Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com. Vafraútgáfan sem þú notar hefur takmarkaðan CSS-stuðning. Til að fá sem bestu upplifun mælum við með að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkvir á samhæfingarstillingu í Internet Explorer). Á meðan, til að tryggja áframhaldandi stuðning, munum við birta síðuna án stíla og JavaScript.
Nýlega hefur verið þróað efnafrítt örverueyðandi vettvangur byggður á nanótækni með notkun gervivatnsnanóbygginga (EWNS). EWNS hafa mikla yfirborðshleðslu og eru mettuð með hvarfgjörnum súrefnistegundum (ROS) sem geta haft samskipti við og óvirkjað fjölda örvera, þar á meðal matarborna sýkla. Hér er sýnt fram á að eiginleikar þeirra við myndun er hægt að fínstilla og hámarka til að auka enn frekar bakteríudrepandi möguleika þeirra. Rannsóknarstofuvettvangur EWNS var hannaður til að fínstilla eiginleika EWNS með því að breyta myndunarbreytunum. Einkenni EWNS (hleðsla, stærð og innihald ROS) með nútíma greiningaraðferðum. Að auki voru þeir metnir með tilliti til örverufræðilegrar óvirkjunarmöguleika þeirra gegn matarbornum örverum eins og Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum og Saccharomyces cerevisiae. Niðurstöðurnar sem hér eru kynntar sýna að eiginleika EWNS er hægt að fínstilla við myndun, sem leiðir til veldishraða aukningar á óvirkjunarvirkni. Einkum jókst yfirborðshleðslan um fjórfaldan þátt og hvarfgjörn súrefnistegund jókst. Fjarlægingarhraðinn fyrir örverur var örveruháður og var á bilinu 1,0 til 3,8 log eftir 45 mínútna útsetningu fyrir úðaskammti upp á 40.000 #/cc EWNS.
Örverumengun er aðal orsök matarsjúkdóma sem orsakast af inntöku sýkla eða eiturefna þeirra. Í Bandaríkjunum einum valda matarsjúkdómar um 76 milljón veikindum, 325.000 sjúkrahúsinnlögnum og 5.000 dauðsföllum á hverju ári1. Þar að auki áætlar landbúnaðarráðuneyti Bandaríkjanna (USDA) að auki aukin neysla á ferskum afurðum beri ábyrgð á 48% allra tilkynntra matarsjúkdóma í Bandaríkjunum2. Kostnaður vegna sjúkdóma og dauðsfalla af völdum matarsjúkdóma í Bandaríkjunum er mjög hár og áætlaður af Centers for Disease Control and Prevention (CDC) er meira en 15,6 milljarðar Bandaríkjadala á ári3.
Eins og er eru efna-4, geislunar-5 og varma-6 inngrip með sýklalyfjum til að tryggja matvælaöryggi að mestu leyti framkvæmd á takmörkuðum mikilvægum stjórnunarstöðum (CCP) í framleiðslukeðjunni (venjulega eftir uppskeru og/eða við pökkun) frekar en samfellt. Þannig eru þau viðkvæm fyrir krossmengun. 7. Betri stjórnun á matarsjúkdómum og matvælaskemmdum krefst inngripa með sýklalyfjum sem hugsanlega er hægt að beita á öllu framleiðsluferlinu, frá býli til borðs, en jafnframt að draga úr umhverfisáhrifum og kostnaði.
