubig nga adunay daghang bayad, nga nagpadayon sa pagbungkag sa gagmay nga mga partikulo, sama sa teorya sa Rayleigh16.Sa samang higayon, ang kusog nga mga natad sa elektrisidad hinungdan sa pipila ka mga molekula sa tubig sa pagpikas ug pagtangtang sa mga electron (ionize), nga mosangpot sa pagporma sa usa ka dako nga gidaghanon sa reactive oxygen species (ROS)17.Ang dungan nga namugna nga ROS18 gi-encapsulated sa EWNS (Fig. 1c).
Sa fig.Ang 2a nagpakita sa EWNS generation system nga naugmad ug gigamit sa EWNS synthesis niini nga pagtuon.Ang putli nga tubig nga gitipigan sa usa ka sirado nga botelya gipakaon pinaagi sa usa ka Teflon tube (2 mm inner diameter) ngadto sa usa ka 30G stainless steel needle (metal capillary).Ang agos sa tubig kontrolado sa presyur sa hangin sulod sa botelya, sama sa gipakita sa Figure 2b.Ang dagom gi-mount sa usa ka Teflon console ug mahimong mano-mano nga ipasibo sa usa ka gilay-on gikan sa counter electrode.Ang counter electrode usa ka pinasinaw nga aluminum disk nga adunay lungag sa tunga para sa sampling.Ubos sa counter electrode mao ang aluminum sampling funnel, nga konektado sa uban nga experimental setup pinaagi sa sampling port (Fig. 2b).Aron malikayan ang pagtaas sa singil nga mahimong makabalda sa operasyon sa sampler, ang tanan nga sangkap sa sampler adunay elektrikal nga yuta.
(a) Engineered Water Nanostructure Generation System (EWNS).(b) Cross-section sa sampler ug electrospray, nga nagpakita sa labing importante nga mga parameter.(c) Eksperimento nga pag-setup alang sa dili aktibo nga bakterya.
Ang sistema sa henerasyon sa EWNS nga gihulagway sa ibabaw makahimo sa pagbag-o sa yawe nga mga parameter sa operasyon aron mapadali ang maayong pag-tune sa mga kabtangan sa EWNS.I-adjust ang gipadapat nga boltahe (V), ang gilay-on tali sa dagom ug sa counter electrode (L), ug ang agos sa tubig (φ) agi sa capillary aron mamaayo ang mga kinaiya sa EWNS.Simbolo nga gigamit sa pagrepresentar sa lain-laing mga kombinasyon: [V (kV), L (cm)].I-adjust ang agos sa tubig aron makakuha og stable nga Taylor cone sa usa ka set [V, L].Alang sa katuyoan niini nga pagtuon, ang aperture diameter sa counter electrode (D) gitipigan sa 0.5 ka pulgada (1.29 cm).
Tungod sa limitado nga geometry ug asymmetry, ang kusog sa electric field dili makalkulo gikan sa unang mga prinsipyo.Hinoon, ang QuickField™ software (Svendborg, Denmark)19 gigamit sa pagkalkulo sa electric field.Ang electric field dili uniporme, mao nga ang bili sa electric field sa tumoy sa capillary gigamit isip usa ka reference value alang sa nagkalain-laing mga configuration.
Atol sa pagtuon, daghang mga kombinasyon sa boltahe ug gilay-on tali sa dagom ug sa counter electrode ang gisusi sa termino sa Taylor cone formation, Taylor cone stability, EWNS production stability, ug reproducibility.Ang lainlaing mga kombinasyon gipakita sa Supplementary Table S1.
