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최근 인공물 나노구조체(EWNS)를 이용한 나노기술 기반의 무화학 항균 플랫폼이 개발되었다.EWNS는 높은 표면 전하를 가지고 있으며 식인성 병원균을 비롯한 여러 미생물과 상호 작용하고 비활성화할 수 있는 반응성 산소 종(ROS)으로 포화되어 있습니다.여기에서 합성 중 특성이 미세 조정되고 최적화되어 항균 잠재력을 더욱 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.EWNS 실험실 플랫폼은 합성 매개변수를 변경하여 EWNS의 특성을 미세 조정하도록 설계되었습니다.최신 분석 방법을 사용하여 EWNS 특성(ROS의 전하, 크기 및 함량) 특성화.또한 대장균, 살모넬라 엔테리카, 리스테리아 무해성, Mycobacterium paraaccidentum 및 Saccharomyces cerevisiae와 같은 식인성 미생물에 대한 미생물 불활성화 가능성을 평가했습니다.여기에 제시된 결과는 EWNS의 특성이 합성 중에 미세 조정될 수 있어 불활성화 효율이 기하급수적으로 증가할 수 있음을 보여줍니다.특히 표면전하가 4배 증가했고 활성산소종이 증가했다.미생물 제거율은 미생물 의존적이며 40,000 #/cc EWNS의 에어로졸 용량에 45분 노출 후 1.0에서 3.8 log 범위였습니다.
미생물 오염은 병원체 또는 그 독소의 섭취로 인한 식중독의 주요 원인입니다.미국에서만 매년 약 7,600만 건의 질병, 325,000건의 병원 입원, 5,000건의 사망이 식중독으로 인해 발생합니다1.또한 미국 농무부(USDA)는 신선 농산물 소비 증가가 미국에서 보고된 모든 식인성 질병의 48%를 차지한다고 추정합니다2.미국에서 식인성 병원균으로 인한 질병 및 사망 비용은 매우 높으며 질병 통제 예방 센터(CDC)는 연간 156억 달러 이상으로 추산합니다3.
현재, 식품 안전을 보장하기 위한 화학4, 방사선5 및 열6 항균 개입은 대부분 생산 체인을 따라(보통 수확 후 및/또는 포장 중) 제한된 중요 관리 지점(CCP)에서 지속적으로 수행되지 않고 수행됩니다.따라서 교차 오염되기 쉽습니다.7. 식중독과 식품 부패를 더 잘 통제하려면 환경 영향과 비용을 줄이면서 농장에서 식탁까지의 연속체에 잠재적으로 적용될 수 있는 항균 개입이 필요합니다.
최근에는 인공수중나노구조체(EWNS)를 이용하여 표면 및 공기 중 세균을 불활성화시킬 수 있는 무공해 나노기술 기반 항균 플랫폼이 개발되었다.EWNS는 전기 분무와 물 이온화라는 두 가지 병렬 프로세스를 사용하여 합성되었습니다(그림 1a).이전 연구에서는 EWNS가 고유한 물리적 및 생물학적 특성 세트를 가지고 있음을 보여주었습니다8,9,10.EWNS는 구조당 평균 10개의 전자와 25nm의 평균 나노스케일 크기를 가집니다(그림 1b,c)8,9,10.또한 전자 스핀 공명(ESR)은 EWNS가 다량의 활성산소종(ROS), 주로 하이드록실(OH•) 및 슈퍼옥사이드(O2-) 라디칼을 함유하고 있음을 보여주었습니다(그림 1c)8.EVNS는 오랫동안 공기 중에 있으며 공기 중에 부유하고 표면에 존재하는 미생물과 충돌하여 ROS 페이로드를 전달하고 미생물을 비활성화시킬 수 있습니다(그림 1d).이러한 초기 연구는 또한 EWNS가 표면과 공기 중에서 마이코박테리아를 포함한 다양한 그람 음성 및 그람 양성 박테리아와 상호 작용하고 비활성화할 수 있음을 보여주었습니다.투과전자현미경은 불활성화가 세포막의 파괴에 의해 야기되었음을 보여주었다.또한, 급성 흡입 연구에서는 고용량의 EWNS가 폐 손상이나 염증을 일으키지 않는 것으로 나타났습니다 8 .
