Благодарим вас за посещение Nature.com.Используемая вами версия браузера имеет ограниченную поддержку CSS.Для оптимальной работы мы рекомендуем вам использовать обновленный браузер (или отключить режим совместимости в Internet Explorer).Тем временем, чтобы обеспечить постоянную поддержку, мы будем отображать сайт без стилей и JavaScript.
Карусель, показывающая три слайда одновременно.Используйте кнопки «Назад» и «Далее», чтобы перемещаться по трем слайдам за раз, или используйте кнопки ползунка в конце, чтобы перемещаться по трем слайдам за раз.
Недавно была разработана безхимическая противомикробная платформа на основе нанотехнологий с использованием искусственных наноструктур воды (ИВНС).EWNS имеют высокий поверхностный заряд и насыщены активными формами кислорода (АФК), которые могут взаимодействовать и инактивировать ряд микроорганизмов, включая патогены пищевого происхождения.Здесь показано, что их свойства во время синтеза могут быть отрегулированы и оптимизированы для дальнейшего повышения их антибактериального потенциала.Лабораторная платформа EWNS была разработана для тонкой настройки свойств EWNS путем изменения параметров синтеза.Характеристика свойств ЭВНС (заряд, размер и содержание АФК) с использованием современных аналитических методов.Кроме того, они были оценены на предмет их микробного инактивационного потенциала в отношении микроорганизмов пищевого происхождения, таких как Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum и Saccharomyces cerevisiae.Представленные здесь результаты демонстрируют, что свойства EWNS могут быть точно настроены во время синтеза, что приводит к экспоненциальному увеличению эффективности инактивации.В частности, поверхностный заряд увеличился в четыре раза, а активные формы кислорода увеличились.Скорость микробного удаления зависела от микробов и колебалась от 1,0 до 3,8 log после 45-минутного воздействия аэрозольной дозы 40 000 #/см3 EWNS.
Микробное заражение является основной причиной болезней пищевого происхождения, вызванных проглатыванием патогенов или их токсинов.Только в Соединенных Штатах болезни пищевого происхождения ежегодно вызывают около 76 миллионов заболеваний, 325 000 госпитализаций и 5 000 смертей1.Кроме того, по оценкам Министерства сельского хозяйства США (USDA), увеличение потребления свежих продуктов является причиной 48% всех зарегистрированных болезней пищевого происхождения в Соединенных Штатах2.Стоимость болезней и смертей, вызванных пищевыми патогенами в Соединенных Штатах, очень высока и оценивается Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) более чем в 15,6 миллиардов долларов США в год3.
В настоящее время химические4, радиационные5 и термические6 антимикробные вмешательства для обеспечения безопасности пищевых продуктов в основном осуществляются в ограниченных критических контрольных точках (ККТ) по всей производственной цепочке (обычно после сбора урожая и/или во время упаковки), а не непрерывно.таким образом, они подвержены перекрестному загрязнению.7. Улучшение контроля над болезнями пищевого происхождения и порчей пищевых продуктов требует антимикробных вмешательств, которые потенциально могут применяться на всем протяжении цикла «от фермы до стола» при одновременном снижении воздействия на окружающую среду и снижении затрат.
Недавно была разработана безхимическая антимикробная платформа на основе нанотехнологий, которая может инактивировать поверхностные и находящиеся в воздухе бактерии с помощью искусственных наноструктур воды (EWNS).EWNS был синтезирован с использованием двух параллельных процессов, электрораспыления и ионизации воды (рис. 1а).Предыдущие исследования показали, что EWNS обладают уникальным набором физических и биологических свойств8,9,10.EWNS имеют в среднем 10 электронов на структуру и средний наноразмерный размер 25 нм (рис. 1b,c)8,9,10.Кроме того, методом электронного спинового резонанса (ЭПР) было показано, что EWNS содержит большое количество активных форм кислорода (АФК), в основном гидроксильные (OH•) и супероксидные (O2-) радикалы (рис. 1в)8.ЭВНС длительное время находится в воздухе и может сталкиваться с микроорганизмами, взвешенными в воздухе и присутствующими на поверхности, доставляя их полезную нагрузку АФК и вызывая инактивацию микроорганизмов (рис. 1г).Эти ранние исследования также показали, что EWNS может взаимодействовать и инактивировать различные грамотрицательные и грамположительные бактерии, включая микобактерии, на поверхностях и в воздухе.Трансмиссионная электронная микроскопия показала, что инактивация была вызвана разрушением клеточной мембраны.Кроме того, исследования при остром вдыхании показали, что высокие дозы EWNS не вызывают повреждения или воспаления легких 8 .
