Merci fir besicht Nature.com.D'Browser Versioun déi Dir benotzt huet limitéiert CSS Ënnerstëtzung.Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten).An der Tëschenzäit, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, wäerte mir de Site ouni Stiler a JavaScript maachen.
Eng Karussell déi dräi Rutschen zur selwechter Zäit weist.Benotzt d'Previous an Next Knäppercher fir duerch dräi Rutschen gläichzäiteg ze réckelen, oder benotzt d'Slider Knäppercher um Enn fir duerch dräi Rutschen gläichzäiteg ze réckelen.
Viru kuerzem ass eng chemesch-fräi antimikrobial Plattform baséiert op Nanotechnologie mat kënschtlechen Waasser Nanostrukturen (EWNS) entwéckelt.EWNS hunn eng héich Uewerflächeladung a si mat reaktive Sauerstoffaarten (ROS) gesättegt, déi mat enger Zuel vu Mikroorganismen interagéiere kënnen an inaktivéiere kënnen, dorënner Nahrungsergänzungen.Hei gëtt gewisen datt hir Eegeschafte während der Synthese fein gestëmmt an optimiséiert kënne ginn fir hiren antibakterielle Potenzial weider ze verbesseren.D'EWNS Laboratoire Plattform gouf entwéckelt fir d'Eegeschafte vun EWNS ze feinjustéieren andeems d'Syntheseparameter geännert ginn.Charakteriséierung vun EWNS Eegeschaften (Laascht, Gréisst an Inhalt vu ROS) mat modernen analytesche Methoden.Zousätzlech goufen se bewäert fir hir mikrobiell Inaktivéierungspotenzial géint Liewensmëttelgebuerene Mikroorganismen wéi Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum a Saccharomyces cerevisiae.D'Resultater hei presentéiert weisen datt d'Eegeschafte vun EWNS während der Synthese fein gestëmmt kënne ginn, wat zu enger exponentieller Erhéijung vun der Inaktivéierungseffizienz resultéiert.Besonnesch ass d'Uewerflächeladung ëm e Faktor vu véier eropgaang an d'reaktiv Sauerstoffaarten erhéicht.D'mikrobial Entfernungsquote war mikrobiell ofhängeg a rangéiert vun 1,0 bis 3,8 Log no enger 45 Minutte Belaaschtung vun enger Aerosoldosis vu 40.000 #/cc EWNS.
Mikrobieller Kontaminatioun ass d'Haaptursaach vu Liewensmëttelgebitt Krankheet verursaacht duerch d'Intake vu Pathogenen oder hiren Toxine.Eleng an den USA verursaache Liewensmëttel-Krankheet ongeféier 76 Millioune Krankheeten, 325.000 Spidolsopnamen a 5.000 Doudesfäll all Joer1.Zousätzlech schätzt den US Department of Agriculture (USDA) datt de verstäerkten Konsum vu frësche Produkter verantwortlech ass fir 48% vun alle gemellten Liewensmëttelkrankheeten an den USA2.D'Käschte vu Krankheeten an Doud verursaacht duerch Liewensmëttelgebitt Pathogenen an den USA si ganz héich, geschat vun den Centers for Disease Control and Prevention (CDC) op méi wéi US $ 15.6 Milliarde pro Joer3.
Momentan gi chemesch4, Stralung5 an thermesch6 antimikrobial Interventiounen fir d'Liewensmëttelsécherheet ze garantéieren meeschtens op limitéierten kriteschen Kontrollpunkten (CCPs) laanscht d'Produktiounskette duerchgefouert (normalerweis no der Ernte an / oder während der Verpackung) anstatt kontinuéierlech.also, si ufälleg fir Kräiz-Kontaminatioun.7. Besser Kontroll vun Liewensmëttel Krankheet a Liewensmëttel spoilage erfuerdert antimikrobial Interventiounen, déi potenziell iwwer de Bauerenhaff-zu-Dësch Kontinuum applizéiert kënne ginn, während d'Ëmweltimpakt a Käschten reduzéieren.
