Matur nuwun sampun ngunjungi Nature.com. Panjenengan ngginakaken versi browser kanthi dhukungan CSS winates. Kanggo pengalaman paling apik, disaranake panjenengan ngginakaken browser ingkang sampun dianyari (utawi mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer). Salajengipun, kangge njamin dhukungan ingkang terus-terusan, kita nampilaken situs tanpa gaya lan JavaScript.
Bubar iki, platform antimikroba bebas kimia adhedhasar nanoteknologi nggunakake nanostruktur banyu buatan (EWNS) wis dikembangake. EWNS duwe muatan permukaan sing dhuwur lan sugih spesies oksigen reaktif (ROS) sing bisa berinteraksi karo lan ngnonaktifake sawetara mikroorganisme, kalebu patogen sing ditularake panganan. Ing kene dituduhake manawa sifat-sifat kasebut sajrone sintesis bisa disetel lan dioptimalake kanggo luwih ningkatake potensi antibakteri. Platform laboratorium EWNS dirancang kanggo nyetel sifat-sifat EWNS kanthi ngganti parameter sintesis. Karakterisasi sifat EWNS (muatan, ukuran, lan isi ROS) ditindakake nggunakake metode analitis modern. Kajaba iku, mikroorganisme panganan kayata Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, lan Saccharomyces cerevisiae diinokulasi ing permukaan tomat anggur organik kanggo ngevaluasi potensi inaktivasi mikroba. Asil sing ditampilake ing kene nuduhake manawa sifat-sifat EWNS bisa disetel sajrone sintesis, sing nyebabake peningkatan eksponensial ing efisiensi inaktivasi. Utamane, muatan permukaan mundhak kaping papat, lan kandungan ROS mundhak. Tingkat penghapusan mikroba gumantung saka mikroba lan kisarane saka 1,0 nganti 3,8 log sawise 45 menit kena dosis aerosol 40.000 #/cm3 EWNS.
Kontaminasi mikroba minangka panyebab utama penyakit sing disebabake dening panganan sing disebabake dening konsumsi patogen utawa racun-racune. Penyakit sing disebabake panganan nyebabake udakara 76 yuta penyakit, 325.000 rawat inap, lan 5.000 kematian saben taun ing Amerika Serikat wae1. Kajaba iku, Departemen Pertanian Amerika Serikat (USDA) ngira-ira manawa tambah akeh konsumsi produk seger tanggung jawab kanggo 48 persen saka kabeh penyakit sing disebabake panganan sing dilapurake ing Amerika Serikat2. Biaya penyakit lan kematian saka patogen sing disebabake panganan ing Amerika Serikat dhuwur banget, dikira-kira dening Pusat Pengendalian lan Pencegahan Penyakit (CDC) luwih saka US$15,6 milyar saben taun3.
Saiki, intervensi antimikroba kimia4, radiasi5, lan termal6 kanggo njamin keamanan pangan utamane ditindakake ing titik kontrol kritis (CCP) sing winates ing rantai produksi (biasane sawise panen lan/utawa sajrone pengemasan) tinimbang terus-terusan ditindakake kanthi cara supaya produk seger kena kontaminasi silang 7. Intervensi antimikroba dibutuhake kanggo ngontrol penyakit sing disebabake panganan lan kerusakan panganan kanthi luwih apik lan duwe potensi kanggo ditrapake ing saindenging kontinum saka pertanian menyang meja. Dampak lan biaya sing luwih sithik.
