Děkujeme, že jste navštívili Nature.com.Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS.Chcete-li dosáhnout nejlepšího výsledku, doporučujeme použít aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v aplikaci Internet Explorer).Mezitím, abychom zajistili nepřetržitou podporu, vykreslíme web bez stylů a JavaScriptu.
Kolotoč zobrazující tři snímky současně.Pomocí tlačítek Předchozí a Další můžete procházet třemi snímky najednou nebo pomocí tlačítek posuvníku na konci procházet třemi snímky najednou.
Nedávno byla vyvinuta bezchemická antimikrobiální platforma založená na nanotechnologii využívající umělé vodní nanostruktury (EWNS).EWNS mají vysoký povrchový náboj a jsou nasyceny reaktivními formami kyslíku (ROS), které mohou interagovat a inaktivovat řadu mikroorganismů, včetně patogenů z potravin.Zde se ukazuje, že jejich vlastnosti během syntézy lze doladit a optimalizovat, aby se dále zvýšil jejich antibakteriální potenciál.Laboratorní platforma EWNS byla navržena tak, aby doladila vlastnosti EWNS změnou parametrů syntézy.Charakterizace vlastností EWNS (náboj, velikost a obsah ROS) pomocí moderních analytických metod.Kromě toho byly hodnoceny z hlediska jejich potenciálu mikrobiální inaktivace proti mikroorganismům přenášeným potravinami, jako jsou Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum a Saccharomyces cerevisiae.Zde prezentované výsledky ukazují, že vlastnosti EWNS mohou být jemně vyladěny během syntézy, což vede k exponenciálnímu zvýšení účinnosti inaktivace.Konkrétně se povrchový náboj zvýšil čtyřnásobně a zvýšily se reaktivní formy kyslíku.Rychlost odstranění mikrobů byla mikrobiálně závislá a pohybovala se v rozmezí od 1,0 do 3,8 log po 45minutové expozici aerosolové dávce 40 000 #/cc EWNS.
Mikrobiální kontaminace je hlavní příčinou alimentárních onemocnění způsobených požitím patogenů nebo jejich toxinů.Jen ve Spojených státech způsobují nemoci z potravy každý rok asi 76 milionů onemocnění, 325 000 hospitalizací a 5 000 úmrtí1.Ministerstvo zemědělství Spojených států amerických (USDA) navíc odhaduje, že zvýšená spotřeba čerstvých produktů je odpovědná za 48 % všech hlášených alimentárních onemocnění ve Spojených státech2.Náklady na nemoci a úmrtí způsobené alimentárními patogeny jsou ve Spojených státech velmi vysoké, odhaduje je Centrum pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) na více než 15,6 miliard USD ročně3.
V současné době se chemické4, radiační5 a tepelné6 antimikrobiální zásahy k zajištění bezpečnosti potravin většinou provádějí v omezených kritických kontrolních bodech (CCP) podél výrobního řetězce (obvykle po sklizni a/nebo během balení), spíše než nepřetržitě.jsou tedy náchylné ke křížové kontaminaci.7. Lepší kontrola nemocí přenášených potravinami a kažení potravin vyžaduje antimikrobiální zásahy, které mohou být potenciálně aplikovány napříč kontinuitou od farmy až po stůl a zároveň snižují dopad na životní prostředí a náklady.
