Dankon pro vizito de Nature.com.La retumila versio, kiun vi uzas, havas limigitan CSS-subtenon.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Intertempe, por certigi daŭran subtenon, ni redonos la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Karuselo montranta tri diapozitivojn samtempe.Uzu la butonojn Antaŭa kaj Sekva por moviĝi tra tri diapozitivoj samtempe, aŭ uzu la glitilbutonojn ĉe la fino por moviĝi tra tri diapozitivoj samtempe.
Lastatempe, senĥemia antimikroba platformo bazita sur nanoteknologio uzanta artefaritajn akvajn nanostrukturojn (EWNS) estis evoluigita.EWNS havas altan surfacŝarĝon kaj estas saturitaj kun reaktivaj oksigenspecioj (ROS) kiuj povas interagi kun kaj malaktivigi kelkajn mikroorganismojn, inkluzive de manĝaĵportitaj patogenoj.Ĉi tie estas montrite, ke iliaj propraĵoj dum sintezo povas esti fajnagorditaj kaj optimumigitaj por plue plibonigi sian kontraŭbakterian potencialon.La EWNS-laboratorioplatformo estis dizajnita por fajnagordi la trajtojn de EWNS ŝanĝante la sintezparametrojn.Karakterizado de EWNS-ecoj (ŝarĝo, grandeco kaj enhavo de ROS) uzante modernajn analizajn metodojn.Krome, ili estis taksitaj por sia mikroba malaktivigpotencialo kontraŭ manĝaĵtransportitaj mikroorganismoj kiel ekzemple Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum kaj Saccharomyces cerevisiae.La rezultoj prezentitaj ĉi tie pruvas ke la trajtoj de EWNS povas esti fajnagorditaj dum sintezo, rezultigante eksponenta pliiĝo en malaktiviga efikeco.Aparte, la surfaca ŝargo pliiĝis je faktoro de kvar kaj la reaktivaj oksigenspecioj pliiĝis.La mikroba foriga indico estis mikrobe dependa kaj variis de 1.0 ĝis 3.8 log post 45-minuta eksponiĝo al aerosoldozo de 40,000 #/cc EWNS.
Mikroba poluado estas la ĉefa kaŭzo de manĝaĵa malsano kaŭzita de la konsumado de patogenoj aŭ iliaj toksinoj.Nur en Usono, nutraĵa malsano kaŭzas ĉirkaŭ 76 milionojn da malsanoj, 325 000 hospitalajn akceptojn kaj 5 000 mortojn ĉiujare1.Krome, la United States Department of Agriculture (USDA) taksas ke pliigita konsumo de freŝaj produktoj kaŭzas 48% de ĉiuj raportitaj manĝaĵmalsanoj en Usono2.La kosto de malsano kaj morto kaŭzita de nutraĵtranspatogenoj en Usono estas tre alta, taksita de la Centroj por Malsankontrolo kaj Preventado (CDC) je pli ol 15,6 miliardoj USD jare3.
Nuntempe, kemiaj4, radiado5 kaj termikaj6 kontraŭmikrobaj intervenoj por certigi manĝaĵsekurecon estas plejparte faritaj ĉe limigitaj kritikaj kontrolpunktoj (CCPoj) laŭ la produktadĉeno (kutime post rikolto kaj/aŭ dum enpakado) prefere ol kontinue.tiel, ili estas emaj al kruc-poluado.7. Pli bona kontrolo de nutraĵmalsano kaj nutrado de manĝaĵo postulas kontraŭmikrobajn intervenojn, kiuj eble povas esti aplikataj tra la farm-al-tabla kontinuumo dum reduktado de media efiko kaj kostoj.