Nýlega hefur verið þróað efnafrítt, nanótækni-byggð örverueyðandi vettvangur sem getur gert yfirborðs- og loftborna bakteríur óvirkar með því að nota gervi vatnsnanóbyggingar (EWNS). EWNS var myndað með tveimur samsíða ferlum, rafúða og vatnsjónun (Mynd 1a). Fyrri rannsóknir hafa sýnt að EWNS hafa einstakt safn eðlisfræðilegra og líffræðilegra eiginleika8,9,10. EWNS hafa að meðaltali 10 rafeindir í hverri byggingu og meðal nanóstærð upp á 25 nm (Mynd 1b, c)8,9,10. Að auki sýndi rafeindasnúningsóm (ESR) að EWNS inniheldur mikið magn af hvarfgjörnum súrefnistegundum (ROS), aðallega hýdroxýl (OH•) og ofuroxíð (O2-) stakeindir (Mynd 1c)8. EVNS er í loftinu í langan tíma og getur rekist á örverur sem svífa í loftinu og eru til staðar á yfirborðinu, skilað ROS farmi sínum og valdið óvirkjun örvera (Mynd 1d). Þessar fyrstu rannsóknir sýndu einnig að EWNS getur haft samskipti við og gert ýmsar gram-neikvæðar og gram-jákvæðar bakteríur óvirkar, þar á meðal mýkóbakteríur, á yfirborðum og í loftinu. Rafeindasmásjárskoðun sýndi að óvirkjunin stafaði af röskun á frumuhimnu. Þar að auki hafa rannsóknir á bráðri innöndun sýnt að stórir skammtar af EWNS valda ekki lungnaskaða eða bólgu 8.
(a) Rafúðun á sér stað þegar háspenna er sett á milli háræðarrörs sem inniheldur vökva og mótrafskauts. (b) Beiting mikils þrýstings leiðir til tveggja mismunandi fyrirbæra: (i) rafúðunar vatns og (ii) myndunar hvarfgjarnra súrefnistegunda (jóna) sem eru fastar í rafrænu sýklakerfinu (EWNS). (c) Einstök uppbygging rafrænna sýklakerfisins. (d) Vegna nanóeðlis sinnar eru rafræn sýklakerfi mjög hreyfanleg og geta haft samskipti við loftborna sýkla.
Nýlega hefur verið sýnt fram á hæfni EWNS örverueyðandi vettvangsins til að óvirkja matvælabornar örverur á yfirborði ferskra matvæla. Einnig hefur verið sýnt fram á að yfirborðshleðsla EWNS í samsetningu við rafsvið getur verið notuð til að ná markvissri afhendingu. Ennfremur voru bráðabirgðaniðurstöður fyrir lífræna tómata eftir 90 mínútna útsetningu við EWNS upp á um 50.000 #/cm3 hvetjandi, þar sem ýmsar matvælabornar örverur eins og E. coli og Listeria 11 komu fram. Að auki sýndu bráðabirgða skynmatsprófanir engin skynjunaráhrif samanborið við samanburðartómata. Þó að þessar upphaflegu óvirkjunarniðurstöður séu hvetjandi fyrir matvælaöryggi, jafnvel við mjög lága EWNS skammta upp á 50.000 #/cc.sjá, er ljóst að meiri óvirkjunarmöguleiki væri gagnlegri til að draga enn frekar úr hættu á sýkingum og skemmdum.
Hér munum við einbeita rannsóknum okkar að þróun á vettvangi fyrir framleiðslu á EWNS til að gera kleift að fínstilla myndunarbreytur og hámarka eðlis- og efnafræðilega eiginleika EWNS til að auka bakteríudrepandi möguleika þeirra. Sérstaklega hefur hagræðing beinst að því að auka yfirborðshleðslu þeirra (til að bæta markvissa afhendingu) og ROS-innihald (til að bæta óvirkjunarvirkni). Að greina bestu eðlis- og efnafræðilegu eiginleika (stærð, hleðsla og ROS-innihald) með því að nota nútíma greiningaraðferðir og nota algengar matvælaörverur eins og E. .
EVNS var myndað með samtímis rafúðun og jónun á mjög hreinu vatni (18 MΩ cm–1). Rafmagnsúðinn 12 er venjulega notaður til að úða vökva og mynda fjölliðu- og keramikagnir 13 og trefjar 14 af stýrðri stærð.
