Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Tuo tarpu norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę pateiksime be stilių ir „JavaScript“.
Karuselė, kurioje vienu metu rodomos trys skaidrės.Naudokite mygtukus Ankstesnis ir Kitas, kad vienu metu pereitumėte per tris skaidres, arba naudokite slankiklio mygtukus, esančius pabaigoje, norėdami pereiti per tris skaidres vienu metu.
Neseniai buvo sukurta nanotechnologijų pagrindu sukurta antimikrobinė platforma be cheminių medžiagų, naudojant dirbtines vandens nanostruktūras (EWNS).EWNS turi didelį paviršiaus krūvį ir yra prisotintos reaktyviosiomis deguonies rūšimis (ROS), kurios gali sąveikauti ir inaktyvuoti daugybę mikroorganizmų, įskaitant per maistą plintančius patogenus.Čia parodyta, kad jų savybės sintezės metu gali būti tiksliai sureguliuotos ir optimizuotos, kad būtų dar labiau sustiprintas jų antibakterinis potencialas.EWNS laboratorijos platforma buvo sukurta siekiant tiksliai suderinti EWNS savybes keičiant sintezės parametrus.EWNS savybių (ROS krūvis, dydis ir kiekis) apibūdinimas naudojant šiuolaikinius analizės metodus.Be to, buvo įvertintas jų mikrobų inaktyvavimo potencialas prieš per maistą plintančius mikroorganizmus, tokius kaip Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum ir Saccharomyces cerevisiae.Čia pateikti rezultatai rodo, kad EWNS savybės gali būti tiksliai sureguliuotos sintezės metu, todėl eksponentiškai padidėja inaktyvavimo efektyvumas.Visų pirma, paviršiaus krūvis padidėjo keturis kartus, o reaktyviosios deguonies rūšys padidėjo.Mikrobų pašalinimo greitis priklausė nuo mikrobų ir svyravo nuo 1,0 iki 3,8 log po 45 minučių poveikio 40 000 #/cc EWNS aerozolio dozei.
Mikrobinė tarša yra pagrindinė per maistą plintančių ligų, kurias sukelia patogenų ar jų toksinų nurijimas, priežastis.Vien Jungtinėse Valstijose per maistą plintančios ligos sukelia apie 76 milijonus ligų, 325 000 pacientų patenka į ligonines ir 5 000 mirčių kasmet1.Be to, Jungtinių Valstijų žemės ūkio departamentas (USDA) apskaičiavo, kad padidėjęs šviežių produktų vartojimas sukelia 48 % visų praneštų per maistą plintančių ligų Jungtinėse Valstijose2.Ligų ir mirties, kurią sukelia per maistą plintantys patogenai, kaina Jungtinėse Valstijose yra labai didelė, o Ligų kontrolės ir prevencijos centrai (CDC) apskaičiavo daugiau nei 15,6 mlrd. JAV dolerių per metus3.
Šiuo metu cheminės4, radiacinės5 ir šiluminės6 antimikrobinės intervencijos, siekiant užtikrinti maisto saugą, dažniausiai atliekamos ribotuose kritiniuose kontrolės taškuose (CCP) visoje gamybos grandinėje (paprastai nuėmus derlių ir (arba) pakuojant), o ne nuolat.taigi jie yra linkę į kryžminę taršą.7. Norint geriau kontroliuoti per maistą plintančias ligas ir maisto gedimą, reikalingos antimikrobinės intervencijos, kurios gali būti taikomos visame ūkyje iki stalo, kartu sumažinant poveikį aplinkai ir išlaidas.