Lastatempe, senkemiaj, nanoteknologi-bazita antimikroba platformo estis evoluigita kiu povas malaktivigi surfacajn kaj aerajn bakteriojn uzante artefaritajn akvajn nanostrukturojn (EWNS).EWNS estis sintezita per du paralelaj procezoj, elektrospray kaj akva jonigo (Fig. 1a).Antaŭaj studoj montris, ke EWNS havas unikan aron de fizikaj kaj biologiaj trajtoj8,9,10.EWNS havas mezumon de 10 elektronoj per strukturo kaj meza nanoskala grandeco de 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10.Krome, elektrona spina resonanco (ESR) montris, ke EWNS enhavas grandan kvanton da reaktivaj oksigenaj specioj (ROS), ĉefe hidroksilaj (OH•) kaj superoksidaj (O2-) radikaluloj (Fig. 1c)8.EVNS estas en la aero dum longa tempo kaj povas kolizii kun mikroorganismoj suspenditaj en la aero kaj ĉeestantaj sur la surfaco, liverante sian ROS-utilan ŝarĝon kaj kaŭzante malaktivigon de mikroorganismoj (Fig. 1d).Tiuj fruaj studoj ankaŭ montris ke EWNS povas interagi kun kaj malaktivigi diversajn gram-negativajn kaj gram-pozitivajn bakteriojn, inkluzive de mikobakterioj, sur surfacoj kaj en la aero.Dissenda elektrona mikroskopio montris ke la malaktivigo estis kaŭzita de interrompo de la ĉelmembrano.Krome, studoj pri akutaj enspiroj montris, ke altaj dozoj de EWNS ne kaŭzas pulman damaĝon aŭ inflamon 8 .
(a) Elektrospray okazas kiam alta tensio estas aplikata inter kapilara tubo enhavanta likvaĵon kaj kontraŭelektrodo.(b) La apliko de alta premo rezultigas du malsamajn fenomenojn: (i) elektroŝprucigado de akvo kaj (ii) formado de reaktivaj oksigenspecioj (jonoj) kaptitaj en la EWNS.(c) La unika strukturo de EWNS.(d) Pro ilia nanoskala naturo, EWNS estas tre moveblaj kaj povas interagi kun aeraj patogenoj.
La kapablo de la EWNS-antimikroba platformo malaktivigi manĝaĵajn mikroorganismojn sur la surfaco de freŝa manĝaĵo ankaŭ estis lastatempe pruvita.Estis ankaŭ montrite ke la surfacŝargo de EWNS en kombinaĵo kun elektra kampo povas esti uzita por atingi laŭcelan liveraĵon.Krome, preparaj rezultoj por organikaj tomatoj post 90-minuta eksponiĝo ĉe EWNS de proksimume 50,000 #/cm3 estis kuraĝigaj, kun diversaj nutraĵtransportitaj mikroorganismoj kiel ekzemple E. coli kaj Listeria 11 observitaj.Krome, preparaj organoleptaj testoj montris neniujn sensajn efikojn kompare kun kontrolaj tomatoj.Kvankam ĉi tiuj komencaj malaktivigaj rezultoj estas kuraĝigaj por manĝaĵsekurecaj aplikoj eĉ ĉe tre malaltaj EWNS-dozoj de 50,000#/cc.vidu, estas klare, ke pli alta malaktiviga potencialo estus pli utila por plu redukti la riskon de infekto kaj difekto.
Ĉi tie, ni enfokusigos nian esploradon pri la evoluo de EWNS-generacia platformo por ebligi fajnan agordon de sintezaj parametroj kaj optimumigo de la fizikkemiaj trajtoj de EWNS por plibonigi ilian kontraŭbakterian potencialon.Aparte, optimumigo koncentriĝis pri pliigado de ilia surfaca ŝarĝo (por plibonigi laŭcelan liveraĵon) kaj ROS-enhavon (por plibonigi malaktivigan efikecon).Karakterizu optimumigitajn fiziko-kemiajn trajtojn (grandeco, ŝargo kaj ROS-enhavo) uzante modernajn analizajn metodojn kaj uzu oftajn manĝmikroorganismojn kiel ekzemple E. .
