Tankewol foar jo besite oan Nature.com. De browserferzje dy't jo brûke hat beheinde CSS-stipe. Foar de bêste ûnderfining riede wy jo oan om in bywurke browser te brûken (of kompatibiliteitsmodus yn Internet Explorer út te skeakeljen). Yn 'e tuskentiid, om trochgeande stipe te garandearjen, sille wy de side sûnder stilen en JavaScript werjaan.
In draaiblêd dat trije dia's tagelyk sjen lit. Brûk de knoppen Foarige en Folgjende om troch trije dia's tagelyk te gean, of brûk de skúfknoppen oan 'e ein om troch trije dia's tagelyk te gean.
Koartlyn is in gemyskfrij antimikrobieel platfoarm ûntwikkele basearre op nanotechnology mei keunstmjittige wetternanostrukturen (EWNS). EWNS hawwe in hege oerflaklading en binne verzadigd mei reaktive soerstofsoarten (ROS) dy't kinne ynteraksje mei en in oantal mikroorganismen ynaktivearje, ynklusyf itensfergiftigingen. Hjir wurdt oantoand dat har eigenskippen tidens synteze kinne wurde fynôfstimd en optimalisearre om har antibakteriële potinsjeel fierder te ferbetterjen. It EWNS-laboratoariumplatfoarm is ûntworpen om de eigenskippen fan EWNS te fynôfstimjen troch de syntezeparameters te feroarjen. Karakterisaasje fan EWNS-eigenskippen (lading, grutte en ynhâld fan ROS) mei moderne analytyske metoaden. Derneist waarden se evaluearre op har mikrobiële ynaktivaasjepotinsjeel tsjin itensfergiftigingen lykas Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum en Saccharomyces cerevisiae. De hjir presintearre resultaten litte sjen dat de eigenskippen fan EWNS kinne wurde fynôfstimd tidens synteze, wat resulteart yn in eksponentiële tanimming fan ynaktivaasje-effisjinsje. Yn it bysûnder naam de oerflaklading ta mei in faktor fjouwer en de reaktive soerstofsoarten namen ta. De mikrobiële ferwideringssnelheid wie mikrobiële ôfhinklik en fariearre fan 1,0 oant 3,8 log nei in bleatstelling fan 45 minuten oan in aerosoldosis fan 40.000 #/cc EWNS.
Mikrobiële fersmoarging is de wichtichste oarsaak fan troch iten oerdroegen sykte feroarsake troch it opnimmen fan patogenen of har gifstoffen. Allinnich yn 'e Feriene Steaten feroarsaket troch iten oerdroegen sykte sawat 76 miljoen sykten, 325.000 sikehûsopnamen en 5.000 deaden elk jier1. Derneist skat it Amerikaanske Ministearje fan Lânbou (USDA) dat ferhege konsumpsje fan farske produkten ferantwurdlik is foar 48% fan alle rapportearre troch iten oerdroegen sykten yn 'e Feriene Steaten2. De kosten fan sykte en dea feroarsake troch troch iten oerdroegen patogenen yn 'e Feriene Steaten binne tige heech, rûsd troch de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) op mear as US$ 15,6 miljard per jier3.
Op it stuit wurde gemyske4, strielings5 en termyske6 antimikrobiële yntervinsjes om fiedingsfeiligens te garandearjen meast útfierd op beheinde krityske kontrôlepunten (CCP's) lâns de produksjeketen (meastal nei de rispinge en/of tidens it ferpakken) ynstee fan kontinu. Dêrtroch binne se gefoelich foar krúsbesmetting. 7. Bettere kontrôle fan troch iten oerdroegen sykten en itenbederf fereasket antimikrobiële yntervinsjes dy't potinsjeel tapast wurde kinne oer it hiele kontinuüm fan pleats nei tafel, wylst de ynfloed op it miljeu en de kosten ferminderje wurde.