Platform antimikroba bebas bahan kimia berbasis nanoteknologi bubar iki dikembangake kanggo ngnonaktifake bakteri ing permukaan lan ing udhara nggunakake struktur nano banyu buatan (EWNS). Kanggo sintesis EVNS, rong proses paralel digunakake: electrospray lan ionisasi banyu (Gambar 1a). EWNS sadurunge wis dituduhake duwe sakumpulan sifat fisik lan biologis sing unik8,9,10. EWNS duwe rata-rata 10 elektron saben struktur lan ukuran nanometer rata-rata 25 nm (Gambar 1b,c)8,9,10. Kajaba iku, resonansi spin elektron (ESR) nuduhake yen EWNS ngemot akeh spesies oksigen reaktif (ROS), utamane radikal hidroksil (OH•) lan superoksida (O2-) (Gambar 1c)8. EWNS tetep ana ing udhara sajrone wektu sing suwe lan bisa tabrakan karo mikroba sing ana ing udhara lan ana ing permukaan, ngirim muatan ROS lan nyebabake inaktivasi mikroba (Gambar 1d). Panliten-panliten sadurungé iki uga nuduhaké yèn EWNS bisa sesambungan karo lan nginaktivasi macem-macem bakteri gram-negatif lan gram-positif sing penting kanggo kesehatan masarakat, kalebu mikobakteri, ing permukaan lan ing udhara8,9. Mikroskopi elektron transmisi nuduhaké yèn inaktivasi kasebut disebabake déning gangguan membran sèl. Kajaba iku, panliten inhalasi akut nuduhaké yèn dosis EWNS sing dhuwur ora nyebabaké karusakan paru-paru utawa inflamasi8.
(a) Electrospray kedadeyan nalika voltase dhuwur ditrapake ing antarane cairan sing ngemot kapiler lan elektroda lawan. (b) Aplikasi voltase dhuwur nyebabake rong fenomena sing beda: (i) electrospraying banyu lan (ii) generasi spesies oksigen reaktif (ion) sing kejebak ing EWNS. (c) Struktur unik EWNS. (d) EWNS nduweni mobilitas dhuwur amarga sifat nano lan bisa berinteraksi karo patogen sing ana ing udhara.
Kemampuan platform antimikroba EWNS kanggo ngnonaktifake mikroorganisme sing ana ing panganan ing permukaan panganan seger uga bubar dituduhake. Uga wis dituduhake manawa muatan permukaan EWNS bisa digunakake bebarengan karo medan listrik kanggo pangiriman sing ditargetake. Sing luwih penting, asil awal sing njanjeni yaiku pengurangan aktivitas tomat organik kira-kira 1,4 log marang macem-macem mikroorganisme panganan kayata E. coli lan Listeria diamati sajrone 90 menit sawise kena EWNS kanthi konsentrasi kira-kira 50.000#/cm311. Kajaba iku, tes evaluasi organoleptik awal ora nuduhake efek organoleptik dibandhingake karo tomat kontrol. Sanajan asil inaktivasi awal iki janji keamanan panganan sanajan ing dosis EWNS sing sithik banget yaiku 50.000#/cc. delengen, jelas manawa potensial inaktivasi sing luwih dhuwur bakal luwih migunani kanggo nyuda risiko infeksi lan pembusukan.
Ing kene, kita bakal fokus riset kita ing pangembangan platform generasi EWNS kanggo nyetel parameter sintesis lan ngoptimalake sifat fisikokimia EWNS kanggo nambah potensi antibakteri. Utamane, optimasi wis fokus ing nambah muatan permukaan (kanggo nambah pangiriman sing ditargetake) lan konten ROS (kanggo nambah efisiensi inaktivasi). Karakterisasi sifat fisikokimia sing dioptimalake (ukuran, muatan lan konten ROS) nggunakake metode analitis modern lan nggunakake mikroorganisme panganan umum kayata E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae lan M. parafortuitum.
EVNS disintesis kanthi elektrospraying lan ionisasi banyu kanthi kemurnian dhuwur (18 MΩ cm–1) bebarengan. Atomizer listrik 12 biasane digunakake kanggo atomisasi cairan lan polimer sintetis lan partikel keramik 13 lan serat 14 kanthi ukuran sing dikontrol.
Kaya sing wis dijlentrehake ing publikasi sadurunge 8, 9, 10, 11, ing eksperimen khas, voltase dhuwur ditrapake ing antarane kapiler logam lan elektroda lawan sing di-ground. Sajrone proses iki, rong fenomena sing beda kedadeyan: 1) electrospray lan 2) ionisasi banyu. Medan listrik sing kuwat ing antarane rong elektroda nyebabake muatan negatif numpuk ing permukaan banyu sing kental, sing nyebabake pembentukan kerucut Taylor. Akibate, tetesan banyu sing diisi daya dhuwur dibentuk, sing terus pecah dadi partikel sing luwih cilik, miturut teori Rayleigh16. Ing wektu sing padha, medan listrik sing kuwat nyebabake sawetara molekul banyu misah lan ngupas elektron (ionisasi), saengga ngasilake akeh spesies oksigen reaktif (ROS)17. Paket ROS18 sing digawe bebarengan dienkapsulasi ing EWNS (Gambar 1c).