Nedávno byla vyvinuta bezchemická antimikrobiální platforma založená na nanotechnologiích, která dokáže inaktivovat povrchové a vzdušné bakterie pomocí umělých vodních nanostruktur (EWNS).EWNS byl syntetizován dvěma paralelními procesy, elektrosprejem a ionizací vody (obr. 1a).Předchozí studie ukázaly, že EWNS mají jedinečný soubor fyzikálních a biologických vlastností8,9,10.EWNS mají průměrně 10 elektronů na strukturu a průměrnou velikost nanoměřítek 25 nm (obr. 1b,c)8,9,10.Kromě toho elektronová spinová rezonance (ESR) ukázala, že EWNS obsahuje velké množství reaktivních forem kyslíku (ROS), zejména hydroxylových (OH•) a superoxidových (O2-) radikálů (obr. 1c)8.EVNS je ve vzduchu po dlouhou dobu a může se srazit s mikroorganismy suspendovanými ve vzduchu a přítomnými na povrchu, dodávat jejich užitečné zatížení ROS a způsobit inaktivaci mikroorganismů (obr. 1d).Tyto rané studie také ukázaly, že EWNS může interagovat a inaktivovat různé gramnegativní a grampozitivní bakterie, včetně mykobakterií, na površích a ve vzduchu.Transmisní elektronová mikroskopie ukázala, že inaktivace byla způsobena porušením buněčné membrány.Kromě toho studie akutní inhalace ukázaly, že vysoké dávky EWNS nezpůsobují poškození plic nebo zánět 8 .
(a) Elektrosprej nastává, když je mezi kapilárou obsahující kapalinu a protielektrodou aplikováno vysoké napětí.(b) Aplikace vysokého tlaku má za následek dva různé jevy: (i) elektrosprejování vody a (ii) tvorbu reaktivních forem kyslíku (iontů) zachycených v EWNS.c) Jedinečná struktura EWNS.d) Vzhledem ke své nanorozměrové povaze jsou EWNS vysoce mobilní a mohou interagovat s vzdušnými patogeny.
Nedávno byla také prokázána schopnost antimikrobiální platformy EWNS inaktivovat alimentární mikroorganismy na povrchu čerstvých potravin.Bylo také ukázáno, že povrchový náboj EWNS v kombinaci s elektrickým polem lze použít k dosažení cílené dodávky.Navíc předběžné výsledky pro organická rajčata po 90minutové expozici při EWNS přibližně 50 000 #/cm3 byly povzbudivé, přičemž byly pozorovány různé mikroorganismy z potravin, jako jsou E. coli a Listeria 11.Kromě toho předběžné organoleptické testy neprokázaly žádné senzorické účinky ve srovnání s kontrolními rajčaty.Ačkoli tyto počáteční výsledky inaktivace jsou povzbudivé pro aplikace v oblasti bezpečnosti potravin i při velmi nízkých dávkách EWNS 50 000#/cc.viz, je jasné, že vyšší potenciál inaktivace by byl prospěšnější pro další snížení rizika infekce a znehodnocení.
Zde zaměříme náš výzkum na vývoj platformy pro generování EWNS, která umožní jemné doladění parametrů syntézy a optimalizaci fyzikálně-chemických vlastností EWNS pro zvýšení jejich antibakteriálního potenciálu.Optimalizace se zaměřila zejména na zvýšení jejich povrchového náboje (pro zlepšení cíleného doručení) a obsahu ROS (pro zlepšení účinnosti inaktivace).Charakterizujte optimalizované fyzikálně-chemické vlastnosti (velikost, náboj a obsah ROS) pomocí moderních analytických metod a použijte běžné potravinářské mikroorganismy jako E. .
EVNS byla syntetizována současným elektrosprejem a ionizací vysoce čisté vody (18 MΩ cm–1).Elektrický nebulizér 12 se typicky používá pro atomizaci kapalin a syntézu polymerních a keramických částic 13 a vláken 14 řízené velikosti.
Jak je podrobně popsáno v předchozích publikacích 8, 9, 10, 11, v typickém experimentu bylo mezi kovovou kapiláru a uzemněnou protielektrodu aplikováno vysoké napětí.Během tohoto procesu dochází ke dvěma různým jevům: i) elektrosprej a ii) ionizace vody.Silné elektrické pole mezi dvěma elektrodami způsobuje nahromadění záporných nábojů na povrchu kondenzované vody, což má za následek vznik Taylorových kuželů.V důsledku toho se tvoří vysoce nabité kapičky vody, které se dále rozpadají na menší částice, jako v Rayleighově teorii16.Silná elektrická pole zároveň způsobují, že se některé molekuly vody štěpí a odstraňují elektrony (ionizují), což vede ke vzniku velkého množství reaktivních forem kyslíku (ROS)17.Současně generovaný ROS18 byl zapouzdřen v EWNS (obr. 1c).
