Terima kasih kerana melawat Nature.com.Versi penyemak imbas yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad.Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer).Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan menjadikan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Karusel yang menunjukkan tiga slaid pada masa yang sama.Gunakan butang Sebelum dan Seterusnya untuk bergerak melalui tiga slaid pada satu masa, atau gunakan butang gelangsar pada penghujung untuk bergerak melalui tiga slaid pada satu masa.
Baru-baru ini, platform antimikrob bebas kimia berasaskan nanoteknologi menggunakan struktur nano air buatan (EWNS) telah dibangunkan.EWNS mempunyai cas permukaan yang tinggi dan tepu dengan spesies oksigen reaktif (ROS) yang boleh berinteraksi dan menyahaktifkan beberapa mikroorganisma, termasuk patogen bawaan makanan.Di sini ditunjukkan bahawa sifatnya semasa sintesis boleh diperhalusi dan dioptimumkan untuk meningkatkan lagi potensi antibakterianya.Platform makmal EWNS telah direka untuk memperhalusi sifat EWNS dengan menukar parameter sintesis.Pencirian sifat EWNS (caj, saiz dan kandungan ROS) menggunakan kaedah analisis moden.Di samping itu, mereka dinilai untuk potensi penyahaktifan mikrob terhadap mikroorganisma bawaan makanan seperti Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum dan Saccharomyces cerevisiae.Keputusan yang dibentangkan di sini menunjukkan bahawa sifat EWNS boleh diperhalusi semasa sintesis, menghasilkan peningkatan eksponen dalam kecekapan penyahaktifan.Khususnya, cas permukaan meningkat sebanyak empat faktor dan spesies oksigen reaktif meningkat.Kadar penyingkiran mikrob bergantung kepada mikrob dan berjulat antara 1.0 hingga 3.8 log selepas pendedahan 45 minit kepada dos aerosol 40,000 #/cc EWNS.
Pencemaran mikrob adalah punca utama penyakit bawaan makanan yang disebabkan oleh pengambilan patogen atau toksinnya.Di Amerika Syarikat sahaja, penyakit bawaan makanan menyebabkan kira-kira 76 juta penyakit, 325,000 kemasukan ke hospital, dan 5,000 kematian setiap tahun1.Di samping itu, Jabatan Pertanian Amerika Syarikat (USDA) menganggarkan bahawa peningkatan penggunaan hasil segar bertanggungjawab untuk 48% daripada semua penyakit bawaan makanan yang dilaporkan di Amerika Syarikat2.Kos penyakit dan kematian yang disebabkan oleh patogen bawaan makanan di Amerika Syarikat adalah sangat tinggi, dianggarkan oleh Pusat Kawalan dan Pencegahan Penyakit (CDC) lebih daripada AS$15.6 bilion setahun3.
Pada masa ini, campur tangan antimikrob kimia4, sinaran5 dan terma6 untuk memastikan keselamatan makanan kebanyakannya dijalankan pada titik kawalan kritikal terhad (CCP) di sepanjang rantaian pengeluaran (biasanya selepas penuaian dan/atau semasa pembungkusan) dan bukannya secara berterusan.oleh itu, mereka terdedah kepada pencemaran silang.7. Kawalan yang lebih baik terhadap penyakit bawaan makanan dan kerosakan makanan memerlukan campur tangan antimikrob yang berpotensi digunakan merentasi kontinum ladang ke meja sambil mengurangkan kesan dan kos alam sekitar.
Baru-baru ini, platform antimikrob berasaskan nanoteknologi bebas kimia telah dibangunkan yang boleh menyahaktifkan bakteria permukaan dan udara menggunakan struktur nano air buatan (EWNS).EWNS telah disintesis menggunakan dua proses selari, penyembur elektrik dan pengionan air (Rajah 1a).Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa EWNS mempunyai set unik sifat fizikal dan biologi8,9,10.EWNS mempunyai purata 10 elektron setiap struktur dan saiz nano purata 25 nm (Rajah 1b, c)8,9,10.Di samping itu, resonans putaran elektron (ESR) menunjukkan bahawa EWNS mengandungi sejumlah besar spesies oksigen reaktif (ROS), terutamanya radikal hidroksil (OH•) dan superoksida (O2-) (Rajah 1c)8.EVNS berada di udara untuk jangka masa yang lama dan boleh berlanggar dengan mikroorganisma terampai di udara dan hadir di permukaan, menyampaikan muatan ROS mereka dan menyebabkan ketidakaktifan mikroorganisma (Rajah 1d).Kajian awal ini juga menunjukkan bahawa EWNS boleh berinteraksi dengan dan menyahaktifkan pelbagai bakteria gram-negatif dan gram-positif, termasuk mikobakteria, pada permukaan dan di udara.Mikroskopi elektron penghantaran menunjukkan bahawa ketidakaktifan disebabkan oleh gangguan membran sel.Di samping itu, kajian penyedutan akut telah menunjukkan bahawa dos EWNS yang tinggi tidak menyebabkan kerosakan paru-paru atau keradangan 8 .