(a) Electrospray는 액체가 들어있는 모세관과 카운터 전극 사이에 고전압이 가해질 때 발생합니다.(b) 고압을 가하면 (i) 물의 전기 분무 및 (ii) EWNS에 포획된 활성 산소 종(이온)의 형성이라는 두 가지 현상이 발생합니다.(c) EWNS의 독특한 구조.(d) 나노 규모의 특성으로 인해 EWNS는 이동성이 뛰어나고 공기 중의 병원균과 상호 작용할 수 있습니다.
EWNS 항균 플랫폼이 신선한 식품 표면의 식인성 미생물을 비활성화하는 능력도 최근 입증되었습니다.또한 전기장과 함께 EWNS의 표면 전하를 사용하여 목표 전달을 달성할 수 있음이 밝혀졌습니다.또한 약 50,000 #/cm3의 EWNS에서 90분 노출 후 유기농 토마토에 대한 예비 결과는 E. coli 및 Listeria 11과 같은 다양한 식인성 미생물이 관찰되어 고무적이었습니다.또한, 예비 관능 테스트에서는 대조군 토마토에 비해 관능 효과가 나타나지 않았습니다.이러한 초기 불활성화 결과는 50,000#/cc의 매우 낮은 EWNS 투여량에서도 식품 안전 응용 분야에 고무적입니다.불활성화 가능성이 높을수록 감염 및 부패의 위험을 더 줄이는 데 더 유익할 것이 분명합니다.
여기에서 우리는 항균 잠재력을 향상시키기 위해 EWNS의 물리화학적 특성의 최적화와 합성 매개변수의 미세 조정을 가능하게 하는 EWNS 생성 플랫폼 개발에 대한 연구에 집중할 것입니다.특히 최적화는 표면 전하(표적 전달 개선) 및 ROS 함량(비활성화 효율 개선) 증가에 중점을 두었습니다.최신 분석 방법을 사용하여 최적화된 물리화학적 특성(크기, 전하 및 ROS 함량)을 특성화하고 E. 와 같은 일반적인 식품 미생물을 사용합니다.
EVNS는 고순도 물(18 MΩ cm–1)의 동시 전기분사 및 이온화에 의해 합성되었습니다.전기 분무기(12)는 전형적으로 액체의 분무화 및 중합체 및 세라믹 입자(13) 및 제어된 크기의 섬유(14)의 합성에 사용된다.
이전 간행물 8, 9, 10, 11에 자세히 설명된 대로 일반적인 실험에서 금속 모세관과 접지된 카운터 전극 사이에 고전압이 적용되었습니다.이 과정에서 i) 전자 분무 및 ii) 물 이온화라는 두 가지 현상이 발생합니다.두 전극 사이의 강한 전기장은 응축된 물의 표면에 음전하를 축적하여 Taylor 원뿔을 형성합니다.그 결과, Rayleigh 이론16에서와 같이 더 작은 입자로 계속 분해되는 고도로 하전된 물방울이 형성됩니다.동시에 강한 전기장으로 인해 일부 물 분자가 전자를 분리하고 제거(이온화)하여 많은 양의 활성 산소 종(ROS)17이 형성됩니다.동시에 생성된 ROS18은 EWNS에 캡슐화되었습니다(그림 1c).
무화과에.2a는 본 연구에서 EWNS 합성에 개발되어 사용된 EWNS 생성 시스템을 보여준다.밀폐된 병에 저장된 정제수를 테프론 튜브(내경 2mm)를 통해 30G 스테인리스 스틸 바늘(금속 모세관)로 공급했습니다.물의 흐름은 그림 2b와 같이 병 내부의 기압에 의해 제어됩니다.바늘은 Teflon 콘솔에 장착되며 카운터 전극에서 특정 거리로 수동으로 조정할 수 있습니다.카운터 전극은 샘플링을 위해 중앙에 구멍이 있는 연마된 알루미늄 디스크입니다.카운터 전극 아래에는 샘플링 포트를 통해 나머지 실험 설정에 연결된 알루미늄 샘플링 깔때기가 있습니다(그림 2b).샘플러 작동을 방해할 수 있는 전하 축적을 방지하기 위해 모든 샘플러 구성 요소는 전기적으로 접지됩니다.
