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Récemment, une plateforme antimicrobienne sans produits chimiques, basée sur la nanotechnologie et utilisant des nanostructures d'eau artificielles (EWNS), a été développée. Les EWNS présentent une charge de surface élevée et sont saturées en espèces réactives de l'oxygène (ERO) capables d'interagir avec et d'inactiver un certain nombre de micro-organismes, dont les agents pathogènes d'origine alimentaire. Il est démontré ici que leurs propriétés pendant la synthèse peuvent être affinées et optimisées pour renforcer encore leur potentiel antibactérien. La plateforme de laboratoire EWNS a été conçue pour affiner les propriétés des EWNS en modifiant les paramètres de synthèse. Les propriétés des EWNS (charge, taille et teneur en ERO) ont été caractérisées à l'aide de méthodes analytiques modernes. De plus, leur potentiel d'inactivation microbienne contre des micro-organismes d'origine alimentaire tels qu'Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum et Saccharomyces cerevisiae a été évalué. Les résultats présentés ici démontrent que les propriétés des EWNS peuvent être affinées pendant la synthèse, ce qui entraîne une augmentation exponentielle de l'efficacité d'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 microbien-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 sont à l'origine d'environ 76 millions de maladies, 325 000 hospitalisations et 5 000 décès chaque année1. De plus, le ministère de l'Agriculture des États-Unis (USDA) estime que la consommation accrue 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 Centres pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC) à plus de 15,6 milliards de dollars par an3.
Actuellement, les interventions antimicrobiennes chimiques4, radiologiques5 et thermiques6 visant à garantir la sécurité alimentaire sont principalement réalisées à des points de contrôle critiques (CCP) limités tout au long de la chaîne de production (généralement après la récolte et/ou pendant l'emballage) plutôt qu'en continu. Elles sont donc sujettes à une 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 environnemental et les coûts.
Français Récemment, une plateforme antimicrobienne sans produits chimiques, basée sur la nanotechnologie, a été développée. Elle peut inactiver les bactéries de surface et en suspension dans l'air à l'aide de nanostructures d'eau artificielles (EWNS). Les EWNS ont été synthétisées à l'aide de deux procédés parallèles, l'électrospray et l'ionisation de l'eau (Fig. 1a). Des études antérieures ont montré que les EWNS possèdent un ensemble unique de propriétés physiques et biologiques8,9,10. Les EWNS ont en moyenne 10 électrons par structure et une taille nanométrique moyenne de 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10. De plus, la résonance magnétique nucléaire (RME) a ​​montré que les EWNS contiennent une grande quantité d'espèces réactives de l'oxygène (ERO), principalement des radicaux hydroxyles (OH•) et superoxydes (O2-) (Fig. 1c)8. Les EVNS sont dans l'air pendant une longue période et peuvent entrer en collision avec les micro-organismes en suspension dans l'air et présents à la surface, délivrant leur charge utile d'ERO et provoquant l'inactivation des micro-organismes (Fig. 1d). Ces premières études ont également montré que l'EWNS peut interagir avec diverses bactéries Gram-négatives et Gram-positives, y compris les mycobactéries, présentes sur les surfaces et dans l'air, et les inactiver. La microscopie électronique à transmission a montré que l'inactivation était causée par la rupture de la membrane cellulaire. De plus, des études d'inhalation aiguë ont montré que de fortes doses d'EWNS ne provoquent ni lésions pulmonaires ni 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 d'une haute pression entraîne deux phénomènes différents : (i) l'électrospray 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 nanométrique, les EWNS sont très mobiles et peuvent interagir avec les 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 de l'EWNS, combinée à un champ électrique, peut être utilisée pour obtenir une distribution ciblée. De plus, les résultats préliminaires obtenus sur des tomates biologiques après une exposition de 90 minutes à une EWNS d'environ 50 000 #/cm³ étaient encourageants, avec l'observation de divers micro-organismes d'origine alimentaire tels qu'E. coli et Listeria 11. 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 d'EWNS de 50 000 #/cc, il est clair qu'un potentiel d'inactivation plus élevé serait plus bénéfique pour réduire davantage le risque d'infection et de détérioration.