Viru kuerzem ass eng chemesch-gratis, Nanotechnologie-baséiert antimikrobial Plattform entwéckelt ginn, déi Uewerflächen- a Loftbakterien mat kënschtlechen Waasser Nanostrukturen (EWNS) inaktivéiere kann.EWNS war mat zwee parallel Prozesser synthetiséiert, electrospray a Waasser ionization (Figebam. 1a).Virdrun Studien hu gewisen, datt EWNS eng eenzegaarteg Formatioun vun kierperlech a biologesch Properties hunn8,9,10.EWNS hunn eng Moyenne vun 10 Elektronen pro Struktur an eng Moyenne nanoscale Gréisst vun 25 nm (Fig. 1b, c) 8,9,10.Zousätzlech, Elektronen spin Resonanz (ESR) gewisen, datt EWNS eng grouss Quantitéit vun reaktiv Sauerstoff Arten enthält (ROS), haaptsächlech hydroxyl (OH •) an superoxide (O2-) Radikale (Fig. 1c) 8.EVNS ass laang an der Loft a ka mat Mikroorganismen kollidéieren, déi an der Loft suspendéiert sinn an op der Uewerfläch präsent sinn, hir ROS Notzlaascht liwweren an d'Inaktivéierung vu Mikroorganismen verursaachen (Fig. 1d).Dës fréi Studien hunn och gewisen datt EWNS mat verschiddene gram-negativen a gram-positive Bakterien interagéiere kënnen an inaktivéieren, dorënner Mykobakterien, op Surfacen an an der Loft.D'Transmissiounselektronenmikroskopie huet gewisen datt d'Inaktivéierung duerch Stéierung vun der Zellmembran verursaacht gouf.Zousätzlech hunn akut Inhalatiounsstudien gewisen datt héich Dosen vun EWNS keng Lungeschued oder Entzündung 8 verursaachen.
(a) Elektrospray geschitt wann eng Héichspannung tëscht engem Kapillarröhre mat Flëssegkeet an enger Konterelektrode applizéiert gëtt.(b) D'Applikatioun vum Héichdrock resultéiert an zwee verschidde Phänomener: (i) Elektrospraying vu Waasser an (ii) Bildung vu reaktive Sauerstoffaarten (Ionen) an der EWNS agespaart.(c) Déi eenzegaarteg Struktur vun EWNS.(d) Wéinst hirer Nanoskala Natur sinn EWNS héich mobil a kënne mat airborne Pathogenen interagéieren.
D'Kapazitéit vun der EWNS antimikrobieller Plattform fir Liewensmëttelgebuerene Mikroorganismen op der Uewerfläch vu frësche Liewensmëttel ze inaktivéieren ass och viru kuerzem bewisen.Et gouf och gewisen datt d'Uewerflächeladung vun EWNS a Kombinatioun mat engem elektresche Feld ka benotzt ginn fir geziilte Liwwerung z'erreechen.Ausserdeem, virleefeg Resultater fir Bio Tomaten no enger 90 Minutt Belaaschtung bei engem EWNS vun ongeféier 50.000 # / cm3 waren encouragéiert, mat verschiddene Liewensmëttel microorganisms wéi E. coli an Listeria 11 observéiert.Ausserdeem hunn virleefeg organoleptesch Tester keng sensoresch Effekter am Verglach mat Kontrolltomaten gewisen.Och wann dës initial Inaktivéierungsresultater encouragéieren fir Liewensmëttelsécherheetsapplikatiounen och bei ganz nidderegen EWNS Dosen vu 50,000 # / cc.gesinn, et ass kloer, datt e méi héich Inactivation Potential méi gënschteg wier de Risiko vun Infektioun an spoilage weider reduzéieren.
Hei wäerte mir eis Fuerschung op d'Entwécklung vun enger EWNS Generatioun Plattform konzentréieren fir d'Feintuning vun de Syntheseparameter an d'Optimiséierung vun de physicochemeschen Eegeschafte vun EWNS z'erméiglechen fir hiren antibakterielle Potenzial ze verbesseren.Besonnesch d'Optimiséierung konzentréiert sech op d'Erhéijung vun hirer Surface Charge (fir geziilte Liwwerung ze verbesseren) an ROS Inhalt (fir d'Inaktivéierungseffizienz ze verbesseren).Charakteriséiert optimiséiert physesch-chemesch Eegeschaften (Gréisst, Ladung an ROS Inhalt) mat modernen analytesche Methoden a benotzt allgemeng Liewensmëttelmikroorganismen wéi E.
