Täname, et külastasite veebisaiti Nature.com.Teie kasutataval brauseri versioonil on piiratud CSS-i tugi.Parima kasutuskogemuse saamiseks soovitame kasutada uuendatud brauserit (või keelata Internet Exploreris ühilduvusrežiim).Seni renderdame saidi jätkuva toe tagamiseks ilma stiilide ja JavaScriptita.
Kolme slaidi korraga näitav karussell.Korraga kolme slaidi vahel liikumiseks kasutage nuppe Eelmine ja Järgmine või kolme slaidi vahel liikumiseks kasutage lõpus olevaid liuguri nuppe.
Hiljuti töötati välja nanotehnoloogial põhinev kemikaalivaba antimikroobne platvorm, mis kasutab tehisvee nanostruktuure (EWNS).EWNS-il on kõrge pinnalaeng ja need on küllastunud reaktiivsete hapnikuliikidega (ROS), mis võivad interakteeruda ja inaktiveerida mitmete mikroorganismidega, sealhulgas toidupatogeenidega.Siin on näidatud, et nende omadusi sünteesi ajal saab peenhäälestada ja optimeerida, et veelgi suurendada nende antibakteriaalset potentsiaali.EWNS-i laboriplatvorm loodi EWNS-i omaduste peenhäälestamiseks, muutes sünteesiparameetreid.EWNS-i omaduste (ROS-i laeng, suurus ja sisaldus) iseloomustus kaasaegsete analüütiliste meetodite abil.Lisaks hinnati nende mikroobide inaktiveerimise potentsiaali toidu kaudu levivate mikroorganismide, nagu Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum ja Saccharomyces cerevisiae vastu.Siin esitatud tulemused näitavad, et EWNS-i omadusi saab sünteesi ajal peenhäälestada, mille tulemuseks on inaktiveerimise efektiivsuse eksponentsiaalne suurenemine.Eelkõige suurenes pinnalaeng neli korda ja reaktiivsed hapniku liigid suurenesid.Mikroobide eemaldamise kiirus sõltus mikroobidest ja jäi vahemikku 1,0 kuni 3,8 log pärast 45-minutilist kokkupuudet aerosooli annusega 40 000 #/cc EWNS.
Mikroobne saastumine on peamine toidu kaudu levivate haiguste põhjus, mis on põhjustatud patogeenide või nende toksiinide allaneelamisest.Ainuüksi Ameerika Ühendriikides põhjustavad toidust põhjustatud haigused igal aastal umbes 76 miljonit haigust, 325 000 haiglaravi ja 5000 surmajuhtumit1.Lisaks sellele on Ameerika Ühendriikide Põllumajandusministeeriumi (USDA) hinnangul värskete toodete suurenenud tarbimine põhjustanud 48% kõigist teatatud toidust põhjustatud haigustest Ameerika Ühendriikides2.Toiduga levivate patogeenide põhjustatud haiguste ja surmade maksumus Ameerika Ühendriikides on väga kõrge, haiguste tõrje ja ennetamise keskuste (CDC) hinnangul on aastas üle 15,6 miljardi USA dollari3.
Praegu tehakse toiduohutuse tagamiseks keemilisi4, kiirgus5 ja termilisi6 antimikroobseid sekkumisi enamasti piiratud kriitilistes kontrollpunktides kogu tootmisahelas (tavaliselt pärast saagikoristust ja/või pakendamise ajal), mitte pidevalt.seega on nad altid ristsaastumisele.7. Toiduga levivate haiguste ja toidu riknemise parem tõrje nõuab antimikroobseid sekkumisi, mida saab potentsiaalselt rakendada kogu talust lauani, vähendades samal ajal keskkonnamõju ja kulusid.