(a) 공학적 물 나노구조 생성 시스템(EWNS).(b) 가장 중요한 매개변수를 보여주는 샘플러 및 전기분무의 단면.(c) 박테리아 불활성화를 위한 실험 설정.
위에서 설명한 EWNS 생성 시스템은 EWNS 속성의 미세 조정을 용이하게 하기 위해 주요 작동 매개변수를 변경할 수 있습니다.인가 전압(V), 바늘과 상대 전극(L) 사이의 거리, 모세관을 통과하는 물의 흐름(φ)을 조정하여 EWNS 특성을 미세 조정합니다.다양한 조합을 나타내는 데 사용되는 기호: [V(kV), L(cm)].특정 세트 [V, L]의 안정적인 테일러 콘을 얻기 위해 물의 흐름을 조정하십시오.이 연구의 목적을 위해 상대 전극(D)의 개구 직경은 0.5인치(1.29cm)로 유지되었습니다.
제한된 기하학과 비대칭으로 인해 전기장 강도는 첫 번째 원칙에서 계산할 수 없습니다.대신 QuickField™ 소프트웨어(Svendborg, Denmark)19를 사용하여 전기장을 계산했습니다.전계가 균일하지 않아 모세관 끝의 전계 값을 다양한 구성에 대한 기준값으로 사용하였다.
연구 동안, 테일러 콘 형성, 테일러 콘 안정성, EWNS 생산 안정성 및 재현성 측면에서 바늘과 카운터 전극 사이의 전압 및 거리의 여러 조합을 평가하였다.다양한 조합이 보충 표 S1에 나와 있습니다.
EWNS 생성 시스템의 출력은 입자 수 농도 측정을 위한 Scanning Mobility Particle Size Analyzer(SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN)와 Aerosol Faraday Electrometer(TSI, Model 3068B, Shoreview, MN)에 직접 연결되었습니다.) 에어로졸 전류의 경우 이전 간행물 설명된 대로 측정되었습니다.SMPS와 에어로졸 전위계 모두 0.5L/min의 유속으로 샘플링했습니다(총 샘플 흐름 1L/min).입자의 수 ​​농도와 에어로졸 흐름을 120초 동안 측정하였다.측정은 30회 반복한다.현재 측정을 기반으로 총 에어로졸 전하가 계산되고 평균 EWNS 전하가 선택된 EWNS 입자의 주어진 총 수에 대해 추정됩니다.EWNS의 평균 비용은 방정식 (1)을 사용하여 계산할 수 있습니다.
여기서 IEl은 측정된 전류, NSMPS는 SMPS로 측정된 디지털 농도, φEl은 전위계당 유량입니다.
상대 습도(RH)는 표면 전하에 영향을 미치기 때문에 실험 동안 온도와 상대 습도(RH)는 각각 21°C와 45%로 일정하게 유지되었습니다.
원자력 현미경(AFM), Asylum MFP-3D(Asylum Research, Santa Barbara, CA) 및 AC260T 프로브(Olympus, Tokyo, Japan)를 사용하여 EWNS의 크기와 수명을 측정했습니다.AFM 스캐닝 주파수는 1Hz, 스캐닝 영역은 5μm × 5μm, 256개의 스캔 라인입니다.모든 이미지는 Asylum 소프트웨어(마스크 범위 100nm, 임계값 100pm)를 사용하여 1차 이미지 정렬을 거쳤습니다.