Neseniai buvo sukurta nanotechnologijomis nenaudojama antimikrobinė platforma, kuri gali inaktyvuoti paviršiuje ir ore esančias bakterijas naudojant dirbtines vandens nanostruktūras (EWNS).EWNS buvo susintetintas naudojant du lygiagrečius procesus – elektropurškimą ir vandens jonizaciją (1a pav.).Ankstesni tyrimai parodė, kad EWNS turi unikalų fizinių ir biologinių savybių rinkinį8,9,10.EWNS vienoje struktūroje yra vidutiniškai 10 elektronų, o vidutinis nanoskalės dydis yra 25 nm (1b, c pav.)8,9,10.Be to, elektronų sukimosi rezonansas (ESR) parodė, kad EWNS yra daug reaktyviųjų deguonies rūšių (ROS), daugiausia hidroksilo (OH•) ir superoksido (O2-) radikalų (1c pav.)8.EVNS yra ore ilgą laiką ir gali susidurti su ore pakibusiais ir paviršiuje esančiais mikroorganizmais, tiekdamas savo ROS naudingąją apkrovą ir sukeldamas mikroorganizmų inaktyvavimą (1d pav.).Šie ankstyvieji tyrimai taip pat parodė, kad EWNS gali sąveikauti ir inaktyvuoti įvairias gramneigiamas ir gramteigiamas bakterijas, įskaitant mikobakterijas, ant paviršių ir ore.Perdavimo elektronų mikroskopija parodė, kad inaktyvaciją sukėlė ląstelės membranos sutrikimas.Be to, ūmaus įkvėpimo tyrimai parodė, kad didelės EWNS dozės nesukelia plaučių pažeidimo ar uždegimo 8 .
a) Elektros purškimas atsiranda, kai tarp kapiliarinio vamzdelio, kuriame yra skysčio, ir priešpriešinio elektrodo yra veikiama aukšta įtampa.b) Taikant aukštą slėgį atsiranda du skirtingi reiškiniai: i) vandens purškimas elektros energija ir ii) EWNS įstrigusių reaktyviųjų deguonies rūšių (jonų) susidarymas.c) unikali EWNS struktūra.d) Dėl savo nanoskalės pobūdžio EWNS yra labai mobilūs ir gali sąveikauti su ore esančiais patogenais.
Neseniai taip pat buvo įrodyta, kad EWNS antimikrobinė platforma gali inaktyvuoti per maistą plintančius mikroorganizmus ant šviežio maisto paviršiaus.Taip pat buvo įrodyta, kad EWNS paviršiaus krūvis kartu su elektriniu lauku gali būti naudojamas norint pasiekti tikslą.Be to, preliminarūs ekologiškų pomidorų rezultatai po 90 minučių ekspozicijos, kai EWNS yra apie 50 000 #/cm3, buvo džiuginantys, nes buvo pastebėti įvairūs per maistą plintantys mikroorganizmai, tokie kaip E. coli ir Listeria 11.Be to, preliminarūs organoleptiniai tyrimai neparodė jutiminio poveikio, palyginti su kontroliniais pomidorais.Nors šie pradiniai inaktyvavimo rezultatai teikia vilčių maisto saugos reikmėms net esant labai mažoms EWNS dozėms – 50 000 #/cc.akivaizdu, kad didesnis inaktyvavimo potencialas būtų naudingesnis siekiant dar labiau sumažinti infekcijos ir gedimo riziką.
Čia mes sutelksime savo tyrimus į EWNS generavimo platformos kūrimą, kad būtų galima tiksliai sureguliuoti sintezės parametrus ir optimizuoti EWNS fizikines ir chemines savybes, kad būtų padidintas jų antibakterinis potencialas.Visų pirma optimizuojant daugiausia dėmesio buvo skiriama jų paviršiaus krūviui (siekiant pagerinti tikslinį pristatymą) ir ROS turiniui (siekiant pagerinti inaktyvavimo efektyvumą) didinti.Apibūdinkite optimizuotas fizikines ir chemines savybes (dydį, krūvį ir ROS kiekį) naudodami šiuolaikinius analizės metodus ir naudokite įprastus maisto mikroorganizmus, tokius kaip E. .
EVNS buvo susintetintas vienu metu elektropurškiant ir jonizuojant didelio grynumo vandenį (18 MΩ cm–1).Elektrinis purkštuvas 12 paprastai naudojamas skysčiams purkšti ir kontroliuojamo dydžio polimero bei keramikos dalelių 13 ir pluoštų 14 sintezei.