EVNS estis sintezita per samtempa elektrospray kaj jonigo de alta pureca akvo (18 MΩ cm–1).La elektra nebulizilo 12 estas tipe uzita por la atomizado de likvaĵoj kaj la sintezo de polimero kaj ceramikaj partikloj 13 kaj fibroj 14 de kontrolita grandeco.
Kiel detale en antaŭaj publikaĵoj 8, 9, 10, 11, en tipa eksperimento, alta tensio estis aplikita inter metala kapilaro kaj surterigita kontraŭelektrodo.Dum ĉi tiu procezo okazas du malsamaj fenomenoj: i) elektrospray kaj ii) akva jonigo.Forta kampo inter la du elektrodoj igas negativajn ŝargojn konstrui sur la surfaco de la densigita akvo, rezultigante la formadon de Taylor-konusoj.Kiel rezulto, tre ŝargitaj akvogutetoj formiĝas, kiuj daŭre disiĝas en pli malgrandajn partiklojn, kiel en la teorio de Rayleigh16.Samtempe, fortaj elektraj kampoj igas iujn akvajn molekulojn disiĝi kaj senigi elektronojn (jonigi), kio kondukas al la formado de granda kvanto de reaktivaj oksigenaj specioj (ROS)17.Samtempe generita ROS18 estis enkapsuligita en EWNS (Fig. 1c).
Sur fig.2a montras la EWNS-generacian sistemon evoluigitan kaj uzatan en la EWNS-sintezo en ĉi tiu studo.Purigita akvo stokita en fermita botelo estis nutrita tra Teflona tubo (2 mm interna diametro) en 30G rustorezistaŝtala nadlo (metala kapilaro).La fluo de akvo estas kontrolita per la aerpremo ene de la botelo, kiel montrite en Figuro 2b.La kudrilo estas muntita sur Teflona konzolo kaj povas esti mane alĝustigita al certa distanco de la kontraŭelektrodo.La kontraŭelektrodo estas polurita aluminia disko kun truo en la centro por specimenigo.Sub la kontraŭelektrodo estas aluminio-specimena funelo, kiu estas konektita al la resto de la eksperimenta aranĝo per specimena haveno (Fig. 2b).Por eviti ŝargan amasiĝon, kiu povus interrompi sampliloperacion, ĉiuj samplilkomponentoj estas elektre surgrundigitaj.
(a) Realigita Akva Nanostruktura Generacio-Sistemo (EWNS).(b) Sekco de la samplilo kaj elektrospray, montrante la plej gravajn parametrojn.(c) Eksperimenta aranĝo por bakteria malaktivigo.
La EWNS-generacia sistemo priskribita supre kapablas ŝanĝi ŝlosilajn operaciajn parametrojn por faciligi fajnan agordon de la EWNS-ecoj.Alĝustigu la aplikatan tension (V), la distancon inter la nadlo kaj la kontraŭelektrodo (L), kaj la akvofluon (φ) tra la kapilaro por fajne agordi la EWNS-karakterizaĵojn.Simbolo uzata por reprezenti malsamajn kombinaĵojn: [V (kV), L (cm)].Alĝustigu la akvofluon por akiri stabilan Taylor-konuson de certa aro [V, L].Por la celoj de ĉi tiu studo, la aperturdiametro de la kontraŭelektrodo (D) estis konservita je 0.5 coloj (1.29 cm).
Pro la limigita geometrio kaj malsimetrio, la elektra kampoforto ne povas esti kalkulita de unuaj principoj.Anstataŭe, la programaro QuickField™ (Svendborg, Danio)19 estis uzata por kalkuli la elektran kampon.La elektra kampo ne estas unuforma, tiel ke la valoro de la elektra kampo ĉe la pinto de la kapilaro estis utiligita kiel referencvaloro por diversaj konfiguracioj.
Dum la studo, pluraj kombinaĵoj de tensio kaj distanco inter la nadlo kaj la kontraŭelektrodo estis taksitaj laŭ Taylor-konusformacio, Taylor-konusstabileco, EWNS-produktadstabileco kaj reproduktebleco.Diversaj kombinaĵoj estas montritaj en Suplementa Tabelo S1.
