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Recentemente, hè stata sviluppata una piattaforma antimicrobica senza chimica basata nantu à a nanotecnologia cù nanostrutture artificiali di l'acqua (EWNS).I EWNS anu una carica di superficia alta è sò saturati di spezie di l'ossigenu reattivu (ROS) chì ponu interagisce cù è inattivate una quantità di microorganismi, cumpresi i patogeni alimentari.Quì hè dimustratu chì e so proprietà durante a sintesi pò esse fine-tuned è ottimizzati per rinfurzà ancu u so potenziale antibacterial.A piattaforma di laboratoriu EWNS hè stata cuncepita per sintonizà e proprietà di EWNS cambiendu i paràmetri di sintesi.Caratterizazione di e pruprietà EWNS (carica, dimensione è cuntenutu di ROS) utilizendu metudi analitici muderni.Inoltre, sò stati valutati per u so potenziale di inattivazione microbiana contru i microorganismi alimentarii cum'è Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum è Saccharomyces cerevisiae.I risultati presentati quì dimustranu chì e proprietà di EWNS ponu esse fine-tuned durante a sintesi, risultatu in un aumentu esponenziale di l'efficienza di inattivazione.In particulare, a carica di a superficia hà aumentatu da un fattore di quattru è e spezie di l'ossigenu reattivu anu aumentatu.U tassu di rimuzione microbica era microbially dependent and variò da 1.0 à 3.8 log dopu una esposizione di 45 minuti à una dosa di aerosol di 40.000 #/cc EWNS.
A contaminazione microbica hè a causa principale di a malatia alimentaria causata da l'ingestimentu di patogeni o di e so tossine.Solu in i Stati Uniti, e malatie di l'alimentariu causanu circa 76 milioni di malatie, 325 000 ingressi in spitali è 5 000 morti ogni annu1.Inoltre, u Dipartimentu di l'Agricultura di i Stati Uniti (USDA) stima chì l'aumentu di u cunsumu di prudutti freschi hè rispunsevuli di 48% di tutte e malatie alimentarii riportate in i Stati Uniti2.U costu di e malatie è a morte causata da i patogeni di l'alimentariu in i Stati Uniti hè assai altu, stimatu da i Centri per u Controlu è a Prevenzione di Malattie (CDC) à più di 15,6 miliardi di dollari à l'annu3.
Attualmente, l'intervenzioni antimicrobiche chimiche4, radiazioni5 è termali6 per assicurà a sicurezza di l'alimentu sò realizate principalmente in punti di cuntrollu critichi limitati (CCP) longu à a catena di produzzione (di solitu dopu a cugliera è / o durante l'imballazione) piuttostu cà continuamente.cusì, sò propensi à a contaminazione croce.7. Un megliu cuntrollu di e malatie di l'alimentu è u spoilage di l'alimentu richiede intervenzioni antimicrobiche chì ponu esse applicate in u cuntinuu da a splutazioni à a tavula mentre riduce l'impattu ambientale è i costi.
Recentemente, hè stata sviluppata una piattaforma antimicrobiana basata in nanotecnologia senza chimica chì pò inattivà i batteri di a superficia è di l'aria cù nanostrutture artificiali di l'acqua (EWNS).EWNS hè stata sintetizzata cù dui prucessi paralleli, electrospray è ionizazione di l'acqua (Fig. 1a).Studi precedenti anu dimustratu chì i EWNS anu un inseme unicu di proprietà fisiche è biologiche8,9,10.EWNS anu una media di l'elettroni 10 per struttura è un mediu nanoscale di 25 nm (Fig. 1b, c) 8,9,10.Inoltre, a resonanza di spin di l'elettroni (ESR) hà dimustratu chì EWNS cuntene una grande quantità di spezie d'ossigenu reattivu (ROS), principalmente radicali hydroxyl (OH•) è superoxide (O2-) (Fig. 1c)8.EVNS hè in l'aria per un bellu pezzu è ponu scontru cù i microorganismi suspesi in l'aria è prisenti nantu à a superficia, furnisce u so ROS payload è pruvucannu l'inattivazione di i microorganismi (Fig. 1d).Questi primi studii anu ancu dimustratu chì EWNS pò interagisce cù è inattivate diversi batteri gram-negativi è gram-positivi, cumprese micobacteria, nantu à a superficia è in l'aria.A microscopia elettronica di trasmissione hà dimustratu chì l'inattivazione hè stata causata da a disrupzione di a membrana cellulare.Inoltre, studii di inalazione aguda anu dimustratu chì e dosi elevate di EWNS ùn causanu micca danni pulmonari o inflammazioni 8 .