Eins og lýst er í fyrri ritum 8, 9, 10, 11, var í dæmigerðri tilraun háspenna sett á milli málmháræðar og jarðtengdrar mótrafskauts. Í þessu ferli eiga sér stað tvö mismunandi fyrirbæri: i) rafúði og ii) vatnsjónun. Sterkt rafsvið milli rafskautanna tveggja veldur því að neikvæðar hleðslur safnast upp á yfirborði þéttivatnsins, sem leiðir til myndunar Taylor-keilna. Fyrir vikið myndast mjög hlaðnir vatnsdropar sem halda áfram að brotna niður í smærri agnir, eins og í Rayleigh-kenningunni16. Á sama tíma valda sterk rafsvið því að sumar vatnssameindir klofna og fjarlægja rafeindir (jónast), sem leiðir til myndunar mikils magns af hvarfgjörnum súrefnistegundum (ROS)17. Samtímis myndað ROS18 var innlimað í EWNS (Mynd 1c).
Á mynd 2a sést EWNS myndunarkerfið sem þróað var og notað í EWNS mynduninni í þessari rannsókn. Hreinsað vatn, geymt í lokaðri flösku, var leitt í gegnum Teflon rör (2 mm innra þvermál) inn í 30G ryðfría stálnál (málmhárpípu). Vatnsflæðið er stjórnað af loftþrýstingnum inni í flöskunni, eins og sýnt er á mynd 2b. Nálin er fest á Teflon stjórnborð og hægt er að stilla hana handvirkt í ákveðna fjarlægð frá mótrafskautinu. Mótrafskautið er slípaður áldiskur með gati í miðjunni fyrir sýnatöku. Fyrir neðan mótrafskautið er sýnatökutrekt úr áli, sem er tengdur við restina af tilraunauppsetningunni í gegnum sýnatökutengi (mynd 2b). Til að koma í veg fyrir uppsöfnun hleðslu sem gæti truflað virkni sýnatökutækisins eru allir íhlutir sýnatökutækisins jarðtengdir.
(a) Verkfræðilegt vatnsnanóbyggingarkerfi (EWNS). (b) Þversnið af sýnatökutækinu og rafúðanum sem sýnir mikilvægustu færibreyturnar. (c) Tilraunauppsetning fyrir óvirkjun baktería.
EWNS-framleiðslukerfið sem lýst er hér að ofan er fær um að breyta lykilrekstrarbreytum til að auðvelda fínstillingu eiginleika EWNS. Stillið spennuna (V), fjarlægðina milli nálarinnar og mótrafskautsins (L) og vatnsflæðið (φ) í gegnum háræðarrörið til að fínstilla eiginleika EWNS. Tákn sem notað er til að tákna mismunandi samsetningar: [V (kV), L (cm)]. Stillið vatnsflæðið til að fá stöðuga Taylor-keilu af ákveðnu mengi [V, L]. Í þessari rannsókn var opnunarþvermál mótrafskautsins (D) haldið við 0,5 tommur (1,29 cm).
Vegna takmarkaðrar rúmfræði og ósamhverfu er ekki hægt að reikna út rafmagnsstyrkinn út frá grunnreglum. Í staðinn var QuickField™ hugbúnaðurinn (Svendborg, Danmörk)19 notaður til að reikna út rafmagnssviðið. Rafsviðið er ekki einsleitt, þannig að gildi rafmagnssviðsins við oddi háræðarrörsins var notað sem viðmiðunargildi fyrir ýmsar stillingar.
Í rannsókninni voru nokkrar samsetningar spennu og fjarlægðar milli nálarinnar og mótrafskautsins metnar með tilliti til myndunar Taylor-keilunnar, stöðugleika Taylor-keilunnar, stöðugleika EWNS-framleiðslu og endurtekningarhæfni. Ýmsar samsetningar eru sýndar í viðbótartöflu S1.