Na Obr.2a ukazuje systém generování EWNS vyvinutý a použitý při syntéze EWNS v této studii.Vyčištěná voda uložená v uzavřené láhvi byla přiváděna přes teflonovou trubici (vnitřní průměr 2 mm) do 30G jehly z nerezové oceli (kovová kapilára).Průtok vody je řízen tlakem vzduchu uvnitř láhve, jak je znázorněno na obrázku 2b.Jehla je namontována na teflonové konzole a lze ji ručně nastavit do určité vzdálenosti od protielektrody.Protielektroda je leštěný hliníkový disk s otvorem uprostřed pro vzorkování.Pod protielektrodou je hliníkový vzorkovací trychtýř, který je připojen ke zbytku experimentálního zařízení přes vzorkovací port (obr. 2b).Aby se zabránilo hromadění náboje, které by mohlo narušit provoz vzorkovače, jsou všechny součásti vzorkovače elektricky uzemněny.
a) Engineered Water Nanostructure Generation System (EWNS).(b) Průřez vzorkovačem a elektrosprejem, ukazující nejdůležitější parametry.(c) Experimentální uspořádání pro inaktivaci bakterií.
Výše popsaný systém generování EWNS je schopen měnit klíčové provozní parametry pro usnadnění jemného doladění vlastností EWNS.Upravte použité napětí (V), vzdálenost mezi jehlou a protielektrodou (L) a průtok vody (φ) kapilárou, abyste doladili charakteristiky EWNS.Symbol používaný k reprezentaci různých kombinací: [V (kV), L (cm)].Upravte průtok vody tak, abyste získali stabilní Taylorův kužel určité sady [V, L].Pro účely této studie byl průměr otvoru protielektrody (D) udržován na 0,5 palce (1,29 cm).
Vzhledem k omezené geometrii a asymetrii nelze intenzitu elektrického pole vypočítat z prvních principů.Místo toho byl k výpočtu elektrického pole použit software QuickField™ (Svendborg, Dánsko)19.Elektrické pole není rovnoměrné, takže hodnota elektrického pole na špičce kapiláry byla použita jako referenční hodnota pro různé konfigurace.
Během studie bylo hodnoceno několik kombinací napětí a vzdálenosti mezi jehlou a protielektrodou z hlediska tvorby Taylorova kužele, stability Taylorova kužele, stability produkce EWNS a reprodukovatelnosti.Různé kombinace jsou uvedeny v doplňkové tabulce S1.
Výstup systému generace EWNS byl připojen přímo k analyzátoru velikosti částic Scanning Mobility (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) pro měření koncentrace počtu částic a také k Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) pro aerosolové proudy byla měřena tak, jak je popsáno v naší předchozí publikaci.Jak SMPS, tak aerosolový elektrometr odebíraly vzorky při průtoku 0,5 l/min (celkový průtok vzorku 1 l/min).Počet koncentrací částic a průtok aerosolu byly měřeny po dobu 120 sekund.Měření se opakuje 30x.Na základě aktuálních měření se vypočítá celkový náboj aerosolu a odhadne se průměrný náboj EWNS pro daný celkový počet vybraných částic EWNS.Průměrné náklady na EWNS lze vypočítat pomocí rovnice (1):
kde IEl je naměřený proud, NSMPS je digitální koncentrace naměřená pomocí SMPS a φEl je průtok na elektrometr.
Protože relativní vlhkost (RH) ovlivňuje povrchový náboj, teplota a (RH) byly během experimentu udržovány konstantní na 21 °C a 45 %.