(a) L'electrospray si trova quandu una alta tensione hè appiicata trà un tubu capillare chì cuntene liquidu è un contra-elettrodu.(b) L'applicazione di l'alta pressione risultati in dui fenomeni diffirenti: (i) electrospraying di l'acqua è (ii) furmazione di spezie di ossigenu reattivu (ioni) intrappulati in l'EWNS.(c) A struttura unica di EWNS.(d) Per via di a so natura nanoscala, i EWNS sò assai mobili è ponu interagisce cù i patogeni di l'aria.
L'abilità di a piattaforma antimicrobiana EWNS per inattivà i microorganismi alimentarii nantu à a superficia di l'alimentu frescu hè statu dimustratu di pocu tempu.Hè statu ancu dimustratu chì a carica di a superficia di EWNS in cumbinazione cù un campu elettricu pò esse aduprata per ottene una consegna mirata.Inoltre, i risultati preliminari per i pumati organici dopu una esposizione di 90 minuti à un EWNS di circa 50 000 #/cm3 eranu incuraghjini, cù diversi microorganismi alimentarii cum'è E. coli è Listeria 11 osservati.Inoltre, e teste organolettiche preliminari ùn anu micca mostratu effetti sensoriali cumparatu cù i pumati di cuntrollu.Ancu se questi risultati iniziali di inattivazione sò incuraghjini per l'applicazioni di sicurezza alimentaria ancu à dosi EWNS assai basse di 50 000 #/cc.vede, hè chjaru chì un putenziale di inattivazione più altu saria più benefiziu per riduce ancu u risicu di infezzione è spoilage.
Quì, focalizeremu a nostra ricerca nantu à u sviluppu di una piattaforma di generazione EWNS per attivà a sintonizazione fine di i paràmetri di sintesi è l'ottimisazione di e proprietà fisicochimiche di EWNS per rinfurzà u so potenziale antibacterial.In particulare, l'ottimisazione hà focu annantu à l'aumentu di a so carica di superficia (per migliurà a spedizione diretta) è u cuntenutu ROS (per migliurà l'efficienza di inattivazione).Caratterizà proprietà fisico-chimiche ottimisate (taglia, carica è cuntenutu ROS) utilizendu metudi analitici muderni è utilizate microorganismi alimentari cumuni cum'è E. .
L'EVNS hè stata sintetizzata da l'elettrospray simultanea è l'ionizazione di acqua d'alta purezza (18 MΩ cm-1).U nebulizzatore elettricu 12 hè tipicamente utilizatu per l'atomizazione di liquidi è a sintesi di particelle di polimeru è ceramica 13 è fibre 14 di dimensione cuntrullata.
Comu detallatu in publicazioni precedenti 8, 9, 10, 11, in un esperimentu tipicu, un altu voltage hè stata appiicata trà un capillare metallicu è un elettrodu di cuntrariu in terra.Duranti stu prucessu, si verificanu dui fenomeni diffirenti: i) electrospray è ii) ionizazione di l'acqua.Un forte campu elettricu trà i dui elettrodi pruvucarà carichi negativi per custruisce nantu à a superficia di l'acqua cundensata, risultatu in a furmazione di cuni di Taylor.In u risultatu, si formanu gocce d'acqua assai cariche, chì cuntinueghjanu à sparghje in particeddi più chjuchi, cum'è in a teoria di Rayleigh16.À u listessu tempu, i campi elettrici forti causanu certi molécule d'acqua per sparghje è striscia l'elettroni (ionize), chì porta à a furmazione di una grande quantità di spezie reattive di l'ossigenu (ROS)17.Simultanely generated ROS18 was incapsulated in EWNS (Fig. 1c).