Úttak EWNS-myndunarkerfisins var tengt beint við skönnunarhreyfanleika agnastærðargreiningartæki (SMPS, gerð 3936, TSI, Shoreview, MN) til að mæla fjölda agnaþéttni, sem og við úðabrúsa Faraday rafgreiningartæki (TSI, gerð 3068B, Shoreview, MN). ) fyrir úðabrúsastraum var mælt eins og lýst er í fyrri útgáfu okkar. Bæði SMPS og úðabrúsa rafgreiningartækið tóku sýni með rennslishraða 0,5 L/mín (heildarsýnisflæði 1 L/mín). Fjöldi agnaþéttni og úðabrúsaflæði voru mæld í 120 sekúndur. Mælingin er endurtekin 30 sinnum. Byggt á straummælingum er heildarúðabrúsahleðsla reiknuð út og meðalhleðsla EWNS er áætluð fyrir tiltekinn heildarfjölda valda EWNS agna. Meðalkostnað EWNS er hægt að reikna út með jöfnu (1):
Þar sem IEl er mældur straumur, NSMPS er stafrænn styrkur mældur með SMPS og φEl er rennslishraðinn á rafmæli.
Þar sem rakastig (RH) hefur áhrif á yfirborðshleðslu var hitastigi og (RH) haldið stöðugum meðan á tilrauninni stóð, við 21°C og 45%, talið í sömu röð.
Notaðar voru atómkraftssmásjártækið (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, Kaliforníu) og AC260T mælitæki (Olympus, Tókýó, Japan) til að mæla stærð og líftíma EWNS. Skanntíðni AFM var 1 Hz, skönnunarsvæðið var 5 μm × 5 μm og 256 skönnunarlínur. Allar myndir voru gerðar með 1. stigs myndjöfnun með Asylum hugbúnaði (grímusvið 100 nm, þröskuldur 100 pm).
Prófunartrektin var fjarlægð og glimmeryfirborðið var sett í 2,0 cm fjarlægð frá mótrafskautinu í meðaltíma upp á 120 sekúndur til að koma í veg fyrir agnasamloðun og myndun óreglulegra dropa á glimmeryfirborðinu. EWNS var úðað beint á yfirborð nýskorins glimmer (Ted Pella, Redding, Kaliforníu). Mynd af glimmeryfirborðinu strax eftir AFM-spútrun. Snertihorn yfirborðs nýskorins óbreytts glimmer er nálægt 0°, þannig að EVNS er dreift á glimmeryfirborðið í formi hvelfingar. Þvermál (a) og hæð (h) dreifidropa voru mæld beint út frá AFM-landslaginu og notuð til að reikna hvelfða dreifingarrúmmál EWNS með því að nota áður staðfesta aðferð okkar. Að því gefnu að innbyggðu EWNS hafi sama rúmmál, er hægt að reikna út samsvarandi þvermál með því að nota jöfnu (2):
Byggt á fyrri aðferð okkar var rafeindasnúningsómunargildra (ESR) notuð til að greina nærveru skammlífra stakeinda milliefna í rafeindasnúningsómunarkerfum (EWNS). Úðabrúsar voru blásnir í gegnum 650 μm Midget úðabrúsa (Ace Glass, Vineland, NJ) sem innihélt 235 mM lausn af DEPMPO(5-(díetoxýfosfórýl)-5-metýl-1-pýrrólín-N-oxíð) (Oxis International Inc.). Portland, Oregon). Allar ESR mælingar voru framkvæmdar með Bruker EMX litrófsmæli (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Bandaríkjunum) og flatskjásfrumu. Acquisit hugbúnaðurinn (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Bandaríkjunum) var notaður til að safna og greina gögnin. Ákvörðun á eiginleikum ROS var aðeins framkvæmd fyrir ákveðin rekstrarskilyrði [-6,5 kV, 4,0 cm]. Styrkur rafeindasnúningsómunarkerfa var mældur með SMPS eftir að tekið var tillit til taps rafeindasnúningsómunarkerfa í höggbúnaðinum.
