Hvala, ker ste obiskali Nature.com.Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS.Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju).Medtem bomo za zagotovitev stalne podpore spletno mesto upodobili brez slogov in JavaScripta.
Vrtiljak, ki prikazuje tri diapozitive hkrati.Uporabite gumba Prejšnji in Naslednji, da se premikate po treh diapozitivih hkrati, ali pa uporabite gumbe drsnika na koncu, da se premikate skozi tri diapozitive hkrati.
Pred kratkim je bila razvita protimikrobna platforma brez kemikalij, ki temelji na nanotehnologiji z uporabo umetnih vodnih nanostruktur (EWNS).EWNS imajo visok površinski naboj in so nasičeni z reaktivnimi kisikovimi vrstami (ROS), ki lahko medsebojno delujejo in inaktivirajo številne mikroorganizme, vključno s patogeni, ki se prenašajo s hrano.Tukaj je prikazano, da je mogoče njihove lastnosti med sintezo natančno prilagoditi in optimizirati za nadaljnje povečanje njihovega antibakterijskega potenciala.Laboratorijska platforma EWNS je bila zasnovana za natančno nastavitev lastnosti EWNS s spreminjanjem parametrov sinteze.Karakterizacija lastnosti EWNS (naboj, velikost in vsebnost ROS) z uporabo sodobnih analiznih metod.Poleg tega so ocenili njihov mikrobni inaktivacijski potencial proti mikroorganizmom, ki se prenašajo s hrano, kot so Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum in Saccharomyces cerevisiae.Tu predstavljeni rezultati kažejo, da je mogoče lastnosti EWNS med sintezo natančno prilagoditi, kar ima za posledico eksponentno povečanje učinkovitosti inaktivacije.Zlasti površinski naboj se je povečal za faktor štiri in povečale so se reaktivne kisikove vrste.Hitrost odstranitve mikrobov je bila odvisna od mikrobov in je znašala od 1,0 do 3,8 log po 45-minutni izpostavljenosti odmerku aerosola 40.000 #/cc EWNS.
Mikrobna kontaminacija je glavni vzrok bolezni, ki se prenašajo s hrano, ki jo povzroči zaužitje patogenov ali njihovih toksinov.Samo v Združenih državah Amerike bolezni, ki se prenašajo s hrano, vsako leto povzročijo približno 76 milijonov bolezni, 325.000 sprejemov v bolnišnice in 5.000 smrti1.Poleg tega ameriško ministrstvo za kmetijstvo (USDA) ocenjuje, da je povečana poraba svežih proizvodov odgovorna za 48 % vseh prijavljenih bolezni, ki se prenašajo s hrano v Združenih državah2.Stroški bolezni in smrti zaradi patogenov, ki se prenašajo s hrano, so v Združenih državah zelo visoki, centri za nadzor in preprečevanje bolezni (CDC) ocenjujejo na več kot 15,6 milijarde USD na leto3.
Trenutno se kemični4, radiacijski5 in toplotni6 protimikrobni posegi za zagotavljanje varnosti hrane večinoma izvajajo na omejenih kritičnih kontrolnih točkah (CCP) vzdolž proizvodne verige (običajno po žetvi in/ali med pakiranjem) in ne neprekinjeno.zato so nagnjeni k navzkrižni kontaminaciji.7. Boljši nadzor nad boleznimi, ki se prenašajo s hrano, in kvarjenjem hrane zahteva protimikrobne posege, ki jih je možno uporabiti v kontinuumu od kmetije do mize, hkrati pa zmanjšati vpliv na okolje in stroške.