Kaip išsamiai aprašyta ankstesniuose leidiniuose 8, 9, 10, 11, tipiniame eksperimente tarp metalinio kapiliaro ir įžeminto priešpriešinio elektrodo buvo įjungta aukšta įtampa.Šio proceso metu vyksta du skirtingi reiškiniai: i) elektropurškimas ir ii) vandens jonizacija.Dėl stipraus elektrinio lauko tarp dviejų elektrodų kondensuoto vandens paviršiuje susidaro neigiami krūviai, dėl kurių susidaro Teiloro kūgiai.Dėl to susidaro stipriai įkrauti vandens lašeliai, kurie ir toliau skyla į smulkesnes daleles, kaip ir Rayleigh teorijoje16.Tuo pačiu metu dėl stipraus elektrinio lauko kai kurios vandens molekulės suskaido ir pašalina elektronus (jonizuojasi), todėl susidaro daug reaktyviųjų deguonies rūšių (ROS)17.Tuo pačiu metu sukurtas ROS18 buvo įdėtas į EWNS (1c pav.).
Ant pav.2a parodyta EWNS generavimo sistema, sukurta ir naudojama šiame tyrime EWNS sintezėje.Išgrynintas vanduo, laikomas uždarytame butelyje, buvo tiekiamas per tefloninį vamzdelį (vidinis skersmuo 2 mm) į 30 G nerūdijančio plieno adatą (metalinį kapiliarą).Vandens srautą valdo oro slėgis butelio viduje, kaip parodyta 2b paveiksle.Adata sumontuota ant tefloninės konsolės ir gali būti rankiniu būdu reguliuojama tam tikru atstumu nuo priešpriešinio elektrodo.Priešpriešinis elektrodas yra poliruotas aliuminio diskas, kurio centre yra skylė mėginiams paimti.Po priešpriešiniu elektrodu yra aliuminio mėginių ėmimo piltuvas, kuris per mėginių ėmimo prievadą yra prijungtas prie likusios eksperimentinės sąrankos dalies (2b pav.).Kad nesusikauptų įkrova, galinti sutrikdyti mėginių ėmimo ėmimo veikimą, visi mėginių ėmimo komponentai yra elektra įžeminti.
a) Inžinerinė vandens nanostruktūros generavimo sistema (EWNS).b) Mėginių ėmimo ir elektropurškimo skersinis pjūvis, nurodantis svarbiausius parametrus.c) eksperimentinė sąranka bakterijų inaktyvavimui.
Aukščiau aprašyta EWNS generavimo sistema gali pakeisti pagrindinius veikimo parametrus, kad būtų lengviau sureguliuoti EWNS savybes.Sureguliuokite taikomą įtampą (V), atstumą tarp adatos ir priešpriešinio elektrodo (L) ir vandens srautą (φ) per kapiliarą, kad tiksliai sureguliuotumėte EWNS charakteristikas.Simbolis, naudojamas įvairiems deriniams žymėti: [V (kV), L (cm)].Sureguliuokite vandens srautą, kad gautumėte stabilų tam tikro rinkinio Taylor kūgį [V, L].Šio tyrimo tikslais priešpriešinio elektrodo (D) apertūros skersmuo buvo 0,5 colio (1,29 cm).
Dėl ribotos geometrijos ir asimetrijos elektrinio lauko stiprumo negalima apskaičiuoti pagal pirmuosius principus.Vietoj to elektriniam laukui apskaičiuoti buvo naudojama QuickField™ programinė įranga (Svendborg, Danija)19.Elektrinis laukas nėra vienodas, todėl elektros lauko vertė kapiliaro gale buvo naudojama kaip pamatinė vertė įvairioms konfigūracijoms.
Tyrimo metu buvo įvertinti keli įtampos ir atstumo tarp adatos ir priešpriešinio elektrodo deriniai, atsižvelgiant į Teiloro kūgio formavimąsi, Teiloro kūgio stabilumą, EWNS gamybos stabilumą ir atkuriamumą.Įvairūs deriniai rodomi papildomoje S1 lentelėje.