Nantu à fig.2a mostra u sistema di generazione EWNS sviluppatu è utilizatu in a sintesi EWNS in stu studiu.L'acqua purificata conservata in una buttiglia chjusa hè stata alimentata da un tubu di Teflon (2 mm di diametru internu) in una agulla d'acciaio inox 30G (capillary metallicu).U flussu di l'acqua hè cuntrullatu da a pressione di l'aria in a buttiglia, cum'è mostra in a Figura 2b.L'agulla hè muntata nantu à una cunsola di Teflon è pò esse regulata manualmente à una certa distanza da l'elettrodu contru.L'elettrodu contru hè un discu d'aluminiu lucidatu cù un pirtusu in u centru per u campionamentu.Sottu l'elettrodu contru hè un funnel di campionamentu d'aluminiu, chì hè cunnessu cù u restu di a stallazione sperimentale per via di un portu di campionamentu (Fig. 2b).Per evità l'accumulazione di carica chì puderia disturbà u funziunamentu di u sampler, tutti i cumpunenti di u sampler sò cunnessi elettricamente.
(a) Sistema di generazione di nanostrutture d'acqua ingegneria (EWNS).(b) Sezione trasversale di u sampler è electrospray, chì mostra i paràmetri più impurtanti.(c) Configurazione sperimentale per l'inattivazione di i batteri.
U sistema di generazione EWNS descritta sopra hè capaci di cambià i paràmetri di u funziunamentu chjave per facilità a sintonizazione fine di e proprietà EWNS.Ajuste a tensione applicata (V), a distanza trà l'agulla è l'elettrode contr'à (L), è u flussu d'acqua (φ) attraversu u capillare per affissà e caratteristiche EWNS.Simbulu usatu per rapprisintà diverse cumminazzioni: [V (kV), L (cm)].Aghjustate u flussu di l'acqua per ottene un cune di Taylor stabile di un certu settore [V, L].Per i scopi di stu studiu, u diametru di l'apertura di l'elettrodu (D) hè statu mantinutu à 0,5 inch (1,29 cm).
A causa di a geometria limitata è asimmetria, a forza di u campu elettricu ùn pò esse calculata da i primi principii.Invece, u software QuickField™ (Svendborg, Danimarca)19 hè stata utilizata per calculà u campu elettricu.U campu elettricu ùn hè micca uniforme, cusì u valore di u campu elettricu à a punta di u capillare hè stata utilizata com'è valore di riferimentu per diverse cunfigurazioni.
Duranti u studiu, parechje cumminazzioni di voltage è distanza trà l'agulla è l'elettrodu di cuntrariu sò stati valutati in quantu à a furmazione di u cune di Taylor, a stabilità di u cune di Taylor, a stabilità di a produzzione EWNS è a riproducibilità.Diversi cumminazzioni sò mostrati in a Tabella Supplementaria S1.
L'output di u sistema di generazione EWNS hè stata cunnessa direttamente à un Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) per a misurazione di a concentrazione di u numeru di particelle, è ancu à un Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) per i currenti di aerosol hè stata misurata cum'è descritta in a nostra publicazione precedente.Sia l'SMPS è l'elettrometru di l'aerosol prelevati à un flussu di 0,5 L/min (flussu tutale di mostra 1 L/min).U numeru di cuncentrazione di particeddi è u flussu di aerosol sò stati misurati per 120 seconde.A misurazione hè ripetuta 30 volte.Basatu nantu à e misurazioni attuali, a carica tutale di l'aerosol hè calculata è a carica media EWNS hè stimata per un numeru tutale di particelle EWNS selezionate.U costu mediu di EWNS pò esse calculatu cù l'Equazione (1):
induve IEl hè a corrente misurata, NSMPS hè a cuncentrazione digitale misurata cù l'SMPS, è φEl hè u flussu per elettrometru.
Perchè l'umidità relativa (RH) affetta a carica di a superficia, a temperatura è (RH) sò stati custanti durante l'esperimentu à 21 ° C è 45%, rispettivamente.
A microscopia di forza atomica (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) è a sonda AC260T (Olympus, Tokyo, Japan) sò stati utilizati per misurà a dimensione è a vita di l'EWNS.A frequenza di scanning AFM era 1 Hz, l'area di scanning era 5 μm × 5 μm, è 256 scan lines.Tutte l'imaghjini sò stati sottumessi à l'allineamentu di l'imaghjini di u 1u ordine cù u software Asylum (range di maschera 100 nm, soglia 100 pm).