테스트 깔대기를 제거하고 운모 표면에 입자 응집 및 불규칙한 액적이 형성되는 것을 방지하기 위해 평균 시간 120초 동안 상대 전극에서 운모 표면을 2.0cm의 거리에 두었습니다.EWNS는 새로 절단된 운모(Ted Pella, Redding, CA)의 표면에 직접 분무되었습니다.AFM 스퍼터링 직후 운모 표면의 이미지.갓 절단된 미변성 운모 표면의 접촉각은 0°에 가깝기 때문에 EVNS는 운모 표면에 돔 형태로 분포한다.확산 액적의 직경(a) 및 높이(h)는 AFM 지형에서 직접 측정되었으며 이전에 검증된 방법을 사용하여 EWNS 돔형 확산 부피를 계산하는 데 사용되었습니다.온보드 EWNS의 부피가 같다고 가정하면 방정식 (2)를 사용하여 등가 직경을 계산할 수 있습니다.
이전에 개발된 방법을 기반으로 전자 스핀 공명(ESR) 스핀 트랩을 사용하여 EWNS에서 수명이 짧은 라디칼 중간체의 존재를 감지했습니다.에어로졸은 DEPMPO(5-(디에톡시포스포릴)-5-메틸-1-피롤린-N-옥사이드)(Oxis International Inc.)의 235mM 용액을 함유하는 650㎛ Midget 스파저(Ace Glass, Vineland, NJ)를 통해 버블링되었다.오리건주 포틀랜드).모든 ESR 측정은 Bruker EMX 분광계(Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) 및 평면 패널 셀을 사용하여 수행되었습니다.Acquisit 소프트웨어(Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA)를 사용하여 데이터를 수집하고 분석했습니다.ROS의 특성 결정은 일련의 작동 조건[-6.5kV, 4.0cm]에 대해서만 수행되었습니다.EWNS 농도는 임팩터에서 EWNS 손실을 고려한 후 SMPS를 사용하여 측정되었습니다.
오존 수준은 205 Dual Beam Ozone Monitor™(2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10을 사용하여 모니터링했습니다.
모든 EWNS 특성에 대해 평균값을 측정값으로 사용하고 표준편차를 측정오차로 사용합니다.최적화된 EWNS 속성의 값을 기본 EWNS의 해당 값과 비교하기 위해 T-테스트를 ​​수행했습니다.
그림 2c는 표면에서 EWNS의 표적 전달에 사용할 수 있는 이전에 개발되고 특성화된 정전기 침전(EPES) "풀" 시스템을 보여줍니다.EPES는 강한 전기장의 영향을 받아 대상 표면으로 직접 "유도"될 수 있는 EVNS 전하를 사용합니다.EPES 시스템의 세부 사항은 Pyrgiotakis et al.의 최근 간행물에 나와 있습니다.11 .따라서 EPES는 끝이 점점 가늘어지는 3D 인쇄된 PVC 챔버로 구성되며 중앙에 15.24cm 떨어진 두 개의 병렬 스테인리스 스틸(304 스테인리스 스틸, 거울 코팅) 금속판이 포함되어 있습니다.보드는 외부 고전압 소스(Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY)에 연결되었고, 하단 플레이트는 항상 양의 전압에 연결되었으며, 상단 플레이트는 항상 접지(플로팅 접지)에 연결되었습니다.챔버 벽은 입자 손실을 방지하기 위해 전기적으로 접지된 알루미늄 호일로 덮여 있습니다.챔버에는 고전압 간섭을 피하기 위해 테스트 표면을 바닥 금속판 위로 들어 올리는 플라스틱 스탠드에 놓을 수 있는 봉인된 전면 로딩 도어가 있습니다.
EPES에서 EWNS의 증착 효율은 보충 그림 S111에 자세히 설명된 이전에 개발된 프로토콜에 따라 계산되었습니다.
제어 챔버로서 두 번째 원통형 흐름 챔버가 EPES 시스템에 직렬로 연결되었으며 EWNS를 제거하기 위해 중간 HEPA 필터가 사용되었습니다.그림 2c에서 볼 수 있듯이 EWNS 에어로졸은 2개의 내장된 챔버를 통해 펌핑되었습니다.제어실과 EPES 사이의 필터는 남아 있는 EWNS를 제거하여 동일한 온도(T), 상대 습도(RH) 및 오존 수준을 생성합니다.