(a) Electrospray berlaku apabila voltan tinggi dikenakan antara tiub kapilari yang mengandungi cecair dan elektrod pembilang.(b) Penggunaan tekanan tinggi menghasilkan dua fenomena yang berbeza: (i) penyemburan elektrik air dan (ii) pembentukan spesies oksigen reaktif (ion) yang terperangkap dalam EWNS.(c) Struktur unik EWNS.(d) Oleh kerana sifat skala nanonya, EWNS sangat mudah alih dan boleh berinteraksi dengan patogen bawaan udara.
Keupayaan platform antimikrob EWNS untuk menyahaktifkan mikroorganisma bawaan makanan pada permukaan makanan segar juga telah ditunjukkan baru-baru ini.Ia juga telah menunjukkan bahawa cas permukaan EWNS dalam kombinasi dengan medan elektrik boleh digunakan untuk mencapai penghantaran yang disasarkan.Selain itu, keputusan awal untuk tomato organik selepas pendedahan selama 90 minit di EWNS kira-kira 50,000 #/cm3 adalah menggalakkan, dengan pelbagai mikroorganisma bawaan makanan seperti E. coli dan Listeria 11 diperhatikan.Selain itu, ujian organoleptik awal tidak menunjukkan kesan deria berbanding tomato kawalan.Walaupun keputusan penyahaktifan awal ini menggalakkan untuk aplikasi keselamatan makanan walaupun pada dos EWNS yang sangat rendah iaitu 50,000#/cc.lihat, adalah jelas bahawa potensi penyahaktifan yang lebih tinggi akan lebih bermanfaat untuk mengurangkan lagi risiko jangkitan dan kerosakan.
Di sini, kami akan menumpukan penyelidikan kami pada pembangunan platform penjanaan EWNS untuk membolehkan penalaan halus parameter sintesis dan pengoptimuman sifat fizikokimia EWNS untuk meningkatkan potensi antibakteria mereka.Khususnya, pengoptimuman telah menumpukan pada meningkatkan caj permukaan mereka (untuk meningkatkan penghantaran yang disasarkan) dan kandungan ROS (untuk meningkatkan kecekapan penyahaktifan).Mencirikan sifat fiziko-kimia yang dioptimumkan (saiz, caj dan kandungan ROS) menggunakan kaedah analisis moden dan menggunakan mikroorganisma makanan biasa seperti E. .
EVNS telah disintesis dengan penyemburan elektrik serentak dan pengionan air ketulenan tinggi (18 MΩ cm–1).Nebulizer elektrik 12 biasanya digunakan untuk pengabusan cecair dan sintesis polimer dan zarah seramik 13 dan gentian 14 saiz terkawal.
Seperti yang diperincikan dalam penerbitan sebelumnya 8, 9, 10, 11, dalam eksperimen biasa, voltan tinggi digunakan antara kapilari logam dan elektrod pembilang yang dibumikan.Semasa proses ini, dua fenomena berbeza berlaku: i) penyembur elektrik dan ii) pengionan air.Medan elektrik yang kuat di antara kedua-dua elektrod menyebabkan cas negatif terkumpul di permukaan air pekat, mengakibatkan pembentukan kon Taylor.Akibatnya, titisan air bercas tinggi terbentuk, yang terus terpecah menjadi zarah yang lebih kecil, seperti dalam teori Rayleigh16.Pada masa yang sama, medan elektrik yang kuat menyebabkan beberapa molekul air terbelah dan menanggalkan elektron (mengion), yang membawa kepada pembentukan sejumlah besar spesies oksigen reaktif (ROS)17.ROS18 yang dihasilkan secara serentak telah dikapsulkan dalam EWNS (Rajah 1c).
