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Récemment, une plateforme antimicrobienne sans produits chimiques basée sur la nanotechnologie utilisant des nanostructures artificielles d'eau (EWNS) a été développée.Les EWNS ont une charge de surface élevée et sont saturés d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui peuvent interagir avec et inactiver un certain nombre de micro-organismes, y compris les agents pathogènes d'origine alimentaire.Ici, il est démontré que leurs propriétés lors de la synthèse peuvent être affinées et optimisées pour améliorer encore leur potentiel antibactérien.La plate-forme de laboratoire EWNS a été conçue pour affiner les propriétés de l'EWNS en modifiant les paramètres de synthèse.Caractérisation des propriétés EWNS (charge, taille et teneur en ROS) à l'aide de méthodes analytiques modernes.De plus, ils ont été évalués pour leur potentiel d'inactivation microbienne contre les micro-organismes d'origine alimentaire tels que Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum et Saccharomyces cerevisiae.Les résultats présentés ici démontrent que les propriétés de l'EWNS peuvent être affinées lors de la synthèse, ce qui entraîne une augmentation exponentielle de l'efficacité de l'inactivation.En particulier, la charge de surface a été multipliée par quatre et les espèces réactives de l'oxygène ont augmenté.Le taux d'élimination microbienne était microbiennement dépendant et variait de 1,0 à 3,8 log après une exposition de 45 minutes à une dose d'aérosol de 40 000 #/cc EWNS.
La contamination microbienne est la principale cause de maladies d'origine alimentaire causées par l'ingestion d'agents pathogènes ou de leurs toxines.Aux États-Unis seulement, les maladies d'origine alimentaire provoquent environ 76 millions de maladies, 325 000 hospitalisations et 5 000 décès chaque année1.De plus, le Département de l'agriculture des États-Unis (USDA) estime que l'augmentation de la consommation de produits frais est responsable de 48 % de toutes les maladies d'origine alimentaire signalées aux États-Unis2.Le coût des maladies et des décès causés par les agents pathogènes d'origine alimentaire aux États-Unis est très élevé, estimé par les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) à plus de 15,6 milliards de dollars américains par an3.
Actuellement, les interventions antimicrobiennes chimiques4, radiologiques5 et thermiques6 pour assurer la sécurité alimentaire sont principalement effectuées à des points de contrôle critiques (PCC) limités tout au long de la chaîne de production (généralement après la récolte et/ou pendant le conditionnement) plutôt qu'en continu.ainsi, ils sont sujets à la contamination croisée.7. Un meilleur contrôle des maladies d'origine alimentaire et de la détérioration des aliments nécessite des interventions antimicrobiennes qui peuvent potentiellement être appliquées tout au long du continuum de la ferme à la table tout en réduisant l'impact et les coûts environnementaux.
Récemment, une plate-forme antimicrobienne sans produits chimiques et basée sur la nanotechnologie a été développée qui peut inactiver les bactéries de surface et en suspension dans l'air à l'aide de nanostructures d'eau artificielle (EWNS).L'EWNS a été synthétisé à l'aide de deux processus parallèles, l'électropulvérisation et l'ionisation de l'eau (Fig. 1a).Des études antérieures ont montré que l'EWNS possède un ensemble unique de propriétés physiques et biologiques8,9,10.Les EWNS ont une moyenne de 10 électrons par structure et une taille moyenne à l'échelle nanométrique de 25 nm (Fig. 1b, c) 8,9,10.De plus, la résonance de spin électronique (ESR) a montré que l'EWNS contient une grande quantité d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), principalement des radicaux hydroxyle (OH•) et superoxyde (O2-) (Fig. 1c)8.L'EVNS est dans l'air pendant une longue période et peut entrer en collision avec des micro-organismes en suspension dans l'air et présents à la surface, délivrant leur charge utile ROS et provoquant l'inactivation des micro-organismes (Fig. 1d).Ces premières études ont également montré que l'EWNS peut interagir avec et inactiver diverses bactéries gram-négatives et gram-positives, y compris les mycobactéries, sur les surfaces et dans l'air.La microscopie électronique à transmission a montré que l'inactivation était causée par une rupture de la membrane cellulaire.De plus, des études d'inhalation aiguë ont montré que des doses élevées d'EWNS ne provoquent pas de lésions pulmonaires ni d'inflammation 8 .