La produktado de la EWNS-generacia sistemo estis ligita rekte al Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Modelo 3936, TSI, Shoreview, MN) por partikla nombro-koncentriĝomezurado, same kiel al Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Modelo 3068B, Shoreview, MN).) por aerosolfluoj estis mezurita kiel priskribite en nia antaŭa publikigo.Kaj la SMPS kaj la aerosolelektrometro provita je flukvanto de 0.5 L/min (totala provaĵofluo 1 L/min).La nombrokoncentriĝo de partikloj kaj la aerosolfluo estis mezuritaj dum 120 sekundoj.La mezurado estas ripetita 30 fojojn.Surbaze de nunaj mezuradoj, la totala aerosolŝargo estas kalkulita kaj la meza EWNS-akuzo estas taksita por antaŭfiksita tutsumo de elektitaj EWNS-partikloj.La meza kosto de EWNS povas esti kalkulita uzante Ekvacion (1):
kie IEl estas la mezurita fluo, NSMPS estas la cifereca koncentriĝo mezurita kun la SMPS, kaj φEl estas la flukvanto per elektrometro.
Ĉar relativa humideco (RH) influas surfacan ŝargon, temperaturo kaj (RH) estis konservitaj konstantaj dum la eksperimento je 21 °C kaj 45%, respektive.
Atomfortmikroskopio (AFM), Asylum MFP-3D (Azilo-Esplorado, Santa Barbara, CA) kaj AC260T-enketo (Olimpo, Tokio, Japanio) kutimis mezuri la grandecon kaj vivdaŭron de la EWNS.La skana frekvenco de AFM estis 1 Hz, la skana areo estis 5 μm × 5 μm, kaj 256 skanlinioj.Ĉiuj bildoj estis submetitaj al 1-a orda bilda vicigo per Asylum-programaro (maska ​​gamo 100 nm, sojlo 100 pm).
La testa funelo estis forigita kaj la glima surfaco estis metita je distanco de 2.0 cm de la kontraŭelektrodo dum averaĝa tempo de 120 s por eviti partikla aglomerado kaj formado de neregulaj gutetoj sur la glima surfaco.EWNS estis ŝprucita rekte sur la surfacon de ĵus tranĉita glimo (Ted Pella, Redding, CA).Bildo de la glima surfaco tuj post AFM-ŝprucado.La kontaktangulo de la surfaco de ĵus tranĉita nemodifita glimo estas proksima al 0°, do EVNS estas distribuita sur la glima surfaco en formo de kupolo.La diametro (a) kaj alteco (h) de la disvastiĝantaj gutetoj estis mezuritaj rekte de la AFM-topografio kaj uzataj por kalkuli la EWNS-kupolan difuzan volumon per nian antaŭe validigitan metodon.Supozante ke la surŝipe EWNS havas la saman volumenon, la ekvivalenta diametro povas esti kalkulita uzante Ekvacion (2):
Surbaze de nia antaŭe evoluinta metodo, elektrona spinresonanco (ESR) spinkaptilo estis uzita por detekti la ĉeeston de mallongdaŭraj radikalaj intermediatoj en EWNS.Aerosoloj estis bobelitaj tra 650 μm Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) enhavanta 235 mM solvon de DEPMPO (5-(dietoksifosforil) -5-metil-1-pirolina-N-oksido) (Oxis International Inc.).Portlando, Oregono).Ĉiuj ESR-mezuradoj estis faritaj per Bruker EMX-spektrometro (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Usono) kaj platpanela ĉelo.La programaro Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Usono) estis uzata por kolekti kaj analizi la datumojn.Determino de la karakterizaĵoj de la ROS estis farita nur por aro de operaciaj kondiĉoj [-6.5 kV, 4.0 cm].EWNS-koncentriĝoj estis mezuritaj uzante la SMPS post kontado pri EWNS-perdoj en la frapilo.