Ang output sa sistema sa henerasyon sa EWNS direktang konektado sa usa ka Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) para sa pagsukod sa konsentrasyon sa numero sa partikulo, ingon man sa usa ka Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) alang sa aerosol nga mga sulog gisukod sama sa gihulagway sa among miaging publikasyon.Parehong ang SMPS ug ang aerosol electrometer na-sample sa usa ka flow rate nga 0.5 L/min (total sample flow 1 L/min).Ang gidaghanon sa konsentrasyon sa mga partikulo ug ang aerosol nga dagan gisukod sulod sa 120 segundos.Ang pagsukod gisubli 30 ka beses.Base sa kasamtangan nga mga sukod, ang kinatibuk-ang singil sa aerosol gikalkulo ug ang kasagaran nga bayad sa EWNS gibanabana alang sa gihatag nga kinatibuk-ang gidaghanon sa pinili nga mga partikulo sa EWNS.Ang kasagaran nga gasto sa EWNS mahimong kalkulado gamit ang Equation (1):
diin ang IEl mao ang gisukod nga kasamtangan, ang NSMPS mao ang digital nga konsentrasyon nga gisukod sa SMPS, ug ang φEl mao ang flow rate kada electrometer.
Tungod kay ang relatibong humidity (RH) makaapektar sa surface charge, ang temperatura ug (RH) gipabilin nga makanunayon sa panahon sa eksperimento sa 21°C ug 45%, matag usa.
Atomic force microscopy (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) ug AC260T probe (Olympus, Tokyo, Japan) gigamit sa pagsukod sa gidak-on ug kinabuhi sa EWNS.Ang frequency sa pag-scan sa AFM mao ang 1 Hz, ang lugar sa pag-scan mao ang 5 μm × 5 μm, ug 256 nga mga linya sa pag-scan.Ang tanan nga mga imahe gipailalom sa 1st order image alignment gamit ang Asylum software (mask range 100 nm, threshold 100 pm).
Gikuha ang test funnel ug ang mica surface gibutang sa gilay-on nga 2.0 cm gikan sa counter electrode alang sa aberids nga oras nga 120 s aron malikayan ang particle agglomeration ug pagporma sa dili regular nga mga droplet sa ibabaw sa mika.Ang EWNS gi-spray direkta sa ibabaw sa bag-ong giputol nga mika (Ted Pella, Redding, CA).Ang hulagway sa nawong sa mika diha-diha dayon human sa pag-sputter sa AFM.Ang anggulo sa pagkontak sa nawong sa bag-ong giputol nga wala gibag-o nga mika duol sa 0 °, mao nga ang EVNS giapod-apod sa ibabaw sa mica sa porma sa usa ka simboryo.Ang diyametro (a) ug gitas-on (h) sa nagkatag nga mga tinulo gisukod direkta gikan sa topograpiya sa AFM ug gigamit aron makalkulo ang EWNS domed diffusion volume gamit ang among na-validate nga pamaagi.Sa pag-ingon nga ang onboard nga EWNS adunay parehas nga gidaghanon, ang katumbas nga diyametro mahimong kalkulado gamit ang Equation (2):
Base sa among naugmad nga pamaagi kaniadto, gigamit ang usa ka electron spin resonance (ESR) spin trap aron mahibal-an ang presensya sa mga short-lived radical intermediate sa EWNS.Ang mga aerosol gibula pinaagi sa usa ka 650 μm Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) nga adunay sulud nga 235 mM nga solusyon sa DEPMPO (5- (diethoxyphosphoryl) -5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Ang tanan nga pagsukod sa ESR gihimo gamit ang Bruker EMX spectrometer (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ug usa ka flat panel cell.Ang Acquisit software (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) gigamit sa pagkolekta ug pag-analisar sa datos.Ang pagtino sa mga kinaiya sa ROS gihimo lamang alang sa usa ka hugpong sa mga kondisyon sa pag-operate [-6.5 kV, 4.0 cm].Ang mga konsentrasyon sa EWNS gisukod gamit ang SMPS pagkahuman sa pag-asoy sa mga pagkawala sa EWNS sa impactor.
Ang lebel sa ozone gimonitor gamit ang 205 Dual Beam Ozone Monitor ™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Alang sa tanang kabtangan sa EWNS, ang mean value kay gigamit isip measurement value, ug ang standard deviation gigamit isip measurement error.Gihimo ang mga T-test aron itandi ang mga kantidad sa na-optimize nga mga hiyas sa EWNS sa katugbang nga mga kantidad sa base EWNS.