Nedavno je bila razvita protimikrobna platforma brez kemikalij, ki temelji na nanotehnologiji in lahko inaktivira površinske in zračne bakterije z uporabo umetnih vodnih nanostruktur (EWNS).EWNS je bil sintetiziran z uporabo dveh vzporednih procesov, elektrospreja in ionizacije vode (slika 1a).Prejšnje študije so pokazale, da ima EWNS edinstven niz fizikalnih in bioloških lastnosti 8,9,10.EWNS imajo v povprečju 10 elektronov na strukturo in povprečno velikost nanometrskega merila 25 nm (sl. 1b,c)8,9,10.Poleg tega je elektronska spinska resonanca (ESR) pokazala, da EWNS vsebuje veliko količino reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS), predvsem hidroksilnih (OH•) in superoksidnih (O2-) radikalov (slika 1c)8.EVNS je v zraku dolgo časa in lahko trči z mikroorganizmi, ki so suspendirani v zraku in so prisotni na površju, pri čemer oddaja svoj tovor ROS in povzroči inaktivacijo mikroorganizmov (slika 1d).Te zgodnje študije so tudi pokazale, da lahko EWNS na površinah in v zraku interagira in inaktivira različne gramnegativne in grampozitivne bakterije, vključno z mikobakterijami.Transmisijska elektronska mikroskopija je pokazala, da je do inaktivacije prišlo zaradi prekinitve celične membrane.Poleg tega so študije akutnega vdihavanja pokazale, da visoki odmerki EWNS ne povzročajo poškodb pljuč ali vnetja 8 .
(a) Do elektrospreja pride, ko se med kapilarno cevjo, ki vsebuje tekočino, in protielektrodo uporabi visoka napetost.(b) Uporaba visokega tlaka povzroči dva različna pojava: (i) elektrorazprševanje vode in (ii) tvorbo reaktivnih kisikovih vrst (ionov), ujetih v EWNS.(c) Edinstvena struktura EWNS.(d) Zaradi svoje nanometrske narave so EWNS zelo mobilni in lahko medsebojno delujejo s patogeni v zraku.
Nedavno je bila dokazana tudi sposobnost protimikrobne platforme EWNS, da inaktivira mikroorganizme, ki se prenašajo s hrano, na površini sveže hrane.Pokazalo se je tudi, da se lahko površinski naboj EWNS v kombinaciji z električnim poljem uporabi za doseganje ciljne dostave.Poleg tega so bili preliminarni rezultati za organske paradižnike po 90-minutni izpostavljenosti pri EWNS približno 50.000 #/cm3 spodbudni, pri čemer so opazili različne mikroorganizme, ki se prenašajo s hrano, kot sta E. coli in Listeria 11.Poleg tega preliminarni organoleptični testi niso pokazali senzoričnih učinkov v primerjavi s kontrolnimi paradižniki.Čeprav so ti začetni rezultati inaktivacije spodbudni za aplikacije za varno hrano tudi pri zelo nizkih odmerkih EWNS 50.000 #/cc.glej, jasno je, da bi bil višji inaktivacijski potencial bolj koristen za nadaljnje zmanjšanje tveganja okužbe in kvarjenja.
Tu bomo naše raziskave osredotočili na razvoj platforme za generiranje EWNS, ki bo omogočila fino nastavitev parametrov sinteze in optimizacijo fizikalno-kemijskih lastnosti EWNS za izboljšanje njihovega antibakterijskega potenciala.Zlasti je bila optimizacija osredotočena na povečanje njihovega površinskega naboja (za izboljšanje ciljne dostave) in vsebnosti ROS (za izboljšanje učinkovitosti inaktivacije).Označite optimizirane fizikalno-kemijske lastnosti (velikost, naboj in vsebnost ROS) z uporabo sodobnih analitskih metod in uporabite običajne živilske mikroorganizme, kot je E. .
EVNS je bil sintetiziran s sočasnim elektrosprejanjem in ionizacijo vode visoke čistosti (18 MΩ cm–1).Električni razpršilnik 12 se običajno uporablja za atomizacijo tekočin in sintezo polimernih in keramičnih delcev 13 ter vlaken 14 nadzorovane velikosti.
Kot je podrobno opisano v prejšnjih publikacijah 8, 9, 10, 11, je bila v tipičnem poskusu uporabljena visoka napetost med kovinsko kapilaro in ozemljeno protielektrodo.Med tem procesom se pojavita dva različna pojava: i) elektrosprej in ii) ionizacija vode.Močno električno polje med obema elektrodama povzroči kopičenje negativnih nabojev na površini kondenzirane vode, kar povzroči nastanek Taylorjevih stožcev.Posledično nastanejo visoko nabite vodne kapljice, ki še naprej razpadajo na manjše delce, kot v Rayleighovi teoriji16.Hkrati močna električna polja povzročijo, da se nekatere molekule vode razcepijo in odtrgajo elektrone (ionizirajo), kar povzroči nastanek velike količine reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS)17.Istočasno ustvarjeni ROS18 je bil kapsuliran v EWNS (slika 1c).