Ing gambar 2a nuduhake sistem generasi EWNS sing dikembangake lan digunakake ing sintesis EWNS ing panliten iki. Banyu murni sing disimpen ing botol tertutup diumpanake liwat tabung Teflon (diameter njero 2 mm) menyang jarum baja tahan karat 30G (kapiler logam). Kaya sing dituduhake ing Gambar 2b, aliran banyu dikontrol dening tekanan udara ing njero botol. Jarum dipasang ing konsol Teflon sing bisa diatur kanthi manual nganti jarak tartamtu saka elektroda lawan. Elektroda lawan yaiku cakram aluminium sing dipoles kanthi bolongan ing tengah kanggo sampling. Ing ngisor elektroda lawan ana corong sampling aluminium, sing disambungake menyang persiyapan eksperimen liyane liwat port sampling (Gambar 2b). Kabeh komponen sampler di-ground kanthi listrik kanggo nyegah penumpukan muatan sing bisa ngrusak sampling partikel.
(a) Sistem Pembangkitan Nanostruktur Banyu Rekayasa (EWNS). (b) Penampang unit sampler lan electrospray sing nuduhake parameter sing paling penting. (c) Persiapan eksperimental kanggo inaktivasi bakteri.
Sistem generasi EWNS sing diterangake ing ndhuwur bisa ngganti parameter operasi utama kanggo nggampangake penyetelan sifat EWNS. Atur voltase sing ditrapake (V), jarak antarane jarum lan elektroda lawan (L), lan aliran banyu (φ) liwat kapiler kanggo nyetel karakteristik EWNS kanthi apik. Simbol [V (kV), L (cm)] digunakake kanggo nandhani kombinasi sing beda. Atur aliran banyu kanggo entuk kerucut Taylor sing stabil saka set tartamtu [V, L]. Kanggo tujuan panliten iki, aperture elektroda lawan (D) disetel ing 0,5 inci (1,29 cm).
Amarga geometri lan asimetri sing winates, kekuwatan medan listrik ora bisa diitung saka prinsip pertama. Nanging, piranti lunak QuickField™ (Svendborg, Denmark)19 digunakake kanggo ngetung medan listrik. Medan listrik ora seragam, mula nilai medan listrik ing pucuk kapiler digunakake minangka nilai referensi kanggo macem-macem konfigurasi.
Sajrone panliten iki, sawetara kombinasi voltase lan jarak antarane jarum lan elektroda lawan dievaluasi babagan pembentukan kerucut Taylor, stabilitas kerucut Taylor, stabilitas produksi EWNS, lan reprodusibilitas. Macem-macem kombinasi dituduhake ing Tabel Tambahan S1.
Output saka sistem generasi EWNS disambungake langsung menyang Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) kanggo ngukur konsentrasi jumlah partikel lan digunakake karo elektrometer aerosol Faraday (TSI, model 3068B, Shoreview, USA). MN) kanggo ngukur aliran aerosol, kaya sing diterangake ing publikasi sadurunge9. SMPS lan elektrometer aerosol disampel kanthi laju aliran 0,5 L/menit (total aliran sampel 1 L/menit). Konsentrasi partikel lan fluks aerosol diukur sajrone 120 detik. Baleni pangukuran kaping 30. Total muatan aerosol diitung saka pangukuran saiki, lan rata-rata muatan EWNS dikira-kira saka total jumlah partikel EWNS sing disampel. Biaya rata-rata EWNS bisa diitung nggunakake Persamaan (1):
ing ngendi IEl minangka arus sing diukur, NSMPS minangka konsentrasi angka sing diukur nganggo SMPS, lan φEl minangka laju aliran menyang elektrometer.
Amarga kelembapan relatif (RH) mengaruhi muatan permukaan, suhu lan (RH) dijaga tetep ing 21°C lan 45%, sajrone eksperimen.