Hiljuti töötati välja kemikaalivaba nanotehnoloogial põhinev antimikroobne platvorm, mis suudab tehisvee nanostruktuure (EWNS) kasutades inaktiveerida pinna- ja õhus levivaid baktereid.EWNS sünteesiti kahe paralleelse protsessi, elektripihustuse ja vee ionisatsiooni abil (joonis 1a).Varasemad uuringud on näidanud, et EWNS-il on ainulaadne füüsikaliste ja bioloogiliste omaduste kogum8,9,10.EWNS-i struktuuris on keskmiselt 10 elektroni ja keskmine nanoskaala suurus on 25 nm (joonis 1b, c)8,9,10.Lisaks näitas elektronide spinresonants (ESR), et EWNS sisaldab suurel hulgal reaktiivseid hapniku liike (ROS), peamiselt hüdroksüül- (OH•) ja superoksiidi (O2-) radikaale (joonis 1c)8.EVNS on õhus pikka aega ja võib põrgata kokku õhus hõljuvate ja pinnal esinevate mikroorganismidega, edastades nende ROS-i kasuliku koormuse ja põhjustades mikroorganismide inaktiveerimise (joonis 1d).Need varased uuringud näitasid ka, et EWNS võib pindadel ja õhus suhelda erinevate gramnegatiivsete ja grampositiivsete bakteritega, sealhulgas mükobakteritega, ja inaktiveerida neid.Transmissioonelektronmikroskoopia näitas, et inaktivatsiooni põhjustas rakumembraani kahjustus.Lisaks on ägeda sissehingamise uuringud näidanud, et EWNS-i suured annused ei põhjusta kopsukahjustusi ega põletikku 8 .
a) Elektropihustus tekib siis, kui vedelikku sisaldava kapillaartoru ja vastuelektroodi vahele rakendatakse kõrgepinge.(b) Kõrgsurve rakendamise tulemuseks on kaks erinevat nähtust: (i) vee elektripihustamine ja (ii) EWNS-i kinni jäänud reaktiivsete hapnikuliikide (ioonide) moodustumine.c) EWNSi ainulaadne struktuur.(d) Oma nanomõõtmelise olemuse tõttu on EWNS-id väga mobiilsed ja võivad suhelda õhus levivate patogeenidega.
Hiljuti on demonstreeritud ka EWNS-i antimikroobse platvormi võimet inaktiveerida toidu kaudu levivaid mikroorganisme värske toidu pinnal.Samuti on näidatud, et EWNS-i pinnalaengut koos elektriväljaga saab kasutada sihipärase kohaletoimetamise saavutamiseks.Veelgi enam, esialgsed tulemused orgaaniliste tomatite kohta pärast 90-minutilist kokkupuudet EWNS-iga ligikaudu 50 000 #/cm3 olid julgustavad, kusjuures täheldati mitmesuguseid toidu kaudu levivaid mikroorganisme, nagu E. coli ja Listeria 11.Lisaks ei näidanud esialgsed organoleptilised testid kontrolltomatitega võrreldes sensoorset mõju.Kuigi need esialgsed inaktiveerimise tulemused on toiduohutuse rakenduste jaoks julgustavad isegi väga väikeste EWNS-i annuste puhul 50 000 #/cc.vaata, on selge, et suurem inaktiveerimispotentsiaal oleks kasulikum, et veelgi vähendada nakatumise ja riknemise ohtu.
Siin keskendume oma uurimistöös EWNS-i genereerimise platvormi arendamisele, et võimaldada sünteesiparameetrite peenhäälestamist ja EWNS-i füüsikalis-keemiliste omaduste optimeerimist, et suurendada nende antibakteriaalset potentsiaali.Eelkõige on optimeerimine keskendunud nende pinna laengu suurendamisele (et parandada sihipärast kohaletoimetamist) ja ROS-i sisu suurendamisele (inaktiveerimise tõhususe parandamiseks).Iseloomustage optimeeritud füüsikalis-keemilisi omadusi (suurus, laeng ja ROS-i sisaldus), kasutades kaasaegseid analüüsimeetodeid ja kasutage tavalisi toidumikroorganisme nagu E. .