U funnel di prova hè stata eliminata è a superficia di mica hè stata posta à una distanza di 2,0 cm da l'elettrodu contru per un tempu mediu di 120 s per evitari l'agglomerazione di particelle è a furmazione di gocce irregulari nantu à a superficia di mica.EWNS hè stata spruzzata direttamente nantu à a superficia di mica appena tagliata (Ted Pella, Redding, CA).Image di a superficia mica subitu dopu AFM sputtering.L'angulu di cuntattu di a superficia di mica micca mudificata appena tagliata hè vicinu à 0 °, cusì EVNS hè distribuitu nantu à a superficia di mica in forma di cupola.U diametru (a) è l'altezza (h) di e gocce di diffusione sò stati misurati direttamente da a topografia AFM è usati per calculà u voluminu di diffusione cupola EWNS utilizendu u nostru metudu validatu prima.Assumindu chì i EWNS à bordu anu u stessu voluminu, u diametru equivalente pò esse calculatu cù l'Equazione (2):
Basatu annantu à u nostru metudu sviluppatu prima, una trappula di spin di resonance di spin elettroni (ESR) hè stata aduprata per detectà a presenza di intermedii radicali di corta vita in EWNS.L'aerosoli sò stati bubbled through a 650 μm Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) chì cuntene una suluzione 235 mM di DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Tutte e misurazioni ESR sò stati realizati cù un spettrometru Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) è una cellula di pannellu pianu.U software Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) hè stata utilizata per cullà è analizà e dati.A determinazione di e caratteristiche di u ROS hè stata realizata solu per un settore di e cundizioni operativi [-6,5 kV, 4,0 cm].E cuncentrazioni di EWNS sò state misurate cù l'SMPS dopu a cuntabilità di e perdite EWNS in l'impactor.
I livelli di l'ozonu sò stati monitorati cù un 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Per tutte e pruprietà EWNS, u valore mediu hè utilizatu cum'è valore di misurazione, è a deviazione standard hè usata cum'è errore di misurazione.T-testi sò stati realizati per paragunà i valori di l'attributi EWNS ottimizzati cù i valori currispondenti di a basa EWNS.
A Figura 2c mostra un sistema "pull" di precipitazione elettrostatica (EPES) sviluppatu è carattarizatu prima chì pò esse usatu per a consegna diretta di EWNS à a superficia.EPES usa carichi EVNS chì ponu esse "guidati" direttamente à a superficia di u mira sottu l'influenza di un forte campu elettricu.I dettagli di u sistema EPES sò presentati in una publicazione recente da Pyrgiotakis et al.11 .Cusì, EPES hè custituitu da una camera di PVC stampata in 3D cù estremità affucate è cuntene dui platti di metalli paralleli in acciaio inox (acciaio inox 304, rivestitu di specchiu) à u centru di 15,24 cm di distanza.I tavulini sò stati cunnessi à una fonte d'alta tensione esterna (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), u platu di fondu era sempre cunnessu à a tensione positiva, è a cima era sempre cunnessa à a terra (terra flottante).I mura di a camera sò cuparti di carta d'aluminiu, chì hè elettricu à terra per impedisce a perdita di particella.A camera hà una porta di carica frontale sigillata chì permette à e superfici di prova di esse piazzate nantu à supporti di plastica chì li elevanu sopra a piastra metallica di fondu per evità interferenze di alta tensione.
L'efficienza di deposizione di EWNS in EPES hè stata calculata secondu un protokollu sviluppatu prima detallatu in Figura Supplementaria S111.
Cum'è una camera di cuntrollu, una seconda camera di flussu cilindrica hè stata cunnessa in serie à u sistema EPES, in quale un filtru HEPA intermediu hè stata utilizata per sguassà EWNS.Comu mostra in a Figura 2c, l'aerosol EWNS hè statu pompatu attraversu duie camere integrate.U filtru trà a sala di cuntrollu è l'EPES sguassate ogni EWNS restante chì risultatu in a stessa temperatura (T), umidità relativa (RH) è livelli d'ozone.