EWNS kartos sistemos išvestis buvo tiesiogiai prijungta prie skenuojančio mobilumo dalelių dydžio analizatoriaus (SMPS, modelis 3936, TSI, Shoreview, MN) dalelių koncentracijos matavimui, taip pat prie aerozolinio Faradėjaus elektrometro (TSI, modelis 3068B, Shoreview, MN).) aerozolių srovėms buvo išmatuota, kaip aprašyta ankstesniame mūsų leidinyje.Tiek SMPS, tiek aerozolinis elektrometras imami 0,5 l/min srautu (bendras mėginio srautas 1 l/min).Dalelių koncentracija ir aerozolio srautas buvo matuojamas 120 sekundžių.Matavimas kartojamas 30 kartų.Remiantis dabartiniais matavimais, apskaičiuojamas bendras aerozolio įkrovimas ir vidutinis EWNS įkrovimas tam tikram pasirinktų EWNS dalelių skaičiui.Vidutinė EWNS kaina gali būti apskaičiuota naudojant (1) lygtį:
kur IEl yra išmatuota srovė, NSMPS yra skaitmeninė koncentracija, išmatuota naudojant SMPS, o φEl yra elektrometro srautas.
Kadangi santykinė drėgmė (RH) turi įtakos paviršiaus krūviui, eksperimento metu temperatūra ir (RH) buvo palaikomos pastovios atitinkamai 21 °C ir 45%.
Atominės jėgos mikroskopija (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) ir AC260T zondas (Olympus, Tokijas, Japonija) buvo naudojami EWNS dydžiui ir veikimo trukmei matuoti.AFM nuskaitymo dažnis buvo 1 Hz, nuskaitymo sritis buvo 5 μm × 5 μm ir 256 nuskaitymo linijos.Visiems vaizdams buvo atliktas 1-osios eilės vaizdų išlygiavimas naudojant Asylum programinę įrangą (kaukės diapazonas 100 nm, slenkstis 100 pm).
Bandomasis piltuvas buvo pašalintas, o žėručio paviršius buvo dedamas 2,0 cm atstumu nuo priešpriešinio elektrodo, skaičiuojant vidutiniškai 120 s, kad būtų išvengta dalelių aglomeracijos ir netaisyklingų lašelių susidarymo ant žėručio paviršiaus.EWNS buvo purškiamas tiesiai ant šviežiai nupjauto žėručio paviršiaus (Ted Pella, Redding, CA).Žėručio paviršiaus vaizdas iškart po AFM purškimo.Šviežiai nupjauto nemodifikuoto žėručio paviršiaus kontaktinis kampas yra artimas 0°, todėl EVNS žėručio paviršiuje pasiskirsto kupolo pavidalu.Difuzinių lašelių skersmuo (a) ir aukštis (h) buvo išmatuoti tiesiai iš AFM topografijos ir naudojami EWNS kupolo formos difuzijos tūriui apskaičiuoti naudojant mūsų anksčiau patvirtintą metodą.Darant prielaidą, kad borto EWNS tūris yra toks pat, lygiavertį skersmenį galima apskaičiuoti naudojant (2) lygtį:
Remiantis mūsų anksčiau sukurtu metodu, elektronų sukimosi rezonanso (ESR) sukimosi gaudyklė buvo naudojama trumpalaikių radikalų tarpinių produktų buvimui EWNS nustatyti.Aerozoliai buvo išpūsti per 650 μm Midget purškiklį (Ace Glass, Vineland, NJ), kuriame yra 235 mM DEPMPO (5-(dietoksifosforil)-5-metil-1-pirolino-N-oksido) tirpalas (Oxis International Inc.).Portlandas, Oregonas).Visi ESR matavimai buvo atlikti naudojant Bruker EMX spektrometrą (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, JAV) ir plokščią elementą.Duomenims rinkti ir analizuoti buvo naudojama Acquisit programinė įranga (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, JAV).ROS charakteristikų nustatymas buvo atliktas tik tam tikroms darbo sąlygoms [-6,5 kV, 4,0 cm].EWNS koncentracija buvo išmatuota naudojant SMPS, įvertinus EWNS nuostolius smogikoje.