EVNS sünteesiti kõrge puhtusastmega vee (18 MΩ cm-1) samaaegse elektripihustamise ja ioniseerimisega.Elektrilist nebulisaatorit 12 kasutatakse tavaliselt vedelike pihustamiseks ning polümeeri- ja keraamiliste osakeste 13 ning kontrollitud suurusega kiudude 14 sünteesiks.
Nagu on kirjeldatud eelmistes väljaannetes 8, 9, 10, 11, rakendati tüüpilises katses metallkapillaari ja maandatud vastuelektroodi vahele kõrgepinge.Selle protsessi käigus toimub kaks erinevat nähtust: i) elektripihustus ja ii) vee ionisatsioon.Kahe elektroodi vaheline tugev elektriväli põhjustab kondenseerunud vee pinnale negatiivsete laengute kogunemise, mille tulemusena tekivad Taylori koonused.Selle tulemusena tekivad tugevalt laetud veepiisad, mis lagunevad jätkuvalt väiksemateks osakesteks nagu Rayleigh’ teoorias16.Samal ajal põhjustavad tugevad elektriväljad mõnede veemolekulide elektronide lõhenemist ja eemaldamist (ioniseerumist), mis põhjustab suure hulga reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) moodustumist17.Samaaegselt genereeritud ROS18 kapseldati EWNS-i (joonis 1c).
Joonisel fig.Joonisel 2a on näidatud selles uuringus EWNS-i sünteesis välja töötatud ja kasutatud EWNS-i genereerimise süsteem.Suletud pudelis hoitud puhastatud vesi juhiti läbi teflontoru (2 mm siseläbimõõt) 30G roostevabast terasest nõela (metallist kapillaar).Vee voolu reguleerib pudelis olev õhurõhk, nagu on näidatud joonisel 2b.Nõel on paigaldatud teflonkonsoolile ja seda saab käsitsi reguleerida teatud kaugusele vastuelektroodist.Vastuelektrood on poleeritud alumiiniumketas, mille keskel on auk proovivõtu jaoks.Vastuelektroodi all on alumiiniumist proovivõtulehter, mis on proovivõtupordi kaudu ühendatud ülejäänud eksperimentaalse seadistusega (joonis 2b).Et vältida laengu kogunemist, mis võib proovivõtturi tööd häirida, on kõik proovivõtturi komponendid elektriliselt maandatud.
a) Engineered Water Nanostructure Generation System (EWNS).(b) Proovivõtturi ja elektropihusti ristlõige, mis näitab kõige olulisemaid parameetreid.(c) Eksperimentaalne seadistus bakterite inaktiveerimiseks.
Ülalkirjeldatud EWNS-i genereerimissüsteem on võimeline muutma peamisi tööparameetreid, et hõlbustada EWNS-i omaduste peenhäälestamist.Reguleerige rakendatud pinget (V), nõela ja vastuelektroodi (L) vahelist kaugust ning veevoolu (φ) läbi kapillaari, et täpsustada EWNS-i omadusi.Erinevate kombinatsioonide tähistamiseks kasutatav sümbol: [V (kV), L (cm)].Reguleerige veevoolu, et saada stabiilne Taylori koonus teatud komplektiga [V, L].Selle uuringu jaoks hoiti vastuelektroodi (D) ava läbimõõt 0,5 tolli (1,29 cm).
Piiratud geomeetria ja asümmeetria tõttu ei saa elektrivälja tugevust arvutada esimeste põhimõtete järgi.Selle asemel kasutati elektrivälja arvutamiseks tarkvara QuickField™ (Svendborg, Taani)19.Elektriväli ei ole ühtlane, seetõttu kasutati erinevate konfiguratsioonide võrdlusväärtusena kapillaari tipu elektrivälja väärtust.