EVNS gouf synthetiséiert duerch simultan Elektrospraying an Ioniséierung vu Waasser mat héijer Rengheet (18 MΩ cm-1).Den elektreschen Nebulisator 12 gëtt typesch fir d'Atomisatioun vu Flëssegkeeten an d'Synthese vu Polymer- a Keramikpartikelen 13 a Faseren 14 vu kontrolléierter Gréisst benotzt.
Wéi an de fréiere Publikatiounen detailléiert 8, 9, 10, 11, an engem typesche Experiment, gouf eng Héichspannung tëscht enger Metallkapillär an enger gegrënnter Konterelektrode applizéiert.Wärend dësem Prozess entstinn zwee verschidde Phänomener: i) Elektrospray an ii) Waasserioniséierung.E staarkt elektrescht Feld tëscht den zwou Elektroden verursaacht negativ Ladungen op der Uewerfläch vum kondenséierte Waasser opzebauen, wat zu der Bildung vun Taylor Kegel resultéiert.Als Resultat entstinn héich gelueden Waasserdrëpsen, déi weider a méi kleng Partikel opbriechen, wéi an der Rayleigh-Theorie16.Zur selwechter Zäit verursaache staark elektresch Felder e puer Waassermoleküle fir Elektronen opzedeelen an ofzestrecken (ioniséieren), wat zu der Bildung vun enger grousser Quantitéit vu reaktiven Sauerstoffaarten (ROS)17 féiert.Gläichzäiteg generéiert ROS18 war an EWNS (Lalumi 1c) encapsulated.
Op Fig.2a weist den EWNS Generatiounssystem entwéckelt a benotzt an der EWNS Synthese an dëser Etude.Purifizéiert Waasser, dat an enger zouener Fläsch gespäichert ass, gouf duerch en Teflon-Röhre (2 mm banneschten Duerchmiesser) an eng 30G Edelstahlnadel (Metallkapillär) gefüttert.De Stroum vum Waasser gëtt vum Loftdrock an der Fläsch kontrolléiert, wéi an der Figur 2b.D'Nadel ass op enger Teflon Konsole montéiert a kann manuell op eng gewëssen Distanz vun der Konterelektrode ugepasst ginn.D'Konterelektrode ass eng poléiert Aluminiumscheif mat engem Lach am Zentrum fir ze probéieren.Ënnert der Konterelektrode ass en Aluminiumproben Triichter, deen iwwer e Samplinghafen mam Rescht vun der experimenteller Opstellung verbonnen ass (Fig. 2b).Ze vermeiden charge opbauen datt sampler Operatioun stéieren kéint, all sampler Komponente sinn elektresch Buedem.
(a) Engineered Water Nanostructure Generation System (EWNS).(b) Querschnitt vum Sampler an Elektrospray, déi déi wichtegst Parameteren weist.(c) Experimentell Opstellung fir Bakterien Inaktivéierung.
Den EWNS Generatiounssystem hei uewen beschriwwen ass fäeg fir Schlësselbetribsparameter z'änneren fir d'Feintuning vun den EWNS Eegeschaften ze erliichteren.Ajustéiert déi ugewandt Spannung (V), d'Distanz tëscht der Nadel an der Konterelektrode (L), an de Waasserfloss (φ) duerch d'Kapillar fir d'EWNS Charakteristiken ze feinstëmmen.Symbol benotzt fir verschidde Kombinatiounen ze representéieren: [V (kV), L (cm)].Ajustéiert de Waasserfloss fir e stabile Taylorkegel vun engem bestëmmte Set ze kréien [V, L].Fir den Zweck vun dëser Etude gouf den Ouverture Duerchmiesser vun der Konterelektrode (D) op 0,5 Zoll (1,29 cm) gehal.
Wéinst der limitéierter Geometrie an Asymmetrie kann d'elektresch Feldstäerkt net aus éischte Prinzipien berechent ginn.Amplaz gouf d'QuickField™ Software (Svendborg, Dänemark)19 benotzt fir dat elektrescht Feld ze berechnen.Den elektresche Feld ass net eenheetlech, sou datt de Wäert vum elektresche Feld um Tipp vun der Kapillar als Referenzwäert fir verschidde Konfiguratiounen benotzt gouf.