Nous concentrerons nos recherches sur le développement d'une plateforme de génération d'EWNS afin d'affiner les paramètres de synthèse et d'optimiser les propriétés physicochimiques des EWNS pour renforcer leur potentiel antibactérien. L'optimisation s'est notamment concentrée sur l'augmentation de leur charge de surface (pour améliorer leur distribution ciblée) et de leur teneur en ROS (pour améliorer l'efficacité de l'inactivation). Caractériser les propriétés physicochimiques optimisées (taille, charge et teneur en ROS) à l'aide de méthodes analytiques modernes et utiliser des micro-organismes alimentaires courants tels qu'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 généralement utilisé pour l'atomisation de liquides et la synthèse de particules polymères et céramiques 13 et de fibres 14 de taille contrôlée.
Français 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'électrospray et ii) l'ionisation de l'eau. Un champ électrique intense entre les deux électrodes provoque l'accumulation de charges négatives à la surface de l'eau condensée, ce qui entraîne la formation de cônes de Taylor. Il en résulte la formation de gouttelettes d'eau hautement chargées, qui continuent à se décomposer en particules plus petites, comme dans la théorie de Rayleigh16. Dans le même temps, des champs électriques intenses provoquent la division de certaines molécules d'eau et leur arrachent des électrons (ionisation), ce qui conduit à la formation d'une grande quantité d'espèces réactives de l'oxygène (ERO)17. Les ERO18 générés simultanément ont été encapsulés dans EWNS (Fig. 1c).
La figure 2a présente le système de génération d'EWNS développé et utilisé pour la synthèse d'EWNS dans cette étude. De l'eau purifiée stockée dans une bouteille fermée a été introduite par un tube en Téflon (2 mm de diamètre intérieur) 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 illustré à la figure 2b. L'aiguille est montée sur une console en Téflon et peut être réglée manuellement à une certaine distance de la contre-électrode. La contre-électrode est un disque en aluminium poli percé d'un trou central pour l'échantillonnage. Sous la contre-électrode se trouve un entonnoir d'échantillonnage en aluminium, relié au reste du dispositif expérimental par un port d'échantillonnage (figure 2b). Afin d'éviter toute accumulation de charge susceptible de perturber le fonctionnement de l'échantillonneur, tous ses composants sont mis à la terre.
(a) Système de génération de nanostructures d'eau conçues (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 permet de modifier les paramètres de fonctionnement clés afin de faciliter le réglage précis des propriétés EWNS. Ajustez 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]. Pour les besoins de cette étude, le diamètre d'ouverture de la contre-électrode (D) a été maintenu à 1,29 cm (0,5 pouce).
En raison de la géométrie limitée et de l'asymétrie, l'intensité du champ électrique ne peut être calculée selon les principes de base. 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 l'extrémité du capillaire a servi de 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 et de stabilité du cône de Taylor, de stabilité de la production d'EWNS et de reproductibilité. Différentes combinaisons sont présentées dans le tableau supplémentaire S1.
La sortie du système de génération EWNS a été connectée directement à un analyseur de granulométrie à balayage (SMPS, modèle 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) pour la mesure de la concentration en nombre de particules, ainsi qu'à un électromètre de Faraday pour aérosols (TSI, modèle 3068B, Shoreview, Minnesota). Les courants d'aérosol ont été mesurés comme décrit dans notre précédente publication. Le SMPS et l'électromètre pour aérosols ont tous deux prélevé à un débit de 0,5 L/min (débit total d'échantillon de 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. À partir des mesures de courant, la charge totale de l'aérosol est calculée et la charge EWNS moyenne est estimée pour un nombre total donné de particules EWNS sélectionnées. Le coût moyen d'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 (HR) affecte la charge de surface, la température et l'HR ont été maintenues constantes pendant l'expérience à 21 °C et 45 %, respectivement.
La microscopie à force atomique (AFM), l'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 de 5 μm × 5 μm et comportait 256 lignes de balayage. Toutes les images ont été soumises à un alignement d'image de premier ordre à l'aide du logiciel Asylum (plage de masque : 100 nm, seuil : 100 pm).