Pada rajah.2a menunjukkan sistem penjanaan EWNS yang dibangunkan dan digunakan dalam sintesis EWNS dalam kajian ini.Air tulen yang disimpan dalam botol tertutup disuap melalui tiub Teflon (diameter dalam 2 mm) ke dalam jarum keluli tahan karat 30G (kapilari logam).Aliran air dikawal oleh tekanan udara di dalam botol, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2b.Jarum dipasang pada konsol Teflon dan boleh dilaraskan secara manual pada jarak tertentu dari elektrod kaunter.Elektrod kaunter ialah cakera aluminium yang digilap dengan lubang di tengah untuk pensampelan.Di bawah elektrod kaunter ialah corong pensampelan aluminium, yang disambungkan ke seluruh persediaan eksperimen melalui port pensampelan (Rajah 2b).Untuk mengelakkan pengumpulan cas yang boleh mengganggu operasi pensampel, semua komponen pensampel dibumikan secara elektrik.
(a) Sistem Penjanaan Struktur Nano Air Kejuruteraan (EWNS).(b) Keratan rentas pensampel dan penyembur elektrik, menunjukkan parameter yang paling penting.(c) Persediaan eksperimen untuk penyahaktifan bakteria.
Sistem penjanaan EWNS yang diterangkan di atas mampu mengubah parameter operasi utama untuk memudahkan penalaan halus sifat EWNS.Laraskan voltan yang digunakan (V), jarak antara jarum dan elektrod pembilang (L), dan aliran air (φ) melalui kapilari untuk memperhalusi ciri EWNS.Simbol yang digunakan untuk mewakili gabungan yang berbeza: [V (kV), L (cm)].Laraskan aliran air untuk mendapatkan kon Taylor yang stabil bagi set tertentu [V, L].Untuk tujuan kajian ini, diameter apertur elektrod pembilang (D) dikekalkan pada 0.5 inci (1.29 cm).
Disebabkan oleh geometri dan asimetri yang terhad, kekuatan medan elektrik tidak boleh dikira daripada prinsip pertama.Sebaliknya, perisian QuickField™ (Svendborg, Denmark)19 digunakan untuk mengira medan elektrik.Medan elektrik tidak seragam, jadi nilai medan elektrik di hujung kapilari digunakan sebagai nilai rujukan untuk pelbagai konfigurasi.
Semasa kajian, beberapa kombinasi voltan dan jarak antara jarum dan elektrod pembilang telah dinilai dari segi pembentukan kon Taylor, kestabilan kon Taylor, kestabilan pengeluaran EWNS, dan kebolehulangan.Pelbagai kombinasi ditunjukkan dalam Jadual Tambahan S1.
Output sistem penjanaan EWNS disambungkan terus kepada Penganalisis Saiz Zarah Mobiliti Pengimbasan (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) untuk pengukuran kepekatan nombor zarah, serta kepada Elektrometer Aerosol Faraday (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) untuk arus aerosol diukur seperti yang diterangkan dalam penerbitan kami sebelum ini.Kedua-dua SMPS dan elektrometer aerosol diambil pada kadar aliran 0.5 L/min (jumlah aliran sampel 1 L/min).Nombor kepekatan zarah dan aliran aerosol diukur selama 120 saat.Pengukuran diulang 30 kali.Berdasarkan ukuran semasa, jumlah cas aerosol dikira dan purata cas EWNS dianggarkan untuk jumlah bilangan zarah EWNS terpilih tertentu.Kos purata EWNS boleh dikira menggunakan Persamaan (1):
di mana IEl ialah arus yang diukur, NSMPS ialah kepekatan digital yang diukur dengan SMPS, dan φEl ialah kadar aliran bagi setiap elektrometer.
Oleh kerana kelembapan relatif (RH) mempengaruhi cas permukaan, suhu dan (RH) dikekalkan malar semasa eksperimen pada 21°C dan 45%, masing-masing.