Na sl.Slika 2a prikazuje sistem generiranja EWNS, razvit in uporabljen v sintezi EWNS v tej študiji.Prečiščeno vodo, shranjeno v zaprti steklenici, smo dovajali skozi teflonsko cev (notranji premer 2 mm) v iglo iz nerjavečega jekla 30G (kovinska kapilara).Pretok vode nadzira zračni tlak v steklenici, kot je prikazano na sliki 2b.Igla je nameščena na teflonski konzoli in jo je mogoče ročno nastavljati na določeno oddaljenost od nasprotne elektrode.Protielektroda je disk iz poliranega aluminija z luknjo v sredini za vzorčenje.Pod nasprotno elektrodo je aluminijast lijak za vzorčenje, ki je povezan s preostalo eksperimentalno namestitvijo prek odprtine za vzorčenje (slika 2b).Da bi preprečili kopičenje naboja, ki bi lahko motilo delovanje vzorčevalnika, so vse komponente vzorčevalnika električno ozemljene.
(a) Sistem za generiranje vodnih nanostruktur (EWNS).(b) Prečni prerez vzorčevalnika in elektrospreja, ki prikazuje najpomembnejše parametre.(c) Eksperimentalna postavitev za inaktivacijo bakterij.
Zgoraj opisan sistem generiranja EWNS lahko spremeni ključne parametre delovanja, da olajša fino nastavitev lastnosti EWNS.Prilagodite uporabljeno napetost (V), razdaljo med iglo in protielektrodo (L) in pretok vode (φ) skozi kapilaro, da natančno prilagodite značilnosti EWNS.Simbol, ki se uporablja za predstavljanje različnih kombinacij: [V (kV), L (cm)].Prilagodite pretok vode, da dobite stabilen Taylorjev stožec določenega niza [V, L].Za namene te študije je bil premer odprtine nasprotne elektrode (D) 0,5 palca (1,29 cm).
Zaradi omejene geometrije in asimetrije električne poljske jakosti ni mogoče izračunati iz prvih principov.Namesto tega je bila za izračun električnega polja uporabljena programska oprema QuickField™ (Svendborg, Danska)19.Električno polje ni enakomerno, zato je bila kot referenčna vrednost za različne konfiguracije uporabljena vrednost električnega polja na konici kapilare.
Med študijo je bilo ovrednotenih več kombinacij napetosti in razdalje med iglo in nasprotno elektrodo v smislu tvorbe Taylorjevega stožca, stabilnosti Taylorjevega stožca, stabilnosti proizvodnje EWNS in ponovljivosti.Različne kombinacije so prikazane v dodatni tabeli S1.
Izhod sistema za generiranje EWNS je bil povezan neposredno z analizatorjem velikosti delcev skeniranja mobilnosti (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, MN) za merjenje koncentracije števila delcev, kot tudi z aerosolnim Faradayevim elektrometrom (TSI, model 3068B, Shoreview, MN).) za aerosolne tokove smo izmerili, kot je opisano v naši prejšnji publikaciji.Tako SMPS kot aerosolni elektrometer sta bila vzorčena pri pretoku 0,5 L/min (skupni pretok vzorca 1 L/min).Številsko koncentracijo delcev in pretok aerosolov smo merili 120 sekund.Merjenje se ponovi 30-krat.Na podlagi trenutnih meritev se izračuna skupni naboj aerosola in oceni povprečni naboj EWNS za dano skupno število izbranih delcev EWNS.Povprečne stroške EWNS je mogoče izračunati z enačbo (1):
kjer je IEl izmerjeni tok, NSMPS digitalna koncentracija, izmerjena s SMPS, in φEl pretok na elektrometer.
Ker relativna vlažnost (RH) vpliva na površinski naboj, sta bila temperatura in (RH) med poskusom konstantna pri 21 °C oziroma 45 %.