(a) L'électrospray se produit lorsqu'une haute tension est appliquée entre un tube capillaire contenant du liquide et une contre-électrode.(b) L'application de haute pression entraîne deux phénomènes différents : (i) l'électropulvérisation d'eau et (ii) la formation d'espèces réactives de l'oxygène (ions) piégées dans l'EWNS.(c) La structure unique de l'EWNS.(d) En raison de leur nature à l'échelle nanométrique, les EWNS sont très mobiles et peuvent interagir avec des agents pathogènes en suspension dans l'air.
La capacité de la plateforme antimicrobienne EWNS à inactiver les micro-organismes d'origine alimentaire à la surface des aliments frais a également été récemment démontrée.Il a également été démontré que la charge de surface d'EWNS en combinaison avec un champ électrique peut être utilisée pour obtenir une livraison ciblée.De plus, les résultats préliminaires pour les tomates biologiques après une exposition de 90 minutes à un EWNS d'environ 50 000 #/cm3 ont été encourageants, avec divers micro-organismes d'origine alimentaire tels que E. coli et Listeria 11 observés.De plus, les tests organoleptiques préliminaires n'ont montré aucun effet sensoriel par rapport aux tomates témoins.Bien que ces premiers résultats d'inactivation soient encourageants pour les applications de sécurité alimentaire, même à de très faibles doses EWNS de 50 000#/cc.voir, il est clair qu'un potentiel d'inactivation plus élevé serait plus bénéfique pour réduire davantage le risque d'infection et de détérioration.
Ici, nous concentrerons nos recherches sur le développement d'une plate-forme de génération d'EWNS pour permettre un réglage fin des paramètres de synthèse et l'optimisation des propriétés physicochimiques des EWNS afin d'améliorer leur potentiel antibactérien.En particulier, l'optimisation s'est concentrée sur l'augmentation de leur charge de surface (pour améliorer la livraison ciblée) et la teneur en ROS (pour améliorer l'efficacité de l'inactivation).Caractériser des propriétés physico-chimiques optimisées (taille, charge et teneur en ROS) à l'aide de méthodes analytiques modernes et utiliser des micro-organismes alimentaires courants tels que E. .
L'EVNS a été synthétisé par électropulvérisation et ionisation simultanées d'eau de haute pureté (18 MΩ cm–1).Le nébuliseur électrique 12 est typiquement utilisé pour l'atomisation de liquides et la synthèse de particules polymères et céramiques 13 et de fibres 14 de taille contrôlée.
Comme détaillé dans les publications précédentes 8, 9, 10, 11, dans une expérience typique, une haute tension a été appliquée entre un capillaire métallique et une contre-électrode mise à la terre.Au cours de ce processus, deux phénomènes différents se produisent : i) l'électropulvérisation et ii) l'ionisation de l'eau.Un fort champ électrique entre les deux électrodes provoque l'accumulation de charges négatives à la surface de l'eau condensée, entraînant la formation de cônes de Taylor.En conséquence, des gouttelettes d'eau hautement chargées se forment, qui continuent à se fragmenter en particules plus petites, comme dans la théorie de Rayleigh16.Dans le même temps, de forts champs électriques provoquent la séparation de certaines molécules d'eau et la séparation d'électrons (ionisation), ce qui entraîne la formation d'une grande quantité d'espèces réactives de l'oxygène (ROS)17.ROS18 généré simultanément a été encapsulé dans EWNS (Fig. 1c).