L'entonnoir d'essai a été retiré et la surface du mica a été placée à 2,0 cm de la contre-électrode pendant une durée moyenne de 120 s afin d'éviter l'agglomération des particules et la formation de gouttelettes irrégulières. 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 pulvérisation AFM. L'angle de contact de la surface du mica non modifié fraîchement coupé est proche de 0° ; l'EVNS est donc réparti sur la surface du mica sous forme de 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 dôme de l'EWNS selon notre méthode précédemment validée. En supposant que les EWNS embarqués aient le même volume, le diamètre équivalent peut être calculé à l'aide de l'équation (2) :
Français Sur la base de notre méthode développée précédemment, un piège à spin par résonance de spin électronique (ESR) a été utilisé pour détecter la présence d'intermédiaires radicalaires à courte durée de vie dans l'EWNS. Les aérosols ont été barbotés à travers un sparger Midget de 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) contenant une solution de 235 mM de DEPMPO(5-(diéthoxyphosphoryl)-5-méthyl-1-pyrroline-N-oxyde) (Oxis International Inc.). Portland, Oregon. Toutes les mesures ESR ont été réalisées à l'aide d'un spectromètre Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, États-Unis) et d'une cellule à panneau plat. Le logiciel Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, États-Unis) a été utilisé pour collecter et analyser les données. La détermination des caractéristiques des ROS a été effectuée uniquement 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 moniteur d'ozone à double faisceau 205™ (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 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 de précipitation électrostatique (EPES) « pull » précédemment développé et caractérisé, pouvant être utilisé pour l'administration ciblée d'EWNS à la surface. L'EPES utilise des charges EVNS qui peuvent être « guidées » directement à la surface de la cible sous l'influence d'un champ électrique puissant. Les détails du système EPES sont présentés dans une publication récente de Pyrgiotakis et al. 11 . Ainsi, l'EPES se compose d'une chambre en PVC imprimée en 3D aux 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 haute tension externe (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), la plaque inférieure étant toujours connectée à une tension positive et la plaque supérieure étant toujours connectée à la terre (masse flottante). Les parois de la chambre sont recouvertes d'une feuille d'aluminium, mise à la terre électriquement pour éviter la perte de particules. La chambre est dotée d'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 haute tension.
L'efficacité de dépôt de l'EWNS dans l'EPES a été calculée selon un protocole précédemment développé et détaillé dans la figure supplémentaire S111.
Comme chambre de contrôle, une deuxième chambre à flux cylindrique a été connectée en série au système EPES, dans laquelle un filtre HEPA intermédiaire a été utilisé pour éliminer les 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 les EWNS restants, ce qui permet de maintenir les mêmes niveaux de température (T), d'humidité relative (HR) et d'ozone.
Il a été découvert que 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 l'ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), un substitut de la levure de détérioration, et une bactérie inactivée plus résistante, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Achetez des boîtes de tomates raisins bio au hasard sur votre marché local et conservez-les au réfrigérateur à 4 °C jusqu'à utilisation (jusqu'à 3 jours). Les tomates expérimentales étaient toutes de la même taille, environ 1,25 cm de diamètre.
Français 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). Aucun traitement supplémentaire des tomates des deux groupes n'a 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 réalisée selon le protocole décrit dans les données supplémentaires.
Français 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 2,5 % de glutaraldéhyde, 1,25 % de paraformaldéhyde et 0,03 % d'acide picrique dans un tampon cacodylate de sodium 0,1 M (pH 7,4) pendant 2 heures à température ambiante. Après lavage, post-fixation avec 1 % de tétroxyde d'osmium (OsO4)/1,5 % de ferrocyanure de potassium (KFeCN6) pendant 2 heures, lavage 3 fois à l'eau et incubation dans 1 % d'acétate d'uranyle pendant 1 heure, puis lavage deux fois à l'eau, puis déshydratation pendant 10 minutes dans 50 %, 70 %, 90 %, 100 % d'alcool. Les échantillons ont ensuite été placés dans de l'oxyde de propylène pendant une heure, puis imprégnés d'un mélange 1:1 d'oxyde de propylène et de TAAP Epon (Marivac Canada Inc., St. Laurent, CA). Les échantillons ont ensuite été inclus dans du TAAB Epon et polymérisés à 60 °C pendant 48 heures. La résine granulaire durcie a été découpée et visualisée par microscopie électronique en transmission (MET) 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, États-Unis).
Toutes les expériences ont été réalisées en triple. À chaque point temporel, les lavages bactériens ont été ensemencés en triple, ce qui a donné un total de neuf points de données par point, dont la moyenne a été utilisée comme concentration bactérienne pour le micro-organisme concerné. L'écart type a été utilisé comme erreur de mesure. Tous les points comptent.