Mikroskopi gaya atom (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) lan probe AC260T (Olympus, Tokyo, Jepang) digunakake kanggo ngukur ukuran lan umur EWNS. Laju pindai AFM yaiku 1 Hz lan area pindai yaiku 5 µm × 5 µm kanthi 256 garis pindai. Kabeh gambar ditindakake kanthi penyelarasan gambar urutan pertama nggunakake piranti lunak Asylum (masker kanthi kisaran 100 nm lan ambang 100 pm).
Copot corong sampling lan pasang permukaan mika ing jarak 2,0 cm saka elektroda counter sajrone wektu rata-rata 120 detik kanggo nyegah koalesensi partikel lan pembentukan tetesan sing ora teratur ing permukaan mika. EWNS ditrapake langsung ing permukaan mika sing nembe dipotong (Ted Pella, Redding, CA). Sanalika sawise sputtering, permukaan mika divisualisasikake nggunakake AFM. Sudut kontak permukaan mika sing nembe dipotong lan ora dimodifikasi cedhak karo 0°, mula EWNS nyebar ing permukaan mika kanthi bentuk kubah20. Diameter (a) lan dhuwur (h) tetesan sing nyebar diukur langsung saka topografi AFM lan digunakake kanggo ngetung volume difusi kubah EWNS nggunakake metode sing wis divalidasi sadurunge8. Kanthi nganggep yen EVNS onboard duwe volume sing padha, diameter sing padha bisa diitung saka persamaan (2):
Miturut metode sing wis dikembangake sadurunge, jebakan spin resonansi spin elektron (ESR) digunakake kanggo ndeteksi anané intermediet radikal sing umure cendhak ing EWNS. Aerosol dilewati liwat larutan sing ngemot 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Kabeh pangukuran EPR ditindakake nggunakake spektrometer Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) lan susunan sel datar. Piranti lunak Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) digunakake kanggo ngumpulake lan nganalisis data. Karakterisasi ROS ditindakake mung kanggo sakumpulan kondisi operasi [-6,5 kV, 4,0 cm]. Konsentrasi EWNS diukur nggunakake SMPS sawise nganggep ilang EWNS ing impactor.
Kadar ozon dipantau nganggo 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Kanggo kabeh properti EWNS, nilai pangukuran minangka rata-rata pangukuran, lan kesalahan pangukuran minangka standar deviasi. Uji-t ditindakake kanggo mbandhingake nilai atribut EWNS sing dioptimalake karo nilai sing cocog saka EWNS dhasar.
Gambar 2c nuduhake Sistem Lewati Presipitasi Elektrostatik (EPES) sing wis dikembangake lan dikarakterisasi sadurunge sing bisa digunakake kanggo narget EWNS11 menyang permukaan. EPES nggunakake muatan EWNS sing digabungake karo medan listrik sing kuwat kanggo "nuding" langsung ing permukaan target. Rincian sistem EPES diwenehake ing publikasi anyar dening Pyrgiotakis et al.11. Dadi, EPES kasusun saka ruang PVC sing dicithak 3D kanthi ujung meruncing sing ngemot rong pelat logam baja tahan karat paralel (baja tahan karat 304, polesan pangilon) ing tengah kanthi jarak 15,24 cm. Papan kasebut disambungake menyang sumber tegangan dhuwur eksternal (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), papan ngisor tansah positif lan papan ndhuwur tansah di-ground (ngambang). Tembok ruang ditutupi karo aluminium foil, sing di-ground kanthi listrik kanggo nyegah mundhut partikel. Ruang kasebut duwe lawang pemuatan ngarep sing disegel sing ngidini permukaan uji diselehake ing rak plastik, ngangkat saka pelat logam ngisor kanggo nyegah gangguan tegangan dhuwur.
Efisiensi deposisi EWNS ing EPES diitung miturut protokol sing wis dikembangake sadurunge sing dirinci ing Gambar Tambahan S111.
Minangka ruang kontrol, aliran kapindho liwat ruang silinder disambungake kanthi seri karo sistem EPES nggunakake filter HEPA perantara kanggo mbusak EWNS. Kaya sing dituduhake ing gambar 2c, aerosol EWNS dipompa liwat rong ruang sing disambungake kanthi seri. Filter antarane ruang kontrol lan EPES mbusak EWNS sing isih ana sing nyebabake suhu (T), kelembapan relatif (RH) lan tingkat ozon sing padha.