Ozonniveloj estis monitoritaj per 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Por ĉiuj EWNS-ecoj, la averaĝa valoro estas utiligita kiel la mezurvaloro, kaj la norma devio estas utiligita kiel la mezuraro.T-testoj estis faritaj por kompari la valorojn de la optimumigitaj EWNS-atributoj kun la respondaj valoroj de la baza EWNS.
Figuro 2c montras antaŭe evoluintan kaj karakterizitan elektrostatikan precipitaĵon (EPES) "tiran" sistemon, kiu povas esti uzata por celita livero de EWNS ĉe la surfaco.EPES uzas EVNS-ŝarĝojn kiuj povas esti "gviditaj" rekte al la surfaco de la celo sub la influo de forta kampo.Detaloj de la EPES-sistemo estas prezentitaj en lastatempa publikaĵo de Pyrgiotakis et al.11 .Tiel, EPES konsistas el 3D presita PVC-kamero kun pintigitaj finoj kaj enhavas du paralelajn neoksideblajn ŝtalojn (304 neoksideblajn ŝtalojn, spegulkovritajn) metalajn platojn en la centro 15.24 cm dise.La estraroj estis ligitaj al ekstera alttensia fonto (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), la malsupra plato ĉiam estis ligita al pozitiva tensio, kaj la supra plato ĉiam estis ligita al grundo (flosanta grundo).La kamermuroj estas kovritaj per aluminia folio, kiu estas elektre surgrundigita por malhelpi partikloperdon.La kamero havas sigelitan antaŭan ŝarĝan pordon, kiu ebligas al testaj surfacoj esti metitaj sur plastajn standojn, kiuj levas ilin super la malsupra metala plato por eviti alttensian interferon.
La deponefikeco de EWNS en EPES estis kalkulita laŭ antaŭe evoluinta protokolo detala en Suplementa Figuro S111.
Kiel kontrolkamero, dua cilindra flukamero estis ligita en serio al la EPES-sistemo, en kiu meza HEPA-filtrilo estis uzita por forigi EWNS.Kiel montrite en Figuro 2c, la aerosolo EWNS estis pumpita tra du enkonstruitaj ĉambroj.La filtrilo inter la kontrolĉambro kaj EPES forigas ajnan restantan EWNS rezultigante la saman temperaturon (T), relativan humidecon (RH) kaj ozonnivelojn.
Gravaj manĝaĵtransportitaj mikroorganismoj estis trovitaj polui freŝajn manĝaĵojn kiel ekzemple E. coli (ATCC numero 27325), feka indikilo, Salmonella enterica (ATCC numero 53647), nutraĵtransportita patogeno, Listeria sendanĝera (ATCC numero 33090), anstataŭaĵo por patogena Listeria monocytogenes, derivita de ATCC90Ccerevisia (Manassas) anstataŭaĵo por ruiniga gisto, kaj pli rezistema inaktivigita bakterio, Mycobacterium paralucky (ATCC numero 19686).
Aĉetu hazardajn skatolojn da organikaj vinberaj tomatoj de via loka merkato kaj fridu je 4 °C ĝis uzo (ĝis 3 tagoj).La eksperimentaj tomatoj estis ĉiuj samgrandaj, ĉirkaŭ 1/2 colo en diametro.
La protokoloj pri kulturo, inokulado, ekspozicio kaj kolonikalkulo estas detalaj en nia antaŭa publikigo kaj detalaj en la Suplementaj Datumoj.La efikeco de EWNS estis taksita eksponante inokulitajn tomatojn al 40,000 #/cm3 dum 45 minutoj.Mallonge, tri tomatoj estis uzataj por taksi la pluvivajn mikroorganismojn je la tempo t = 0 min.Tri tomatoj estis metitaj en EPES kaj eksponitaj al EWNS je 40,000 #/cc (EWNS senŝirmaj tomatoj) kaj la ceteraj tri estis metitaj en la kontrolĉambron (kontroltomatoj).Plia prilaborado de tomatoj en ambaŭ grupoj ne estis farita.EWNS-senŝirmaj tomatoj kaj kontroltomatoj estis forigitaj post 45 minutoj por taksi la efikon de EWNS.