Wärend der Studie goufen e puer Kombinatioune vu Spannung an Distanz tëscht der Nadel an der Konterelektrode a punkto Taylor Kegelbildung, Taylor Kegelstabilitéit, EWNS Produktiounsstabilitéit a Reproduktioun bewäert.Verschidde Kombinatioune ginn an der Ergänzungstabell S1 gewisen.
D'Output vum EWNS Generatioun System gouf direkt mat engem Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) fir Partikelzuel Konzentratiounsmessung verbonnen, wéi och mat engem Aerosol Faraday Elektrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) fir Aerosolstroum gouf gemooss wéi an eiser fréierer Verëffentlechung beschriwwen.Souwuel de SMPS wéi och den Aerosol Elektrometer probeiert mat enger Flowrate vun 0,5 L/min (Gesamtprobestroum 1 L/min).D'Zuel Konzentratioun vu Partikelen an den Aerosolflow goufe fir 120 Sekonnen gemooss.D'Messung gëtt 30 Mol widderholl.Baséierend op aktuell Miessunge gëtt d'total Aerosolladung berechent an déi duerchschnëttlech EWNS Ladung gëtt fir eng bestëmmte Gesamtzuel vun ausgewielten EWNS Partikel geschätzt.D'Duerchschnëttskäschte vun EWNS kënne mat der Equatioun (1) berechent ginn:
wou IEl de gemoossene Stroum ass, NSMPS ass déi digital Konzentratioun gemooss mam SMPS, an φEl ass de Flowrate pro Elektrometer.
Well d'relativ Fiichtegkeet (RH) d'Uewerflächeladung beaflosst, goufen d'Temperatur an (RH) konstant während dem Experiment bei 21 ° C respektiv 45% gehal.
Atomkraaftmikroskopie (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) an AC260T Sonde (Olympus, Tokyo, Japan) goufen benotzt fir d'Gréisst an d'Liewensdauer vum EWNS ze moossen.D'AFM Scannfrequenz war 1 Hz, d'Scannergebitt war 5 μm × 5 μm, an 256 Scan Linnen.All Biller goufen der 1. Uerdnung Bild Ausrichtung mat Asylum Software ënnerworf (Maskebereich 100 nm, Schwell 100 pm).
Den Test Triichter gouf geläscht an d'Mica Uewerfläch gouf op enger Distanz vun 2,0 cm vun der Konterelektrode fir eng duerchschnëttlech Zäit vun 120 s plazéiert fir Partikelagglomeratioun an d'Bildung vun onregelméissegen Drëpsen op der Glimmer Uewerfläch ze vermeiden.EWNS gouf direkt op d'Uewerfläch vu frësch geschniddene Mica (Ted Pella, Redding, CA) gesprëtzt.Bild vun der Glimmer Uewerfläch direkt no AFM sputtering.De Kontaktwénkel vun der Uewerfläch vu frësch geschniddener onmodifizéierter Glimmer ass no bei 0 °, sou datt EVNS op der Glimmerfläch a Form vun enger Kuppel verdeelt gëtt.Den Duerchmiesser (a) an Héicht (h) vun den diffusen Drëpsen goufen direkt vun der AFM Topographie gemooss a benotzt fir den EWNS Kuppeldiffusiounsvolumen mat eiser virdru validéierter Method ze berechnen.Ugeholl datt déi onboard EWNS deeselwechte Volumen hunn, kann den gläichwäertegen Duerchmiesser mat der Equatioun (2) berechent ginn:
Baséierend op eiser virdru entwéckelter Method, gouf eng Elektronen Spin Resonanz (ESR) Spin Trap benotzt fir d'Präsenz vu kuerzliewege radikalen Zwëscheprodukter an EWNS z'entdecken.Aerosole goufen duerch e 650 μm Midget Sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) gebubbelt mat enger 235 mM Léisung vun DEPMPO (5-(Diethoxyphosphoryl)-5-Methyl-1-pyrrolin-N-Oxid) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).All ESR Miessunge goufen mat engem Bruker EMX Spektrometer (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) an enger flaacher Zell gesuergt.D'Acquisit Software (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) gouf benotzt fir d'Donnéeën ze sammelen an ze analyséieren.D'Bestëmmung vun de Charakteristiken vum ROS gouf nëmme fir eng Rei vu Betribsbedéngungen duerchgefouert [-6,5 kV, 4,0 cm].EWNS Konzentratioune goufen mat der SMPS gemooss nodeems se EWNS Verloschter am Impaktor berechnen.