(а) Электрораспыление происходит, когда высокое напряжение подается между капиллярной трубкой, содержащей жидкость, и противоэлектродом.(b) Применение высокого давления приводит к двум различным явлениям: (i) электрораспылению воды и (ii) образованию активных форм кислорода (ионов), захваченных в EWNS.(c) Уникальная структура EWNS.(d) Благодаря своей наноразмерной природе EWNS очень мобильны и могут взаимодействовать с переносимыми по воздуху патогенами.
Недавно была продемонстрирована способность противомикробной платформы EWNS инактивировать пищевые микроорганизмы на поверхности свежих продуктов.Также было показано, что поверхностный заряд EWNS в сочетании с электрическим полем можно использовать для достижения адресной доставки.Кроме того, предварительные результаты для органических помидоров после 90-минутного воздействия при EWNS около 50 000 #/см3 были обнадеживающими, при этом наблюдались различные пищевые микроорганизмы, такие как E. coli и Listeria 11.Кроме того, предварительные органолептические тесты не показали органолептических эффектов по сравнению с контрольными томатами.Хотя эти первоначальные результаты инактивации обнадеживают с точки зрения безопасности пищевых продуктов даже при очень низких дозах EWNS 50 000#/см3.см., ясно, что более высокий потенциал инактивации был бы более полезным для дальнейшего снижения риска заражения и порчи.
Здесь мы сосредоточим наши исследования на разработке платформы генерации EWNS, чтобы обеспечить точную настройку параметров синтеза и оптимизацию физико-химических свойств EWNS для повышения их антибактериального потенциала.В частности, оптимизация была сосредоточена на увеличении их поверхностного заряда (для улучшения адресной доставки) и содержания АФК (для повышения эффективности инактивации).Охарактеризовать оптимизированные физико-химические свойства (размер, заряд и содержание АФК) с использованием современных аналитических методов и использовать обычные пищевые микроорганизмы, такие как E. .
ЭВНС синтезировали одновременным электрораспылением и ионизацией воды высокой чистоты (18 МОм см–1).Электрический распылитель 12 обычно используется для распыления жидкостей и синтеза полимерных и керамических частиц 13 и волокон 14 контролируемого размера.
Как подробно описано в предыдущих публикациях 8, 9, 10, 11, в типичном эксперименте высокое напряжение прикладывалось между металлическим капилляром и заземленным противоэлектродом.Во время этого процесса происходят два различных явления: i) электрораспыление и ii) ионизация воды.Сильное электрическое поле между двумя электродами вызывает накопление отрицательных зарядов на поверхности конденсированной воды, что приводит к образованию конусов Тейлора.В результате образуются сильно заряженные капли воды, которые продолжают распадаться на более мелкие частицы, как в теории Рэлея16.В то же время сильные электрические поля вызывают расщепление некоторых молекул воды и отрыв электронов (ионизацию), что приводит к образованию большого количества активных форм кислорода (АФК)17.Одновременно сгенерированный ROS18 был инкапсулирован в EWNS (рис. 1в).
На рис.2а показана система генерации EWNS, разработанная и использованная в синтезе EWNS в этом исследовании.Очищенную воду, хранящуюся в закрытой бутыли, подавали через тефлоновую трубку (внутренний диаметр 2 мм) в иглу из нержавеющей стали 30G (металлический капилляр).Поток воды контролируется давлением воздуха внутри бутылки, как показано на рисунке 2b.Игла крепится на тефлоновой консоли и может быть отрегулирована вручную на определенное расстояние от противоэлектрода.Противоэлектрод представляет собой полированный алюминиевый диск с отверстием в центре для отбора проб.Под противоэлектродом находится алюминиевая воронка для отбора проб, которая соединена с остальной частью экспериментальной установки через порт для отбора проб (рис. 2б).Во избежание накопления заряда, который может нарушить работу пробоотборника, все компоненты пробоотборника электрически заземлены.
(a) Техническая система генерации наноструктур воды (EWNS).(b) Поперечное сечение пробоотборника и электрораспылителя с указанием наиболее важных параметров.(c) Экспериментальная установка для инактивации бактерий.