Ósonmagn var fylgst með með 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Colorado)8,9,10.
Fyrir alla eiginleika EWNS er meðalgildið notað sem mæligildi og staðalfrávikið sem mælivilla. T-próf ​​voru framkvæmd til að bera saman gildi fínstilltra EWNS-eiginleika við samsvarandi gildi grunn-EWNS.
Mynd 2c sýnir áður þróað og einkennt rafstöðuútfellingarkerfi (EPES) sem hægt er að nota til að beina rafstöðuvefsútfellingu (EWNS) beint að yfirborði. EPES notar rafstöðuvefshleðslur sem hægt er að „leiða“ beint að yfirborði skotmarksins undir áhrifum sterks rafsviðs. Nánari upplýsingar um EPES kerfið eru kynntar í nýlegri útgáfu eftir Pyrgiotakis o.fl. 11. Þannig samanstendur EPES af þrívíddarprentuðu PVC-hólfi með keilulaga endum og inniheldur tvær samsíða ryðfríu stáli (304 ryðfríu stáli, spegilhúðaðar) málmplötur í miðjunni með 15,24 cm millibili. Spjöldin voru tengd við ytri háspennugjafa (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), botnplatan var alltaf tengd jákvæðri spennu og efri platan var alltaf tengd við jörð (fljótandi jörð). Veggir hólfsins eru þaktir álpappír, sem er jarðtengdur til að koma í veg fyrir agnataps. Hólfið er með innsigluðu framhlið sem gerir kleift að setja prófunarfleti á plaststönd sem lyfta þeim upp fyrir botnmálmplötuna til að forðast háspennutruflanir.
Útfellingarhagkvæmni EWNS í EPES var reiknuð samkvæmt áður þróaðri aðferð sem er nánar lýst í viðbótarmynd S111.
Sem stjórnklefi var annað sívalningslaga flæðiklefi tengt í röð við EPES kerfið, þar sem millistig HEPA-sía var notuð til að fjarlægja EWNS. Eins og sést á mynd 2c var EWNS úðabrúsinn dæltur í gegnum tvö innbyggð hólf. Sían milli stjórnherbergisins og EPES fjarlægir allt EWNS sem eftir er, sem leiðir til sama hitastigs (T), rakastigs (RH) og ósonmagns.
Mikilvægar matarbornar örverur hafa fundist sem menga ferskar matvörur eins og E. coli (ATCC #27325), saurvísir, Salmonella enterica (ATCC #53647), matarborna sýkla, Listeria harmless (ATCC #33090), staðgengil fyrir sjúkdómsvaldandi Listeria monocytogenes, unnin úr ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), staðgengil fyrir gersvepp, og ónæmari, óvirkjaðri bakteríu, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Kaupið handahófskenndar kassa af lífrænum vínberjatómötum úr matvöruverslun og geymið í kæli við 4°C þar til þeir eru notaðir (í allt að 3 daga). Tilraunatómatarnir voru allir jafn stórir, um 1,25 cm í þvermál.
Ræktunar-, ígræðslu-, útsetningar- og nýlendutalningarferlarnir eru ítarlega útskýrðir í fyrri útgáfu okkar og í viðbótargögnum. Árangur EWNS var metinn með því að útsetja bólusetta tómata fyrir 40.000 #/cm3 í 45 mínútur. Í stuttu máli voru þrír tómatar notaðir til að meta eftirlifandi örverur á tímanum t = 0 mín. Þrír tómatar voru settir í EPES og útsettir fyrir EWNS við 40.000 #/cc (EWNS-útsettir tómatar) og hinir þrír voru settir í samanburðarklefann (viðmiðunartómatar). Ekki var framkvæmd frekari vinnsla á tómötum í báðum hópum. Tómatar sem útsettir voru fyrir EWNS og samanburðartómatar voru fjarlægðir eftir 45 mínútur til að meta áhrif EWNS.