Sur la fig.2a montre le système de génération EWNS développé et utilisé dans la synthèse EWNS dans cette étude.L'eau purifiée stockée dans une bouteille fermée a été introduite à travers un tube en téflon (diamètre intérieur de 2 mm) dans une aiguille en acier inoxydable 30G (capillaire métallique).Le débit d'eau est contrôlé par la pression d'air à l'intérieur de la bouteille, comme le montre la figure 2b.L'aiguille est montée sur une console en téflon et peut être ajustée manuellement à une certaine distance de la contre-électrode.La contre-électrode est un disque en aluminium poli avec un trou au centre pour l'échantillonnage.Sous la contre-électrode se trouve un entonnoir d'échantillonnage en aluminium, qui est connecté au reste de la configuration expérimentale via un port d'échantillonnage (Fig. 2b).Pour éviter l'accumulation de charge qui pourrait perturber le fonctionnement de l'échantillonneur, tous les composants de l'échantillonneur sont électriquement mis à la terre.
(a) Système de génération de nanostructures d'eau artificielle (EWNS).(b) Coupe transversale de l'échantillonneur et de l'électrospray, montrant les paramètres les plus importants.( c ) Configuration expérimentale pour l'inactivation des bactéries.
Le système de génération EWNS décrit ci-dessus est capable de modifier les paramètres de fonctionnement clés pour faciliter le réglage fin des propriétés EWNS.Réglez la tension appliquée (V), la distance entre l'aiguille et la contre-électrode (L) et le débit d'eau (φ) à travers le capillaire pour affiner les caractéristiques EWNS.Symbole utilisé pour représenter différentes combinaisons : [V (kV), L (cm)].Ajustez le débit d'eau pour obtenir un cône de Taylor stable d'un certain ensemble [V, L].Aux fins de cette étude, le diamètre d'ouverture de la contre-électrode (D) a été maintenu à 0,5 pouce (1,29 cm).
En raison de la géométrie limitée et de l'asymétrie, l'intensité du champ électrique ne peut pas être calculée à partir des premiers principes.Au lieu de cela, le logiciel QuickField™ (Svendborg, Danemark)19 a été utilisé pour calculer le champ électrique.Le champ électrique n'étant pas uniforme, la valeur du champ électrique à la pointe du capillaire a été utilisée comme valeur de référence pour différentes configurations.
Au cours de l'étude, plusieurs combinaisons de tension et de distance entre l'aiguille et la contre-électrode ont été évaluées en termes de formation de cône de Taylor, de stabilité de cône de Taylor, de stabilité de production EWNS et de reproductibilité.Diverses combinaisons sont présentées dans le tableau supplémentaire S1.
La sortie du système de génération EWNS a été connectée directement à un analyseur de taille de particules à mobilité à balayage (SMPS, modèle 3936, TSI, Shoreview, MN) pour la mesure de la concentration en nombre de particules, ainsi qu'à un électromètre de Faraday pour aérosols (TSI, modèle 3068B, Shoreview, MN).) pour les courants d'aérosols a été mesuré comme décrit dans notre publication précédente.Le SMPS et l'électromètre d'aérosol ont échantillonné à un débit de 0,5 L/min (débit total d'échantillon 1 L/min).La concentration en nombre de particules et le débit d'aérosol ont été mesurés pendant 120 secondes.La mesure est répétée 30 fois.Sur la base des mesures actuelles, la charge totale d'aérosol est calculée et la charge EWNS moyenne est estimée pour un nombre total donné de particules EWNS sélectionnées.Le coût moyen de l'EWNS peut être calculé à l'aide de l'équation (1) :
où IEl est le courant mesuré, NSMPS est la concentration numérique mesurée avec le SMPS, et φEl est le débit par électromètre.
Étant donné que l'humidité relative (RH) affecte la charge de surface, la température et (RH) ont été maintenues constantes pendant l'expérience à 21°C et 45%, respectivement.
La microscopie à force atomique (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) et la sonde AC260T (Olympus, Tokyo, Japon) ont été utilisées pour mesurer la taille et la durée de vie de l'EWNS.La fréquence de balayage AFM était de 1 Hz, la zone de balayage était de 5 μm × 5 μm et 256 lignes de balayage.Toutes les images ont été soumises à un alignement d'image de 1er ordre à l'aide du logiciel Asylum (portée de masque 100 nm, seuil 100 pm).