Microorganismi alimentarii impurtanti sò stati trovati chì contaminanu l'alimenti freschi cum'è E. coli (ATCC # 27325), indicatore fecale, Salmonella enterica (ATCC # 53647), patogenu di l'alimentu, Listeria innocu (ATCC # 33090), surrogatu per Listeria monocytogenes patogena, derivata da Sacasso, ceremisia (ATCC # 53647), Manassas (ATCC # 8CC) un sustitutu per u levitu di spoilage, è una bacteria inattivata più resistente, Mycobacterium paralucky (ATCC # 19686).
Cumprate scatuli aleatorii di pumati di uva organica da u vostru mercatu lucale è rinfriscà à 4 ° C finu à l'usu (finu à 3 ghjorni).I pumati spirimintali eranu tutti di a stessa dimensione, circa 1/2 inch di diametru.
I protokolli di a cultura, l'inoculazione, l'esposizione è u conte di colonie sò dettagliati in a nostra publicazione precedente è dettagliati in Dati Supplementari.L'efficacità di EWNS hè stata evaluata espunendu i pumati inoculati à 40 000 #/cm3 per 45 minuti.In breve, trè pumati sò stati usati per evaluà i microorganisimi sopravviventi à u tempu t = 0 min.Trè pumati sò stati posti in EPES è esposti à EWNS à 40 000 # / cc (EWNS esposti pumati) è i trè restanti sò stati posti in a camara di cuntrollu (pumati di cuntrollu).U trattamentu supplementu di i pumati in i dui gruppi ùn hè micca fattu.I pumati esposti à EWNS è i pumati di cuntrollu sò stati eliminati dopu à 45 minuti per evaluà l'effettu di EWNS.
Ogni esperimentu hè statu fattu in triplicate.L'analisi di dati hè stata realizata secondu u protocolu descrittu in Dati Supplementari.
I miccanismi d'inattivazione sò stati valutati da a sedimentazione di i mostri EWNS esposti (45 min at 40,000 #/cm3 EWNS aerosol concentrazione) è i campioni non irradiati di bacteria innocu E. coli, Salmonella enterica è Lactobacillus.I particeddi sò stati fissi in 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde è 0.03% picric acid in 0.1 M sodium cacodylate buffer (pH 7.4) per 2 ore à a temperatura di l'ambienti.Dopu à lavà, post-fix cù 1% di tetrossidu d'osmiu (OsO4) / 1.5% ferrocyanide di potassiu (KFeCN6) per 2 ore, lavate 3 volte in acqua è incubate in 1% acetate di uranilu per 1 ora, dopu lavate duie volte in acqua, dopu desidratate per 10 minuti in alcohol 50%, 0%, 90% alcoholI campioni sò stati posti in l'oxidu di propilenu per 1 ora è impregnate cù una mistura 1: 1 di l'ossidu di propilenu è TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).I campioni sò stati incrustati in TAAB Epon è polimerizzati à 60 ° C per 48 ore.A resina granulare curata hè stata tagliata è visualizata da TEM utilizendu un microscopiu elettronicu di trasmissione convenzionale JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Giappone) equipatu di una camera CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
Tutti l'esperimenti sò stati realizati in triplicate.Per ogni puntu di u tempu, i lavaggi bacteriali sò stati sementi in triplicate, risultatu in un totale di nove punti di dati per puntu, a media di quale hè stata aduprata cum'è a cuncentrazione bacteriana per quellu microorganismu particulare.A deviazione standard hè stata utilizata cum'è errore di misurazione.Tutti i punti contanu.
U logaritmu di a diminuzione di a cuncentrazione di bacteria in paragunà à t = 0 min hè stata calculata cù a seguente formula:
induve C0 hè a cuncintrazione di bacteria in a mostra di cuntrollu à u tempu 0 (vale à dì dopu chì a superficia hè secca, ma prima di esse piazzata in a camera) è Cn hè a cuncentrazione di battìri nantu à a superficia dopu n minuti di esposizione.
Per cuntà a degradazione naturali di i batteri durante l'esposizione di 45 minuti, a riduzione di logu paragunatu à u cuntrollu dopu à 45 minuti hè stata calculata ancu cusì:
induve Cn hè a cuncentrazione di battìri in a mostra di cuntrollu in u tempu n è Cn-Control hè a cuncentrazione di battìri di cuntrollu in u tempu n.I dati sò presentati cum'è una riduzione di logu paragunatu à u cuntrollu (senza esposizione EWNS).