Ĉiu eksperimento estis farita triope.Analizo de datumoj estis farita laŭ la protokolo priskribita en Suplementaj Datumoj.
Senaktivigaj mekanismoj estis taksitaj per sedimentado de elmontritaj EWNS-provaĵoj (45 min ĉe 40,000 #/cm3 EWNS-aerosolkoncentriĝo) kaj ne-surradiitaj specimenoj de sendanĝeraj bakterioj E. coli, Salmonella enterica kaj Lactobacillus.La partikloj estis fiksitaj en 2.5% glutaraldehido, 1.25% paraformaldehido kaj 0.03% pikrata acido en 0.1 M natria kakodilata bufro (pH 7.4) dum 2 horoj ĉe ĉambra temperaturo.Post lavado, post-riparu per 1% osmia tetroksido (OsO4)/1,5% kalia ferocianido (KFeCN6) dum 2 horoj, lavu 3 fojojn en akvo kaj kovu en 1% uranilacetato dum 1 horo, poste lavu dufoje en akvo, poste malhidratigu dum 10 minutoj en alkoholo 50%,0%,090%.La specimenoj tiam estis metitaj en propilenoksidon dum 1 horo kaj impregnitaj per 1:1 miksaĵo de propilenoksido kaj TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).La specimenoj estis enigitaj en TAAB Epon kaj polimerigitaj je 60 °C dum 48 horoj.La resanigita grajneca rezino estis tranĉita kaj bildigita de TEM per konvencia dissenda elektrona mikroskopo JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Japanio) ekipita per AMT 2k CCD-fotilo (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Masaĉuseco, Usono).
Ĉiuj eksperimentoj estis faritaj triope.Por ĉiu tempopunkto, bakteriaj lavadoj estis semitaj triope, rezultigante totalon de naŭ datenpunktoj per punkto, kies mezumo estis utiligita kiel la bakteria koncentriĝo por tiu speciala mikroorganismo.La norma devio estis uzata kiel mezuraro.Ĉiuj punktoj kalkulas.
La logaritmo de la malkresko de la koncentriĝo de bakterioj kompare kun t = 0 min estis kalkulita per la sekva formulo:
kie C0 estas la koncentriĝo de bakterioj en la kontrola specimeno je la tempo 0 (te post kiam la surfaco sekiĝis sed antaŭ ol esti metita en la kamero) kaj Cn estas la koncentriĝo de bakterioj sur la surfaco post n minutoj da ekspozicio.
Por respondeci pri la natura degenero de bakterioj dum la 45-minuta eksponiĝo, la log-redukto kompare kun la kontrolo post 45 minutoj ankaŭ estis kalkulita jene:
kie Cn estas la koncentriĝo de bakterioj en la kontrolprovaĵo en tempo n kaj Cn-Kontrolo estas la koncentriĝo de kontrolbakterioj en tempo n.Datenoj estas prezentitaj kiel tagalo-redukto kompare kun kontrolo (neniu EWNS-eksponiĝo).
Dum la studo, pluraj kombinaĵoj de tensio kaj distanco inter la nadlo kaj la kontraŭelektrodo estis taksitaj laŭ Taylor-konusformacio, Taylor-konusstabileco, EWNS-produktadstabileco kaj reproduktebleco.Diversaj kombinaĵoj estas montritaj en Suplementa Tabelo S1.Du kazoj montrantaj stabilajn kaj reprodukteblajn ecojn (Taylor-konuso, EWNS-generacio kaj stabileco dum tempo) estis elektitaj por ampleksa studo.Sur fig.Figuro 3 montras la rezultojn por la pagendaĵo, grandeco kaj enhavo de ROS en ambaŭ kazoj.La rezultoj ankaŭ estas montritaj en Tabelo 1. Por referenco, kaj Figuro 3 kaj Tabelo 1 inkluzivas la ecojn de la antaŭe sintezitaj ne-optimumigitaj EWNS8, 9, 10, 11 (bazlinio-EWNS).Statistikaj signifokalkuloj uzantaj duvostan t-teston estas reeldonitaj en Suplementa Tabelo S2.Krome, pliaj datumoj inkluzivas studojn pri la efiko de kontraŭelektrodo-specimena truodiametro (D) kaj distanco inter grunda elektrodo kaj pinto (L) (Suplementaj Figuroj S2 kaj S3).