K měření velikosti a životnosti EWNS byla použita mikroskopie atomové síly (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) a sonda AC260T (Olympus, Tokio, Japonsko).Frekvence skenování AFM byla 1 Hz, plocha skenování byla 5 μm × 5 μm a 256 skenovacích řádků.Všechny snímky byly podrobeny zarovnání snímků 1. řádu pomocí softwaru Asylum (rozsah masky 100 nm, práh 100 pm).
Testovací nálevka byla odstraněna a slídový povrch byl umístěn ve vzdálenosti 2,0 cm od protielektrody na průměrnou dobu 120 s, aby se zabránilo aglomeraci částic a tvorbě nepravidelných kapiček na slídovém povrchu.EWNS byl nastříkán přímo na povrch čerstvě nařezané slídy (Ted Pella, Redding, CA).Obraz slídového povrchu bezprostředně po AFM naprašování.Kontaktní úhel povrchu čerstvě nařezané neupravené slídy se blíží 0°, takže EVNS je na povrchu slídy rozmístěn ve formě kupole.Průměr (a) a výška (h) difuzních kapiček byly měřeny přímo z topografie AFM a použity k výpočtu klenutého difúzního objemu EWNS pomocí naší dříve ověřené metody.Za předpokladu, že palubní EWNS má stejný objem, lze ekvivalentní průměr vypočítat pomocí rovnice (2):
Na základě naší dříve vyvinuté metody byla k detekci přítomnosti meziproduktů radikálů s krátkou životností v EWNS použita spinová past elektronové spinové rezonance (ESR).Aerosoly byly probublávány 650 um Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) obsahujícím 235 mM roztok DEPMPO(5-(diethoxyfosforyl)-5-methyl-l-pyrrolin-N-oxidu) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Všechna měření ESR byla provedena pomocí spektrometru Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) a plochého panelu.Ke sběru a analýze dat byl použit software Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA).Stanovení charakteristik ROS bylo provedeno pouze pro soubor provozních podmínek [-6,5 kV, 4,0 cm].Koncentrace EWNS byly měřeny pomocí SMPS po zohlednění ztrát EWNS v impaktoru.
Hladiny ozonu byly monitorovány pomocí 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Pro všechny vlastnosti EWNS se jako hodnota měření použije střední hodnota a jako chyba měření se použije směrodatná odchylka.Byly provedeny T-testy pro porovnání hodnot optimalizovaných atributů EWNS s odpovídajícími hodnotami základního EWNS.
Obrázek 2c ukazuje dříve vyvinutý a charakterizovaný elektrostatický precipitační (EPES) „pull“ systém, který lze použít pro cílené dodání EWNS na povrch.EPES využívá náboje EVNS, které lze „navést“ přímo na povrch cíle pod vlivem silného elektrického pole.Podrobnosti o systému EPES jsou uvedeny v nedávné publikaci Pyrgiotakise et al.11.EPES se tedy skládá z 3D tištěné PVC komory se zkosenými konci a obsahuje dvě paralelní kovové desky z nerezové oceli (nerezová ocel 304, zrcadlově potažená) ve středu vzdálené 15,24 cm od sebe.Desky byly připojeny k externímu zdroji vysokého napětí (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), spodní deska byla vždy připojena na kladné napětí a horní deska byla vždy spojena se zemí (plovoucí zem).Stěny komory jsou pokryty hliníkovou fólií, která je elektricky uzemněna, aby se zabránilo ztrátě částic.Komora má utěsněná přední vkládací dvířka, která umožňují umístění testovacích povrchů na plastové stojany, které je zvednou nad spodní kovovou desku, aby se zabránilo vysokonapěťovému rušení.
Účinnost depozice EWNS v EPES byla vypočtena podle dříve vyvinutého protokolu podrobně popsaného na doplňkovém obrázku S111.
Jako kontrolní komora byla k systému EPES zapojena do série druhá válcová průtoková komora, ve které byl k odstranění EWNS použit mezilehlý HEPA filtr.Jak je znázorněno na obrázku 2c, aerosol EWNS byl čerpán dvěma vestavěnými komorami.Filtr mezi velínem a EPES odstraňuje veškeré zbývající EWNS, což má za následek stejnou teplotu (T), relativní vlhkost (RH) a úrovně ozónu.