Koartlyn is in gemyskfrij, op nanotechnology basearre antimikrobieel platfoarm ûntwikkele dat oerflak- en loftbaktearjes ynaktivearje kin mei help fan keunstmjittige wetternanostrukturen (EWNS). EWNS waard synthetisearre mei twa parallelle prosessen, elektrospray en wetterionisaasje (Fig. 1a). Eardere stúdzjes hawwe oantoand dat EWNS in unike set fysike en biologyske eigenskippen hawwe8,9,10. EWNS hawwe gemiddeld 10 elektroanen per struktuer en in gemiddelde nanoskaalgrutte fan 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10. Derneist liet elektronspinresonânsje (ESR) sjen dat EWNS in grutte hoemannichte reaktive soerstofsoarten (ROS) befettet, benammen hydroxyl (OH•) en superoxide (O2-) radikalen (Fig. 1c)8. EVNS is lange tiid yn 'e loft en kin botsje mei mikroorganismen dy't yn 'e loft sweven en oan it oerflak oanwêzich binne, wêrby't se har ROS-lading leverje en ynaktivaasje fan mikroorganismen feroarsaakje (Fig. 1d). Dizze iere stúdzjes lieten ek sjen dat EWNS ynteraksje kin hawwe mei ferskate gram-negative en gram-positive baktearjes, ynklusyf mykobaktearjes, op oerflakken en yn 'e loft, en se ynaktivearje kinne. Transmissie-elektronenmikroskopie liet sjen dat de ynaktivaasje feroarsake waard troch fersteuring fan it selmembraan. Derneist hawwe stúdzjes oer akute ynhalaasje oantoand dat hege doses EWNS gjin longskea of ​​ûntstekking feroarsaakje 8.
(a) Elektrospray komt foar as in hege spanning oanbrocht wurdt tusken in kapillêre buis mei floeistof en in tsjinelektrode. (b) De tapassing fan hege druk resulteart yn twa ferskillende ferskynsels: (i) elektrospraying fan wetter en (ii) foarming fan reaktive soerstofsoarten (ioanen) dy't fongen binne yn 'e EWNS. (c) De unike struktuer fan EWNS. (d) Fanwegen har nanoskaal-aard binne EWNS tige mobiel en kinne se ynteraksje hawwe mei loftborne patogenen.
It fermogen fan it EWNS-antimikrobiële platfoarm om itenborne mikroorganismen op it oerflak fan fars iten te inaktivearjen is ek koartlyn oantoand. It is ek oantoand dat de oerflaklading fan EWNS yn kombinaasje mei in elektrysk fjild brûkt wurde kin om rjochte levering te berikken. Boppedat wiene foarriedige resultaten foar biologyske tomaten nei in bleatstelling fan 90 minuten by in EWNS fan sawat 50.000 #/cm3 bemoedigjend, mei ferskate itenborne mikroorganismen lykas E. coli en Listeria 11 dy't waarnommen waarden. Derneist lieten foarriedige organoleptyske testen gjin sensoryske effekten sjen yn ferliking mei kontrôletomaten. Hoewol dizze earste ynaktivaasjeresultaten bemoedigjend binne foar tapassingen op itensfeiligens, sels by heul lege EWNS-doses fan 50.000 #/cc. sjoch, is it dúdlik dat in heger ynaktivaasjepotinsjeel foardieliger wêze soe om it risiko op ynfeksje en bederf fierder te ferminderjen.
Hjir sille wy ús ûndersyk rjochtsje op 'e ûntwikkeling fan in EWNS-generaasjeplatfoarm om fynôfstimming fan syntezeparameters en optimalisaasje fan 'e fysyk-gemyske eigenskippen fan EWNS mooglik te meitsjen om har antibakteriële potensjeel te ferbetterjen. Yn it bysûnder hat optimalisaasje him rjochte op it ferheegjen fan har oerflaklading (om rjochte levering te ferbetterjen) en ROS-ynhâld (om de ynaktivaasje-effisjinsje te ferbetterjen). Karakterisearje optimalisearre fysyk-gemyske eigenskippen (grutte, lading en ROS-ynhâld) mei moderne analytyske metoaden en brûk gewoane itenmikroorganismen lykas E. .