Mikroorganisme penting sing ana ing panganan wis ditemokake bisa ngontaminasi produk seger kayata Escherichia coli (ATCC #27325), indikator feses, Salmonella enterica (ATCC #53647), patogen sing ana ing panganan, Listeria innocua (ATCC #33090), alternatif kanggo Listeria monocytogenes patogen., Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) minangka alternatif kanggo ragi pembusuk, lan Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) minangka bakteri urip sing luwih tahan dituku saka ATCC (Manassas, Virginia).
Tuku tomat anggur organik kanthi acak saka pasar lokal lan simpen ing kulkas ing suhu 4°C nganti digunakake (nganti 3 dina). Pilih tomat kanggo dicoba nganggo siji ukuran, diametere kira-kira 1/2 inci.
Protokol kanggo inkubasi, inokulasi, paparan, lan cacah koloni wis dirinci ing publikasi sadurunge lan dijlentrehake kanthi rinci ing Data Tambahan 11. Kinerja EWNS dievaluasi kanthi mbabarake tomat sing diinokulasi menyang 40.000 #/cm3 sajrone 45 menit. Secara ringkes, ing wektu t = 0 menit, telung tomat digunakake kanggo ngevaluasi mikroorganisme sing isih urip. Telung tomat diselehake ing EPES lan kapapar EWNS ing 40.000 #/cc (tomat sing kapapar EWNS) lan telu liyane diselehake ing ruang kontrol (tomat kontrol). Ora ana klompok tomat sing diolah tambahan. Tomat lan kontrol sing kapapar EWNS dicopot sawise 45 menit kanggo ngevaluasi efek EWNS.
Saben eksperimen ditindakake kaping telu. Analisis data ditindakake miturut protokol sing diterangake ing Data Tambahan.
Sampel bakteri E. coli, Enterobacter, lan L. innocua sing kapapar EWNS (45 menit, konsentrasi aerosol EWNS 40.000 #/cm3) lan sing ora kapapar di-pellet kanggo neliti mekanisme inaktivasi. Endapan difiksasi sajrone 2 jam ing suhu ruangan ing larutan natrium kacodylate 0,1 M (pH 7,4) nganggo fiksatif 2,5% glutaraldehida, 1,25% paraformaldehida lan 0,03% asam pikrat. Sawise dicuci, difiksasi nganggo 1% osmium tetroksida (OsO4)/1,5% kalium ferosyanida (KFeCN6) sajrone 2 jam, dicuci kaping 3 nganggo banyu lan diinkubasi ing 1% uranil asetat sajrone 1 jam, banjur dicuci kaping pindho nganggo banyu. Dehidrasi sabanjure 10 menit saben alkohol 50%, 70%, 90%, 100%. Sampel-sampel kasebut banjur dilebokake ing propilen oksida sajrone 1 jam lan diresapi karo campuran 1:1 propilen oksida lan TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Sampel-sampel kasebut dilebokake ing TAAB Epon lan dipolimerisasi ing suhu 60°C sajrone 48 jam. Resin granular sing wis diawetake dipotong lan divisualisasikake nganggo TEM nggunakake JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Jepang), mikroskop elektron transmisi konvensional sing dilengkapi kamera CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, USA).
Kabeh eksperimen ditindakake kanthi rangkap telu. Kanggo saben titik wektu, pencucian bakteri dilapis kanthi rangkap telu, sing ngasilake total sangang titik data saben titik, rata-rata digunakake minangka konsentrasi bakteri kanggo organisme tartamtu kasebut. Deviasi standar digunakake minangka kesalahan pangukuran. Kabeh titik diitung.
Logaritma saka penurunan konsentrasi bakteri dibandhingake karo t = 0 menit diitung nggunakake rumus ing ngisor iki:
ing ngendi C0 minangka konsentrasi bakteri ing sampel kontrol ing wektu 0 (yaiku sawise permukaan garing nanging sadurunge dilebokake ing kamar) lan Cn minangka konsentrasi bakteri ing permukaan sawise n menit paparan.
Kanggo ngetung degradasi alami bakteri sajrone periode paparan 45 menit, Log-Reduction uga diitung dibandhingake karo kontrol ing 45 menit kaya ing ngisor iki:
Ing ngendi Cn minangka konsentrasi bakteri ing sampel kontrol ing wektu n lan Cn-Kontrol minangka konsentrasi bakteri kontrol ing wektu n. Data ditampilake minangka reduksi log dibandhingake karo kontrol (ora ana paparan EWNS).