(ac) Grandeca distribuo mezurita de AFM.(df) Surfaca ŝarga karakterizaĵo.(g) ROS-karakterizado de la EPR.
Estas ankaŭ grave noti, ke por ĉiuj ĉi-supraj kondiĉoj, la mezurita joniga fluo estis inter 2 kaj 6 μA kaj tensio inter -3.8 kaj -6.5 kV, rezultigante elektrokonsumon de malpli ol 50 mW por ĉi tiu ununura EWNS-generacia kontaktomodulo.Kvankam EWNS estis sintezita sub alta premo, ozonniveloj estis tre malaltaj, neniam superante 60 ppb.
Suplementa Figuro S4 montras la ŝajnigajn elektrajn kampojn por la scenaroj [-6.5 kV, 4.0 cm] kaj [-3.8 kV, 0.5 cm] respektive.Por la [-6.5 kV, 4.0 cm] kaj [-3.8 kV, 0.5 cm] scenaroj, la kampokalkuloj estas 2 × 105 V/m kaj 4.7 × 105 V/m, respektive.Ĉi tio estas atendita, ĉar en la dua kazo la tensio-distanca rilatumo estas multe pli alta.
Sur fig.3a,b montras la EWNS-diametron mezurita per la AFM8.La kalkulitaj mezaj EWNS-diametroj estis 27 nm kaj 19 nm por la [-6.5 kV, 4.0 cm] kaj [-3.8 kV, 0.5 cm] skemoj, respektive.Por la [-6.5 kV, 4.0 cm] kaj [-3.8 kV, 0.5 cm] scenaroj, la geometriaj normaj devioj de la distribuoj estas 1.41 kaj 1.45, respektive, indikante mallarĝan grandecdistribuon.Kaj la averaĝa grandeco kaj la geometria norma devio estas tre proksimaj al la bazlinio EWNS, je 25 nm kaj 1.41, respektive.Sur fig.3c montras la granddistribuon de la baza EWNS mezurita uzante la saman metodon sub la samaj kondiĉoj.
Sur fig.3d,e montras la rezultojn de ŝarĝa karakterizado.Datenoj estas mezaj mezuradoj de 30 samtempaj mezuradoj de koncentriĝo (#/cm3) kaj fluo (I).La analizo montras ke la meza ŝargo sur la EWNS estas 22 ± 6 e- kaj 44 ± 6 e- por [-6.5 kV, 4.0 cm] kaj [-3.8 kV, 0.5 cm], respektive.Ili havas signife pli altajn surfacajn ŝargojn kompare kun bazlinio EWNS (10 ± 2 e-), du fojojn pli grandaj ol la [-6.5 kV, 4.0 cm] scenaro kaj kvar fojojn pli grandaj ol la [-3.8 kV, 0.5 cm].Figuro 3f montras la ŝargon.datumoj por Baseline-EWNS.
De la koncentriĝmapoj de la EWNS-nombro (Suplementaj Figuroj S5 kaj S6), oni povas vidi, ke la scenaro [-6.5 kV, 4.0 cm] havas signife pli da partikloj ol la scenaro [-3.8 kV, 0.5 cm].Indas ankaŭ rimarki, ke la EWNS-nombrokoncentriĝo estis monitorita ĝis 4 horoj (Suplementaj Figuroj S5 kaj S6), kie la EWNS-genera stabileco montris la samajn nivelojn de partikla nombro-koncentriĝo en ambaŭ kazoj.