Uuringu käigus hinnati mitmeid pinge ja kauguse kombinatsioone nõela ja vastuelektroodi vahel Taylori koonuse moodustumise, Taylori koonuse stabiilsuse, EWNS-i tootmise stabiilsuse ja reprodutseeritavuse osas.Erinevad kombinatsioonid on näidatud täiendavas tabelis S1.
EWNS-i genereerimissüsteemi väljund ühendati osakeste arvu kontsentratsiooni mõõtmiseks otse skaneeriva liikuvuse osakeste suuruse analüsaatoriga (SMPS, mudel 3936, TSI, Shoreview, MN), samuti aerosool Faraday elektromeetriga (TSI, mudel 3068B, Shoreview, MN).) aerosoolivoolude jaoks mõõdeti nii, nagu on kirjeldatud meie eelmises väljaandes.Nii SMPS-i kui ka aerosoolelektromeetri proovid võeti voolukiirusel 0,5 l/min (proovi koguvool 1 l/min).Osakeste arvulist kontsentratsiooni ja aerosooli voolu mõõdeti 120 sekundi jooksul.Mõõtmist korratakse 30 korda.Praeguste mõõtmiste põhjal arvutatakse aerosooli kogulaeng ja arvutatakse EWNS-i keskmine laeng valitud EWNS-i osakeste koguarvu kohta.EWNS-i keskmise maksumuse saab arvutada võrrandi (1) abil:
kus IEl on mõõdetud vool, NSMPS on SMPS-iga mõõdetud digitaalne kontsentratsioon ja φEl on voolukiirus elektromeetri kohta.
Kuna suhteline õhuniiskus (RH) mõjutab pinna laengut, hoiti temperatuur ja (RH) katse ajal konstantsena vastavalt 21 °C ja 45%.
EWNS-i suuruse ja eluea mõõtmiseks kasutati aatomijõumikroskoopiat (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) ja AC260T sondi (Olympus, Tokyo, Jaapan).AFM-i skaneerimissagedus oli 1 Hz, skaneerimisala 5 μm × 5 μm ja 256 skaneerimisjoont.Kõigile piltidele viidi Asylum tarkvara abil 1. järku kujutiste joondamine (maski ulatus 100 nm, lävi 100 pm).
Katselehter eemaldati ja vilgukivi pind asetati vastuelektroodist 2,0 cm kaugusele 120 s keskmiseks ajaks, et vältida osakeste aglomeratsiooni ja ebakorrapäraste tilkade moodustumist vilgukivi pinnal.EWNS pihustati otse värskelt lõigatud vilgukivi pinnale (Ted Pella, Redding, CA).Pilt vilgupinnast vahetult pärast AFM-i pihustamist.Värskelt lõigatud modifitseerimata vilgu pinna kokkupuutenurk on 0° lähedal, seega jaotub EVNS vilgupinnale kupli kujul.Hajuvate tilkade läbimõõt (a) ja kõrgus (h) mõõdeti otse AFM-i topograafiast ja neid kasutati EWNS-i kuplikujulise difusioonimahu arvutamiseks, kasutades meie varem valideeritud meetodit.Eeldades, et pardal oleva EWNS-i maht on sama, saab samaväärse läbimõõdu arvutada võrrandi (2) abil:
Meie varem välja töötatud meetodi põhjal kasutati lühiajaliste radikaalsete vaheühendite olemasolu tuvastamiseks EWNS-is elektronide spinresonantsi (ESR) spin-lõksu.Aerosoolid juhiti läbi 650 μm Midget spargeri (Ace Glass, Vineland, NJ), mis sisaldas 235 mM DEPMPO (5-(dietoksüfosforüül)-5-metüül-1-pürroliin-N-oksiidi) lahust (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Kõik ESR-i mõõtmised viidi läbi Bruker EMX spektromeetriga (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ja lameekraaniga kambriga.Andmete kogumiseks ja analüüsimiseks kasutati tarkvara Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA).ROS-i karakteristikute määramine viidi läbi ainult teatud töötingimuste jaoks [-6,5 kV, 4,0 cm].EWNS-i kontsentratsioone mõõdeti SMPS-i abil pärast EWNS-i kadude arvestamist löökkatsekehas.