L'entonnoir de test a été retiré et la surface de mica a été placée à une distance de 2,0 cm de la contre-électrode pendant une durée moyenne de 120 s pour éviter l'agglomération des particules et la formation de gouttelettes irrégulières sur la surface de mica.L'EWNS a été pulvérisé directement sur la surface du mica fraîchement coupé (Ted Pella, Redding, CA).Image de la surface du mica immédiatement après la pulvérisation AFM.L'angle de contact de la surface du mica non modifié fraîchement coupé est proche de 0°, donc l'EVNS est réparti sur la surface du mica sous la forme d'un dôme.Le diamètre (a) et la hauteur (h) des gouttelettes diffusantes ont été mesurés directement à partir de la topographie AFM et utilisés pour calculer le volume de diffusion en forme de dôme EWNS à l'aide de notre méthode précédemment validée.En supposant que l'EWNS embarqué ait le même volume, le diamètre équivalent peut être calculé à l'aide de l'équation (2) :
Sur la base de notre méthode développée précédemment, un piège à spin à résonance de spin électronique (ESR) a été utilisé pour détecter la présence d'intermédiaires radicaux à courte durée de vie dans l'EWNS.Les aérosols ont été mis à barboter à travers un diffuseur Midget de 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) contenant une solution 235 mM de DEPMPO (5-(diéthoxyphosphoryl) -5-méthyl-1-pyrroline-N-oxyde) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Toutes les mesures ESR ont été effectuées à l'aide d'un spectromètre Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) et d'une cellule à panneau plat.Le logiciel Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) a été utilisé pour collecter et analyser les données.La détermination des caractéristiques du ROS n'a été effectuée que pour un ensemble de conditions de fonctionnement [-6,5 kV, 4,0 cm].Les concentrations d'EWNS ont été mesurées à l'aide du SMPS après prise en compte des pertes d'EWNS dans l'impacteur.
Les niveaux d'ozone ont été surveillés à l'aide d'un 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Pour toutes les propriétés EWNS, la valeur moyenne est utilisée comme valeur de mesure et l'écart type est utilisé comme erreur de mesure.Des tests t ont été effectués pour comparer les valeurs des attributs EWNS optimisés avec les valeurs correspondantes de l'EWNS de base.
La figure 2c montre un système «pull» de précipitation électrostatique (EPES) précédemment développé et caractérisé qui peut être utilisé pour la livraison ciblée d'EWNS à la surface.EPES utilise des charges EVNS qui peuvent être « guidées » directement à la surface de la cible sous l'influence d'un fort champ électrique.Les détails du système EPES sont présentés dans une publication récente de Pyrgiotakis et al.11 .Ainsi, EPES se compose d'une chambre en PVC imprimée en 3D avec des extrémités effilées et contient deux plaques métalliques parallèles en acier inoxydable (acier inoxydable 304, revêtement miroir) au centre distantes de 15,24 cm.Les cartes étaient connectées à une source externe haute tension (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), la plaque inférieure était toujours connectée à une tension positive et la plaque supérieure était toujours connectée à la terre (terre flottante).Les parois de la chambre sont recouvertes d'une feuille d'aluminium, qui est électriquement mise à la terre pour éviter la perte de particules.La chambre a une porte de chargement frontale scellée qui permet de placer les surfaces de test sur des supports en plastique qui les élèvent au-dessus de la plaque métallique inférieure pour éviter les interférences à haute tension.
L'efficacité de dépôt d'EWNS dans EPES a été calculée selon un protocole précédemment développé détaillé dans la figure supplémentaire S111.
En tant que chambre de contrôle, une deuxième chambre d'écoulement cylindrique a été connectée en série au système EPES, dans lequel un filtre HEPA intermédiaire a été utilisé pour éliminer l'EWNS.Comme le montre la figure 2c, l'aérosol EWNS a été pompé à travers deux chambres intégrées.Le filtre entre la salle de contrôle et l'EPES élimine tout EWNS restant, ce qui entraîne les mêmes niveaux de température (T), d'humidité relative (HR) et d'ozone.