Mikroskopi daya atom (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) dan probe AC260T (Olympus, Tokyo, Jepun) digunakan untuk mengukur saiz dan jangka hayat EWNS.Kekerapan pengimbasan AFM ialah 1 Hz, kawasan pengimbasan ialah 5 μm × 5 μm, dan 256 baris imbasan.Semua imej tertakluk kepada penjajaran imej pesanan pertama menggunakan perisian Asylum (julat topeng 100 nm, ambang 100 malam).
Corong ujian dikeluarkan dan permukaan mika diletakkan pada jarak 2.0 cm dari elektrod pembilang untuk masa purata 120 s untuk mengelakkan penggumpalan zarah dan pembentukan titisan yang tidak teratur pada permukaan mika.EWNS disembur terus ke permukaan mika yang baru dipotong (Ted Pella, Redding, CA).Imej permukaan mika sejurus selepas AFM terpercik.Sudut sentuhan permukaan mika yang tidak diubah suai yang baru dipotong adalah hampir 0°, jadi EVNS diedarkan pada permukaan mika dalam bentuk kubah.Diameter (a) dan ketinggian (h) titisan meresap diukur terus dari topografi AFM dan digunakan untuk mengira volum penyebaran kubah EWNS menggunakan kaedah kami yang telah disahkan sebelum ini.Dengan mengandaikan EWNS onboard mempunyai isipadu yang sama, diameter setara boleh dikira menggunakan Persamaan (2):
Berdasarkan kaedah kami yang telah dibangunkan sebelum ini, perangkap putaran resonans putaran elektron (ESR) digunakan untuk mengesan kehadiran perantaraan radikal jangka pendek dalam EWNS.Aerosol telah dibuih melalui sparger Midget 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) yang mengandungi larutan 235 mM DEPMPO(5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Semua pengukuran ESR dilakukan menggunakan spektrometer Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) dan sel panel rata.Perisian Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) telah digunakan untuk mengumpul dan menganalisis data.Penentuan ciri-ciri ROS dijalankan hanya untuk satu set keadaan operasi [-6.5 kV, 4.0 cm].Kepekatan EWNS diukur menggunakan SMPS selepas mengambil kira kerugian EWNS dalam impak.
Tahap ozon dipantau menggunakan 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Untuk semua sifat EWNS, nilai min digunakan sebagai nilai ukuran, dan sisihan piawai digunakan sebagai ralat pengukuran.Ujian-t dilakukan untuk membandingkan nilai atribut EWNS yang dioptimumkan dengan nilai EWNS asas yang sepadan.
Rajah 2c menunjukkan sistem "tarik" pemendakan elektrostatik (EPES) yang dibangunkan dan dicirikan sebelum ini yang boleh digunakan untuk penghantaran sasaran EWNS di permukaan.EPES menggunakan caj EVNS yang boleh "dipandu" terus ke permukaan sasaran di bawah pengaruh medan elektrik yang kuat.Butiran sistem EPES dibentangkan dalam penerbitan terbaru oleh Pyrgiotakis et al.11 .Oleh itu, EPES terdiri daripada ruang PVC bercetak 3D dengan hujung tirus dan mengandungi dua plat logam keluli tahan karat selari (304 keluli tahan karat, bersalut cermin) pada jarak tengah 15.24 cm.Papan disambungkan kepada sumber voltan tinggi luaran (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), plat bawah sentiasa disambungkan kepada voltan positif, dan plat atas sentiasa disambungkan ke tanah (tanah terapung).Dinding ruang ditutup dengan kerajang aluminium, yang dibumikan secara elektrik untuk mengelakkan kehilangan zarah.Ruang ini mempunyai pintu pemuatan hadapan tertutup yang membolehkan permukaan ujian diletakkan pada dirian plastik yang menaikkannya di atas plat logam bawah untuk mengelakkan gangguan voltan tinggi.
Kecekapan pemendapan EWNS dalam EPES dikira mengikut protokol yang dibangunkan sebelum ini yang diperincikan dalam Rajah Tambahan S111.
Sebagai ruang kawalan, ruang aliran silinder kedua disambungkan secara bersiri kepada sistem EPES, di mana penapis HEPA perantaraan digunakan untuk mengeluarkan EWNS.Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2c, aerosol EWNS dipam melalui dua ruang terbina dalam.Penapis antara bilik kawalan dan EPES mengalih keluar sebarang baki EWNS yang mengakibatkan suhu (T), kelembapan relatif (RH) dan paras ozon yang sama.