Ozono lygis buvo stebimas naudojant 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Visoms EWNS savybėms vidutinė vertė naudojama kaip matavimo vertė, o standartinis nuokrypis naudojamas kaip matavimo paklaida.Buvo atlikti T testai, siekiant palyginti optimizuotų EWNS atributų reikšmes su atitinkamomis bazinės EWNS reikšmėmis.
2c paveiksle parodyta anksčiau sukurta ir apibūdinta elektrostatinių kritulių (EPES) „traukimo“ sistema, kuri gali būti naudojama tikslingam EWNS pristatymui į paviršių.EPES naudoja EVNS krūvius, kuriuos veikiant stipriam elektriniam laukui galima „nuvesti“ tiesiai į taikinio paviršių.Išsami informacija apie EPES sistemą pateikta neseniai paskelbtame Pyrgiotakis ir kt.11 .Taigi EPES sudaro 3D spausdinta PVC kamera su kūginiais galais ir dvi lygiagrečios nerūdijančio plieno (304 nerūdijančio plieno, padengtos veidrodžiu) metalinės plokštės centre, 15,24 cm atstumu viena nuo kitos.Plokštės buvo prijungtos prie išorinio aukštos įtampos šaltinio (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), apatinė plokštė visada buvo prijungta prie teigiamos įtampos, o viršutinė plokštė visada buvo prijungta prie žemės (plaukiojanti žemė).Kameros sienos yra padengtos aliuminio folija, kuri yra elektra įžeminta, kad būtų išvengta dalelių praradimo.Kameroje yra sandarios priekinės pakrovimo durelės, leidžiančios bandomuosius paviršius pastatyti ant plastikinių stovų, kurie pakelia juos virš apatinės metalinės plokštės, kad būtų išvengta aukštos įtampos trukdžių.
EWNS nusodinimo efektyvumas EPES buvo apskaičiuotas pagal anksčiau sukurtą protokolą, aprašytą papildomame S111 paveiksle.
Kaip valdymo kamera, antroji cilindrinė srauto kamera buvo nuosekliai prijungta prie EPES sistemos, kurioje EWNS pašalinimui buvo naudojamas tarpinis HEPA filtras.Kaip parodyta 2c paveiksle, EWNS aerozolis buvo pumpuojamas per dvi įmontuotas kameras.Filtras tarp valdymo patalpos ir EPES pašalina visus likusius EWNS, todėl temperatūra (T), santykinė drėgmė (RH) ir ozono lygis yra vienodos.
Nustatyta, kad svarbūs per maistą plintantys mikroorganizmai užteršia šviežius maisto produktus, tokius kaip E. coli (ATCC #27325), išmatų indikatorius, Salmonella enterica (ATCC #53647), per maistą plintantis patogenas, nekenksmingas listeria (ATCC #33090), patogeninės Listeria monocytogenes pakaitalas, gautas iš ATCC, VACC AT8, Sac. gendančių mielių pakaitalas ir atsparesnė inaktyvuota bakterija Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Įsigykite atsitiktines dėžutes ekologiškų vynuoginių pomidorų iš vietinės rinkos ir laikykite šaldytuve iki 4 °C iki naudojimo (iki 3 dienų).Visi eksperimentiniai pomidorai buvo vienodo dydžio, maždaug 1/2 colio skersmens.
Kultūros, inokuliacijos, ekspozicijos ir kolonijų skaičiavimo protokolai yra išsamiai aprašyti ankstesniame leidinyje ir išsamiai aprašyti papildomuose duomenyse.EWNS veiksmingumas buvo įvertintas užkrėstus pomidorus veikiant 40 000 #/cm3 45 minutes.Trumpai tariant, trys pomidorai buvo naudojami išgyvenusiems mikroorganizmams įvertinti laiko momentu t = 0 min.Trys pomidorai buvo patalpinti į EPES ir paveikti EWNS 40 000 #/cc (EWNS veikiami pomidorai), o likę trys buvo patalpinti į kontrolinę kamerą (kontroliniai pomidorai).Papildomas abiejų grupių pomidorų apdorojimas nebuvo atliktas.EWNS paveikti pomidorai ir kontroliniai pomidorai buvo pašalinti po 45 minučių, kad būtų įvertintas EWNS poveikis.