Sur fig.3g montras la EPR-spektron post subtraho de la optimumigita EWNS-kontrolo (fono) ĉe [-6.5 kV, 4.0 cm].La ROS-spektroj ankaŭ estis komparitaj kun la Baseline-EWNS-scenaro en antaŭe publikigita laboro.La nombro da EWNS reagantaj kun spinkaptiloj estis kalkulita por esti 7.5 × 104 EWNS/s, kio estas simila al la antaŭe publikigita Baseline-EWNS8.La EPR-spektroj klare montris la ĉeeston de du specoj de ROS, kun O2- estanta la superrega specio kaj OH• estanta malpli abunda.Krome, rekta komparo de la pintaj intensecoj montris, ke la optimumigita EWNS havis signife pli altan ROS-enhavon kompare kun la bazlinio EWNS.
Sur fig.4 montras la deponefikecon de EWNS en EPES.La datenoj ankaŭ estas resumitaj en Tabelo I kaj komparitaj kun la originaj EWNS-datenoj.Por ambaŭ kazoj de EUNS, la atestaĵo estas proksima al 100% eĉ ĉe malalta tensio de 3.0 kV.Tipe, 3.0 kV sufiĉas por 100% atestaĵo, nekonsiderante surfaca ŝargoŝanĝo.Sub la samaj kondiĉoj, la atestaĵefikeco de Baseline-EWNS estis nur 56% pro ilia pli malalta pagendaĵo (averaĝe 10 elektronoj per EWNS).
Sur fig.5 kaj en tabelo.2 resumas la malaktivigvaloron de mikroorganismoj inokulitaj sur la surfaco de tomatoj post eksponiĝo al ĉirkaŭ 40,000 #/cm3 EWNS dum 45 minutoj ĉe la optimuma reĝimo [-6,5 kV, 4,0 cm].Inokulitaj E. coli kaj Lactobacillus innocuous montris signifan redukton de 3,8 ŝtipoj dum la 45-minuta ekspozicio.Sub la samaj kondiĉoj, S. enterica havis 2.2-log-malkreskon, dum S. cerevisiae kaj M. parafortutum havis 1.0-log-malkreskon.
La elektronaj mikrografioj (Figuro 6) prezentas la fizikajn ŝanĝojn induktajn de EWNS sur sendanĝeraj Escherichia coli, Streptococcus kaj Lactobacillus ĉeloj kondukantaj al ilia malaktivigo.La kontrolbakterioj havis sendifektajn ĉelmembranojn, dum la senŝirmaj bakterioj difektis eksterajn membranojn.
Elektronmikroskopa bildigo de kontrolo kaj senŝirmaj bakterioj rivelis membrandifekton.
La datumoj pri la fizikokemiaj propraĵoj de la optimumigita EWNS kolektive montras, ke la propraĵoj (surfaca ŝargo kaj ROS-enhavo) de la EWNS estis signife plibonigitaj kompare kun la antaŭe publikigitaj EWNS-bazaj datumoj8,9,10,11.Aliflanke, ilia grandeco restis en la nanometra gamo, tre simila al la rezultoj antaŭe raportitaj, permesante al ili resti en la aero dum longaj tempodaŭroj.La observita polidisperteco povas esti klarigita per surfacŝargŝanĝoj kiuj determinas la grandecon de EWNS, la hazardon de la Rayleigh-efiko, kaj eblan kunfluon.Tamen, kiel detale de Nielsen et al.22, alta surfaca ŝargo reduktas vaporiĝon efike pliigante la surfacan energion/streĉon de la akvoguto.En nia antaŭa publikigo8 ĉi tiu teorio estis eksperimente konfirmita por mikrogutetoj 22 kaj EWNS.Perdo de pagendaĵo dum kromlaboro ankaŭ povas influi la grandecon kaj kontribui al la observita grandecdistribuo.