D'importants micro-organismes d'origine alimentaire contaminent les aliments frais tels que E. coli (ATCC # 27325), indicateur fécal, Salmonella enterica (ATCC # 53647), pathogène d'origine alimentaire, Listeria inoffensif (ATCC # 33090), substitut de Listeria monocytogenes pathogène, dérivé de ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC # 4098), un substitut de la levure de détérioration et une levure inactivée plus résistante bactérie, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Achetez au hasard des boîtes de tomates raisins biologiques sur votre marché local et réfrigérez à 4°C jusqu'à utilisation (jusqu'à 3 jours).Les tomates expérimentales étaient toutes de la même taille, environ 1/2 pouce de diamètre.
Les protocoles de culture, d'inoculation, d'exposition et de comptage des colonies sont détaillés dans notre publication précédente et détaillés dans les données supplémentaires.L'efficacité de l'EWNS a été évaluée en exposant les tomates inoculées à 40 000 #/cm3 pendant 45 minutes.Brièvement, trois tomates ont été utilisées pour évaluer les micro-organismes survivants au temps t = 0 min.Trois tomates ont été placées dans l'EPES et exposées à l'EWNS à 40 000 #/cc (tomates exposées à l'EWNS) et les trois autres ont été placées dans la chambre témoin (tomates témoins).Un traitement supplémentaire des tomates dans les deux groupes n'a pas été effectué.Les tomates exposées à l'EWNS et les tomates témoins ont été retirées après 45 minutes pour évaluer l'effet de l'EWNS.
Chaque expérience a été réalisée en triple.L'analyse des données a été effectuée selon le protocole décrit dans les données supplémentaires.
Les mécanismes d'inactivation ont été évalués par sédimentation d'échantillons EWNS exposés (45 min à une concentration d'aérosol EWNS de 40 000 #/cm3) et d'échantillons non irradiés de bactéries inoffensives E. coli, Salmonella enterica et Lactobacillus.Les particules ont été fixées dans du glutaraldéhyde 2,5 %, du paraformaldéhyde 1,25 % et de l'acide picrique 0,03 % dans du tampon cacodylate de sodium 0,1 M (pH 7,4) pendant 2 heures à température ambiante.Après le lavage, post-fixer avec 1 % de tétroxyde d'osmium (OsO4)/1,5 % de ferrocyanure de potassium (KFeCN6) pendant 2 heures, laver 3 fois dans de l'eau et incuber dans de l'acétate d'uranyle à 1 % pendant 1 heure, puis laver deux fois dans de l'eau, puis déshydrater pendant 10 minutes dans de l'alcool à 50 %, 70 %, 90 %, 100 %.Les échantillons ont ensuite été placés dans de l'oxyde de propylène pendant 1 heure et imprégnés d'un mélange 1:1 d'oxyde de propylène et de TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Les échantillons ont été inclus dans du TAAB Epon et polymérisés à 60°C pendant 48 heures.La résine granulaire durcie a été découpée et visualisée par TEM à l'aide d'un microscope électronique à transmission conventionnel JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japon) équipé d'une caméra CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
Toutes les expériences ont été réalisées en triple.Pour chaque point de temps, les lavages bactériens ont été ensemencés en triple exemplaire, ce qui a donné un total de neuf points de données par point, dont la moyenne a été utilisée comme concentration bactérienne pour ce micro-organisme particulier.L'écart type a été utilisé comme erreur de mesure.Tous les points comptent.
Le logarithme de la diminution de la concentration en bactéries par rapport à t = 0 min a été calculé à l'aide de la formule suivante :
où C0 est la concentration de bactéries dans l'échantillon témoin au temps 0 (c'est-à-dire après le séchage de la surface mais avant d'être placé dans la chambre) et Cn est la concentration de bactéries sur la surface après n minutes d'exposition.