EVNS waard synthetisearre troch simultane elektrospraying en ionisaasje fan wetter mei hege suverens (18 MΩ cm–1). De elektryske vernevelaar 12 wurdt typysk brûkt foar de ferstuiving fan floeistoffen en de synteze fan polymeer- en keramykdieltsjes 13 en fezels 14 fan kontroleare grutte.
Lykas detaillearre yn eardere publikaasjes 8, 9, 10, 11, waard yn in typysk eksperimint in hege spanning tapast tusken in metalen kapillêr en in ierdske tsjinelektrode. Tidens dit proses komme twa ferskillende ferskynsels foar: i) elektrospray en ii) wetterionisaasje. In sterk elektrysk fjild tusken de twa elektroden feroarsaket negative ladingen dy't opbouwe op it oerflak fan it kondinsearre wetter, wat resulteart yn 'e foarming fan Taylor-kegels. As gefolch wurde heechladen wetterdrippen foarme, dy't trochgean te brekken yn lytsere dieltsjes, lykas yn 'e Rayleigh-teory16. Tagelyk feroarsaakje sterke elektryske fjilden dat guon wettermolekulen spjalte en elektroanen ôfstrippe (ionisearje), wat liedt ta de foarming fan in grutte hoemannichte reaktive soerstofsoarten (ROS)17. Tagelyk generearre ROS18 waard ynkapsele yn EWNS (Fig. 1c).
Op fig. 2a wurdt it EWNS-generaasjesysteem toand dat ûntwikkele en brûkt is yn 'e EWNS-synteze yn dizze stúdzje. Suvere wetter opslein yn in sletten flesse waard troch in Teflon-buis (2 mm binnendiameter) yn in 30G roestfrij stielen naald (metalen kapillêr) fiede. De wetterstream wurdt regele troch de loftdruk yn 'e flesse, lykas te sjen is yn figuer 2b. De naald is monteard op in Teflon-konsole en kin mei de hân oanpast wurde oan in bepaalde ôfstân fan 'e tsjinelektrode. De tsjinelektrode is in gepoleerde aluminium skiif mei in gat yn 'e midden foar sampling. Under de tsjinelektrode is in aluminium samplingtrechter, dy't ferbûn is mei de rest fan 'e eksperimintele opset fia in samplingpoarte (fig. 2b). Om ladingopbou te foarkommen dy't de wurking fan 'e sampler kin fersteure, binne alle samplerkomponinten elektrysk ierd.
(a) Yngenieurd wetternanostruktuergeneraasjesysteem (EWNS). (b) Dwarsdoorsnede fan 'e sampler en elektrospray, mei de wichtichste parameters. (c) Eksperimintele opset foar baktearje-inaktivaasje.
It hjirboppe beskreaune EWNS-generaasjesysteem is by steat om wichtige wurkparameters te feroarjen om de fynôfstimming fan 'e EWNS-eigenskippen te fasilitearjen. Pas de tapaste spanning (V), de ôfstân tusken de nulle en de tsjinelektrode (L), en de wetterstream (φ) troch de kapillêr oan om de EWNS-karakteristiken fynôf te stimmen. Symboal dat brûkt wurdt om ferskate kombinaasjes oan te jaan: [V (kV), L (cm)]. Pas de wetterstream oan om in stabile Taylor-kegel fan in bepaalde set te krijen [V, L]. Foar de doelen fan dizze stúdzje waard de apertuerdiameter fan 'e tsjinelektrode (D) op 0,5 inch (1,29 sm) hâlden.
Fanwegen de beheinde geometry en asymmetry kin de elektryske fjildsterkte net berekkene wurde út earste prinsipes. Ynstee dêrfan waard de QuickField™-software (Svendborg, Denemarken)19 brûkt om it elektryske fjild te berekkenjen. It elektryske fjild is net unifoarm, dus waard de wearde fan it elektryske fjild oan 'e punt fan it kapillêr brûkt as referinsjewearde foar ferskate konfiguraasjes.