Den Ozonniveau gouf iwwerwaacht mat engem 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Fir all EWNS Eegeschafte gëtt de Moyenne Wäert als Miesswäert benotzt, an d'Standardabweichung gëtt als Miessfehler benotzt.T-Tester goufen duerchgefouert fir d'Wäerter vun den optimiséierten EWNS Attributer mat den entspriechende Wäerter vun der Basis EWNS ze vergläichen.
Figur 2c weist e virdrun entwéckelt a charakteriséiert electrostatic Nidderschlag (EPES) "Pull" System datt fir cibléiert Liwwerung vun EWNS op der Uewerfläch benotzt ginn.EPES benotzt EVNS Ladungen, déi direkt op d'Uewerfläch vum Zil ënner dem Afloss vun engem staarken elektresche Feld "guidéiert" kënne ginn.Detailer vum EPES System ginn an enger rezenter Verëffentlechung vum Pyrgiotakis et al.11 .Also besteet d'EPES aus enger 3D gedréckter PVC Chamber mat konischen Enden an enthält zwee parallel Edelstol (304 Edelstol, Spigelbeschichtete) Metallplacke am Zentrum 15,24 cm auserneen.D'Brieder waren op eng extern Héichspannungsquell verbonnen (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), déi ënnescht Plack war ëmmer mat enger positiver Spannung ugeschloss, an der ieweschter Plack war ëmmer mam Buedem verbonnen (schwiewende Buedem).D'Kammermauere si mat Aluminiumfolie bedeckt, déi elektresch Buedem ass fir Partikelverloscht ze vermeiden.D'Chamber huet eng zouene Frontlaaschtür, déi et erlaabt Testflächen op Plastikstänn ze setzen, déi se iwwer déi ënnescht Metallplack erhéijen fir Héichspannungsinterferenz ze vermeiden.
D'Oflagerungseffizienz vun EWNS an EPES gouf no engem virdru entwéckelte Protokoll berechent, deen an der Zousazbild S111 detailléiert ass.
Als Kontrollkammer gouf eng zweet zylindresch Flowkammer a Serie mam EPES-System verbonnen, an deem en Zwëschen-HEPA-Filter benotzt gouf fir EWNS ze läschen.Wéi an der Figur 2c gewisen, gouf den EWNS Aerosol duerch zwee agebaute Kammer gepompelt.De Filter tëscht dem Kontrollraum an EPES läscht all verbleiwen EWNS, wat zu der selwechter Temperatur (T), relativer Fiichtegkeet (RH) an Ozonniveau resultéiert.
Wichteg Nahrungsmëttel Mikroorganismen hu festgestallt fir frësch Liewensmëttel ze kontaminéieren wéi E. coli (ATCC #27325), fecal Indikator, Salmonella enterica (ATCC #53647), Nahrungsergänzung Pathogen, Listeria harmlos (ATCC #33090), Surrogat fir pathogen Listeria monocytogenes, ATCC monocytogenes, (CCC) 4098), en Ersatz fir Verschwendungshef, an eng méi resistent inaktivéiert Bakterie, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Kaaft zoufälleg Këschte mat Bio Drauwe Tomaten vun Ärem lokale Maart a killt op 4°C bis zum Gebrauch (bis zu 3 Deeg).Déi experimentell Tomaten waren all déiselwecht Gréisst, ongeféier 1/2 Zoll Duerchmiesser.
D'Kultur, Inokulatioun, Belaaschtung, a Koloniezuelprotokoller sinn an eiser fréierer Verëffentlechung detailléiert an detailléiert an den Ergänzungsdaten.D'Effizienz vun EWNS gouf evaluéiert andeems inokuléiert Tomaten op 40.000 #/cm3 fir 45 Minutten ausgesat goufen.Kuerz gesot, dräi Tomaten goufen benotzt fir déi iwwerliewend Mikroorganismen zu Zäit t = 0 min ze evaluéieren.Dräi Tomaten goufen an EPES gesat an op EWNS bei 40.000 # / cc (EWNS ausgesat Tomaten) ausgesat an déi aner dräi goufen an der Kontrollkammer (Kontrolltomaten) gesat.Zousätzlech Veraarbechtung vun Tomaten a béide Gruppen gouf net duerchgefouert.EWNS ausgesat Tomaten a Kontroll Tomaten goufen no 45 Minutte geläscht fir den Effet vun EWNS ze evaluéieren.