Mikroorganisma bawaan makanan yang penting telah didapati mencemari makanan segar seperti E. coli (ATCC #27325), penunjuk najis, Salmonella enterica (ATCC #53647), patogen bawaan makanan, Listeria tidak berbahaya (ATCC #33090), pengganti untuk Listeria monocytogenes patogenik, yang berasal daripada ATCC (ATCC 8 substitusi) #ATCC (Manacchiaroces) yis rosak, dan bakteria tidak aktif yang lebih tahan, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Beli kotak rawak tomato anggur organik dari pasaran tempatan anda dan sejukkan pada suhu 4°C sehingga digunakan (sehingga 3 hari).Tomato percubaan adalah semua saiz yang sama, kira-kira 1/2 inci diameter.
Budaya, inokulasi, pendedahan dan protokol kiraan koloni diperincikan dalam penerbitan kami sebelum ini dan diperincikan dalam Data Tambahan.Keberkesanan EWNS dinilai dengan mendedahkan tomato yang disuntik kepada 40,000 #/cm3 selama 45 minit.Secara ringkas, tiga biji tomato telah digunakan untuk menilai mikroorganisma yang masih hidup pada masa t = 0 min.Tiga tomato diletakkan di dalam EPES dan didedahkan kepada EWNS pada 40,000 #/cc (tomato terdedah EWNS) dan baki tiga lagi diletakkan di dalam kebuk kawalan (tomato kawalan).Pemprosesan tambahan tomato dalam kedua-dua kumpulan tidak dijalankan.Tomato yang terdedah kepada EWNS dan tomato kawalan dikeluarkan selepas 45 minit untuk menilai kesan EWNS.
Setiap eksperimen dijalankan dalam tiga kali ganda.Analisis data dilakukan mengikut protokol yang diterangkan dalam Data Tambahan.
Mekanisme penyahaktifan dinilai dengan pemendapan sampel EWNS terdedah (45 minit pada 40,000 #/cm3 kepekatan aerosol EWNS) dan sampel tidak disinari bakteria tidak berbahaya E. coli, Salmonella enterica dan Lactobacillus.Zarah-zarah telah ditetapkan dalam 2.5% glutaraldehid, 1.25% paraformaldehid dan 0.03% asid pikrik dalam penimbal natrium cacodylate 0.1 M (pH 7.4) selama 2 jam pada suhu bilik.Selepas mencuci, pasangkan dengan 1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) selama 2 jam, basuh 3 kali dalam air dan inkubasi dalam 1% uranyl acetate selama 1 jam, kemudian basuh dua kali dalam air, kemudian dehidrasi selama 10 minit dalam 50%, 1, 9% dalam alkohol.Sampel kemudian diletakkan dalam propilena oksida selama 1 jam dan diresapi dengan campuran 1:1 propilena oksida dan TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Sampel telah dibenamkan dalam TAAB Epon dan dipolimerkan pada 60°C selama 48 jam.Resin berbutir yang telah diawet telah dipotong dan divisualisasikan oleh TEM menggunakan mikroskop elektron penghantaran konvensional JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Jepun) dilengkapi dengan kamera AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, Amerika Syarikat).
Semua eksperimen dijalankan dalam tiga kali ganda.Untuk setiap titik masa, basuhan bakteria telah disemai dalam tiga kali ganda, menghasilkan sejumlah sembilan titik data setiap titik, yang puratanya digunakan sebagai kepekatan bakteria untuk mikroorganisma tertentu itu.Sisihan piawai digunakan sebagai ralat pengukuran.Semua mata dikira.
Logaritma penurunan kepekatan bakteria berbanding t = 0 min dikira menggunakan formula berikut:
di mana C0 ialah kepekatan bakteria dalam sampel kawalan pada masa 0 (iaitu selepas permukaan telah kering tetapi sebelum diletakkan di dalam kebuk) dan Cn ialah kepekatan bakteria pada permukaan selepas n minit pendedahan.
Untuk mengambil kira kemerosotan semula jadi bakteria semasa pendedahan 45 minit, pengurangan log berbanding kawalan selepas 45 minit juga dikira seperti berikut:
di mana Cn ialah kepekatan bakteria dalam sampel kawalan pada masa n dan Cn-Control ialah kepekatan bakteria kawalan pada masa n.Data dibentangkan sebagai pengurangan log berbanding kawalan (tiada pendedahan EWNS).