Hver tilraun var framkvæmd í þríriti. Gagnagreining var framkvæmd samkvæmt aðferðafræðinni sem lýst er í viðbótargögnum.
Óvirkjunarferlar voru metnir með botnfellingu á útsettum EWNS sýnum (45 mínútur við 40.000 #/cm3 EWNS úðaþéttni) og ógeisluðum sýnum af skaðlausum bakteríum E. coli, Salmonella enterica og Lactobacillus. Agnirnar voru festar í 2,5% glútaraldehýði, 1,25% paraformaldehýði og 0,03% pikrínsýru í 0,1 M natríumkakódýlat stuðpúða (pH 7,4) í 2 klukkustundir við stofuhita. Eftir þvott, festið eftir með 1% osmíumtetroxíði (OsO4)/1,5% kalíumferrósýaníði (KFeCN6) í 2 klukkustundir, þvegið 3 sinnum í vatni og ræktað í 1% úranýlasetati í 1 klukkustund, síðan þvegið tvisvar í vatni, síðan þurrkað í 10 mínútur í 50%, 70%, 90%, 100% alkóhóli. Sýnin voru síðan sett í própýlenoxíð í 1 klukkustund og gegndreypt með 1:1 blöndu af própýlenoxíði og TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, Kaliforníu). Sýnin voru felld inn í TAAB Epon og fjölliðuð við 60°C í 48 klukkustundir. Herta kornótt plastefnið var skorið og sýnt með TEM með hefðbundinni rafeindasmásjá JEOL 1200EX (JEOL, Tókýó, Japan) búin AMT 2k CCD myndavél (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, Bandaríkjunum).
Allar tilraunir voru framkvæmdar í þríriti. Fyrir hvern tímapunkt voru bakteríuþvottar sáðir í þríriti, sem leiddi til samtals níu gagnapunkta á punkti, en meðaltal þeirra var notað sem bakteríuþéttni fyrir þá tilteknu örveru. Staðalfrávikið var notað sem mælivilla. Öll stig telja.
Lógaritminnkun á styrk baktería samanborið við t = 0 mín var reiknuð út með eftirfarandi formúlu:
þar sem C0 er styrkur baktería í samanburðarsýninu á tíma 0 (þ.e. eftir að yfirborðið hefur þornað en áður en því er komið fyrir í hólfinu) og Cn er styrkur baktería á yfirborðinu eftir n mínútna útsetningu.
Til að taka tillit til náttúrulegrar niðurbrots baktería við 45 mínútna útsetningu var lógaritmísk minnkun, samanborið við samanburðarhópinn eftir 45 mínútur, einnig reiknuð á eftirfarandi hátt:
þar sem Cn er styrkur baktería í samanburðarsýninu á tíma n og Cn-Control er styrkur samanburðarbaktería á tíma n. Gögn eru kynnt sem log-lækkun samanborið við samanburð (engin EWNS útsetning).
Í rannsókninni voru nokkrar samsetningar spennu og fjarlægðar milli nálarinnar og mótrafskautsins metnar með tilliti til myndunar Taylor-keilu, stöðugleika Taylor-keilu, stöðugleika í framleiðslu EWNS og endurtekningarhæfni. Ýmsar samsetningar eru sýndar í viðbótartöflu S1. Tvö tilvik sem sýndu stöðuga og endurtekningarhæfa eiginleika (Taylor-keila, myndun EWNS og stöðugleiki með tímanum) voru valin til ítarlegrar rannsóknar. Á mynd 3 eru niðurstöður fyrir hleðslu, stærð og innihald ROS í báðum tilvikum. Niðurstöðurnar eru einnig teknar saman í töflu 1. Til viðmiðunar innihalda bæði mynd 3 og tafla 1 eiginleika áður myndaðra, ófínstilltra EWNS8, 9, 10, 11 (grunnlínu-EWNS). Marktækniútreikningar með tvíhliða t-prófi eru endurbirtir í viðbótartöflu S2. Að auki innihalda viðbótargögn rannsóknir á áhrifum þvermáls sýnatökugatsins á mótrafskautinu (D) og fjarlægðar milli jarðrafskautsins og oddins (L) (viðbótarmyndir S2 og S3).