Описанная выше система генерации EWNS способна изменять ключевые рабочие параметры для облегчения тонкой настройки свойств EWNS.Отрегулируйте приложенное напряжение (V), расстояние между иглой и противоэлектродом (L) и расход воды (φ) через капилляр для точной настройки характеристик EWNS.Символ, используемый для обозначения различных комбинаций: [В (кВ), L (см)].Отрегулируйте поток воды, чтобы получить устойчивый конус Тейлора определенного набора [V, L].Для целей данного исследования диаметр апертуры противоэлектрода (D) был сохранен на уровне 0,5 дюйма (1,29 см).
Из-за ограниченной геометрии и асимметрии напряженность электрического поля нельзя рассчитать из первых принципов.Вместо этого для расчета электрического поля использовалось программное обеспечение QuickField™ (Свендборг, Дания)19.Электрическое поле неоднородно, поэтому значение электрического поля на кончике капилляра использовалось в качестве эталонного значения для различных конфигураций.
В ходе исследования несколько комбинаций напряжения и расстояния между иглой и противоэлектродом оценивались с точки зрения формирования конуса Тейлора, стабильности конуса Тейлора, стабильности продукции EWNS и воспроизводимости.Различные комбинации показаны в дополнительной таблице S1.
Выход системы генерации EWNS был подключен непосредственно к сканирующему анализатору размера частиц подвижности (SMPS, модель 3936, TSI, Шорвью, Миннесота) для измерения числовой концентрации частиц, а также к аэрозольному электрометру Фарадея (TSI, модель 3068B, Шорвью, Миннесота).) для аэрозольных течений измеряли, как описано в нашей предыдущей публикации.И SMPS, и аэрозольный электрометр отбирали пробы со скоростью потока 0,5 л/мин (общий поток пробы 1 л/мин).Численную концентрацию частиц и поток аэрозоля измеряли в течение 120 секунд.Измерение повторяют 30 раз.На основе текущих измерений рассчитывается общий заряд аэрозоля и оценивается средний заряд EWNS для заданного общего количества выбранных частиц EWNS.Среднюю стоимость EWNS можно рассчитать по уравнению (1):
где IEl — измеренный ток, NSMPS — цифровая концентрация, измеренная с помощью SMPS, а φEl — расход на электрометр.
Поскольку относительная влажность (ОВ) влияет на поверхностный заряд, температуру и (ОВ) поддерживали постоянными во время эксперимента при 21°C и 45% соответственно.
Атомно-силовая микроскопия (АСМ), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Санта-Барбара, Калифорния) и зонд AC260T (Olympus, Токио, Япония) использовались для измерения размера и срока службы EWNS.Частота сканирования АСМ составляла 1 Гц, площадь сканирования 5 мкм × 5 мкм, 256 строк сканирования.Все изображения были подвергнуты выравниванию изображений 1-го порядка с использованием программного обеспечения Asylum (диапазон маски 100 нм, порог 100 пм).
Тестовую воронку удаляли и поверхность слюды помещали на расстоянии 2,0 см от противоэлектрода на время усреднения 120 с, чтобы избежать агломерации частиц и образования на поверхности слюды капель неправильной формы.EWNS распыляли непосредственно на поверхность свежесрезанной слюды (Ted Pella, Redding, CA).Изображение поверхности слюды сразу после АСМ-напыления.Контактный угол поверхности свежесрезанной немодифицированной слюды близок к 0°, поэтому ЭВНС распределяется по поверхности слюды в виде купола.Диаметр (a) и высота (h) диффундирующих капель были измерены непосредственно по топографии АСМ и использованы для расчета куполообразного диффузионного объема EWNS с использованием нашего ранее проверенного метода.Предполагая, что бортовые EWNS имеют одинаковый объем, эквивалентный диаметр можно рассчитать с помощью уравнения (2):
На основе нашего ранее разработанного метода спиновая ловушка электронного спинового резонанса (ЭПР) использовалась для обнаружения присутствия короткоживущих радикальных промежуточных соединений в EWNS.Аэрозоли барботировали через распылитель Midget 650 мкм (Ace Glass, Vineland, NJ), содержащий 235 мМ раствор DEPMPO (5-(диэтоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) (Oxis International Inc.).Портланд, штат Орегон).Все измерения ЭПР были выполнены с использованием спектрометра Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) и ячейки с плоской панелью.Программное обеспечение Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) использовалось для сбора и анализа данных.Определение характеристик АВС проводилось только для набора условий эксплуатации [-6,5 кВ, 4,0 см].Концентрации EWNS измеряли с помощью SMPS после учета потерь EWNS в ударнике.