Sajrone panliten iki, sawetara kombinasi voltase lan jarak antarane jarum lan elektroda lawan dievaluasi miturut pembentukan kerucut Taylor, stabilitas kerucut Taylor, stabilitas produksi EWNS, lan reprodusibilitas. Macem-macem kombinasi dituduhake ing Tabel Tambahan S1. Rong kasus dipilih kanggo panliten lengkap sing nuduhake sifat stabil lan bisa direproduksi (kerucut Taylor, produksi EWNS, lan stabilitas sajrone wektu). Ing gambar 3 nuduhake asil babagan muatan, ukuran lan isi ROS kanggo rong kasus. Asil kasebut uga diringkes ing Tabel 1. Kanggo referensi, Gambar 3 lan Tabel 1 kalebu sifat EWNS8, 9, 10, 11 sing disintesis sadurunge (baseline-EWNS). Pitungan signifikansi statistik nggunakake uji-t rong buntut diterbitake maneh ing Tabel Tambahan S2. Kajaba iku, data tambahan kalebu panliten babagan efek diameter bolongan sampling elektroda lawan (D) lan jarak antarane elektroda lemah lan pucuk jarum (L) (Gambar Tambahan S2 lan S3).
(a–c) Distribusi ukuran AFM. (d – f) Karakteristik muatan permukaan. (g) Karakterisasi ROS lan ESR.
Penting uga kanggo dicathet yen kanggo kabeh kondisi ing ndhuwur, arus ionisasi sing diukur ana ing kisaran 2-6 µA, lan voltase ana ing kisaran -3,8 nganti -6,5 kV, sing nyebabake konsumsi daya kanggo EWNS terminal tunggal iki kurang saka 50 mW. . modul generasi. Sanajan EWNS disintesis ing tekanan dhuwur, tingkat ozon sithik banget, ora nate ngluwihi 60 ppb.
Gambar Tambahan S4 nuduhake medan listrik simulasi kanggo skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm]. Medan miturut skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm] diitung minangka 2 × 105 V/m lan 4,7 × 105 V/m. Iki wis diarepake, amarga rasio voltase karo jarak luwih dhuwur ing kasus kapindho.
Ing gambar 3a, b nuduhake diameter EWNS sing diukur nganggo AFM8. Diameter EWNS rata-rata kanggo skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm] diitung minangka 27 nm lan 19 nm. Deviasi standar geometris saka distribusi kanggo kasus [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm] yaiku 1,41 lan 1,45, sing nuduhake distribusi ukuran sing sempit. Ukuran rata-rata lan deviasi standar geometris cedhak banget karo garis dasar-EWNS, yaiku 25 nm lan 1,41. Ing gambar 3c nuduhake distribusi ukuran garis dasar EWNS sing diukur nggunakake metode sing padha ing kahanan sing padha.
Ing gambar 3d, e nuduhake asil karakterisasi muatan. Data minangka pangukuran rata-rata saka 30 pangukuran konsentrasi (#/cm3) lan arus (I) bebarengan. Analisis kasebut nuduhake yen muatan rata-rata ing EWNS yaiku 22 ± 6 e- lan 44 ± 6 e- kanggo [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm]. Dibandhingake karo Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), muatan permukaane luwih dhuwur sacara signifikan, kaping pindho saka skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] lan kaping papat saka [-3,8 kV, 0,5 cm]. 3f nuduhake data pembayaran EWNS dhasar.
Saka peta konsentrasi angka EWNS (Gambar Tambahan S5 lan S6), bisa dideleng manawa adegan [-6,5 kV, 4,0 cm] nduweni jumlah partikel sing luwih dhuwur tinimbang adegan [-3,8 kV, 0,5 cm]. Perlu uga dicathet manawa konsentrasi angka EWNS dipantau nganti 4 jam (Gambar Tambahan S5 lan S6), ing ngendi stabilitas generasi EWNS nuduhake tingkat konsentrasi angka partikel sing padha ing loro kasus kasebut.