Pour tenir compte de la dégradation naturelle des bactéries lors de l'exposition de 45 minutes, la réduction logarithmique par rapport au témoin après 45 minutes a également été calculée comme suit :
où Cn est la concentration de bactéries dans l'échantillon témoin au temps n et Cn-Contrôle est la concentration de bactéries témoins au temps n.Les données sont présentées sous la forme d'une réduction logarithmique par rapport au témoin (pas d'exposition à l'EWNS).
Au cours de l'étude, plusieurs combinaisons de tension et de distance entre l'aiguille et la contre-électrode ont été évaluées en termes de formation de cône de Taylor, de stabilité de cône de Taylor, de stabilité de production EWNS et de reproductibilité.Diverses combinaisons sont présentées dans le tableau supplémentaire S1.Deux cas présentant des propriétés stables et reproductibles (cône de Taylor, génération EWNS et stabilité dans le temps) ont été sélectionnés pour une étude approfondie.Sur la fig.La figure 3 montre les résultats pour la charge, la taille et le contenu des ROS dans les deux cas.Les résultats sont également présentés dans le tableau 1. Pour référence, la figure 3 et le tableau 1 incluent les propriétés de l'EWNS non optimisé précédemment synthétisé8, 9, 10, 11 (EWNS de base).Les calculs de signification statistique utilisant un test t bilatéral sont republiés dans le tableau supplémentaire S2.En outre, des données supplémentaires incluent des études sur l'effet du diamètre du trou d'échantillonnage de la contre-électrode (D) et de la distance entre l'électrode de masse et la pointe (L) (Figures supplémentaires S2 et S3).
(ac) Distribution de taille mesurée par AFM.(df) Caractéristique de charge de surface.(g) Caractérisation ROS de l'EPR.
Il est également important de noter que pour toutes les conditions ci-dessus, le courant d'ionisation mesuré était compris entre 2 et 6 μA et la tension entre -3,8 et -6,5 kV, entraînant une consommation électrique inférieure à 50 mW pour ce module de contact de génération EWNS unique.Bien que l'EWNS ait été synthétisé sous haute pression, les niveaux d'ozone étaient très faibles, ne dépassant jamais 60 ppb.
La figure supplémentaire S4 montre les champs électriques simulés pour les scénarios [-6,5 kV, 4,0 cm] et [-3,8 kV, 0,5 cm], respectivement.Pour les scénarios [-6,5 kV, 4,0 cm] et [-3,8 kV, 0,5 cm], les calculs de champ sont respectivement de 2 × 105 V/m et 4,7 × 105 V/m.Ceci est attendu, car dans le second cas, le rapport tension-distance est beaucoup plus élevé.
Sur la fig.3a,b montre le diamètre EWNS mesuré avec l'AFM8.Les diamètres EWNS moyens calculés étaient de 27 nm et 19 nm pour les schémas [-6,5 kV, 4,0 cm] et [-3,8 kV, 0,5 cm], respectivement.Pour les scénarios [-6,5 kV, 4,0 cm] et [-3,8 kV, 0,5 cm], les écarts types géométriques des distributions sont respectivement de 1,41 et 1,45, ce qui indique une distribution de taille étroite.La taille moyenne et l'écart-type géométrique sont très proches de la ligne de base EWNS, à 25 nm et 1,41, respectivement.Sur la fig.La figure 3c montre la distribution en taille de la base EWNS mesurée selon la même méthode dans les mêmes conditions.
Sur la fig.3d,e montre les résultats de la caractérisation de charge.Les données sont des mesures moyennes de 30 mesures simultanées de concentration (#/cm3) et de courant (I).L'analyse montre que la charge moyenne sur l'EWNS est de 22 ± 6 e- et 44 ± 6 e- pour [-6,5 kV, 4,0 cm] et [-3,8 kV, 0,5 cm], respectivement.Ils ont des charges de surface significativement plus élevées par rapport à l'EWNS de référence (10 ± 2 e-), deux fois supérieures au scénario [-6,5 kV, 4,0 cm] et quatre fois supérieures au scénario [-3,8 kV, 0,5 cm].La figure 3f montre la charge.données pour Baseline-EWNS.