Kiekvienas eksperimentas buvo atliktas trimis egzemplioriais.Duomenų analizė buvo atlikta pagal protokolą, aprašytą Papildomuose duomenyse.
Inaktyvacijos mechanizmai buvo įvertinti nusodinant paveiktus EWNS mėginius (45 min. esant 40 000 #/cm3 EWNS aerozolio koncentracijai) ir neapšvitintus nekenksmingų bakterijų E. coli, Salmonella enterica ir Lactobacillus mėginius.Dalelės buvo fiksuotos 2,5% glutaraldehido, 1,25% paraformaldehido ir 0,03% pikrino rūgšties 0,1 M natrio kakodilato buferyje (pH 7,4) 2 valandas kambario temperatūroje.Po plovimo fiksuokite 1% osmio tetroksidu (OsO4)/1,5% kalio ferocianidu (KFeCN6) 2 valandas, 3 kartus nuplaukite vandenyje ir inkubuokite 1% uranilo acetate 1 valandą, tada du kartus plaukite vandenyje, tada dehidratuokite 10%, 0%, 0%, 0%, 0%, 0%.Tada mėginiai 1 valandai buvo patalpinti į propileno oksidą ir impregnuoti 1:1 propileno oksido ir TAAP Epon mišiniu (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Mėginiai buvo įterpti į TAAB Epon ir polimerizuoti 60 ° C temperatūroje 48 valandas.Sukietėjusi granuliuota derva buvo supjaustyta ir vizualizuota TEM, naudojant įprastą perdavimo elektronų mikroskopą JEOL 1200EX (JEOL, Tokijas, Japonija), turintį AMT 2k CCD kamerą (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Masačusetsas, JAV).
Visi eksperimentai buvo atlikti trimis egzemplioriais.Kiekvienam laiko momentui bakterijų plovimai buvo sėjami trimis egzemplioriais, todėl kiekviename taške iš viso buvo gauti devyni duomenų taškai, kurių vidurkis buvo naudojamas kaip to konkretaus mikroorganizmo bakterijų koncentracija.Standartinis nuokrypis buvo naudojamas kaip matavimo paklaida.Visi taškai skaičiuojami.
Bakterijų koncentracijos sumažėjimo logaritmas, palyginti su t = 0 min, buvo apskaičiuotas pagal šią formulę:
kur C0 yra bakterijų koncentracija kontroliniame mėginyje 0 momentu (ty paviršiui išdžiūvus, bet prieš įdedant į kamerą), o Cn yra bakterijų koncentracija paviršiuje po n minučių poveikio.
Siekiant atsižvelgti į natūralų bakterijų skaidymąsi 45 minučių ekspozicijos metu, logaritminis sumažėjimas, palyginti su kontroline medžiaga po 45 minučių, taip pat buvo apskaičiuotas taip:
čia Cn yra bakterijų koncentracija kontroliniame mėginyje n laiku, o Cn-Control yra kontrolinių bakterijų koncentracija n laiko momentu.Duomenys pateikiami kaip loginis sumažėjimas, palyginti su kontroliniu (jokio EWNS poveikio).