Osoonitasemeid jälgiti seadmega 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Kõigi EWNS-i omaduste puhul kasutatakse mõõtmisväärtusena keskmist väärtust ja mõõtmisveana standardhälvet.Optimeeritud EWNS-i atribuutide väärtuste võrdlemiseks EWNS-i baasväärtustega viidi läbi T-testid.
Joonisel 2c on kujutatud varem välja töötatud ja iseloomustatud elektrostaatilise sadestamise (EPES) "tõmbesüsteem", mida saab kasutada EWNS-i sihipäraseks kohaletoimetamiseks pinnal.EPES kasutab EVNS laenguid, mida saab tugeva elektrivälja mõjul otse sihtmärgi pinnale “juhtida”.EPES-süsteemi üksikasjad on esitatud Pyrgiotakise jt hiljutises väljaandes.11 .Seega koosneb EPES kitsenevate otstega 3D-prinditud PVC-kambrist ja sisaldab kahte paralleelset roostevabast terasest (304 roostevabast terasest, peegelkattega) metallplaati, mille keskel on üksteisest 15,24 cm vahe.Plaadid ühendati välise kõrgepingeallikaga (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), alumine plaat oli alati ühendatud positiivse pingega ja ülemine plaat oli alati ühendatud maandusega (ujuv maandus).Kambri seinad on kaetud alumiiniumfooliumiga, mis on elektriliselt maandatud, et vältida osakeste kadu.Kambril on tihendatud eesmine laadimisuks, mis võimaldab asetada katsepinnad plastalustele, mis tõstavad need alumise metallplaadi kohale, et vältida kõrgepingehäireid.
EWNS-i sadestumise efektiivsus EPES-is arvutati vastavalt eelnevalt välja töötatud protokollile, mis on üksikasjalikult kirjeldatud lisajoonisel S111.
Juhtkambrina ühendati EPES-süsteemiga järjestikku teine ​​silindriline voolukamber, milles EWNS-i eemaldamiseks kasutati vahepealset HEPA-filtrit.Nagu on näidatud joonisel 2c, pumbati EWNS-i aerosool läbi kahe sisseehitatud kambri.Juhtruumi ja EPES-i vaheline filter eemaldab kõik ülejäänud EWNS-id, mille tulemuseks on sama temperatuur (T), suhteline niiskus (RH) ja osoonitase.
On leitud, et olulised toidu kaudu levivad mikroorganismid saastavad värskeid toiduaineid, nagu E. coli (ATCC #27325), fekaaliindikaator, Salmonella enterica (ATCC #53647), toidupatogeen, kahjutu Listeria (ATCC #33090), patogeense Listeria monocytogenes'e aseaine, tuletatud ATCC-st, VACC ATCC (Saisiacchareces, VACCevAT8), riknemispärmi asendaja ja resistentsem inaktiveeritud bakter Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Ostke oma kohalikult turult juhuslikud kastid maheviinamarja tomateid ja hoidke külmkapis temperatuuril 4 °C kuni kasutamiseni (kuni 3 päeva).Eksperimentaalsed tomatid olid kõik ühesuurused, umbes 1/2 tolli läbimõõduga.
Kultuuri, inokuleerimise, kokkupuute ja kolooniate loendamise protokollid on üksikasjalikult kirjeldatud meie eelmises väljaandes ja täiendavates andmetes.EWNS-i efektiivsust hinnati nakatatud tomatite eksponeerimisega 45 minutiks 40 000 #/cm3.Lühidalt, ellujäänud mikroorganismide hindamiseks kasutati kolme tomatit ajahetkel t = 0 min.Kolm tomatit pandi EPES-i ja eksponeeriti EWNS-ile kiirusega 40 000 #/cc (EWNS-iga eksponeeritud tomatid) ja ülejäänud kolm pandi kontrollkambrisse (kontrolltomatid).Tomatite täiendavat töötlemist mõlemas rühmas ei tehtud.EWNS-iga eksponeeritud tomatid ja kontrolltomatid eemaldati 45 minuti pärast, et hinnata EWNS-i mõju.