Semasa kajian, beberapa kombinasi voltan dan jarak antara jarum dan elektrod pembilang telah dinilai dari segi pembentukan kon Taylor, kestabilan kon Taylor, kestabilan pengeluaran EWNS, dan kebolehulangan.Pelbagai kombinasi ditunjukkan dalam Jadual Tambahan S1.Dua kes yang menunjukkan sifat stabil dan boleh dihasilkan semula (kon Taylor, penjanaan EWNS, dan kestabilan dari semasa ke semasa) telah dipilih untuk kajian komprehensif.Pada rajah.Rajah 3 menunjukkan keputusan untuk caj, saiz dan kandungan ROS dalam kedua-dua kes.Keputusan juga ditunjukkan dalam Jadual 1. Sebagai rujukan, kedua-dua Rajah 3 dan Jadual 1 termasuk sifat-sifat EWNS8, 9, 10, 11 yang tidak dioptimumkan yang disintesis sebelum ini (garis dasar-EWNS).Pengiraan kepentingan statistik menggunakan ujian-t dua hujung diterbitkan semula dalam Jadual Tambahan S2.Di samping itu, data tambahan termasuk kajian tentang kesan diameter lubang pensampelan elektrod kaunter (D) dan jarak antara elektrod tanah dan hujung (L) (Rajah Tambahan S2 dan S3).
(ac) Taburan saiz diukur oleh AFM.(df) Ciri cas permukaan.(g) Pencirian ROS bagi EPR.
Adalah penting juga untuk ambil perhatian bahawa untuk semua keadaan di atas, arus pengionan yang diukur adalah antara 2 dan 6 μA dan voltan antara -3.8 dan -6.5 kV, menghasilkan penggunaan kuasa kurang daripada 50 mW untuk modul hubungan penjanaan EWNS tunggal ini.Walaupun EWNS disintesis di bawah tekanan tinggi, paras ozon adalah sangat rendah, tidak pernah melebihi 60 ppb.
Rajah Tambahan S4 menunjukkan medan elektrik simulasi untuk senario [-6.5 kV, 4.0 cm] dan [-3.8 kV, 0.5 cm], masing-masing.Untuk senario [-6.5 kV, 4.0 cm] dan [-3.8 kV, 0.5 cm], pengiraan medan ialah 2 × 105 V/m dan 4.7 × 105 V/m, masing-masing.Ini dijangka, kerana dalam kes kedua nisbah voltan-jarak jauh lebih tinggi.
Pada rajah.3a, b menunjukkan diameter EWNS yang diukur dengan AFM8.Purata diameter EWNS yang dikira ialah 27 nm dan 19 nm untuk skema [-6.5 kV, 4.0 cm] dan [-3.8 kV, 0.5 cm] masing-masing.Untuk senario [-6.5 kV, 4.0 cm] dan [-3.8 kV, 0.5 cm], sisihan piawai geometri bagi taburan ialah 1.41 dan 1.45, masing-masing, menunjukkan taburan saiz yang sempit.Kedua-dua saiz min dan sisihan piawai geometri adalah sangat hampir dengan garis dasar EWNS, masing-masing pada 25 nm dan 1.41.Pada rajah.3c menunjukkan taburan saiz EWNS asas yang diukur menggunakan kaedah yang sama di bawah keadaan yang sama.
Pada rajah.3d,e menunjukkan keputusan pencirian cas.Data ialah ukuran purata 30 ukuran serentak kepekatan (#/cm3) dan arus (I).Analisis menunjukkan bahawa cas purata pada EWNS ialah 22 ± 6 e- dan 44 ± 6 e- untuk [-6.5 kV, 4.0 cm] dan [-3.8 kV, 0.5 cm], masing-masing.Ia mempunyai cas permukaan yang jauh lebih tinggi berbanding EWNS garis dasar (10 ± 2 e-), dua kali lebih besar daripada senario [-6.5 kV, 4.0 cm] dan empat kali lebih besar daripada [-3 .8 kV, 0.5 cm].Rajah 3f menunjukkan cas.data untuk Baseline-EWNS.