Tidens de stúdzje waarden ferskate kombinaasjes fan spanning en ôfstân tusken de nulle en de tsjinelektrode evaluearre yn termen fan Taylor-kegelfoarming, Taylor-kegelstabiliteit, EWNS-produksjestabiliteit en reprodusearberens. Ferskate kombinaasjes wurde werjûn yn Oanfoljende Tabel S1.
De útfier fan it EWNS-generaasjesysteem waard direkt ferbûn mei in Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) foar it mjitten fan it oantal dieltsjeskonsintraasje, en ek mei in Aerosol Faraday Elektrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN). ) foar aerosolstreamen waard metten lykas beskreaun yn ús foarige publikaasje. Sawol de SMPS as de aerosolelektrometer namen in sample mei in streamsnelheid fan 0,5 L/min (totale samplestream 1 L/min). De oantalkonsintraasje fan dieltsjes en de aerosolstream waarden 120 sekonden lang metten. De mjitting wurdt 30 kear werhelle. Op basis fan stroommjittingen wurdt de totale aerosollading berekkene en de gemiddelde EWNS-lading wurdt skatte foar in bepaald totaal oantal selektearre EWNS-dieltsjes. De gemiddelde kosten fan EWNS kinne wurde berekkene mei help fan Fergeliking (1):
wêrby't IEl de mjitten stroom is, NSMPS de digitale konsintraasje is dy't mjitten wurdt mei de SMPS, en φEl de streamingsnelheid per elektrometer is.
Omdat relative fochtigens (RH) ynfloed hat op de oerflaklading, waarden temperatuer en (RH) tidens it eksperimint konstant hâlden op respektivelik 21 °C en 45%.
Atoomkrêftmikroskopie (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) en AC260T-sonde (Olympus, Tokio, Japan) waarden brûkt om de grutte en libbensdoer fan 'e EWNS te mjitten. De AFM-scanfrekwinsje wie 1 Hz, it scangebiet wie 5 μm × 5 μm, en 256 scanlinen. Alle ôfbyldings waarden ûnderwurpen oan ôfbyldingsôfstimming fan 'e 1e oarder mei help fan Asylum-software (maskerberik 100 nm, drompel 100 pm).
De testtrechter waard fuorthelle en it glimmeroerflak waard op in ôfstân fan 2,0 sm fan 'e tsjinelektrode pleatst foar in gemiddelde tiid fan 120 s om dieltsjeagglomeraasje en de foarming fan unregelmjittige drippen op it glimmeroerflak te foarkommen. EWNS waard direkt op it oerflak fan farsk snien glimmer spuite (Ted Pella, Redding, CA). Ofbylding fan it glimmeroerflak direkt nei AFM-sputterjen. De kontakthoeke fan it oerflak fan farsk snien net-modifisearre glimmer is tichtby 0°, sadat EVNS ferspraat is oer it glimmeroerflak yn 'e foarm fan in koepel. De diameter (a) en hichte (h) fan 'e diffúzjende drippen waarden direkt mjitten fanút de AFM-topografy en brûkt om it koepelfoarmige diffúzjevolume fan 'e EWNS te berekkenjen mei ús earder validearre metoade. Utgeande fan dat de onboard EWNS itselde folume hawwe, kin de lykweardige diameter berekkene wurde mei help fan Fergeliking (2):
Op basis fan ús earder ûntwikkele metoade waard in elektronspinresonânsje (ESR) spintrap brûkt om de oanwêzigens fan koartlibjende radikale tuskenprodukten yn EWNS te detektearjen. Aerosolen waarden troch in 650 μm Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) bubbele mei in 235 mM oplossing fan DEPMPO(5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.). Portland, Oregon). Alle ESR-mjittingen waarden útfierd mei in Bruker EMX-spektrometer (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Feriene Steaten) en in platte panielsel. De Acquisit-software (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Feriene Steaten) waard brûkt om de gegevens te sammeljen en te analysearjen. Bepaling fan 'e skaaimerken fan' e ROS waard allinich útfierd foar in set wurkomstannichheden [-6,5 kV, 4,0 cm]. EWNS-konsintraasjes waarden metten mei de SMPS nei it rekken hâlden mei EWNS-ferliezen yn 'e ympaktor.