D'après les cartes de concentration du nombre EWNS (Figures supplémentaires S5 et S6), on peut voir que le scénario [-6,5 kV, 4,0 cm] a beaucoup plus de particules que le scénario [-3,8 kV, 0,5 cm].Il convient également de noter que la concentration en nombre EWNS a été surveillée jusqu'à 4 heures (figures supplémentaires S5 et S6), où la stabilité de la génération EWNS a montré les mêmes niveaux de concentration en nombre de particules dans les deux cas.
Sur la fig.3g montre le spectre RPE après soustraction du témoin EWNS optimisé (fond) à [-6,5 kV, 4,0 cm].Les spectres ROS ont également été comparés au scénario Baseline-EWNS dans un travail publié précédemment.Le nombre d'EWNS réagissant avec les pièges à spin a été calculé comme étant de 7,5 × 104 EWNS/s, ce qui est similaire à la Baseline-EWNS8 publiée précédemment.Les spectres RPE ont clairement montré la présence de deux types de ROS, O2- étant l'espèce prédominante et OH• étant moins abondant.De plus, une comparaison directe des intensités maximales a montré que l'EWNS optimisé avait une teneur en ROS significativement plus élevée par rapport à l'EWNS de base.
Sur la fig.4 montre l'efficacité de dépôt d'EWNS dans EPES.Les données sont également résumées dans le tableau I et comparées aux données originales de l'EWNS.Pour les deux cas de EUNS, le dépôt est proche de 100% même à une basse tension de 3,0 kV.En règle générale, 3,0 kV sont suffisants pour un dépôt à 100 %, quel que soit le changement de charge de surface.Dans les mêmes conditions, l'efficacité de dépôt de Baseline-EWNS n'était que de 56% en raison de leur charge plus faible (moyenne de 10 électrons par EWNS).
Sur la fig.5 et dans le tableau.2 résume la valeur d'inactivation des micro-organismes inoculés à la surface des tomates après exposition à environ 40 000 #/cm3 EWNS pendant 45 minutes au mode optimal [-6,5 kV, 4,0 cm].E. coli et Lactobacillus innocuous inoculés ont montré une réduction significative de 3,8 logs au cours de l'exposition de 45 minutes.Dans les mêmes conditions, S. enterica avait une diminution de 2,2 log, tandis que S. cerevisiae et M. parafortutum avaient une diminution de 1,0 log.
Les micrographies électroniques (Figure 6) décrivent les changements physiques induits par l'EWNS sur des cellules inoffensives d'Escherichia coli, de Streptococcus et de Lactobacillus conduisant à leur inactivation.Les bactéries témoins avaient des membranes cellulaires intactes, tandis que les bactéries exposées avaient des membranes externes endommagées.
L'imagerie au microscope électronique des bactéries témoins et exposées a révélé des dommages à la membrane.
Les données sur les propriétés physicochimiques de l'EWNS optimisé montrent collectivement que les propriétés (charge de surface et teneur en ROS) de l'EWNS ont été considérablement améliorées par rapport aux données de référence EWNS publiées précédemment8,9,10,11.D'autre part, leur taille est restée dans la gamme du nanomètre, très similaire aux résultats précédemment rapportés, leur permettant de rester dans l'air pendant de longues périodes.La polydispersité observée peut s'expliquer par des changements de charge de surface qui déterminent la taille de l'EWNS, le caractère aléatoire de l'effet Rayleigh et la coalescence potentielle.Cependant, comme détaillé par Nielsen et al.22, une charge de surface élevée réduit l'évaporation en augmentant efficacement l'énergie/tension de surface de la goutte d'eau.Dans notre publication précédente8, cette théorie a été confirmée expérimentalement pour les microgouttelettes 22 et EWNS.La perte de charge pendant les heures supplémentaires peut également affecter la taille et contribuer à la distribution de taille observée.