Daripada peta kepekatan nombor EWNS (Angka Tambahan S5 dan S6), dapat dilihat bahawa senario [-6.5 kV, 4.0 cm] mempunyai lebih banyak zarah daripada senario [-3.8 kV, 0.5 cm].Perlu juga diperhatikan bahawa kepekatan nombor EWNS dipantau sehingga 4 jam (Angka Tambahan S5 dan S6), di mana kestabilan penjanaan EWNS menunjukkan tahap kepekatan nombor zarah yang sama dalam kedua-dua kes.
Pada rajah.3g menunjukkan spektrum EPR selepas penolakan kawalan EWNS yang dioptimumkan (latar belakang) pada [-6.5 kV, 4.0 cm].Spektrum ROS juga dibandingkan dengan senario Baseline-EWNS dalam karya yang diterbitkan sebelum ini.Bilangan EWNS yang bertindak balas dengan perangkap putaran dikira sebagai 7.5 × 104 EWNS/s, yang serupa dengan Baseline-EWNS8 yang diterbitkan sebelum ini.Spektrum EPR jelas menunjukkan kehadiran dua jenis ROS, dengan O2- sebagai spesies utama dan OH• kurang banyak.Di samping itu, perbandingan langsung keamatan puncak menunjukkan bahawa EWNS yang dioptimumkan mempunyai kandungan ROS yang jauh lebih tinggi berbanding EWNS garis dasar.
Pada rajah.4 menunjukkan kecekapan pemendapan EWNS dalam EPES.Data tersebut juga diringkaskan dalam Jadual I dan dibandingkan dengan data EWNS asal.Bagi kedua-dua kes EUNS, pemendapan adalah hampir 100% walaupun pada voltan rendah 3.0 kV.Biasanya, 3.0 kV adalah mencukupi untuk 100% pemendapan, tanpa mengira perubahan cas permukaan.Di bawah keadaan yang sama, kecekapan pemendapan Baseline-EWNS hanya 56% disebabkan casnya yang lebih rendah (purata 10 elektron setiap EWNS).
Pada rajah.5 dan dalam jadual.2 meringkaskan nilai penyahaktifan mikroorganisma yang disuntik pada permukaan tomato selepas terdedah kepada kira-kira 40,000 #/cm3 EWNS selama 45 minit pada mod optimum [-6.5 kV, 4.0 cm].E. coli dan Lactobacillus innocuous yang disuntik menunjukkan pengurangan ketara sebanyak 3.8 batang kayu sepanjang pendedahan 45 minit.Di bawah keadaan yang sama, S. enterica mengalami penurunan 2.2 log, manakala S. cerevisiae dan M. parafortutum mengalami penurunan 1.0 log.
Mikrograf elektron (Rajah 6) menggambarkan perubahan fizikal yang disebabkan oleh EWNS pada sel Escherichia coli, Streptococcus, dan Lactobacillus yang tidak berbahaya yang membawa kepada ketidakaktifannya.Bakteria kawalan mempunyai membran sel yang utuh, manakala bakteria yang terdedah telah merosakkan membran luar.
Pengimejan mikroskop elektron kawalan dan bakteria terdedah mendedahkan kerosakan membran.
Data tentang sifat fizikokimia EWNS yang dioptimumkan secara kolektif menunjukkan bahawa sifat (cas permukaan dan kandungan ROS) EWNS telah bertambah baik dengan ketara berbanding dengan data asas EWNS yang diterbitkan sebelum ini8,9,10,11.Sebaliknya, saiznya kekal dalam julat nanometer, sangat serupa dengan keputusan yang dilaporkan sebelum ini, membolehkan mereka kekal di udara untuk jangka masa yang lama.Polidispersiti yang diperhatikan boleh dijelaskan oleh perubahan cas permukaan yang menentukan saiz EWNS, kerawak kesan Rayleigh, dan potensi gabungan.Walau bagaimanapun, seperti yang diperincikan oleh Nielsen et al.22, cas permukaan yang tinggi mengurangkan penyejatan dengan meningkatkan tenaga permukaan/ketegangan titisan air secara berkesan.Dalam penerbitan kami sebelum ini8 teori ini telah disahkan secara eksperimen untuk titisan mikro 22 dan EWNS.Kehilangan caj semasa kerja lebih masa juga boleh menjejaskan saiz dan menyumbang kepada pengagihan saiz yang diperhatikan.