Ozonnivo's waarden kontroleare mei in 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Foar alle EWNS-eigenskippen wurdt de gemiddelde wearde brûkt as de mjitwearde, en de standertôfwiking wurdt brûkt as de mjitflater. T-tests waarden útfierd om de wearden fan 'e optimalisearre EWNS-attributen te fergelykjen mei de oerienkommende wearden fan 'e basis-EWNS.
Figuer 2c lit in earder ûntwikkele en karakterisearre elektrostatyske delslach (EPES) "lûk"-systeem sjen dat brûkt wurde kin foar rjochte levering fan EWNS oan it oerflak. EPES brûkt EVNS-ladingen dy't direkt nei it oerflak fan it doel "begelaat" wurde kinne ûnder ynfloed fan in sterk elektrysk fjild. Details fan it EPES-systeem wurde presintearre yn in resinte publikaasje fan Pyrgiotakis et al. 11. Sa bestiet EPES út in 3D-printe PVC-keamer mei tapse einen en befettet twa parallelle roestfrij stielen (304 roestfrij stiel, spegelcoat) metalen platen yn it sintrum 15,24 sm útinoar. De boards wiene ferbûn mei in eksterne heechspanningsboarne (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), de ûnderste plaat wie altyd ferbûn mei positive spanning, en de boppeplaat wie altyd ferbûn mei ierde (driuwende ierde). De keamermuorren binne bedekt mei aluminiumfolie, dy't elektrysk ierd is om dieltsjeferlies te foarkommen. De keamer hat in fersegele foarlaaddoar dy't it mooglik makket om testflakken op plestik stands te pleatsen dy't se boppe de ûnderste metalen plaat ferheegje om heechspanningsinterferinsje te foarkommen.
De ôfsettingseffisjinsje fan EWNS yn EPES waard berekkene neffens in earder ûntwikkele protokol detaillearre yn Oanfoljende Figuer S111.
As kontrôlekeamer waard in twadde silindryske streamkeamer yn searje ferbûn mei it EPES-systeem, wêryn in tuskenlizzende HEPA-filter brûkt waard om EWNS te ferwiderjen. Lykas te sjen is yn figuer 2c, waard de EWNS-aerosol troch twa ynboude keamers pompt. It filter tusken de kontrôlekeamer en EPES ferwideret alle oerbleaune EWNS, wat resulteart yn deselde temperatuer (T), relative fochtigens (RH) en ozonnivo's.
Wichtige itensborne mikro-organismen binne fûn om farske iten te fersmoargjen lykas E. coli (ATCC #27325), fekale yndikator, Salmonella enterica (ATCC #53647), itensborne patogeen, Listeria harmless (ATCC #33090), surrogaat foar patogene Listeria monocytogenes, ôflaat fan ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), in ferfanging foar bederfgist, en in mear resistinte ynaktivearre baktearje, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Keapje willekeurige doazen mei biologyske druvetomaten fan jo lokale merk en bewarje se yn 'e kuolkast by 4 °C oant gebrûk (oant 3 dagen). De eksperimintele tomaten wiene allegear like grut, sawat 1/2 inch yn diameter.
De protokollen foar kultuer, ynokulaasje, bleatstelling en koloanjetelling binne detaillearre yn ús foarige publikaasje en detaillearre yn 'e Oanfoljende Gegevens. De effektiviteit fan EWNS waard evaluearre troch yninte tomaten 45 minuten bleat te stellen oan 40.000 #/cm3. Koartsein, trije tomaten waarden brûkt om de oerlibjende mikroorganismen te evaluearjen op tiid t = 0 min. Trije tomaten waarden yn EPES pleatst en bleatsteld oan EWNS mei 40.000 #/cc (oan EWNS bleatstelde tomaten) en de oerbleaune trije waarden yn 'e kontrôlekeamer pleatst (kontrôletomaten). Ekstra ferwurking fan tomaten yn beide groepen waard net útfierd. Oan EWNS bleatstelde tomaten en kontrôletomaten waarden nei 45 minuten fuorthelle om it effekt fan EWNS te evaluearjen.