Duranti u studiu, parechje cumminazzioni di voltage è distanza trà l'agulla è l'elettrodu di cuntrariu sò stati valutati in quantu à a furmazione di u cune di Taylor, a stabilità di u cune di Taylor, a stabilità di a produzzione EWNS è a riproducibilità.Diversi cumminazzioni sò mostrati in a Tabella Supplementaria S1.Dui casi chì mostranu proprietà stabili è riproducibili (cunu Taylor, generazione EWNS è stabilità in u tempu) sò stati scelti per un studiu cumpletu.Nantu à fig.A Figura 3 mostra i risultati per a carica, a dimensione è u cuntenutu di ROS in i dui casi.I risultati sò ancu mostrati in a Table 1. Per riferimentu, sia a Figura 3 sia a Table 1 includenu e proprietà di l'EWNS8, 9, 10, 11 (baseline-EWNS) micca ottimizzati previamente sintetizzati.I calculi di significati statistichi chì utilizanu un test t à dui coda sò ripubblicati in a Tabella Supplementaria S2.Inoltre, e dati supplementari includenu studii di l'effettu di u diametru di u foru di campionamentu di l'elettrodu di contatore (D) è a distanza trà l'elettrodu di terra è a punta (L) (Figure supplementari S2 è S3).
(ac) Distribuzione di taglia misurata da AFM.(df) Caratteristica di carica di superficia.(g) Caratterizzazione ROS di l'EPR.
Hè impurtante ancu di nutà chì per tutte e cundizioni di sopra, u currente di ionizazione misurata era trà 2 è 6 μA è tensione trà -3.8 è -6.5 kV, risultatu in un cunsumu d'energia di menu di 50 mW per stu modulu di cuntattu di generazione EWNS unicu.Ancu se EWNS hè stata sintetizzata sottu pressione alta, i livelli di ozone eranu assai bassu, ùn anu mai più di 60 ppb.
A Figura Supplementaria S4 mostra i campi elettrici simulati per i scenarii [-6.5 kV, 4.0 cm] è [-3.8 kV, 0.5 cm], rispettivamente.Per i scenarii [-6.5 kV, 4.0 cm] è [-3.8 kV, 0.5 cm], i calculi di u campu sò 2 × 105 V/m è 4.7 × 105 V/m, rispettivamente.Questu hè previstu, postu chì in u sicondu casu u rapportu voltage-distanza hè assai più altu.
Nantu à fig.3a,b mostra u diametru EWNS misuratu cù l'AFM8.I diametri EWNS medii calculati eranu 27 nm è 19 nm per i schemi [-6.5 kV, 4.0 cm] è [-3.8 kV, 0.5 cm], rispettivamente.Per i scenarii [-6.5 kV, 4.0 cm] è [-3.8 kV, 0.5 cm], e deviazioni standard geometriche di e distribuzioni sò 1.41 è 1.45, rispettivamente, chì indicanu una distribuzione di dimensione stretta.Sia a dimensione media è a deviazione standard geomètrica sò assai vicinu à l'EWNS di basa, à 25 nm è 1.41, rispettivamente.Nantu à fig.3c mostra a distribuzione di dimensioni di a basa EWNS misurata cù u stessu metudu in e stesse cundizioni.
Nantu à fig.3d,e mostra i risultati di a carattarizazione di carica.I dati sò misure medii di 30 misurazioni simultanee di cuncentrazione (#/cm3) è currente (I).L'analisi mostra chì a carica media nantu à l'EWNS hè 22 ± 6 e- è 44 ± 6 e- per [-6.5 kV, 4.0 cm] è [-3.8 kV, 0.5 cm], rispettivamente.Hanu carichi di superficia significativamente più altu cumparatu cù l'EWNS di basa (10 ± 2 e-), duie volte più grande di u scenariu [-6.5 kV, 4.0 cm] è quattru volte più grande di u [-3 .8 kV, 0.5 cm].A figura 3f mostra a carica.dati per Baseline-EWNS.