Bylo zjištěno, že důležité alimentární mikroorganismy kontaminují čerstvé potraviny, jako je E. coli (ATCC #27325), fekální indikátor, Salmonella enterica (ATCC #53647), alimentární patogen, Listeria neškodná (ATCC #33090), náhrada za patogenní Listeria monocytogenes, odvozená z CCce, ATCC (Manacessay) ATCC,409888S ), náhražka kazící se kvasinky, a odolnější inaktivovaná bakterie, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Nakupte náhodné krabice organických hroznových rajčat z místního trhu a chlaďte je do použití (až 3 dny) při teplotě 4 °C.Experimentální rajčata byla všechna stejně velká, asi 1/2 palce v průměru.
Protokoly kultivace, inokulace, expozice a počtu kolonií jsou podrobně popsány v naší předchozí publikaci a podrobně popsány v doplňkových údajích.Účinnost EWNS byla hodnocena vystavením naočkovaných rajčat působení 40 000 #/cm3 po dobu 45 minut.Stručně řečeno, tři rajčata byla použita k hodnocení přežívajících mikroorganismů v čase t = 0 min.Tři rajčata byla umístěna do EPES a vystavena EWNS při 40 000 #/cc (rajčata vystavená EWNS) a zbývající tři byla umístěna do kontrolní komory (kontrolní rajčata).Dodatečné zpracování rajčat v obou skupinách nebylo provedeno.Rajčata vystavená EWNS a kontrolní rajčata byla odstraněna po 45 minutách, aby se vyhodnotil účinek EWNS.
Každý experiment byl proveden trojmo.Analýza dat byla provedena podle protokolu popsaného v Doplňková data.
Mechanismy inaktivace byly hodnoceny sedimentací exponovaných vzorků EWNS (45 minut při koncentraci aerosolu EWNS 40 000 #/cm3) a neozářených vzorků neškodných bakterií E. coli, Salmonella enterica a Lactobacillus.Částice byly fixovány v 2,5 % glutaraldehydu, 1,25 % paraformaldehydu a 0,03 % kyseliny pikrové v 0,1 M pufru kakodylátu sodného (pH 7,4) po dobu 2 hodin při teplotě místnosti.Po promytí post-fixujte 1% oxidem osmičelým (OsO4)/1,5% ferokyanidem draselným (KFeCN6) po dobu 2 hodin, promyjte 3x ve vodě a inkubujte v 1% uranylacetátu po dobu 1 hodiny, poté dvakrát promyjte ve vodě, poté dehydratujte 10 minut v 50%, 70%, 1000% alkoholuVzorky byly poté umístěny do propylenoxidu na 1 hodinu a impregnovány směsí 1:1 propylenoxidu a TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Vzorky byly uloženy v TAAB Epon a polymerovány při 60 °C po dobu 48 hodin.Vytvrzená granulovaná pryskyřice byla nařezána a vizualizována pomocí TEM za použití konvenčního transmisního elektronového mikroskopu JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Japonsko) vybaveného AMT 2k CCD kamerou (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
Všechny experimenty byly provedeny trojmo.Pro každý časový bod byly bakteriální výplachy naočkovány trojmo, což vedlo k celkem devíti datovým bodům na bod, jejichž průměr byl použit jako bakteriální koncentrace pro tento konkrétní mikroorganismus.Jako chyba měření byla použita standardní odchylka.Všechny body se počítají.
Logaritmus poklesu koncentrace bakterií ve srovnání s t = 0 min byl vypočten pomocí následujícího vzorce:
kde C0 je koncentrace bakterií v kontrolním vzorku v čase 0 (tj. po vysušení povrchu, ale před umístěním do komory) a Cn je koncentrace bakterií na povrchu po n minutách expozice.