Za merjenje velikosti in življenjske dobe EWNS so bili uporabljeni mikroskopi z atomsko silo (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) in sonda AC260T (Olympus, Tokio, Japonska).Frekvenca skeniranja AFM je bila 1 Hz, območje skeniranja je bilo 5 μm × 5 μm in 256 vrstic skeniranja.Vse slike so bile izpostavljene poravnavi slik 1. reda z uporabo programske opreme Asylum (razpon maske 100 nm, prag 100 pm).
Preskusni lijak smo odstranili in površino sljude postavili na razdaljo 2,0 cm od nasprotne elektrode za čas povprečenja 120 s, da bi se izognili aglomeraciji delcev in nastanku nepravilnih kapljic na površini sljude.EWNS je bil razpršen neposredno na površino sveže rezane sljude (Ted Pella, Redding, CA).Slika površine sljude takoj po AFM razprševanju.Stični kot površine sveže rezane nemodificirane sljude je blizu 0°, zato je EVNS razporejen po površini sljude v obliki kupole.Premer (a) in višina (h) difuzijskih kapljic sta bila izmerjena neposredno iz topografije AFM in uporabljena za izračun kupolaste difuzijske prostornine EWNS z uporabo naše predhodno validirane metode.Ob predpostavki, da imajo vgrajeni EWNS enako prostornino, je mogoče ekvivalentni premer izračunati z enačbo (2):
Na podlagi naše predhodno razvite metode je bila za zaznavanje prisotnosti kratkoživih radikalnih intermediatov v EWNS uporabljena spinska past elektronske resonance (ESR).Aerosole smo prepihali skozi 650 μm Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ), ki je vseboval 235 mM raztopino DEPMPO (5-(dietoksifosforil)-5-metil-1-pirolin-N-oksida) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Vse meritve ESR so bile izvedene z uporabo spektrometra Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ZDA) in ploščate celice.Za zbiranje in analizo podatkov je bila uporabljena programska oprema Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ZDA).Določanje karakteristik ROS je bilo izvedeno samo za sklop delovnih pogojev [-6,5 kV, 4,0 cm].Koncentracije EWNS so bile izmerjene z uporabo SMPS po upoštevanju izgub EWNS v udarni glavi.
Ravni ozona so spremljali z 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Za vse lastnosti EWNS se kot merska vrednost uporablja srednja vrednost, kot merilna napaka pa standardna deviacija.Izvedeni so bili T-testi za primerjavo vrednosti optimiziranih atributov EWNS z ustreznimi vrednostmi osnovnega EWNS.
Slika 2c prikazuje predhodno razvit in karakteriziran "vlečeni" sistem za elektrostatično obarjanje (EPES), ki se lahko uporablja za ciljno dostavo EWNS na površini.EPES uporablja naboje EVNS, ki jih je mogoče pod vplivom močnega električnega polja »voditi« neposredno na površino tarče.Podrobnosti o sistemu EPES so predstavljene v nedavni publikaciji Pyrgiotakisa et al.11.Tako je EPES sestavljen iz 3D-natisnjene PVC komore s stožčastimi konci in vsebuje dve vzporedni kovinski plošči iz nerjavečega jekla (304 nerjaveče jeklo, zrcalno prevlečeno) na sredini, ki sta 15,24 cm narazen.Plošče so bile priključene na zunanji visokonapetostni vir (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), spodnja plošča je bila vedno priključena na pozitivno napetost, zgornja plošča pa vedno povezana z maso (plavajoča tla).Stene komore so prekrite z aluminijasto folijo, ki je električno ozemljena, da prepreči izgubo delcev.Komora ima zaprta sprednja nakladalna vrata, ki omogočajo postavitev preskusnih površin na plastična stojala, ki jih dvignejo nad spodnjo kovinsko ploščo, da se izognejo visokonapetostnim motnjam.
Učinkovitost nanašanja EWNS v EPES je bila izračunana v skladu s predhodno razvitim protokolom, podrobno opisanim na dodatni sliki S111.