Elk eksperimint waard yn triplikaat útfierd. Data-analyze waard útfierd neffens it protokol beskreaun yn Oanfoljende Gegevens.
Ynaktivaasjemeganismen waarden beoardiele troch sedimintaasje fan bleatstelde EWNS-monsters (45 min by in EWNS-aerosolkonsintraasje fan 40.000 #/cm3) en net-bestraalde monsters fan ûnskealike baktearjes E. coli, Salmonella enterica en Lactobacillus. De dieltsjes waarden 2 oeren by keamertemperatuer fêstlein yn 2,5% glutaraldehyde, 1,25% paraformaldehyde en 0,03% pikrinezuur yn 0,1 M natriumkakodylaatbuffer (pH 7,4). Nei it waskjen, nei-fiksearje mei 1% osmiumtetroxide (OsO4)/1,5% kaliumferrocyanide (KFeCN6) foar 2 oeren, waskje 3 kear yn wetter en ynkubearje yn 1% uranylacetaat foar 1 oere, dan twa kear yn wetter waskje, dan 10 minuten dehydratearje yn 50%, 70%, 90%, 100% alkohol. De samples waarden doe 1 oere yn propyleenokside pleatst en impregnearre mei in 1:1 mingsel fan propyleenokside en TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). De samples waarden ynbêde yn TAAB Epon en 48 oeren by 60 °C polymerisearre. De útharde korrelige hars waard snien en fisualisearre troch TEM mei in konvinsjonele transmissie-elektronenmikroskoop JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Japan) foarsjoen fan in AMT 2k CCD-kamera (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, Feriene Steaten).
Alle eksperiminten waarden yn triplikaat útfierd. Foar elk tiidpunt waarden baktearjele waskjes yn triplikaat siedde, wat resultearre yn in totaal fan njoggen datapunten per punt, wêrfan it gemiddelde brûkt waard as de baktearjele konsintraasje foar dat bepaalde mikro-organisme. De standertôfwiking waard brûkt as de mjitflater. Alle punten telle mei.
De logaritme fan 'e ôfname yn 'e konsintraasje fan baktearjes yn ferliking mei t = 0 min waard berekkene mei de folgjende formule:
wêrby't C0 de konsintraasje fan baktearjes yn it kontrôlemonster is op tiid 0 (d.w.s. nei't it oerflak droech is, mar foardat it yn 'e keamer pleatst wurdt) en Cn de konsintraasje fan baktearjes op it oerflak is nei n minuten bleatstelling.
Om rekken te hâlden mei de natuerlike ôfbraak fan baktearjes tidens de bleatstelling fan 45 minuten, waard de logaritmyske reduksje yn ferliking mei de kontrôle nei 45 minuten ek as folget berekkene:
wêrby't Cn de konsintraasje fan baktearjes yn 'e kontrôlemonster op tiid n is en Cn-Control de konsintraasje fan kontrôlebaktearjes op tiid n is. Gegevens wurde presintearre as in logaritmyske reduksje yn ferliking mei de kontrôle (gjin EWNS-bleatstelling).