Iga katse viidi läbi kolmes eksemplaris.Andmete analüüs viidi läbi vastavalt lisaandmetes kirjeldatud protokollile.
Inaktiveerimismehhanisme hinnati eksponeeritud EWNS-i proovide (45 minutit 40 000 #/cm3 EWNS-i aerosooli kontsentratsioonil) ja kahjutute bakterite E. coli, Salmonella enterica ja Lactobacillus kiiritamata proovide settimise teel.Osakesed fikseeriti 2,5% glutaaraldehüüdis, 1,25% paraformaldehüüdis ja 0,03% pikriinhappes 0,1 M naatriumkakodülaatpuhvris (pH 7,4) 2 tundi toatemperatuuril.Pärast pesemist fikseerige 1% osmiumtetroksiidi (OsO4) / 1,5% kaaliumferrotsüaniidiga (KFeCN6) 2 tundi, peske 3 korda vees ja inkubeerige 1% uranüülatsetaadis 1 tund, seejärel peske kaks korda vees, seejärel dehüdreerige 10%, 0%, 0%, 10%, 0%, 0% 0%.Seejärel asetati proovid 1 tunniks propüleenoksiidi ja immutati propüleenoksiidi ja TAAP Epon 1:1 seguga (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Proovid sisestati TAAB Eponi ja polümeriseeriti 60 °C juures 48 tundi.Kõvenenud granuleeritud vaik lõigati ja visualiseeriti TEM-ga, kasutades tavalist ülekandeelektronmikroskoopi JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Jaapan), mis oli varustatud AMT 2k CCD-kaameraga (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
Kõik katsed viidi läbi kolmes eksemplaris.Iga ajahetke jaoks külvati bakteripesu kolm korda, mille tulemuseks oli kokku üheksa andmepunkti punkti kohta, mille keskmist kasutati selle konkreetse mikroorganismi bakterite kontsentratsioonina.Mõõtmisveana kasutati standardhälvet.Kõik punktid loevad.
Bakterite kontsentratsiooni vähenemise logaritm võrreldes t = 0 min arvutati järgmise valemi abil:
kus C0 on bakterite kontsentratsioon kontrollproovis ajahetkel 0 (st pärast pinna kuivamist, kuid enne kambrisse asetamist) ja Cn on bakterite kontsentratsioon pinnal pärast n-minutilist kokkupuudet.
Et võtta arvesse bakterite loomulikku lagunemist 45-minutilise kokkupuute ajal, arvutati logaritmi vähenemine võrreldes kontrolliga 45 minuti pärast järgmiselt:
kus Cn on bakterite kontsentratsioon kontrollproovis ajahetkel n ja Cn-Control on kontrollbakterite kontsentratsioon ajahetkel n.Andmed on esitatud logaritmi vähenemisena võrreldes kontrolliga (EWNS-i kokkupuude puudub).