(ac) Stærðardreifing mæld með AFM. (df) Einkenni yfirborðshleðslu. (g) ROS einkenni EPR.
Einnig er mikilvægt að hafa í huga að við allar ofangreindar aðstæður var mældur jónunarstraumur á milli 2 og 6 μA og spennan á milli -3,8 og -6,5 kV, sem leiddi til orkunotkunar upp á minna en 50 mW fyrir þessa einu EWNS kynslóðar tengiliðseiningu. Þótt EWNS hafi verið myndað undir miklum þrýstingi voru ósonmagn mjög lágt og fór aldrei yfir 60 ppb.
Viðbótarmynd S4 sýnir hermt rafsvið fyrir [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm], talið í sömu röð. Fyrir [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm] eru útreikningar á rafsviði 2 × 105 V/m og 4,7 × 105 V/m, talið í sömu röð. Þetta er væntanlegt, þar sem í seinna tilfellinu er spennu-fjarlægðarhlutfallið mun hærra.
Á mynd 3a og b sést þvermál EWNS mælt með AFM8. Reiknað meðalþvermál EWNS var 27 nm og 19 nm fyrir [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm] kerfin, talið í sömu röð. Fyrir [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm] sviðsmyndirnar eru rúmfræðileg staðalfrávik dreifinganna 1,41 og 1,45, talið í sömu röð, sem bendir til þröngrar stærðardreifingar. Bæði meðalstærðin og rúmfræðilegt staðalfrávik eru mjög nálægt grunnlínu EWNS, við 25 nm og 1,41, talið í sömu röð. Á mynd 3c sést stærðardreifing grunn EWNS mæld með sömu aðferð við sömu aðstæður.
Á mynd 3d, e eru sýndar niðurstöður hleðslugreiningar. Gögnin eru meðalmælingar úr 30 samtímis mælingum á styrk (#/cm3) og straumi (I). Greiningin sýnir að meðalhleðslan á EWNS er 22 ± 6 e- og 44 ± 6 e- fyrir [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm], talið í sömu röð. Þær hafa marktækt hærri yfirborðshleðslur samanborið við grunnlínu-EWNS (10 ± 2 e-), tvisvar sinnum meiri en í [-6,5 kV, 4,0 cm] atburðarásinni og fjórum sinnum meiri en í [-3,8 kV, 0,5 cm]. Mynd 3f sýnir hleðslugögnin fyrir grunnlínu-EWNS.
Af styrkkortum EWNS-tölunnar (viðbótarmyndir S5 og S6) má sjá að í [-6,5 kV, 4,0 cm] tilfellunum eru marktækt fleiri agnir en í [-3,8 kV, 0,5 cm]. Einnig er vert að taka fram að styrkur EWNS-tölunnar var fylgst með í allt að 4 klukkustundir (viðbótarmyndir S5 og S6), þar sem stöðugleiki EWNS-myndunar sýndi sama magn agnastyrks í báðum tilfellum.
Á mynd 3g sést EPR litrófið eftir að fínstillta EWNS stjórnunin (bakgrunnur) við [-6,5 kV, 4,0 cm] hefur verið dregin frá. ROS litrófin voru einnig borin saman við Baseline-EWNS atburðarásina í áður birtri rannsókn. Fjöldi EWNS sem brugðust við snúningsgildrum var reiknaður sem 7,5 × 104 EWNS/s, sem er svipað og í áður birtri Baseline-EWNS8. EPR litrófin sýndu greinilega tilvist tveggja gerða af ROS, þar sem O2- var ríkjandi tegund og OH• var sjaldgæfara. Að auki sýndi bein samanburður á styrkleika tindanna að fínstillta EWNS hafði marktækt hærra ROS innihald samanborið við grunnlínu EWNS.