중요한 식인성 미생물은 E. coli(ATCC #27325), 분변 지표, Salmonella enterica(ATCC #53647), 식인성 병원균, 무해한 리스테리아(ATCC #33090), ATCC(Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae(ATCC #4098)에서 파생된 병원성 Listeria monocytogenes의 대용물, 부패 효모의 대체물과 같은 신선 식품을 오염시키는 것으로 밝혀졌습니다. , 및 내성이 더 강한 불활성화 박테리아인 마이코박테리움 파라럭키(ATCC #19686).
현지 시장에서 임의의 유기농 포도 토마토 상자를 구입하고 사용할 때까지(최대 3일) 4°C에서 냉장 보관하십시오.실험용 토마토는 직경이 약 1/2인치로 모두 같은 크기였습니다.
배양, 접종, 노출 및 식민지 수 프로토콜은 이전 간행물에 자세히 설명되어 있으며 보충 데이터에 자세히 설명되어 있습니다.EWNS의 효과는 접종된 토마토를 45분 동안 40,000 #/cm3에 노출시켜 평가했습니다.간략하게, t = 0분에서 살아남은 미생물을 평가하기 위해 3개의 토마토가 사용되었습니다.3개의 토마토를 EPES에 놓고 40,000 #/cc에서 EWNS에 노출시켰고(EWNS 노출된 토마토) 나머지 3개는 대조군 챔버(대조 토마토)에 넣었습니다.두 그룹 모두에서 토마토의 추가 처리는 수행되지 않았습니다.EWNS에 노출된 토마토와 대조군 토마토는 EWNS의 효과를 평가하기 위해 45분 후에 제거되었습니다.
각 실험은 세 번 수행되었습니다.데이터 분석은 보충 데이터에 설명된 프로토콜에 따라 수행되었습니다.
불활성화 메커니즘은 노출된 EWNS 샘플(40,000 #/cm3 EWNS 에어로졸 농도에서 45분) 및 무해한 박테리아 E. coli, Salmonella enterica 및 Lactobacillus의 비조사 샘플의 침전으로 평가되었습니다.입자를 실온에서 2시간 동안 0.1M 소듐 카코딜레이트 완충액(pH 7.4) 중 2.5% 글루타르알데히드, 1.25% 파라포름알데히드 및 ​​0.03% 피크르산에 고정시켰다.세척 후 1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6)로 2시간 후고정하고 물에 3번 세척하고 1% uranyl acetate에 1시간 동안 반응시킨 후 물에 2번 세척한 후 50%, 70%, 90%, 100% 알코올에서 10분간 탈수한다.이어서 샘플을 1시간 동안 프로필렌 옥사이드에 두고 프로필렌 옥사이드와 TAAP Epon(Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA)의 1:1 혼합물로 함침시켰다.샘플을 TAAB Epon에 포매하고 60°C에서 48시간 동안 중합했습니다.경화된 과립형 수지는 AMT 2k CCD 카메라(Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA)가 장착된 기존의 투과 전자 현미경 JEOL 1200EX(JEOL, Tokyo, Japan)를 사용하여 TEM에 의해 절단 및 가시화되었습니다.
모든 실험은 세 번 수행되었습니다.각 시점에 대해 세균 세척액을 3중으로 시딩하여 포인트당 총 9개의 데이터 포인트가 생성되었으며, 그 평균은 특정 미생물에 대한 세균 농도로 사용되었습니다.측정오차는 표준편차를 사용하였다.모든 포인트가 중요합니다.
t = 0분과 비교하여 박테리아 농도 감소의 로그는 다음 공식을 사용하여 계산되었습니다.
여기서 C0는 시간 0(즉, 표면이 건조된 후 챔버에 배치되기 전)의 제어 샘플에 있는 박테리아의 농도이고 Cn은 n분 노출 후 표면의 박테리아 농도입니다.
45분 노출 동안 박테리아의 자연 분해를 설명하기 위해 45분 후 대조군과 비교한 로그 감소도 다음과 같이 계산되었습니다.