Tyrimo metu buvo įvertinti keli įtampos ir atstumo tarp adatos ir priešpriešinio elektrodo deriniai, atsižvelgiant į Teiloro kūgio formavimąsi, Teiloro kūgio stabilumą, EWNS gamybos stabilumą ir atkuriamumą.Įvairūs deriniai rodomi papildomoje S1 lentelėje.Išsamiems tyrimams buvo atrinkti du atvejai, rodantys stabilias ir atkuriamas savybes (Taylor kūgis, EWNS generavimas ir stabilumas laikui bėgant).Ant pav.3 paveiksle rodomi ROS įkrovimo, dydžio ir turinio rezultatai abiem atvejais.Rezultatai taip pat pateikti 1 lentelėje. Kaip nuoroda, tiek 3 paveiksle, tiek 1 lentelėje pateikiamos anksčiau susintetintos neoptimizuotos EWNS8, 9, 10, 11 (bazinis EWNS) savybės.Statistinio reikšmingumo skaičiavimai, naudojant dviejų krypčių t testą, pakartotinai paskelbti papildomoje S2 lentelėje.Be to, papildomi duomenys apima priešelektrodo mėginių ėmimo angos skersmens (D) ir atstumo tarp įžeminimo elektrodo ir antgalio (L) poveikio tyrimus (papildomi S2 ir S3 paveikslai).
ac) Dydžių pasiskirstymas, išmatuotas AFM.df) paviršiaus krūvio charakteristika.g) EPR ROS apibūdinimas.
Taip pat svarbu pažymėti, kad esant visoms pirmiau nurodytoms sąlygoms, išmatuota jonizacijos srovė buvo nuo 2 iki 6 μA, o įtampa - nuo -3,8 iki -6,5 kV, todėl šio vieno EWNS kartos kontaktinio modulio energijos suvartojimas buvo mažesnis nei 50 mW.Nors EWNS buvo susintetintas esant aukštam slėgiui, ozono lygis buvo labai žemas ir niekada neviršijo 60 ppb.
Papildomas S4 paveikslas rodo modeliuojamus elektrinius laukus atitinkamai [-6,5 kV, 4,0 cm] ir [-3,8 kV, 0,5 cm] scenarijams.Pagal [-6,5 kV, 4,0 cm] ir [-3,8 kV, 0,5 cm] scenarijus lauko skaičiavimai yra atitinkamai 2 × 105 V/m ir 4,7 × 105 V/m.To tikimasi, nes antruoju atveju įtampos ir atstumo santykis yra daug didesnis.
Ant pav.3a, b parodytas EWNS skersmuo, išmatuotas naudojant AFM8.Apskaičiuoti vidutiniai EWNS skersmenys buvo 27 nm ir 19 nm atitinkamai [-6,5 kV, 4,0 cm] ir [-3,8 kV, 0,5 cm] schemoms.[-6,5 kV, 4,0 cm] ir [-3,8 kV, 0,5 cm] scenarijuose skirstinių geometriniai standartiniai nuokrypiai yra atitinkamai 1,41 ir 1,45, o tai rodo siaurą dydžio pasiskirstymą.Tiek vidutinis dydis, tiek geometrinis standartinis nuokrypis yra labai artimi pradiniam EWNS, atitinkamai 25 nm ir 1, 41.Ant pav.3c parodytas bazinio EWNS dydžio pasiskirstymas, išmatuotas tuo pačiu metodu tomis pačiomis sąlygomis.
Ant pav.3d, e rodo krūvio apibūdinimo rezultatus.Duomenys yra vidutiniai 30 koncentracijos (#/cm3) ir srovės (I) matavimų vienu metu.Analizė rodo, kad vidutinis EWNS įkrovimas yra atitinkamai 22 ± 6 e- ir 44 ± 6 e- atitinkamai [-6,5 kV, 4,0 cm] ir [-3,8 kV, 0,5 cm].Jie turi žymiai didesnį paviršiaus krūvį, palyginti su pradine EWNS (10 ± 2 e-), du kartus didesni nei [-6,5 kV, 4,0 cm] scenarijuje ir keturis kartus didesni nei [-3,8 kV, 0,5 cm].3f paveiksle parodytas įkrovimas.„Baseline-EWNS“ duomenys.
Iš EWNS skaičiaus koncentracijos žemėlapių (papildomi S5 ir S6 paveikslai) matyti, kad [-6,5 kV, 4,0 cm] scenarijus turi žymiai daugiau dalelių nei [-3,8 kV, 0,5 cm] scenarijus.Taip pat verta paminėti, kad EWNS skaičiaus koncentracija buvo stebima iki 4 valandų (papildomi S5 ir S6 paveikslai), kai EWNS generacijos stabilumas abiem atvejais parodė tą patį dalelių skaičiaus koncentracijos lygį.