Le logarithme de la diminution de la concentration de 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 que la surface a séché mais avant d'être placée 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 pendant 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 à l'instant n et Cn-Témoin est la concentration de bactéries témoins à l'instant n. Les données sont présentées sous forme de réduction logarithmique par rapport au témoin (sans 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 cônes de Taylor, de stabilité de ces cônes, de stabilité de la production d'EWNS et de reproductibilité. Différentes combinaisons sont présentées dans le tableau supplémentaire S1. Deux cas présentant des propriétés stables et reproductibles (cône de Taylor, génération d'EWNS et stabilité dans le temps) ont été sélectionnés pour une étude approfondie. La figure 3 montre les résultats concernant la charge, la taille et la teneur en ROS dans les deux cas. Les résultats sont également présentés dans le tableau 1. À titre de référence, la figure 3 et le tableau 1 incluent les propriétés des EWNS8, 9, 10, 11 non optimisés précédemment synthétisés (EWNS de base). Les calculs de signification statistique utilisant un test t bilatéral sont republiés dans le tableau supplémentaire S2. De plus, 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 dans 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, ce qui a entraîné 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 ces scénarios, les valeurs de champ calculées sont respectivement de 2 × 105 V/m et 4,7 × 105 V/m. Ces valeurs sont attendues, car dans le second cas, le rapport tension-distance est beaucoup plus élevé.
Français La figure 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, indiquant une distribution de taille étroite. La taille moyenne et l'écart type géométrique sont très proches de l'EWNS de base, à 25 nm et 1,41, respectivement. La figure 3c montre la distribution de taille de l'EWNS de base mesurée en utilisant la même méthode dans les mêmes conditions.
Français 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. Leurs charges de surface sont significativement plus élevées que celles de l'EWNS de base (10 ± 2 e-), deux fois supérieures à celles du scénario [-6,5 kV, 4,0 cm] et quatre fois supérieures à celles du scénario [-3,8 kV, 0,5 cm]. La figure 3f montre les données de charge pour l'EWNS de base.
D'après les cartes de concentration du nombre EWNS (figures supplémentaires S5 et S6), on constate que le scénario [-6,5 kV, 4,0 cm] présente significativement plus de particules que le scénario [-3,8 kV, 0,5 cm]. Il convient également de noter que la concentration du 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 du nombre de particules dans les deux cas.
Français La fig. 3g montre le spectre RPE après soustraction du contrôle EWNS optimisé (bruit de fond) à [-6,5 kV, 4,0 cm]. Les spectres ROS ont également été comparés au scénario de référence-EWNS dans un travail publié précédemment. Le nombre d'EWNS réagissant avec des pièges à spin a été calculé à 7,5 × 104 EWNS/s, ce qui est similaire au scénario de référence-EWNS8 précédemment publié. 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 de pic a montré que l'EWNS optimisé avait une teneur en ROS significativement plus élevée que l'EWNS de référence.
La figure 4 montre l'efficacité de dépôt des EWNS en EPES. Les données sont également résumées dans le tableau I et comparées aux données EWNS originales. Pour les deux cas d'EUNS, le dépôt est proche de 100 %, même à une faible tension de 3,0 kV. En général, 3,0 kV suffisent pour un dépôt de 100 %, quelle que soit la variation de charge de surface. Dans les mêmes conditions, l'efficacité de dépôt des EWNS de base n'était que de 56 %, en raison de leur charge plus faible (en moyenne 10 électrons par EWNS).
Français La fig. 5 et le tableau 2 résument la valeur d'inactivation des micro-organismes inoculés à la surface des tomates après exposition à environ 40 000 #/cm3 d'EWNS pendant 45 minutes en mode optimal [-6,5 kV, 4,0 cm]. Les E. coli et Lactobacillus innocuous inoculés ont montré une réduction significative de 3,8 log pendant l'exposition de 45 minutes. Dans les mêmes conditions, S. enterica a eu une diminution de 2,2 log, tandis que S. cerevisiae et M. parafortutum ont eu une diminution de 1,0 log.
Les micrographies électroniques (figure 6) illustrent les modifications physiques induites par l'EWNS sur des cellules inoffensives d'Escherichia coli, de Streptococcus et de Lactobacillus, conduisant à leur inactivation. Les bactéries témoins présentaient des membranes cellulaires intactes, tandis que les bactéries exposées présentaient des membranes externes endommagées.
L'imagerie au microscope électronique des bactéries témoins et exposées a révélé des dommages à la membrane.
Français 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 significativement améliorées par rapport aux données de base de l'EWNS publiées précédemment8,9,10,11. D'autre part, leur taille est restée de l'ordre 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 les 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 précédente publication8, cette théorie a été confirmée expérimentalement pour les microgouttelettes 22 et l'EWNS. La perte de charge au fil du temps peut également affecter la taille et contribuer à la distribution de taille observée.