Kot kontrolna komora je bila druga cilindrična pretočna komora zaporedno povezana s sistemom EPES, v kateri je bil uporabljen vmesni HEPA filter za odstranjevanje EWNS.Kot je prikazano na sliki 2c, je bil aerosol EWNS črpan skozi dve vgrajeni komori.Filter med nadzorno sobo in EPES odstrani vse preostale EWNS, kar ima za posledico enako temperaturo (T), relativno vlažnost (RH) in ravni ozona.
Ugotovljeno je bilo, da pomembni mikroorganizmi, ki se prenašajo s hrano, kontaminirajo sveža živila, kot je E. coli (ATCC #27325), fekalni indikator, Salmonella enterica (ATCC #53647), patogen, ki se prenaša s hrano, neškodljiva Listeria (ATCC #33090), nadomestek za patogeno Listeria monocytogenes, pridobljena iz ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC # 4098), nadomestek za kvarni kvas in bolj odporno inaktivirano bakterijo Mycobacterium paralucky (ATCC št. 19686).
Kupite naključne škatle ekoloških grozdnih paradižnikov na lokalni tržnici in jih do uporabe hranite v hladilniku pri 4 °C (do 3 dni).Vsi poskusni paradižniki so bili enake velikosti, približno 1/2 palca v premeru.
Protokoli o kulturi, inokulaciji, izpostavljenosti in štetju kolonij so podrobno opisani v naši prejšnji publikaciji in podrobno opisani v dopolnilnih podatkih.Učinkovitost EWNS je bila ovrednotena z izpostavitvijo inokuliranih paradižnikov 40.000 #/cm3 za 45 minut.Na kratko, trije paradižniki so bili uporabljeni za oceno preživelih mikroorganizmov v času t = 0 min.Trije paradižniki so bili postavljeni v EPES in izpostavljeni EWNS pri 40.000 #/cc (EWNS izpostavljeni paradižniki), preostali trije pa so bili postavljeni v kontrolno komoro (kontrolni paradižniki).Dodatna predelava paradižnika v obeh skupinah ni bila izvedena.Paradižnike, izpostavljene EWNS, in kontrolne paradižnike smo odstranili po 45 minutah, da ocenimo učinek EWNS.
Vsak poskus je bil izveden v trojniku.Analiza podatkov je bila izvedena v skladu s protokolom, opisanim v Dodatnih podatkih.
Mehanizmi inaktivacije so bili ocenjeni s sedimentacijo izpostavljenih vzorcev EWNS (45 min pri koncentraciji aerosola 40.000 #/cm3 EWNS) in neobsevanih vzorcev neškodljivih bakterij E. coli, Salmonella enterica in Lactobacillus.Delce smo fiksirali v 2,5 % glutaraldehidu, 1,25 % paraformaldehidu in 0,03 % pikrinski kislini v 0,1 M natrijevem kakodilatnem pufru (pH 7,4) 2 uri pri sobni temperaturi.Po izpiranju 2 uri naknadno fiksirajte z 1 % osmijevim tetroksidom (OsO4)/1,5 % kalijevim ferocianidom (KFeCN6), 3-krat sperite z vodo in 1 uro inkubirajte v 1 % uranil acetatu, nato dvakrat sperite z vodo, nato 10 minut dehidrirajte v 50 %, 70 %, 90 %, 100 % alkoholu.Vzorce smo nato za 1 uro dali v propilen oksid in jih impregnirali z mešanico propilen oksida in TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) v razmerju 1:1.Vzorci so bili vstavljeni v TAAB Epon in polimerizirani pri 60 °C 48 ur.Strjeno zrnato smolo smo razrezali in vizualizirali s TEM z uporabo običajnega transmisijskega elektronskega mikroskopa JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Japonska), opremljenega s kamero AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, ZDA).
Vsi poskusi so bili izvedeni v treh izvodih.Za vsako časovno točko so bila bakterijska pranja zasejana v treh izvodih, kar je povzročilo skupno devet podatkovnih točk na točko, katerih povprečje je bilo uporabljeno kot koncentracija bakterij za ta določen mikroorganizem.Standardni odklon je bil uporabljen kot merilna napaka.Vse točke štejejo.