Ant pav.3g parodytas EPR spektras atėmus optimizuotą EWNS valdymą (foną) esant [-6,5 kV, 4,0 cm].ROS spektrai taip pat buvo lyginami su „Baseline-EWNS“ scenarijumi anksčiau paskelbtame darbe.Apskaičiuota, kad EWNS, reaguojančių su sukimosi spąstais, skaičius yra 7, 5 × 104 EWNS / s, o tai panašu į anksčiau paskelbtą „Baseline-EWNS8“.EPR spektrai aiškiai parodė dviejų tipų ROS buvimą: O2- yra vyraujanti rūšis, o OH• - mažiau.Be to, tiesioginis smailių intensyvumo palyginimas parodė, kad optimizuotas EWNS turėjo žymiai didesnį ROS kiekį, palyginti su pradine EWNS.
Ant pav.4 parodytas EWNS nusodinimo efektyvumas EPES.Duomenys taip pat apibendrinti I lentelėje ir lyginami su pradiniais EWNS duomenimis.Abiem EUNS atvejais nusėdimas yra beveik 100%, net esant žemai 3,0 kV įtampai.Paprastai 100% nusodinimui pakanka 3,0 kV, neatsižvelgiant į paviršiaus krūvio pasikeitimą.Tomis pačiomis sąlygomis „Baseline-EWNS“ nusodinimo efektyvumas buvo tik 56% dėl mažesnio jų krūvio (vidutiniškai 10 elektronų viename EWNS).
Ant pav.5 ir lentelėje.2 apibendrinta mikroorganizmų, užkrėstų pomidorų paviršiuje, inaktyvacijos vertė po maždaug 40 000 #/cm3 EWNS 45 minutes optimaliu režimu [-6,5 kV, 4,0 cm].Inokuliuoti E. coli ir Lactobacillus innocuous parodė reikšmingą 3,8 logo sumažėjimą per 45 minučių ekspoziciją.Tomis pačiomis sąlygomis S. enterica sumažėjo 2,2 log, o S. cerevisiae ir M. parafortutum – 1,0 log.
Elektroninės mikrografijos (6 pav.) vaizduoja fizinius pokyčius, kuriuos EWNS sukelia nekenksmingose ​​Escherichia coli, Streptococcus ir Lactobacillus ląstelėse, dėl kurių jos inaktyvuojamos.Kontrolinės bakterijos turėjo nepažeistas ląstelių membranas, o atviros bakterijos buvo pažeistos išorines membranas.
Kontrolinių ir atvirų bakterijų elektroninis mikroskopinis vaizdas atskleidė membranos pažeidimą.
Duomenys apie optimizuoto EWNS fizikines ir chemines savybes bendrai rodo, kad EWNS savybės (paviršiaus krūvis ir ROS kiekis) buvo žymiai patobulintos, palyginti su anksčiau paskelbtais EWNS pradiniais duomenimis8, 9, 10, 11.Kita vertus, jų dydis išliko nanometrų diapazone, labai panašus į anksčiau pateiktus rezultatus, todėl jie ilgą laiką išliko ore.Pastebėtas polidispersiškumas gali būti paaiškintas paviršiaus krūvio pokyčiais, kurie lemia EWNS dydį, Rayleigh efekto atsitiktinumą ir galimą koalescenciją.Tačiau, kaip išsamiai paaiškino Nielsen ir kt.22, didelis paviršiaus krūvis sumažina garavimą, efektyviai padidindamas vandens lašo paviršiaus energiją / įtempimą.Ankstesniame mūsų leidinyje8 ši teorija buvo eksperimentiškai patvirtinta mikrolašeliams 22 ir EWNS.Krovinio praradimas viršvalandžių metu taip pat gali turėti įtakos dydžiui ir prisidėti prie stebimo dydžio pasiskirstymo.