Gambar 3g nuduhake spektrum EPR sawise pengurangan kontrol (latar mburi) kanggo EWNS sing dioptimalake ing [-6,5 kV, 4,0 cm]. Spektrum ROS uga dibandhingake karo garis dasar EWNS ing makalah sing diterbitake sadurunge. Jumlah EWNS sing diitung sing reaksi karo jebakan spin yaiku 7,5 × 104 EWNS/s, sing padha karo Baseline-EWNS8 sing diterbitake sadurunge. Spektrum EPR kanthi jelas nuduhake anane rong jinis ROS, ing ngendi O2- didominasi, dene OH• ana ing jumlah sing luwih cilik. Kajaba iku, perbandingan langsung saka intensitas puncak nuduhake yen EWNS sing dioptimalake duwe isi ROS sing luwih dhuwur dibandhingake karo EWNS garis dasar.
Ing gambar 4 nuduhake efisiensi deposisi EWNS ing EPES. Data kasebut uga dirangkum ing Tabel I lan dibandhingake karo data EWNS asli. Kanggo loro kasus EUNS, deposisi cedhak karo 100% sanajan ing voltase rendah 3,0 kV. Biasane, 3,0 kV cukup kanggo entuk deposisi 100% preduli saka owah-owahan muatan permukaan. Ing kahanan sing padha, efisiensi deposisi Baseline-EWNS mung 56% amarga muatan sing luwih murah (rata-rata 10 elektron saben EWNS).
Gambar 5 lan Tabel 2 ngringkes tingkat inaktivasi mikroorganisme sing diinokulasi ing permukaan tomat sawise kena kira-kira 40.000 #/cm3 EWNS sajrone 45 menit ing skenario optimal [-6,5 kV, 4,0 cm]. E. coli lan L. innocua sing diinokulasi nuduhake pangurangan sing signifikan yaiku 3,8 log sawise 45 menit paparan. Ing kahanan sing padha, S. enterica nuduhake pangurangan log sing luwih murah yaiku 2,2 log, dene S. cerevisiae lan M. parafortuitum nuduhake pangurangan 1,0 log.
Mikrograf elektron (Gambar 6) nggambarake owah-owahan fisik sing disebabake dening EWNS ing sel E. coli, Salmonella enterica, lan L. innocua sing nyebabake inaktivasi. Bakteri kontrol nuduhake membran sel sing utuh, dene bakteri sing kapapar duwe membran njaba sing rusak.
Pencitraan mikroskop elektron saka bakteri kontrol lan sing kapapar nuduhake kerusakan membran.
Data babagan sifat fisikokimia saka EWNS sing dioptimalake sacara kolektif nuduhake manawa sifat EWNS (muatan permukaan lan isi ROS) luwih apik dibandhingake karo data dhasar EWNS sing diterbitake sadurunge8,9,10,11. Ing sisih liya, ukurane tetep ana ing kisaran nanometer, sing meh padha karo asil sing diterbitake sadurunge, saengga bisa tetep ana ing udhara sajrone wektu sing suwe. Polidispersitas sing diamati bisa diterangake kanthi owah-owahan ing muatan permukaan, sing nemtokake gedhene efek Rayleigh, keacakan, lan potensial penggabungan EWNS. Nanging, kaya sing dirinci dening Nielsen et al.22, muatan permukaan sing dhuwur nyuda penguapan kanthi efektif nambah energi/tegangan permukaan tetesan banyu. Teori iki dikonfirmasi kanthi eksperimen kanggo mikrodroplet22 lan EWNS ing publikasi sadurunge8. Mundhut lembur uga bisa mengaruhi ukuran lan nyumbang kanggo distribusi ukuran sing diamati.
Kajaba iku, muatan saben struktur kira-kira 22–44 e-, gumantung saka kahanane, sing luwih dhuwur dibandhingake karo EWNS dhasar, sing duwe muatan rata-rata 10 ± 2 elektron saben struktur. Nanging, kudu dicathet yen iki minangka muatan rata-rata EWNS. Seto et al. Wis dituduhake yen muatan kasebut ora seragam lan ngetutake distribusi log-normal21. Dibandhingake karo karya sadurunge, nggandakake muatan permukaan nggandakake efisiensi deposisi ing sistem EPES dadi meh 100%11.