Logaritem zmanjšanja koncentracije bakterij v primerjavi s t = 0 min smo izračunali po naslednji formuli:
kjer je C0 koncentracija bakterij v kontrolnem vzorcu v času 0 (tj. po tem, ko se je površina posušila, vendar preden je bila postavljena v komoro) in Cn je koncentracija bakterij na površini po n minutah izpostavljenosti.
Da bi upoštevali naravno razgradnjo bakterij med 45-minutno izpostavljenostjo, je bilo tudi zmanjšanje log v primerjavi s kontrolo po 45 minutah izračunano na naslednji način:
kjer je Cn koncentracija bakterij v kontrolnem vzorcu v času n in Cn-kontrola je koncentracija kontrolnih bakterij v času n.Podatki so predstavljeni kot zmanjšanje log v primerjavi s kontrolo (brez izpostavljenosti EWNS).
Med študijo je bilo ovrednotenih več kombinacij napetosti in razdalje med iglo in nasprotno elektrodo v smislu tvorbe Taylorjevega stožca, stabilnosti Taylorjevega stožca, stabilnosti proizvodnje EWNS in ponovljivosti.Različne kombinacije so prikazane v dodatni tabeli S1.Za celovito študijo sta bila izbrana dva primera, ki kažeta stabilne in ponovljive lastnosti (Taylorjev stožec, generacija EWNS in stabilnost skozi čas).Na sl.Slika 3 prikazuje rezultate za naboj, velikost in vsebnost ROS v obeh primerih.Rezultati so prikazani tudi v tabeli 1. Za referenco tako slika 3 kot tabela 1 vključujeta lastnosti predhodno sintetiziranega neoptimiziranega EWNS8, 9, 10, 11 (osnovni-EWNS).Izračuni statistične pomembnosti z uporabo dvostranskega t-testa so ponovno objavljeni v dodatni tabeli S2.Poleg tega dodatni podatki vključujejo študije učinka premera luknje za vzorčenje nasprotne elektrode (D) in razdalje med ozemljitveno elektrodo in konico (L) (dodatni sliki S2 in S3).
(ac) Porazdelitev velikosti, merjena z AFM.(df) Karakteristika površinskega naboja.(g) Karakterizacija ROS EPR.
Pomembno je tudi omeniti, da je bil za vse zgoraj navedene pogoje izmerjeni ionizacijski tok med 2 in 6 μA in napetost med -3,8 in -6,5 kV, kar je povzročilo porabo energije manj kot 50 mW za ta enojni kontaktni modul generacije EWNS.Čeprav je bil EWNS sintetiziran pod visokim pritiskom, so bile ravni ozona zelo nizke in nikoli niso presegle 60 ppb.
Dodatna slika S4 prikazuje simulirana električna polja za scenarija [-6,5 kV, 4,0 cm] oziroma [-3,8 kV, 0,5 cm].Za scenarija [-6,5 kV, 4,0 cm] in [-3,8 kV, 0,5 cm] so izračuni polja 2 × 105 V/m oziroma 4,7 × 105 V/m.To je pričakovano, saj je v drugem primeru razmerje med napetostjo in razdaljo veliko večje.
Na sl.3a, b prikazujeta premer EWNS, izmerjen z AFM8.Izračunani povprečni premeri EWNS so bili 27 nm in 19 nm za sheme [-6,5 kV, 4,0 cm] oziroma [-3,8 kV, 0,5 cm].Za scenarija [-6,5 kV, 4,0 cm] in [-3,8 kV, 0,5 cm] sta geometrijska standardna odstopanja porazdelitev 1,41 oziroma 1,45, kar kaže na ozko velikostno porazdelitev.Tako povprečna velikost kot geometrijski standardni odklon sta zelo blizu osnovnemu EWNS, pri 25 nm oziroma 1,41.Na sl.3c prikazuje porazdelitev velikosti osnovnega EWNS, izmerjeno z isto metodo pod enakimi pogoji.