여기서 Cn은 시간 n에서 대조군 샘플의 박테리아 농도이고 Cn-Control은 시간 n에서 대조군 박테리아의 농도입니다.데이터는 대조군(EWNS 노출 없음)과 비교하여 로그 감소로 표시됩니다.
연구 동안, 테일러 콘 형성, 테일러 콘 안정성, EWNS 생산 안정성 및 재현성 측면에서 바늘과 카운터 전극 사이의 전압 및 거리의 여러 조합을 평가하였다.다양한 조합이 보충 표 S1에 나와 있습니다.안정적이고 재현 가능한 특성(테일러 콘, EWNS 생성 및 시간 경과에 따른 안정성)을 나타내는 두 가지 사례를 포괄적인 연구를 위해 선택했습니다.무화과에.그림 3은 두 경우 모두 ROS의 충전, 크기 및 함량에 대한 결과를 보여줍니다.결과는 표 1에도 나와 있습니다. 참고로 그림 3과 표 1에는 이전에 합성된 최적화되지 않은 EWNS8, 9, 10, 11(기준선-EWNS)의 속성이 포함되어 있습니다.양측 t- 검정을 사용한 통계적 유의성 계산은 보충 표 S2에 다시 게시됩니다.또한 추가 데이터에는 상대 전극 샘플링 구멍 직경(D)과 접지 전극과 팁 사이의 거리(L)의 영향에 대한 연구가 포함됩니다(보충 그림 S2 및 S3).
(ac) AFM으로 측정한 크기 분포.(df) 표면 전하 특성.(g) EPR의 ROS 특성화.
위의 모든 조건에서 측정된 이온화 전류는 2 ~ 6μA이고 전압은 -3.8 ~ -6.5kV였으며, 이 단일 EWNS 생성 접점 모듈의 전력 소비는 50mW 미만이었습니다.EWNS는 고압에서 합성되었지만 오존 수준은 매우 낮았으며 결코 60ppb를 초과하지 않았습니다.
보충 그림 S4는 각각 [-6.5kV, 4.0cm] 및 [-3.8kV, 0.5cm] 시나리오에 대한 시뮬레이션된 전기장을 보여줍니다.[-6.5kV, 4.0cm] 및 [-3.8kV, 0.5cm] 시나리오의 경우 필드 계산은 각각 2 × 105V/m 및 4.7 × 105V/m입니다.이는 두 번째 경우 전압-거리 비율이 훨씬 더 높기 때문에 예상됩니다.
무화과에.3a,b는 AFM8로 측정된 EWNS 직경을 보여줍니다.계산된 평균 EWNS 직경은 [-6.5kV, 4.0cm] 및 [-3.8kV, 0.5cm] 계획에 대해 각각 27nm 및 19nm입니다.[-6.5kV, 4.0cm] 및 [-3.8kV, 0.5cm] 시나리오의 경우 분포의 기하 표준 편차는 각각 1.41 및 1.45로 좁은 크기 분포를 나타냅니다.평균 크기와 기하 표준 편차는 각각 25nm와 1.41에서 기준선 EWNS에 매우 가깝습니다.무화과에.도 3c는 동일한 조건에서 동일한 방법을 사용하여 측정된 기본 EWNS의 크기 분포를 나타낸다.
무화과에.3d,e는 ​​전하 특성화 결과를 보여줍니다.데이터는 농도(#/cm3) 및 전류(I)를 동시에 30회 측정한 평균 측정치입니다.분석 결과 EWNS의 평균 전하는 [-6.5 kV, 4.0 cm] 및 [-3.8 kV, 0.5 cm]에 대해 각각 22 ± 6 e- 및 44 ± 6 e-인 것으로 나타났습니다.그들은 기준선 EWNS(10 ± 2 e-)에 비해 훨씬 더 높은 표면 전하를 가지며 [-6.5 kV, 4.0 cm] 시나리오보다 2배 더 크고 [-3 .8 kV, 0.5 cm] 시나리오보다 4배 더 큽니다.그림 3f는 요금을 보여줍니다.기준선-EWNS에 대한 데이터.