Uuringu käigus hinnati mitmeid pinge ja kauguse kombinatsioone nõela ja vastuelektroodi vahel Taylori koonuse moodustumise, Taylori koonuse stabiilsuse, EWNS-i tootmise stabiilsuse ja reprodutseeritavuse osas.Erinevad kombinatsioonid on näidatud täiendavas tabelis S1.Põhjalikuks uuringuks valiti kaks juhtumit, mis näitavad stabiilseid ja reprodutseeritavaid omadusi (Taylori koonus, EWNS-i teke ja stabiilsus aja jooksul).Joonisel fig.Joonisel 3 on näidatud ROS-i laengu, suuruse ja sisu tulemused mõlemal juhul.Tulemused on näidatud ka tabelis 1. Viitamiseks sisaldavad nii joonis 3 kui ka tabel 1 eelnevalt sünteesitud optimeerimata EWNS8, 9, 10, 11 (baasline-EWNS) omadusi.Statistilise olulisuse arvutused kahepoolse t-testi abil avaldatakse uuesti täiendavas tabelis S2.Lisaks hõlmavad täiendavad andmed uuringuid vastuelektroodi proovivõtuava läbimõõdu (D) ja maanduselektroodi ja otsa (L) vahelise kauguse mõju kohta (täiendavad joonised S2 ja S3).
ac) AFM-iga mõõdetud suurusjaotus.(df) Pinnalaengu karakteristikud.g) EPR-i ROS-i iseloomustus.
Samuti on oluline märkida, et kõigi ülaltoodud tingimuste korral oli mõõdetud ionisatsioonivool vahemikus 2 kuni 6 μA ja pinge vahemikus -3,8 kuni -6,5 kV, mille tulemuseks oli selle ühe EWNS-i genereerimise kontaktmooduli energiatarve alla 50 mW.Kuigi EWNS sünteesiti kõrge rõhu all, oli osoonitase väga madal, ei ületanud kunagi 60 ppb.
Täiendav joonis S4 näitab simuleeritud elektrivälju vastavalt [-6,5 kV, 4,0 cm] ja [-3,8 kV, 0,5 cm] stsenaariumide jaoks.Stsenaariumide [-6,5 kV, 4,0 cm] ja [-3,8 kV, 0,5 cm] puhul on väljaarvutused vastavalt 2 × 105 V/m ja 4,7 × 105 V/m.See on ootuspärane, kuna teisel juhul on pinge ja kauguse suhe palju suurem.
Joonisel fig.3a, b näitavad AFM8-ga mõõdetud EWNS-i läbimõõtu.Arvutatud keskmised EWNS-i läbimõõdud olid [-6,5 kV, 4,0 cm] ja [-3,8 kV, 0,5 cm] skeemide puhul vastavalt 27 nm ja 19 nm.Stsenaariumide [-6,5 kV, 4,0 cm] ja [-3,8 kV, 0,5 cm] korral on jaotuste geomeetrilised standardhälbed vastavalt 1,41 ja 1,45, mis näitab kitsast suurusjaotust.Nii keskmine suurus kui ka geomeetriline standardhälve on EWNS-i algtasemele väga lähedal, vastavalt 25 nm ja 1, 41.Joonisel fig.Joonisel 3c on näidatud põhi-EWNS-i suurusjaotus, mõõdetuna sama meetodiga samadel tingimustel.
Joonisel fig.3d,e näitab laengu iseloomustamise tulemusi.Andmed on kontsentratsiooni (#/cm3) ja voolutugevuse (I) 30 samaaegse mõõtmise keskmised.Analüüs näitab, et EWNS-i keskmine laeng on [-6,5 kV, 4,0 cm] ja [-3,8 kV, 0,5 cm] puhul vastavalt 22 ± 6 e- ja 44 ± 6 e-.Neil on oluliselt kõrgemad pinnalaengud võrreldes EWNS-i algtasemega (10 ± 2 e-), kaks korda suuremad kui [-6,5 kV, 4,0 cm] stsenaariumi korral ja neli korda suuremad kui [-3,8 kV, 0,5 cm].Joonisel 3f on näidatud laeng.andmed Baseline-EWNS jaoks.
EWNS-i numbri kontsentratsioonikaartidelt (täiendavad joonised S5 ja S6) on näha, et [-6,5 kV, 4,0 cm] stsenaariumis on osakesi oluliselt rohkem kui [-3,8 kV, 0,5 cm] stsenaariumis.Samuti väärib märkimist, et EWNS-i arvu kontsentratsiooni jälgiti kuni 4 tundi (täiendavad joonised S5 ja S6), kus EWNS-i genereerimise stabiilsus näitas mõlemal juhul sama osakeste arvu kontsentratsiooni.