Ang Figure 2c nagpakita sa usa ka kaniadto naugmad ug gihulagway nga electrostatic precipitation (EPES) "pagbira" nga sistema nga mahimong gamiton alang sa gipunting nga paghatod sa EWNS sa ibabaw.Gigamit sa EPES ang mga bayad sa EVNS nga mahimong "gigiyahan" direkta sa ibabaw sa target ubos sa impluwensya sa kusog nga natad sa kuryente.Ang mga detalye sa sistema sa EPES gipresentar sa bag-o nga publikasyon ni Pyrgiotakis et al.11 .Busa, ang EPES naglangkob sa usa ka 3D nga giimprinta nga PVC chamber nga adunay tapered nga mga tumoy ug adunay duha ka parallel nga stainless steel (304 stainless steel, mirror coated) nga metal plate sa tunga nga 15.24 cm ang gilay-on.Ang mga tabla konektado sa usa ka eksternal nga taas nga boltahe nga tinubdan (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), ang ubos nga plato kanunay nga konektado sa positibo nga boltahe, ug ang ibabaw nga plato kanunay nga konektado sa yuta (naglutaw nga yuta).Ang mga bungbong sa chamber gitabonan sa aluminum foil, nga adunay electrical grounded aron malikayan ang pagkawala sa partikulo.Ang lawak adunay usa ka silyado nga pultahan sa atubangan nga nagkarga nga nagtugot sa mga sulud sa pagsulay nga ibutang sa mga plastik nga baroganan nga nagpataas niini sa ibabaw sa ilawom nga metal plate aron malikayan ang taas nga boltahe nga interference.
Ang deposition efficiency sa EWNS sa EPES gikalkulo sumala sa naunang naugmad nga protocol nga detalyado sa Supplementary Figure S111.
Isip control chamber, ang ikaduhang cylindrical flow chamber gisumpay sunod-sunod sa EPES system, diin gigamit ang intermediate HEPA filter sa pagtangtang sa EWNS.Sama sa gipakita sa Figure 2c, ang EWNS aerosol gibomba sa duha ka built-in nga mga lawak.Ang filter tali sa control room ug EPES magtangtang sa bisan unsang nahabilin nga EWNS nga moresulta sa parehas nga temperatura (T), relative humidity (RH) ug lebel sa ozone.
Ang importante nga foodborne microorganisms nakit-an nga makakontaminar sa presko nga mga pagkaon sama sa E. coli (ATCC #27325), fecal indicator, Salmonella enterica (ATCC #53647), foodborne pathogen, Listeria harmless (ATCC #33090), surrogate for pathogenic Listeria monocytogenes, gikan sa ATCC (Manarevisite 8 substitutes, Manarevisimy 8, acct. spoilage yeast, ug mas resistant nga inactivated bacterium, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Pagpalit ug random nga mga kahon sa organic grape tomatoes gikan sa imong lokal nga merkado ug pabugnawa sa 4°C hangtod magamit (hangtod sa 3 ka adlaw).Ang mga eksperimento nga kamatis parehas ang gidak-on, mga 1/2 pulgada ang diyametro.
Ang kultura, inoculation, exposure, ug colony count protocols detalyado sa among miaging publikasyon ug detalyado sa Supplementary Data.Ang pagka-epektibo sa EWNS gisusi pinaagi sa pag-expose sa inoculated tomatoes ngadto sa 40,000 #/cm3 sulod sa 45 minutos.Sa laktod, tulo ka kamatis ang gigamit sa pagtimbang-timbang sa buhi nga mga mikroorganismo sa oras nga t = 0 min.Tulo ka kamatis ang gibutang sa EPES ug na-expose sa EWNS sa 40,000 #/cc (EWNS exposed tomatoes) ug ang nahibiling tulo gibutang sa control chamber (control tomatoes).Ang dugang nga pagproseso sa mga kamatis sa duha ka grupo wala gihimo.Ang EWNS-exposed nga kamatis ug control tomatoes gikuha human sa 45 minutos aron masusi ang epekto sa EWNS.
Ang matag eksperimento gihimo sa triplicate.Ang pag-analisar sa datos gihimo sumala sa protocol nga gihulagway sa Supplementary Data.