Tidens de stúdzje waarden ferskate kombinaasjes fan spanning en ôfstân tusken de nulle en de tsjinelektrode evaluearre yn termen fan Taylor-kegelfoarming, Taylor-kegelstabiliteit, EWNS-produksjestabiliteit en reprodusearberens. Ferskate kombinaasjes wurde werjûn yn Oanfoljende Tabel S1. Twa gefallen dy't stabile en reprodusearbere eigenskippen sjen litte (Taylor-kegel, EWNS-generaasje en stabiliteit oer tiid) waarden selektearre foar in wiidweidige stúdzje. Op fig. Figuer 3 toant de resultaten foar de lading, grutte en ynhâld fan ROS yn beide gefallen. De resultaten wurde ek werjûn yn Tabel 1. Ter referinsje befetsje sawol Figuer 3 as Tabel 1 de eigenskippen fan 'e earder synthetisearre net-optimalisearre EWNS8, 9, 10, 11 (baseline-EWNS). Statistyske signifikânsjeberekkeningen mei in twasidige t-test wurde opnij publisearre yn Oanfoljende Tabel S2. Derneist omfetsje ekstra gegevens stúdzjes fan it effekt fan 'e diameter fan it samplinggat fan' e tsjinelektrode (D) en de ôfstân tusken de grûnelektrode en de tip (L) (Oanfoljende Figuren S2 en S3).
(ac) Grutteferdieling metten troch AFM. (df) Oerflakladingskarakteristyk. (g) ROS-karakterisaasje fan 'e EPR.
It is ek wichtich om te notearjen dat foar al de boppesteande omstannichheden de mjitten ionisaasjestroom tusken 2 en 6 μA lei en de spanning tusken -3,8 en -6,5 kV, wat resultearre yn in enerzjyferbrûk fan minder as 50 mW foar dizze ienige EWNS-generaasjekontaktmodule. Hoewol EWNS ûnder hege druk synthetisearre waard, wiene de ozonnivo's tige leech, nea mear as 60 ppb.
Oanfoljende figuer S4 lit de simulearre elektryske fjilden sjen foar de [-6,5 kV, 4,0 cm] en [-3,8 kV, 0,5 cm] senario's, respektivelik. Foar de [-6,5 kV, 4,0 cm] en [-3,8 kV, 0,5 cm] senario's binne de fjildberekkeningen respektivelik 2 × 105 V/m en 4,7 × 105 V/m. Dit is te ferwachtsjen, om't yn it twadde gefal de spanning-ôfstânferhâlding folle heger is.
Op fig. 3a,b wurdt de EWNS-diameter toand, metten mei de AFM8. De berekkene gemiddelde EWNS-diameters wiene 27 nm en 19 nm foar de [-6,5 kV, 4,0 sm] en [-3,8 kV, 0,5 sm] skema's, respektivelik. Foar de [-6,5 kV, 4,0 sm] en [-3,8 kV, 0,5 sm] senario's binne de geometryske standertôfwikings fan 'e ferdielingen respektivelik 1,41 en 1,45, wat in smelle grutteferdieling oanjout. Sawol de gemiddelde grutte as de geometryske standertôfwiking binne tige ticht by de basis-EWNS, op respektivelik 25 nm en 1,41. Op fig. 3c wurdt de grutteferdieling fan 'e basis-EWNS toand, metten mei deselde metoade ûnder deselde omstannichheden.
Op fig. 3d,e wurde de resultaten fan ladingkarakterisaasje toand. De gegevens binne gemiddelde mjittingen fan 30 simultane mjittingen fan konsintraasje (#/cm3) en stroom (I). De analyze lit sjen dat de gemiddelde lading op 'e EWNS 22 ± 6 e- en 44 ± 6 e- is foar [-6,5 kV, 4,0 cm] en [-3,8 kV, 0,5 cm], respektivelik. Se hawwe signifikant hegere oerflakladingen yn ferliking mei basisline EWNS (10 ± 2 e-), twa kear grutter as it [-6,5 kV, 4,0 cm] senario en fjouwer kear grutter as it [-3,8 kV, 0,5 cm]. Figuer 3f lit de ladingsgegevens sjen foar Baseline-EWNS.
Ut de konsintraasjekaarten fan it EWNS-nûmer (Oanfoljende figueren S5 en S6) kin sjoen wurde dat it [-6,5 kV, 4,0 cm] senario signifikant mear dieltsjes hat as it [-3,8 kV, 0,5 cm] senario. It is ek it neamen wurdich dat de EWNS-nûmerkonsintraasje oant 4 oeren waard kontroleare (Oanfoljende figueren S5 en S6), wêrby't de EWNS-generaasjestabiliteit yn beide gefallen deselde nivo's fan dieltsjenûmerkonsintraasje liet sjen.