Уровни озона контролировали с помощью 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Для всех свойств EWNS в качестве значения измерения используется среднее значение, а в качестве ошибки измерения используется стандартное отклонение.Были выполнены T-тесты для сравнения значений оптимизированных атрибутов EWNS с соответствующими значениями базового EWNS.
На рис. 2c показана ранее разработанная и охарактеризованная система «вытягивания» электростатического осаждения (EPES), которую можно использовать для адресной доставки EWNS на поверхность.EPES использует заряды ЭВНС, которые можно «навести» непосредственно на поверхность цели под действием сильного электрического поля.Подробности системы EPES представлены в недавней публикации Pyrgiotakis et al.11 .Таким образом, EPES состоит из 3D-печатной камеры из ПВХ с коническими концами и содержит две параллельные металлические пластины из нержавеющей стали (нержавеющая сталь 304, зеркальное покрытие) в центре на расстоянии 15,24 см друг от друга.Платы подключались к внешнему источнику высокого напряжения (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), нижняя пластина всегда подключалась к положительному напряжению, а верхняя пластина всегда подключалась к земле (плавающее заземление).Стенки камеры покрыты алюминиевой фольгой, которая электрически заземлена для предотвращения потери частиц.Камера имеет герметичную переднюю загрузочную дверцу, которая позволяет размещать тестовые поверхности на пластиковых подставках, которые приподнимают их над нижней металлической пластиной, чтобы избежать помех высокого напряжения.
Эффективность осаждения EWNS в EPES была рассчитана в соответствии с ранее разработанным протоколом, подробно описанным на дополнительном рисунке S111.
В качестве контрольной камеры к системе ЭПЭС последовательно подключалась вторая цилиндрическая проточная камера, в которой для удаления ЭВНС использовался промежуточный НЕРА-фильтр.Как показано на рисунке 2c, аэрозоль EWNS прокачивался через две встроенные камеры.Фильтр между диспетчерской и EPES удаляет все оставшиеся EWNS, что приводит к той же температуре (T), относительной влажности (RH) и уровням озона.
Было обнаружено, что важные микроорганизмы пищевого происхождения загрязняют свежие пищевые продукты, такие как E. coli (ATCC № 27325), фекальный индикатор, Salmonella enterica (ATCC № 53647), возбудитель пищевого происхождения, безвредный Listeria (ATCC № 33090), заменитель патогенной Listeria monocytogenes, полученный из ATCC (Манассас, Вирджиния) Saccharomyces cerevisiae (ATCC № 4098), заменитель порчи дрожжи и более устойчивая инактивированная бактерия Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Купите случайные коробки с органическими виноградными помидорами на местном рынке и храните в холодильнике при температуре 4°C до использования (до 3 дней).Все экспериментальные помидоры были одинакового размера, около 1/2 дюйма в диаметре.
Протоколы культивирования, инокуляции, воздействия и подсчета колоний подробно описаны в нашей предыдущей публикации и подробно описаны в дополнительных данных.Эффективность EWNS оценивали, подвергая инокулированные помидоры воздействию 40 000 #/см3 в течение 45 минут.Вкратце, три помидора использовали для оценки выживших микроорганизмов в момент времени t = 0 мин.Три помидора были помещены в EPES и подвергнуты воздействию EWNS при 40 000 #/см3 (помидоры, подвергшиеся воздействию EWNS), а остальные три были помещены в контрольную камеру (контрольные помидоры).Дополнительную обработку томатов обеих групп не проводили.Помидоры, подвергшиеся воздействию EWNS, и контрольные помидоры удаляли через 45 минут для оценки эффекта EWNS.
Каждый эксперимент проводили в трехкратной повторности.Анализ данных проводили в соответствии с протоколом, описанным в дополнительных данных.