Ang mga mekanismo sa inactivation gi-assess pinaagi sa sedimentation sa gibutyag nga EWNS samples (45 min sa 40,000 #/cm3 EWNS aerosol concentration) ug non-irradiated samples sa dili makadaot nga bacteria E. coli, Salmonella enterica ug Lactobacillus.Ang mga partikulo gitakda sa 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde ug 0.03% picric acid sa 0.1 M sodium cacodylate buffer (pH 7.4) sulod sa 2 ka oras sa temperatura sa lawak.Human sa paghugas, post-fix sa 1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) sulod sa 2 ka oras, hugasi ang 3 ka beses sa tubig ug i-incubate sa 1% uranyl acetate sulod sa 1 ka oras, dayon hugasi kaduha sa tubig, unya dehydrate sa 10 minutos sa 50%, 10%, 90% alkohol.Ang mga sampol gibutang dayon sa propylene oxide sulod sa 1 ka oras ug gi-impregnated sa usa ka 1: 1 nga sinagol nga propylene oxide ug TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Ang mga sample gisulod sa TAAB Epon ug polymerized sa 60°C sulod sa 48 ka oras.Ang naayo nga granular resin giputol ug gihulagway sa TEM gamit ang conventional transmission electron microscope JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japan) nga adunay AMT 2k CCD camera (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
Ang tanan nga mga eksperimento gihimo sa triplicate.Alang sa matag punto sa oras, ang mga paghugas sa bakterya gisabod sa triplicate, nga miresulta sa kinatibuk-an nga siyam ka mga punto sa datos matag punto, ang kasagaran niini gigamit ingon nga konsentrasyon sa bakterya alang sa partikular nga microorganism.Ang standard deviation gigamit isip error sa pagsukod.Giihap ang tanang puntos.
Ang logarithm sa pagkunhod sa konsentrasyon sa bakterya kumpara sa t = 0 min gikalkulo gamit ang mosunod nga pormula:
diin ang C0 mao ang konsentrasyon sa bakterya sa kontrol nga sample sa oras nga 0 (ie human mamala ang nawong apan sa wala pa ibutang sa lawak) ug ang Cn mao ang konsentrasyon sa bakterya sa ibabaw human sa n minutos nga pagkaladlad.
Aron maasoy ang natural nga pagkadaot sa bakterya sa panahon sa 45-minuto nga pagkaladlad, ang pagkunhod sa log kumpara sa kontrol pagkahuman sa 45 minuto gikalkula usab ingon sa mosunod:
diin ang Cn mao ang konsentrasyon sa bakterya sa control sample sa oras n ug ang Cn-Control mao ang konsentrasyon sa control bacteria sa oras n.Ang datos gipresentar isip usa ka pagkunhod sa log kumpara sa kontrol (walay pagkaladlad sa EWNS).
Atol sa pagtuon, daghang mga kombinasyon sa boltahe ug gilay-on tali sa dagom ug sa counter electrode ang gisusi sa termino sa Taylor cone formation, Taylor cone stability, EWNS production stability, ug reproducibility.Ang lainlaing mga kombinasyon gipakita sa Supplementary Table S1.Duha ka mga kaso nga nagpakita sa stable ug reproducible nga mga kabtangan (Taylor cone, EWNS nga henerasyon, ug kalig-on sa paglabay sa panahon) gipili alang sa komprehensibo nga pagtuon.Sa fig.Ang Figure 3 nagpakita sa mga resulta alang sa bayad, gidak-on, ug sulod sa ROS sa duha ka kaso.Gipakita usab ang mga resulta sa Table 1. Alang sa pakisayran, ang Figure 3 ug Table 1 naglakip sa mga kabtangan sa kaniadto nga synthesized non-optimized EWNS8, 9, 10, 11 (baseline-EWNS).Ang mga kalkulasyon sa kahulogan sa istatistika gamit ang duha ka ikog nga t-test gipatik pag-usab sa Supplementary Table S2.Dugang pa, ang dugang nga datos naglakip sa mga pagtuon sa epekto sa counter electrode sampling hole diameter (D) ug distansya tali sa ground electrode ug tip (L) (Supplementary Figures S2 ug S3).