Op fig. 3g wurdt it EPR-spektrum toand nei subtraksje fan 'e optimalisearre EWNS-kontrôle (eftergrûn) by [-6,5 kV, 4,0 sm]. De ROS-spektra waarden ek fergelike mei it Baseline-EWNS-senario yn in earder publisearre wurk. It oantal EWNS dat reagearre mei spinfallen waard berekkene op 7,5 × 104 EWNS/s, wat fergelykber is mei de earder publisearre Baseline-EWNS8. De EPR-spektra lieten dúdlik de oanwêzigens fan twa soarten ROS sjen, wêrby't O2- de oerhearskjende soarte wie en OH• minder oerfloedich. Derneist liet in direkte fergeliking fan 'e peakintensiteiten sjen dat de optimalisearre EWNS in signifikant hegere ROS-ynhâld hie yn ferliking mei de baseline EWNS.
Fig. 4 lit de ôfsettingseffisjinsje fan EWNS yn EPES sjen. De gegevens binne ek gearfette yn tabel I en fergelike mei de orizjinele EWNS-gegevens. Foar beide gefallen fan EUNS is de ôfsetting hast 100%, sels by in lege spanning fan 3,0 kV. Typysk is 3,0 kV genôch foar 100% ôfsetting, nettsjinsteande feroaring yn oerflaklading. Under deselde omstannichheden wie de ôfsettingseffisjinsje fan Baseline-EWNS mar 56% fanwegen har legere lading (gemiddeld 10 elektroanen per EWNS).
Op fig. 5 en yn tabel 2 wurdt de ynaktivaasjewearde gearfette fan mikroorganismen dy't ynint binne op it oerflak fan tomaten nei bleatstelling oan sawat 40.000 #/cm3 EWNS foar 45 minuten yn 'e optimale modus [-6,5 kV, 4,0 cm]. Yninting fan E. coli en Lactobacillus innocuous lieten in wichtige reduksje sjen fan 3,8 logs tidens de bleatstelling fan 45 minuten. Under deselde omstannichheden hie S. enterica in fermindering fan 2,2 log, wylst S. cerevisiae en M. parafortutum in fermindering fan 1,0 log hienen.
De elektronenmikrofoto's (figuer 6) litte de fysike feroarings sjen dy't troch EWNS feroarsake wurde op ûnskealike Escherichia coli-, Streptococcus- en Lactobacillus-sellen dy't liede ta har ynaktivaasje. De kontrôlebaktearjes hiene yntakte selmembranen, wylst de bleatstelde baktearjes beskeadige bûtenste membranen hiene.
Elektronenmikroskopyske ôfbylding fan kontrôle- en bleatstelde baktearjes liet membraanskea sjen.
De gegevens oer de fysykochemyske eigenskippen fan 'e optimalisearre EWNS litte kollektyf sjen dat de eigenskippen (oerflaklading en ROS-ynhâld) fan 'e EWNS signifikant ferbettere binne yn ferliking mei de earder publisearre EWNS-basislinegegevens8,9,10,11. Oan 'e oare kant bleau har grutte yn it nanometerberik, tige ferlykber mei de earder rapportearre resultaten, wêrtroch't se lange perioaden yn 'e loft bliuwe koene. De waarnommen polydispersiteit kin ferklearre wurde troch feroaringen yn oerflaklading dy't de grutte fan EWNS bepale, de willekeurigens fan it Rayleigh-effekt, en potinsjele koalesinsje. Lykas lykwols detaillearre troch Nielsen et al.22, ferminderet hege oerflaklading ferdamping troch de oerflakenerzjy/spanning fan 'e wetterdrip effektyf te ferheegjen. Yn ús foarige publikaasje8 waard dizze teory eksperiminteel befêstige foar mikrodrippen22 en EWNS. Ferlies fan lading tidens oerwurk kin ek ynfloed hawwe op 'e grutte en bydrage oan 'e waarnommen grutteferdieling.