All Experiment gouf an triplicate duerchgefouert.Donnéeën Analyse gouf no dem Protokoll an Zousazdaten beschriwwen.
Inactivation Mechanismen sech duerch Sedimentatioun vun ausgesat EWNS Echantillon bewäert (45 min bei 40.000 # /cm3 EWNS Aerosol Konzentratioun) an Net-bestraalt Echantillon vun harmlos Bakterien E. coli, Salmonella enterica an Lactobacillus.D'Partikel goufen an 2,5% Glutaraldehyd, 1,25% Paraformaldehyd an 0,03% Picrinsäure an 0,1 M Natriumkakodylatbuffer (pH 7,4) fir 2 Stonnen bei Raumtemperatur fixéiert.Nom wäschen, postfixéiert mat 1% Osmiumtetroxid (OsO4) / 1,5% Kaliumferrocyanid (KFeCN6) fir 2 Stonnen, wäscht 3 Mol am Waasser an inkubéiert an 1% Uranylacetat fir 1 Stonn, wäscht dann zweemol am Waasser, dann dehydratiséiert fir 10%, 9005% Alkohol, 10%, 9005% Alkohol, 10%, 9005% Alkohol.D'Probe goufen dann an propylene Oxid fir 1 Stonn geluecht an imprägnéiert mat enger 1: 1 Mëschung aus propylene oxide an TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).D'Probe goufen an TAAB Epon agebonnen a bei 60 ° C fir 48 Stonnen polymeriséiert.D'geheelt granulär Harz gouf geschnidden a visualiséiert duerch TEM mat engem konventionellen Iwwerdroungselektronenmikroskop JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japan) ausgestatt mat enger AMT 2k CCD Kamera (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
All Experimenter goufen an triplicate duerchgefouert.Fir all Zäitpunkt goufen bakteriell Wäschungen an Triplicate gesaat, wat zu insgesamt néng Datepunkte pro Punkt resultéiert, d'Moyenne vun deenen als bakteriell Konzentratioun fir dee bestëmmte Mikroorganismus benotzt gouf.D'Standardabweichung gouf als Miessfehler benotzt.All Punkten zielen.
De Logarithmus vun der Ofsenkung vun der Konzentratioun vu Bakterien am Verglach zum t = 0 min gouf mat der folgender Formel berechent:
wou C0 d'Konzentratioun vu Bakterien an der Kontrollprobe zur Zäit 0 ass (dh no der Uewerfläch getrocknegt ass awer ier se an der Chamber plazéiert ass) an Cn ass d'Konzentratioun vu Bakterien op der Uewerfläch no n Minutte vun der Belaaschtung.
Fir d'natierlech Degradatioun vu Bakterien während der 45-Minute Belaaschtung ze berechnen, gouf d'Logbicherreduktioun am Verglach zu der Kontroll no 45 Minutten och wéi follegt berechent:
wou Cn d'Konzentratioun vu Bakterien an der Kontrollprobe zur Zäit n ass an Cn-Kontroll d'Konzentratioun vu Kontrollbakterien zur Zäit n ass.D'Donnéeë ginn als Logreduktioun am Verglach mat der Kontroll presentéiert (keng EWNS Belaaschtung).