(ac) Pag-apod-apod sa gidak-on nga gisukod sa AFM.(df) Kinaiyahan sa pagkarga sa nawong.(g) ROS nga kinaiya sa EPR.
Importante usab nga hinumdoman nga alang sa tanan nga mga kondisyon sa ibabaw, ang gisukod nga ionization nga kasamtangan anaa sa taliwala sa 2 ug 6 μA ug boltahe tali sa -3.8 ug -6.5 kV, nga miresulta sa usa ka konsumo sa kuryente nga ubos pa sa 50 mW alang niining usa ka EWNS generation contact module.Bisan tuod ang EWNS gi-synthesize ubos sa taas nga presyur, ang lebel sa ozone ubos kaayo, dili molapas sa 60 ppb.
Ang Supplementary Figure S4 nagpakita sa simulated electric field para sa [-6.5 kV, 4.0 cm] ug [-3.8 kV, 0.5 cm] nga mga senaryo, matag usa.Alang sa [-6.5 kV, 4.0 cm] ug [-3.8 kV, 0.5 cm] nga mga senaryo, ang mga kalkulasyon sa uma maoy 2 × 105 V/m ug 4.7 × 105 V/m, matag usa.Gilauman kini, tungod kay sa ikaduha nga kaso ang ratio sa boltahe-distansya mas taas.
Sa fig.3a, b nagpakita sa EWNS diametro nga gisukod sa AFM8.Ang kalkulado nga aberids nga diametro sa EWNS maoy 27 nm ug 19 nm para sa [-6.5 kV, 4.0 sm] ug [-3.8 kV, 0.5 sm] nga mga laraw, matag usa.Alang sa [-6.5 kV, 4.0 cm] ug [-3.8 kV, 0.5 cm] nga mga senaryo, ang geometric nga standard deviations sa mga distribusyon mao ang 1.41 ug 1.45, matag usa, nga nagpakita sa usa ka pig-ot nga gidak-on nga pag-apod-apod.Ang parehas nga gidak-on ug ang geometric standard deviation duol kaayo sa baseline EWNS, sa 25 nm ug 1.41, matag usa.Sa fig.Gipakita sa 3c ang gidak-on nga pag-apod-apod sa base nga EWNS nga gisukod gamit ang parehas nga pamaagi sa ilawom sa parehas nga mga kondisyon.
Sa fig.Ang 3d,e nagpakita sa mga resulta sa pag-ila sa bayad.Ang datos kay kasagarang sukod sa 30 ka dungan nga pagsukod sa konsentrasyon (#/cm3) ug kasamtangan (I).Ang pag-analisar nagpakita nga ang kasagarang singil sa EWNS maoy 22 ± 6 e- ug 44 ± 6 e- para sa [-6.5 kV, 4.0 cm] ug [-3.8 kV, 0.5 cm], matag usa.Sila adunay mas taas nga mga singil sa ibabaw kon itandi sa baseline EWNS (10 ± 2 e-), duha ka pilo nga mas dako kay sa [-6.5 kV, 4.0 cm] nga senaryo ug upat ka pilo nga mas dako kay sa [-3 .8 kV, 0.5 cm].Ang Figure 3f nagpakita sa bayad.datos para sa Baseline-EWNS.
Gikan sa mga mapa sa konsentrasyon sa numero sa EWNS (Supplementary Figures S5 ug S6), makita nga ang [-6.5 kV, 4.0 cm] nga senaryo adunay mas daghang partikulo kaysa sa [-3.8 kV, 0.5 cm] nga senaryo.Angay usab nga hinumdoman nga ang konsentrasyon sa numero sa EWNS gimonitor hangtod sa 4 ka oras (Supplementary Figures S5 ug S6), diin ang kalig-on sa henerasyon sa EWNS nagpakita sa parehas nga lebel sa konsentrasyon sa numero sa partikulo sa parehas nga mga kaso.