Da e carte di cuncentrazione di u numeru EWNS (Figure Supplementari S5 è S6), si pò vede chì u scenariu [-6.5 kV, 4.0 cm] hà significativamente più particelle ch'è u scenariu [-3.8 kV, 0.5 cm].Hè da nutà ancu chì a cuncentrazione di u numeru EWNS hè stata monitorata finu à 4 ore (Figure Supplementari S5 è S6), induve a stabilità di a generazione EWNS hà mostratu i stessi livelli di cuncentrazione di u numeru di particelle in i dui casi.
Nantu à fig.3g mostra u spettru EPR dopu a sottrazione di u cuntrollu EWNS ottimisatu (sfondu) à [-6.5 kV, 4.0 cm].I spettri ROS sò stati ancu paragunati cù u scenariu Baseline-EWNS in un travagliu publicatu prima.U numaru di EWNS chì reagiscenu cù spin traps hè statu calculatu per esse 7.5 × 104 EWNS / s, chì hè simile à u Baseline-EWNS8 publicatu prima.I spettri EPR dimustravanu chjaramente a prisenza di dui tipi di ROS, cù O2- essendu a spezia predominante è OH• esse menu abbundanti.Inoltre, una comparazione diretta di l'intensità di u piccu hà dimustratu chì l'EWNS ottimisatu hà avutu un cuntenutu ROS significativamente più altu cumparatu cù l'EWNS di basa.
Nantu à fig.4 mostra l'efficienza di deposizione di EWNS in EPES.I dati sò ancu riassunti in a Table I è paragunati cù i dati originali EWNS.Per i dui casi di EUNS, a deposizione hè vicinu à u 100% ancu à una bassa tensione di 3.0 kV.Di genere, 3.0 kV hè abbastanza per a deposizione di 100%, indipendentemente da u cambiamentu di carica di a superficia.In i stessi cundizioni, l'efficienza di depositu di Baseline-EWNS era solu 56% per via di a so carica più bassa (media 10 elettroni per EWNS).
Nantu à fig.5 è in tavula.2 riassume u valore di inattivazione di i microorganismi inoculati nantu à a superficia di i pumati dopu l'esposizione à circa 40 000 #/cm3 EWNS per 45 minuti à u modu ottimali [-6,5 kV, 4,0 cm].Inoculated E. coli è Lactobacillus innocuous mustrò una riduzzione significativa di 3.8 logs durante l'esposizione di 45 minuti.In i stessi cundizioni, S. enterica hà avutu una diminuzione di 2,2 log, mentri S. cerevisiae è M. parafortutum anu una diminuzione di 1,0 log.
E micrografie elettroniche (Figura 6) mostranu i cambiamenti fisichi indotti da EWNS in cellule innocue di Escherichia coli, Streptococcus è Lactobacillus chì portanu à a so inattivazione.I battìri di cuntrollu avianu membrani cellulari intactu, mentre chì i battìri esposti anu danatu membrani esterni.
L'imaghjini microscòpichi elettroni di u cuntrollu è i batteri esposti anu revelatu danni di a membrana.
I dati nantu à e proprietà fisicochimiche di l'EWNS ottimizatu cullettivu mostranu chì e proprietà (carca di superficia è cuntenutu ROS) di l'EWNS sò stati significativamente migliurati cumparatu cù i dati di basa di EWNS publicati prima8,9,10,11.Per d 'altra banda, a so dimensione restava in a gamma di nanometri, assai simili à i risultati rappurtati prima, chì li permettenu di stà in l'aria per longu periodi di tempu.A polidispersità osservata pò esse spiegata da cambiamenti di carica di a superficia chì determinanu a dimensione di EWNS, l'aleatoriu di l'effettu Rayleigh, è a coalescenza potenziale.Tuttavia, cum'è detallatu da Nielsen et al.22, a carica di superficia alta riduce l'evaporazione aumentendu in modu efficace l'energia di a superficia / a tensione di a goccia d'acqua.In a nostra publicazione precedente8, sta teoria hè stata cunfirmata sperimentalmente per i microdroplets 22 è EWNS.A perdita di carica durante l'overtime pò ancu influenzà a dimensione è cuntribuisce à a distribuzione di dimensione osservata.