Aby se zohlednila přirozená degradace bakterií během 45minutové expozice, logaritmické snížení ve srovnání s kontrolou po 45 minutách bylo také vypočteno následovně:
kde Cn je koncentrace bakterií v kontrolním vzorku v čase n a Cn-Control je koncentrace kontrolních bakterií v čase n.Data jsou prezentována jako logaritmické snížení ve srovnání s kontrolou (žádná expozice EWNS).
Během studie bylo hodnoceno několik kombinací napětí a vzdálenosti mezi jehlou a protielektrodou z hlediska tvorby Taylorova kužele, stability Taylorova kužele, stability produkce EWNS a reprodukovatelnosti.Různé kombinace jsou uvedeny v doplňkové tabulce S1.Pro komplexní studii byly vybrány dva případy vykazující stabilní a reprodukovatelné vlastnosti (Taylorův kužel, generace EWNS a stabilita v čase).Na Obr.Obrázek 3 ukazuje výsledky pro náboj, velikost a obsah ROS v obou případech.Výsledky jsou také uvedeny v tabulce 1. Pro srovnání, obrázek 3 i tabulka 1 zahrnují vlastnosti dříve syntetizovaného neoptimalizovaného EWNS8, 9, 10, 11 (základní hodnota-EWNS).Výpočty statistické významnosti pomocí dvoustranného t-testu jsou znovu publikovány v doplňkové tabulce S2.Kromě toho další data zahrnují studie vlivu průměru vzorkovacího otvoru protielektrody (D) a vzdálenosti mezi uzemňovací elektrodou a hrotem (L) (doplňkové obrázky S2 a S3).
(ac) Distribuce velikosti měřená pomocí AFM.(df) Charakteristika povrchového náboje.g) ROS charakterizace EPR.
Je také důležité poznamenat, že pro všechny výše uvedené podmínky byl naměřený ionizační proud mezi 2 a 6 μA a napětí mezi -3,8 a -6,5 kV, což vedlo ke spotřebě energie menší než 50 mW pro tento jediný kontaktní modul generace EWNS.Přestože byl EWNS syntetizován pod vysokým tlakem, hladiny ozonu byly velmi nízké, nikdy nepřesáhly 60 ppb.
Doplňkový obrázek S4 ukazuje simulovaná elektrická pole pro scénáře [-6,5 kV, 4,0 cm] a [-3,8 kV, 0,5 cm].Pro scénáře [-6,5 kV, 4,0 cm] a [-3,8 kV, 0,5 cm] jsou výpočty pole 2 × 105 V/ma 4,7 × 105 V/m.To se očekává, protože ve druhém případě je poměr napětí a vzdálenosti mnohem vyšší.
Na Obr.3a,b ukazuje průměr EWNS měřený pomocí AFM8.Vypočtené průměrné průměry EWNS byly 27 nm a 19 nm pro schémata [-6,5 kV, 4,0 cm] a [-3,8 kV, 0,5 cm].Pro scénáře [-6,5 kV, 4,0 cm] a [-3,8 kV, 0,5 cm] jsou geometrické směrodatné odchylky distribucí 1,41 a 1,45, což ukazuje na úzké rozdělení velikosti.Jak průměrná velikost, tak geometrická směrodatná odchylka jsou velmi blízké základní linii EWNS, při 25 nm a 1,41.Na Obr.3c ukazuje distribuci velikosti základní EWNS měřenou stejnou metodou za stejných podmínek.
Na Obr.3d,e ukazuje výsledky charakterizace náboje.Data jsou průměrná měření 30 současných měření koncentrace (#/cm3) a proudu (I).Analýza ukazuje, že průměrný náboj na EWNS je 22 ± 6 e- a 44 ± 6 e- pro [-6,5 kV, 4,0 cm] a [-3,8 kV, 0,5 cm], v daném pořadí.Mají výrazně vyšší povrchový náboj ve srovnání se základní linií EWNS (10 ± 2 e-), dvakrát vyšší než scénář [-6,5 kV, 4,0 cm] a čtyřikrát vyšší než [-3,8 kV, 0,5 cm].Obrázek 3f ukazuje náboj.data pro Baseline-EWNS.