Sa fig.Gipakita sa 3g ang EPR spectrum pagkahuman sa pagkunhod sa gi-optimize nga kontrol sa EWNS (background) sa [-6.5 kV, 4.0 cm].Ang spectra sa ROS gitandi usab sa senaryo sa Baseline-EWNS sa usa ka gimantala nga trabaho kaniadto.Ang gidaghanon sa EWNS nga nag-react sa spin traps gikalkulo nga 7.5 × 104 EWNS/s, nga susama sa naunang gipatik nga Baseline-EWNS8.Ang EPR spectra tin-aw nga nagpakita sa presensya sa duha ka matang sa ROS, nga ang O2- mao ang nag-una nga espisye ug ang OH• dili kaayo daghan.Dugang pa, ang usa ka direkta nga pagtandi sa mga peak intensities nagpakita nga ang na-optimize nga EWNS adunay labi ka taas nga sulud sa ROS kumpara sa baseline nga EWNS.
Sa fig.4 nagpakita sa deposition efficiency sa EWNS sa EPES.Ang datos gisumada usab sa Talaan I ug gitandi sa orihinal nga datos sa EWNS.Para sa duha ka kaso sa EUNS, ang deposition duol sa 100% bisan sa ubos nga boltahe nga 3.0 kV.Kasagaran, ang 3.0 kV igo na alang sa 100% nga pagdeposito, bisan unsa pa ang pagbag-o sa bayad sa nawong.Ubos sa sama nga mga kondisyon, ang deposition efficiency sa Baseline-EWNS kay 56% lamang tungod sa ilang ubos nga bayad (average 10 electron kada EWNS).
Sa fig.5 ug sa lamesa.2 nagsumaryo sa inactivation value sa microorganisms inoculated sa ibabaw sa mga kamatis human sa exposure sa mga 40,000 #/cm3 EWNS sulod sa 45 minutos sa labing maayo nga mode [-6.5 kV, 4.0 cm].Inoculated E. coli ug Lactobacillus innocuous nagpakita sa usa ka mahinungdanon nga pagkunhod sa 3.8 troso sa panahon sa 45 minutos exposure.Ubos sa parehas nga mga kondisyon, ang S. enterica adunay 2.2-log nga pagkunhod, samtang ang S. cerevisiae ug M. parafortutum adunay 1.0-log nga pagkunhod.
Ang electron micrographs (Figure 6) naghulagway sa pisikal nga mga kausaban nga gipahinabo sa EWNS sa dili makadaot nga Escherichia coli, Streptococcus, ug Lactobacillus nga mga selula nga mitultol sa ilang pagkadili aktibo.Ang kontrol nga bakterya adunay intact nga mga membrana sa selula, samtang ang nabutyag nga bakterya nakadaot sa gawas nga mga lamad.
Ang electron microscopic imaging sa kontrol ug nabutyag nga bakterya nagpadayag sa kadaot sa lamad.
Ang datos sa physicochemical nga mga kabtangan sa na-optimize nga EWNS kolektibo nga nagpakita nga ang mga kabtangan (surface charge ug ROS content) sa EWNS dako nga gipauswag kon itandi sa kaniadto nga gipatik nga EWNS baseline data8,9,10,11.Sa laing bahin, ang ilang gidak-on nagpabilin sa nanometer range, susama kaayo sa mga resulta nga gitaho kaniadto, nga nagtugot kanila nga magpabilin sa hangin sa taas nga panahon.Ang naobserbahan nga polydispersity mahimong ipasabut pinaagi sa mga pagbag-o sa singil sa ibabaw nga nagtino sa gidak-on sa EWNS, ang randomness sa Rayleigh nga epekto, ug potensyal nga coalescence.Bisan pa, ingon nga detalyado ni Nielsen et al.22, ang taas nga bayad sa nawong makapamenos sa pag-alisngaw pinaagi sa epektibo nga pagdugang sa enerhiya sa nawong / tensyon sa tinulo sa tubig.Sa among miaging publikasyon8 kini nga teorya gipamatud-an sa eksperimento alang sa microdroplets 22 ug EWNS.Ang pagkawala sa bayad sa panahon sa overtime mahimo usab nga makaapekto sa gidak-on ug makatampo sa naobserbahan nga pag-apod-apod sa gidak-on.