Wärend der Studie goufen e puer Kombinatioune vu Spannung an Distanz tëscht der Nadel an der Konterelektrode a punkto Taylor Kegelbildung, Taylor Kegelstabilitéit, EWNS Produktiounsstabilitéit a Reproduktioun bewäert.Verschidde Kombinatioune ginn an der Ergänzungstabell S1 gewisen.Zwee Fäll, déi stabil a reproduzéierbar Eegeschafte weisen (Taylor Kegel, EWNS Generatioun, a Stabilitéit iwwer Zäit) goufen fir eng ëmfaassend Studie ausgewielt.Op Fig.Figure 3 weist d'Resultater fir d'Charge, d'Gréisst an den Inhalt vu ROS a béide Fäll.D'Resultater sinn och an Table gewisen 1. Fir Referenz, souwuel Dorënner 3 an Table 1 och d'Eegeschafte vun der virdrun synthetiséiert Net-optimiséiert EWNS8, 9, 10, 11 (Basis-EWNS).Statistesch Bedeitung Berechnungen mat engem zwee-tailed t-Test sinn an Zousaz Table S2 republicéiert.Zousätzlech, zousätzlech Donnéeën och Studien vun den Effet vun Konter Elektroden probéieren Lach Duerchmiesser (D) an Distanz tëscht Buedem Elektrode an Tipp (L) (Zousätzlechen Zuelen S2 an S3).
(ac) Gréisst Verdeelung gemooss vun AFM.(df) Uewerfläch charge charakteristesche.(g) ROS Charakteriséierung vum EPR.
Et ass och wichteg ze notéieren datt fir all déi uewe Konditioune de gemoossene Ioniséierungsstroum tëscht 2 an 6 μA a Spannung tëscht -3,8 an -6,5 kV war, wat zu engem Stroumverbrauch vu manner wéi 50 mW fir dësen eenzegen EWNS Generatioun Kontaktmodul resultéiert.Och wann EWNS ënner héijen Drock synthetiséiert gouf, waren den Ozonniveau ganz niddereg, ni méi wéi 60 ppb.
Zousätzlech Figur S4 weist déi simuléiert elektresch Felder fir [-6,5 kV, 4,0 cm] an [-3,8 kV, 0,5 cm] Szenarie respektiv.Fir den [-6,5 kV, 4,0 cm] an [-3,8 kV, 0,5 cm] Szenarie sinn d'Feldberechnungen 2 × 105 V/m respektiv 4,7 × 105 V/m.Dëst gëtt erwaart, well am zweete Fall de Spannungs-Distanzverhältnis vill méi héich ass.
Op Fig.3a,b weist den EWNS Duerchmiesser gemooss mat der AFM8.Déi berechent Moyenne EWNS Duerchmiesser waren 27 nm an 19 nm fir d'[-6,5 kV, 4,0 cm] an [-3,8 kV, 0,5 cm] Schemaen, respektiv.Fir den [-6,5 kV, 4,0 cm] an [-3,8 kV, 0,5 cm] Szenarie sinn déi geometresch Standardabweichunge vun den Verdeelungen 1,41 respektiv 1,45, wat eng schmuel Gréisstverdeelung ugeet.Souwuel déi duerchschnëttlech Gréisst wéi och déi geometresch Standarddeviatioun si ganz no un der Basislinn EWNS, respektiv bei 25 nm an 1,41.Op Fig.3c weist d'Gréisst Verdeelung vun der Basis EWNS gemooss mat der selwechter Method ënner de selwechte Konditiounen.
Op Fig.3d,e weist d'Resultater vun der Chargecharakteriséierung.Date sinn duerchschnëttlech Miessunge vun 30 simultan Miessunge vun Konzentratioun (#/cm3) an aktuell (I).D'Analyse weist datt d'Moyenne Charge op der EWNS 22 ± 6 e- a 44 ± 6 e- fir [-6,5 kV, 4,0 cm] respektiv [-3,8 kV, 0,5 cm] ass.Si hunn däitlech méi héich Uewerfläch Käschten am Verglach zu baseline EWNS (10 ± 2 e-), zweemol méi grouss wéi de [-6,5 kV, 4,0 cm] Szenario a véier Mol méi grouss wéi de [-3,8 kV, 0,5 cm].Figur 3f weist de charge.Daten fir Baseline-EWNS.
Aus de Konzentratiounskaarte vun der EWNS Nummer (Ergänzungsfiguren S5 a S6) kann ee gesinn datt de [-6,5 kV, 4,0 cm] Szenario wesentlech méi Partikel huet wéi de [-3,8 kV, 0,5 cm] Szenario.Et ass och ze bemierken datt d'EWNS Zuel Konzentratioun bis zu 4 Stonnen iwwerwaacht gouf (Ergänzungsfiguren S5 a S6), wou d'EWNS Generatiounsstabilitéit déiselwecht Niveaue vun der Partikelzuelkonzentratioun a béide Fäll gewisen huet.