Механизмы инактивации оценивали путем осаждения экспонированных образцов EWNS (45 мин при концентрации аэрозоля EWNS 40 000 #/см3) и необлученных образцов безвредных бактерий E. coli, Salmonella enterica и Lactobacillus.Частицы фиксировали в 2,5% глутаральдегиде, 1,25% параформальдегиде и 0,03% пикриновой кислоты в 0,1 М буфере какодилата натрия (рН 7,4) в течение 2 часов при комнатной температуре.После промывки постфиксируют 1% четырехокисью осмия (OsO4)/1,5% ферроцианидом калия (KFeCN6) в течение 2 часов, 3 раза промывают водой и инкубируют в 1% уранилацетате в течение 1 часа, затем дважды промывают водой, затем обезвоживают в течение 10 минут в 50%, 70%, 90%, 100% спирте.Затем образцы помещали в оксид пропилена на 1 час и пропитывали смесью 1:1 оксида пропилена и TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Образцы заливали в ТААБ Эпон и полимеризовали при 60°С в течение 48 часов.Отвержденную гранулированную смолу разрезали и визуализировали с помощью ПЭМ с использованием обычного просвечивающего электронного микроскопа JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Япония), оснащенного ПЗС-камерой AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Вобурн, Массачусетс, США).
Все эксперименты проводились в трехкратной повторности.Для каждой временной точки бактериальные смывы засевали в трех экземплярах, в результате чего в каждой точке было получено в общей сложности девять точек данных, среднее из которых использовалось в качестве концентрации бактерий для этого конкретного микроорганизма.В качестве ошибки измерения использовалось стандартное отклонение.Все очки учитываются.
Логарифм снижения концентрации бактерий по сравнению с t = 0 мин рассчитывали по следующей формуле:
где C0 — концентрация бактерий в контрольном образце в момент времени 0 (т. е. после высыхания поверхности, но перед помещением в камеру), а Cn — концентрация бактерий на поверхности после n минут экспозиции.
Чтобы учесть естественную деградацию бактерий во время 45-минутного воздействия, log снижения по сравнению с контролем через 45 минут также рассчитывали следующим образом:
где Cn — концентрация бактерий в контрольном образце в момент времени n, а Cn-Control — концентрация контрольных бактерий в момент времени n.Данные представлены в виде логарифмического уменьшения по сравнению с контролем (без воздействия EWNS).
В ходе исследования несколько комбинаций напряжения и расстояния между иглой и противоэлектродом оценивались с точки зрения формирования конуса Тейлора, стабильности конуса Тейлора, стабильности продукции EWNS и воспроизводимости.Различные комбинации показаны в дополнительной таблице S1.Два случая, демонстрирующие стабильные и воспроизводимые свойства (конус Тейлора, генерация EWNS и стабильность во времени), были выбраны для всестороннего исследования.На рис.На рис. 3 представлены результаты по заряду, размеру и содержанию АФК в обоих случаях.Результаты также показаны в таблице 1. Для справки, как на рисунке 3, так и в таблице 1 включены свойства ранее синтезированного неоптимизированного EWNS8, 9, 10, 11 (базовый уровень-EWNS).Расчеты статистической значимости с использованием двустороннего t-критерия повторно опубликованы в дополнительной таблице S2.Кроме того, дополнительные данные включают исследования влияния диаметра отверстия для отбора проб противоэлектрода (D) и расстояния между заземляющим электродом и наконечником (L) (дополнительные рисунки S2 и S3).
(ac) Распределение по размерам, измеренное с помощью АСМ.(df) Характеристика поверхностного заряда.(g) характеристика ROS ЭПР.
Также важно отметить, что для всех вышеперечисленных условий измеренный ток ионизации составлял от 2 до 6 мкА, а напряжение от -3,8 до -6,5 кВ, что приводило к потребляемой мощности менее 50 мВт для этого единственного контактного модуля генерации EWNS.Хотя EWNS был синтезирован под высоким давлением, уровни озона были очень низкими, никогда не превышая 60 частей на миллиард.
На дополнительном рисунке S4 показаны смоделированные электрические поля для сценариев [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] соответственно.Для сценариев [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] расчеты поля составляют 2 × 105 В/м и 4,7 × 105 В/м соответственно.Это ожидаемо, так как во втором случае отношение напряжение-расстояние намного выше.
На рис.3a,b показан диаметр EWNS, измеренный с помощью AFM8.Рассчитанные средние диаметры ЭВНС составили 27 нм и 19 нм для схем [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] соответственно.Для сценариев [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] геометрические стандартные отклонения распределений составляют 1,41 и 1,45 соответственно, что указывает на узкое распределение по размерам.И средний размер, и геометрическое стандартное отклонение очень близки к базовому EWNS при 25 нм и 1,41 соответственно.На рис.3c показано распределение размера базовой EWNS, измеренное с использованием того же метода в тех же условиях.