Á mynd 4 er sýnt útfellingarhagkvæmni EWNS í EPES. Gögnin eru einnig tekin saman í töflu I og borin saman við upprunaleg EWNS gögn. Fyrir bæði tilvik EUNS er útfellingin nálægt 100%, jafnvel við lága spennu upp á 3,0 kV. Venjulega eru 3,0 kV nægjanleg fyrir 100% útfellingu, óháð breytingum á yfirborðshleðslu. Við sömu aðstæður var útfellingarhagkvæmni Baseline-EWNS aðeins 56% vegna lægri hleðslu þeirra (að meðaltali 10 rafeindir á EWNS).
Á mynd 5 og í töflu 2 er samantekt á óvirkjunargildi örvera sem voru sáð á yfirborð tómata eftir útsetningu fyrir um 40.000 #/cm3 EWNS í 45 mínútur á besta mögulega stað [-6,5 kV, 4,0 cm]. Sáð E. coli og Lactobacillus innocuous sýndu marktæka lækkun upp á 3,8 loga á 45 mínútna útsetningu. Við sömu aðstæður hafði S. enterica 2,2 loga lækkun, en S. cerevisiae og M. parafortutum höfðu 1,0 loga lækkun.
Rafeindasmásjármyndirnar (mynd 6) sýna þær líkamlegu breytingar sem EWNS veldur á skaðlausum Escherichia coli, Streptococcus og Lactobacillus frumum sem leiddu til óvirkjunar þeirra. Viðmiðunarbakteríurnar höfðu óskemmdar frumuhimnur en þær bakteríur sem voru útsettar höfðu skaddaðar ytri himnur.
Rafeindasmásjármyndgreining á samanburðarbakteríum og útsettum bakteríum leiddi í ljós skemmdir á himnu.
Gögnin um eðlis- og efnafræðilega eiginleika fínstilltra EWNS sýna samanlagt að eiginleikar (yfirborðshleðsla og ROS-innihald) EWNS batnuðu verulega samanborið við áður birt grunngögn EWNS8,9,10,11. Hins vegar hélst stærð þeirra á nanómetrabilinu, mjög svipað og áður hefur verið greint frá, sem gerir þeim kleift að vera í loftinu í langan tíma. Fjöldreifinguna sem sést má skýra með breytingum á yfirborðshleðslu sem ákvarða stærð EWNS, handahófskenndri Rayleigh-áhrifum og mögulegri samruna. Hins vegar, eins og Nielsen o.fl. 22 útskýra, dregur mikil yfirborðshleðsla úr uppgufun með því að auka á áhrifaríkan hátt yfirborðsorku/spennu vatnsdropanna. Í fyrri útgáfu okkar8 var þessi kenning staðfest með tilraunum fyrir ördropa 22 og EWNS. Tap á hleðslu yfir tíma getur einnig haft áhrif á stærðina og stuðlað að stærðardreifingunni sem sést.
Að auki er hleðslan á hverja byggingu um 22-44 e-, allt eftir aðstæðum, sem er marktækt hærri samanborið við grunn EWNS, sem hefur meðalhleðslu upp á 10 ± 2 rafeindir á hverja byggingu. Hins vegar skal tekið fram að þetta er meðalhleðsla EWNS. Seto o.fl. Það hefur verið sýnt fram á að hleðslan er óeinsleit og fylgir log-normaldreifingu21. Í samanburði við fyrri vinnu okkar, tvöfaldar tvöföldun yfirborðshleðslunnar útfellingarhagkvæmni í EPES kerfinu í næstum 100%11.