Op Fig.3g weist den EPR Spektrum no Subtraktioun vun der optimiséierter EWNS Kontroll (Hannergrond) bei [-6,5 kV, 4,0 cm].D'ROS Spektre goufen och mat dem Baseline-EWNS Szenario an engem virdru publizéierten Wierk verglach.D'Zuel vun EWNS reagéiert mat spin Fallen war berechent ginn 7,5 × 104 EWNS / s, déi ähnlech zu der virdrun publizéiert Baseline-EWNS8 ass.D'EPR Spektrum huet kloer d'Präsenz vun zwou Zorte vu ROS gewisen, mat O2- déi predominant Spezies an OH• manner reichend.Zousätzlech huet en direkten Verglach vun de Peakintensitéiten gewisen datt d'optimiséiert EWNS e wesentlech méi héije ROS Inhalt am Verglach zum Baseline EWNS hat.
Op Fig.4 weist d'Oflagerungseffizienz vun EWNS an EPES.D'Daten sinn och an Table I zesummegefaasst a mat der original EWNS Daten Verglach.Fir béid Fäll vun EUNS ass d'Depositioun no bei 100% souguer bei enger niddereger Spannung vun 3,0 kV.Typesch ass 3,0 kV genuch fir 100% Oflagerung, onofhängeg vun der Uewerflächeladungsännerung.Ënnert deene selwechte Konditioune war d'Oflagerungseffizienz vu Baseline-EWNS nëmmen 56% wéinst hirer méi niddereger Ladung (Duerchschnëtt 10 Elektronen pro EWNS).
Op Fig.5 an an der Tabell.2 resüméiert den Inaktivéierungswäert vu Mikroorganismen, déi op der Uewerfläch vun Tomaten inokuléiert sinn, no der Belaaschtung vu ronn 40.000 #/cm3 EWNS fir 45 Minutten am optimalen Modus [-6,5 kV, 4,0 cm].Inokuléiert E. coli a Lactobacillus onschëlleg hunn eng bedeitend Reduktioun vun 3.8 Logbicher während der 45 Minutte Belaaschtung gewisen.Ënnert deene selwechte Konditiounen haten S. enterica eng 2.2-Log-Reduktioun, während S. cerevisiae a M. parafortutum eng 1.0-Log-Reduktioun haten.
D'Elektronenmikrographen (Figure 6) weisen déi kierperlech Verännerungen, déi duerch EWNS op harmlos Escherichia coli, Streptococcus a Lactobacillus Zellen induzéiert sinn, déi zu hirer Inaktivéierung féieren.D'Kontrollbakterien haten intakt Zellmembranen, während déi ausgesat Bakterien baussenzeg Membranen beschiedegt hunn.
Elektronmikroskopesch Imaging vu Kontroll a exponéierte Bakterien huet Membranschued opgedeckt.
D'Donnéeën iwwer d'physikalesch-chemesch Eegeschafte vun der optimiséierter EWNS kollektiv weisen datt d'Eegeschafte (Surface charge an ROS Inhalt) vun der EWNS wesentlech verbessert goufen am Verglach mat de virdru publizéierten EWNS Baseline Daten8,9,10,11.Op der anerer Säit ass hir Gréisst am Nanometerberäich bliwwen, ganz ähnlech wéi déi virdru gemellt Resultater, sou datt se laang Zäit an der Loft bleiwen.Déi observéiert Polydispersitéit kann duerch Uewerflächeladungsännerungen erkläert ginn, déi d'Gréisst vum EWNS bestëmmen, d'Zoufällegkeet vum Rayleigh Effekt, a potenziell Koaleszenz.Wéi och ëmmer, wéi detailléiert vum Nielsen et al.22, héich Uewerflächeladung reduzéiert d'Verdampung duerch effektiv d'Erhéijung vun der Uewerflächenergie / Spannung vum Waasserdrop.An eiser fréierer Verëffentlechung8 gouf dës Theorie experimentell fir Mikrodroplets 22 an EWNS bestätegt.Verloscht vun charge während Iwwerstonnen kann och d'Gréisst Afloss an zu der observéiert Gréisst Verdeelung bäidroen.