На рис.3d,e показаны результаты характеристики заряда.Данные представляют собой средние измерения 30 одновременных измерений концентрации (#/см3) и тока (I).Анализ показывает, что средний заряд на ЭВНС составляет 22 ± 6 э- и 44 ± 6 э- для [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] соответственно.Они имеют значительно более высокие поверхностные заряды по сравнению с базовым EWNS (10 ± 2 e-), в два раза больше, чем в сценарии [-6,5 кВ, 4,0 см], и в четыре раза больше, чем в сценарии [-3,8 кВ, 0,5 см].На рис. 3f показан заряд.данные для Baseline-EWNS.
Из карт концентрации числа EWNS (дополнительные рисунки S5 и S6) видно, что в сценарии [-6,5 кВ, 4,0 см] значительно больше частиц, чем в сценарии [-3,8 кВ, 0,5 см].Также стоит отметить, что числовая концентрация EWNS отслеживалась до 4 часов (дополнительные рисунки S5 и S6), где стабильность генерации EWNS показала одинаковые уровни числовой концентрации частиц в обоих случаях.
На рис.3g показан спектр ЭПР после вычитания оптимизированного контроля EWNS (фон) при [-6,5 кВ, 4,0 см].Спектры АФК также сравнивались со сценарием Baseline-EWNS в ранее опубликованной работе.Было рассчитано, что количество EWNS, реагирующих со спиновыми ловушками, составляет 7,5 × 104 EWNS/с, что аналогично ранее опубликованному Baseline-EWNS8.Спектры ЭПР ясно показали присутствие двух типов АФК, причем O2- был преобладающим видом, а OH• был менее распространен.Кроме того, прямое сравнение интенсивностей пиков показало, что оптимизированный EWNS имел значительно более высокое содержание АФК по сравнению с базовым EWNS.
На рис.4 показана эффективность осаждения EWNS в EPES.Данные также суммированы в таблице I и сравнены с исходными данными EWNS.Для обоих случаев ЭУНС осаждение близко к 100% даже при низком напряжении 3,0 кВ.Как правило, 3,0 кВ достаточно для 100% осаждения, независимо от изменения поверхностного заряда.В тех же условиях эффективность осаждения Baseline-EWNS составила всего 56% из-за их меньшего заряда (в среднем 10 электронов на EWNS).
На рис.5 и в табл.2 суммирована величина инактивации микроорганизмов, инокулированных на поверхности томатов после воздействия около 40 000 #/см3 ЭВНС в течение 45 минут при оптимальном режиме [-6,5 кВ, 4,0 см].Инокулированные E. coli и Lactobacillus innocuous продемонстрировали значительное снижение на 3,8 log в течение 45-минутного воздействия.В тех же условиях у S. enterica наблюдалось снижение на 2,2 логарифма, а у S. cerevisiae и M. parafortutum — на 1,0 логарифм.
На электронных микрофотографиях (рис. 6) показаны физические изменения, вызванные EWNS на безвредных клетках Escherichia coli, Streptococcus и Lactobacillus, что приводит к их инактивации.У контрольных бактерий были неповрежденные клеточные мембраны, тогда как у подвергшихся воздействию бактерий внешние мембраны были повреждены.
Электронно-микроскопическая визуализация контрольных и экспонированных бактерий выявила повреждение мембран.
Данные о физико-химических свойствах оптимизированных EWNS в совокупности показывают, что свойства (поверхностный заряд и содержание АФК) EWNS были значительно улучшены по сравнению с ранее опубликованными базовыми данными EWNS8,9,10,11.С другой стороны, их размер оставался в диапазоне нанометров, что очень похоже на результаты, о которых сообщалось ранее, что позволяет им оставаться в воздухе в течение длительного периода времени.Наблюдаемую полидисперсность можно объяснить изменениями поверхностного заряда, определяющими размер EWNS, хаотичностью эффекта Рэлея и потенциальной коалесценцией.Однако, как подробно описано Nielsen et al.22, высокий поверхностный заряд снижает испарение за счет эффективного увеличения поверхностной энергии/натяжения капли воды.В нашей предыдущей публикации8 эта теория была экспериментально подтверждена для микрокапель 22 и EWNS.Потеря заряда во время сверхурочной работы также может влиять на размер и способствовать наблюдаемому распределению размеров.