Joonisel fig.3g näitab EPR spektrit pärast optimeeritud EWNS-i juhtimise (taust) lahutamist [-6,5 kV, 4,0 cm].ROS-spektreid võrreldi ka varem avaldatud töös Baseline-EWNS stsenaariumiga.Pöörlemislõksudega reageerivate EWNS-ide arvuks arvutati 7,5 × 104 EWNS/s, mis on sarnane varem avaldatud Baseline-EWNS8-ga.EPR-spektrid näitasid selgelt kahte tüüpi ROS-i olemasolu, kusjuures domineerivaks liigiks oli O2- ja OH• vähem.Lisaks näitas piikide intensiivsuse otsene võrdlus, et optimeeritud EWNS-i ROS-i sisaldus oli võrreldes algtaseme EWNS-iga oluliselt kõrgem.
Joonisel fig.4 on näidatud EWNS-i sadestamise efektiivsus EPES-is.Andmed on kokku võetud ka tabelis I ja neid võrreldakse EWNS-i algandmetega.Mõlema EUNS-i puhul on sadestumine 100% lähedal isegi madalal 3,0 kV pingel.Tavaliselt piisab 100% sadestamiseks 3,0 kV pingest, olenemata pinnalaengu muutusest.Samadel tingimustel oli Baseline-EWNS-i sadestusefektiivsus nende madalama laengu tõttu (keskmiselt 10 elektroni EWNS-i kohta) vaid 56%.
Joonisel fig.5 ja tabelis.2 on kokkuvõte tomatite pinnale nakatatud mikroorganismide inaktiveerimisväärtusest pärast kokkupuudet ligikaudu 40 000 #/cm3 EWNS-iga 45 minutit optimaalsel režiimil [-6,5 kV, 4,0 cm].Inokuleeritud E. coli ja Lactobacillus innocuous näitasid 45-minutilise kokkupuute jooksul olulist vähenemist 3,8 logaritmi võrra.Samadel tingimustel oli S. enterica vähenemine 2,2-logaritmiline, S. cerevisiae ja M. parafortutum aga 1,0-log.
Elektronmikrograafid (joonis 6) kujutavad EWNS-i poolt põhjustatud füüsilisi muutusi kahjututes Escherichia coli, Streptococcus ja Lactobacillus rakkudes, mis viivad nende inaktiveerimiseni.Kontrollbakteritel olid terved rakumembraanid, samas kui avatud bakteritel olid välismembraanid kahjustatud.
Kontroll- ja avatud bakterite elektronmikroskoopiline pildistamine näitas membraani kahjustusi.
Andmed optimeeritud EWNS-i füüsikalis-keemiliste omaduste kohta näitavad ühiselt, et EWNS-i omadused (pinnalaeng ja ROS-i sisaldus) paranesid oluliselt võrreldes varem avaldatud EWNS-i lähteandmetega 8, 9, 10, 11.Teisest küljest jäi nende suurus nanomeetri vahemikku, mis on väga sarnane varem teatatud tulemustega, võimaldades neil pikka aega õhus püsida.Täheldatud polüdisperssust saab seletada pinnalaengu muutustega, mis määravad EWNS-i suuruse, Rayleighi efekti juhuslikkuse ja potentsiaalse koalestsentsi.Kuid nagu on üksikasjalikult kirjeldanud Nielsen et al.22, kõrge pinnalaeng vähendab aurustumist, suurendades tõhusalt veetilga pinnaenergiat / pinget.Meie eelmises väljaandes8 kinnitati see teooria eksperimentaalselt mikrotilkade 22 ja EWNS puhul.Laengu kadumine ületunnitöö ajal võib samuti mõjutada suurust ja aidata kaasa vaadeldava suuruse jaotusele.