EWNS 수의 농도 맵(보충 그림 S5 및 S6)에서 [-6.5kV, 4.0cm] 시나리오가 [-3.8kV, 0.5cm] 시나리오보다 훨씬 더 많은 입자를 가지고 있음을 알 수 있습니다.EWNS 수 농도가 최대 4시간까지 모니터링되었다는 점도 주목할 가치가 있습니다(보충 그림 S5 및 S6). 여기서 EWNS 생성 안정성은 두 경우 모두 동일한 수준의 입자 수 농도를 나타냈습니다.
무화과에.3g는 [-6.5kV, 4.0cm]에서 최적화된 EWNS 컨트롤(백그라운드)을 뺀 후의 EPR 스펙트럼을 보여줍니다.ROS 스펙트럼은 이전에 발표된 작업에서 Baseline-EWNS 시나리오와도 비교되었습니다.스핀 트랩과 반응하는 EWNS의 수는 이전에 발표된 Baseline-EWNS8과 유사한 7.5 × 104 EWNS/s로 계산되었습니다.EPR 스펙트럼은 두 가지 유형의 ROS, 즉 O2-가 우세한 종이고 OH•가 덜 풍부하다는 것을 명확하게 보여주었습니다.또한 피크 강도를 직접 비교한 ​​결과 최적화된 EWNS가 기본 EWNS에 비해 ROS 함량이 훨씬 더 높았습니다.
무화과에.도 4는 EPES에서 EWNS의 증착 효율을 나타낸다.데이터는 또한 표 I에 요약되어 있으며 원래 EWNS 데이터와 비교됩니다.EUNS의 두 경우 모두 3.0kV의 낮은 전압에서도 증착이 100%에 가깝습니다.일반적으로 3.0kV는 표면 전하 변화에 관계없이 100% 증착에 충분합니다.동일한 조건에서 Baseline-EWNS의 증착 효율은 낮은 전하(EWNS당 평균 10개의 전자)로 인해 56%에 불과했습니다.
무화과에.5 및 표에서.도 2는 최적 모드[-6.5 kV, 4.0 cm]에서 약 40,000 #/cm3 EWNS에 45분간 노출시킨 후 토마토 표면에 접종한 미생물의 불활성화 값을 정리한 것이다.접종된 대장균과 무해한 락토바실러스는 45분 노출 동안 3.8로그의 상당한 감소를 보였다.동일한 조건에서 S. enterica는 2.2-log 감소한 반면 S. cerevisiae와 M. parafortutum은 1.0-log 감소했습니다.
전자 현미경 사진(그림 6)은 무해한 Escherichia coli, Streptococcus 및 Lactobacillus 세포에서 EWNS에 의해 유도되어 불활성화되는 물리적 변화를 보여줍니다.대조군 박테리아는 온전한 세포막을 가지고 있는 반면, 노출된 박테리아는 외부 세포막을 손상시켰습니다.
대조군과 노출된 박테리아의 전자현미경 이미징에서 막 손상이 드러났습니다.
최적화된 EWNS의 물리화학적 특성에 대한 데이터는 EWNS의 특성(표면 전하 및 ROS 함량)이 이전에 발표된 EWNS 기준 데이터8,9,10,11에 비해 크게 개선되었음을 종합적으로 보여줍니다.반면 크기는 나노미터 수준으로 이전에 보고된 결과와 매우 유사해 오랫동안 공기 중에 머물 수 있었다.관찰된 다분산성은 EWNS의 크기, 레일리 효과의 무작위성 및 잠재적 유착을 결정하는 표면 전하 변화로 설명할 수 있습니다.그러나 Nielsen et al.22, 높은 표면 전하는 물방울의 표면 에너지/장력을 효과적으로 증가시켜 증발을 줄입니다.이전 간행물8에서 이 이론은 미세 방울22 및 EWNS에 대해 실험적으로 확인되었습니다.초과 근무 중 충전 손실은 크기에 영향을 미치고 관찰된 크기 분포에 기여할 수 있습니다.