Z koncentračních map čísla EWNS (doplňkové obrázky S5 a S6) lze vidět, že scénář [-6,5 kV, 4,0 cm] má výrazně více částic než scénář [-3,8 kV, 0,5 cm].Za zmínku také stojí, že koncentrace čísla EWNS byla monitorována až 4 hodiny (doplňkové obrázky S5 a S6), kde stabilita generace EWNS vykazovala v obou případech stejné úrovně koncentrace počtu částic.
Na Obr.3g ukazuje spektrum EPR po odečtení optimalizovaného řízení EWNS (pozadí) při [-6,5 kV, 4,0 cm].Spektra ROS byla také porovnána se scénářem Baseline-EWNS v dříve publikované práci.Počet EWNS reagujících s odstředivými pastmi byl vypočten na 7,5 × 104 EWNS/s, což je podobné dříve publikované Baseline-EWNS8.Spektra EPR jasně ukázala přítomnost dvou typů ROS, přičemž O2- je převládající druh a OH• je méně hojný.Kromě toho přímé srovnání maximálních intenzit ukázalo, že optimalizovaný EWNS měl významně vyšší obsah ROS ve srovnání se základním EWNS.
Na Obr.4 ukazuje účinnost depozice EWNS v EPES.Údaje jsou také shrnuty v tabulce I a porovnány s původními údaji EWNS.Pro oba případy EUNS se depozice blíží 100 % i při nízkém napětí 3,0 kV.Typicky je 3,0 kV dostatečné pro 100% depozici, bez ohledu na změnu povrchového náboje.Za stejných podmínek byla účinnost depozice Baseline-EWNS pouze 56 % kvůli jejich nižšímu náboji (průměrně 10 elektronů na EWNS).
Na Obr.5 a v tabulce.2 shrnuje hodnotu inaktivace mikroorganismů naočkovaných na povrchu rajčat po expozici asi 40 000 #/cm3 EWNS po dobu 45 minut v optimálním režimu [-6,5 kV, 4,0 cm].Inokulované E. coli a Lactobacillus neškodné vykazovaly významné snížení o 3,8 log během 45minutové expozice.Za stejných podmínek měl S. enterica pokles 2,2 log, zatímco S. cerevisiae a M. parafortutum měl pokles 1,0 log.
Elektronové mikrofotografie (obrázek 6) zobrazují fyzické změny vyvolané EWNS na neškodných buňkách Escherichia coli, Streptococcus a Lactobacillus vedoucí k jejich inaktivaci.Kontrolní bakterie měly neporušené buněčné membrány, zatímco exponované bakterie měly poškozené vnější membrány.
Elektronové mikroskopické zobrazování kontrolních a exponovaných bakterií odhalilo poškození membrány.
Údaje o fyzikálně-chemických vlastnostech optimalizovaného EWNS společně ukazují, že vlastnosti (povrchový náboj a obsah ROS) EWNS byly významně zlepšeny ve srovnání s dříve publikovanými základními údaji EWNS8,9,10,11.Na druhou stranu jejich velikost zůstala v rozsahu nanometrů, což je velmi podobné dříve hlášeným výsledkům, což jim umožňuje zůstat ve vzduchu po dlouhou dobu.Pozorovanou polydisperzitu lze vysvětlit změnami povrchového náboje, které určují velikost EWNS, náhodnost Rayleighova jevu a potenciální koalescenci.Nicméně, jak podrobně uvádí Nielsen et al.22, vysoký povrchový náboj snižuje odpařování účinným zvýšením povrchové energie/napětí kapky vody.V naší předchozí publikaci8 byla tato teorie experimentálně potvrzena pro mikrokapky 22 a EWNS.Ztráta náboje během přesčasů může také ovlivnit velikost a přispět k pozorované distribuci velikosti.