Na sl.3d,e prikazuje rezultate karakterizacije naboja.Podatki so povprečne meritve 30 sočasnih meritev koncentracije (#/cm3) in toka (I).Analiza kaže, da je povprečni naboj na EWNS 22 ± 6 e- in 44 ± 6 e- za [-6,5 kV, 4,0 cm] oziroma [-3,8 kV, 0,5 cm].Imajo znatno višje površinske naboje v primerjavi z izhodiščnim EWNS (10 ± 2 e-), dvakrat večji od scenarija [-6,5 kV, 4,0 cm] in štirikrat večji od [-3,8 kV, 0,5 cm].Slika 3f prikazuje naboj.podatki za Baseline-EWNS.
Iz zemljevidov koncentracije števila EWNS (dodatni sliki S5 in S6) je razvidno, da ima scenarij [-6,5 kV, 4,0 cm] bistveno več delcev kot scenarij [-3,8 kV, 0,5 cm].Prav tako je treba omeniti, da je bila koncentracija števila EWNS spremljana do 4 ure (dodatni sliki S5 in S6), kjer je stabilnost generacije EWNS pokazala enake ravni koncentracije števila delcev v obeh primerih.
Na sl.3g prikazuje spekter EPR po odštevanju optimiziranega nadzora EWNS (ozadje) pri [-6,5 kV, 4,0 cm].Spektri ROS so bili primerjani tudi s scenarijem Baseline-EWNS v predhodno objavljenem delu.Število EWNS, ki reagirajo z vrtilnimi pastmi, je bilo izračunano na 7, 5 × 104 EWNS / s, kar je podobno predhodno objavljenemu Baseline-EWNS8.Spektri EPR so jasno pokazali prisotnost dveh vrst ROS, pri čemer je O2- prevladujoča vrsta, OH• pa manj.Poleg tega je neposredna primerjava najvišjih intenzivnosti pokazala, da je imel optimizirani EWNS znatno višjo vsebnost ROS v primerjavi z osnovnim EWNS.
Na sl.Slika 4 prikazuje učinkovitost nanašanja EWNS v EPES.Podatki so povzeti tudi v tabeli I in primerjani z izvirnimi podatki EWNS.Za oba primera EUNS je odlaganje blizu 100 % tudi pri nizki napetosti 3,0 kV.Običajno 3,0 kV zadostuje za 100 % nanos, ne glede na spremembo površinskega naboja.Pod enakimi pogoji je bila učinkovitost nanašanja Baseline-EWNS le 56 % zaradi nižjega naboja (povprečno 10 elektronov na EWNS).
Na sl.5 in v tabeli.2 povzema vrednost inaktivacije mikroorganizmov, inokuliranih na površini paradižnika po izpostavljenosti približno 40.000 #/cm3 EWNS za 45 minut pri optimalnem načinu [-6,5 kV, 4,0 cm].Inokulirani E. coli in Lactobacillus innocuous so med 45-minutno izpostavljenostjo pokazali znatno zmanjšanje za 3,8 log.Pod enakimi pogoji se je S. enterica zmanjšala za 2,2-log, medtem ko sta imela S. cerevisiae in M. parafortutum zmanjšanje za 1,0-log.
Elektronske mikrografije (slika 6) prikazujejo fizične spremembe, ki jih povzroči EWNS na neškodljivih celicah Escherichia coli, Streptococcus in Lactobacillus, kar vodi do njihove inaktivacije.Kontrolne bakterije so imele nedotaknjene celične membrane, medtem ko so imele izpostavljene bakterije poškodovane zunanje membrane.
Elektronsko mikroskopsko slikanje kontrolnih in izpostavljenih bakterij je pokazalo poškodbe membrane.
Podatki o fizikalno-kemijskih lastnostih optimiziranega EWNS skupaj kažejo, da so bile lastnosti (površinski naboj in vsebnost ROS) EWNS znatno izboljšane v primerjavi s predhodno objavljenimi osnovnimi podatki EWNS8,9,10,11.Po drugi strani pa je njihova velikost ostala v nanometrskem območju, kar je zelo podobno prej objavljenim rezultatom, kar jim je omogočilo, da ostanejo v zraku dlje časa.Opaženo polidisperznost je mogoče pojasniti s spremembami površinskega naboja, ki določajo velikost EWNS, naključnostjo Rayleighovega učinka in potencialno koalescenco.Vendar, kot so podrobno opisali Nielsen et al.22, visok površinski naboj zmanjša izhlapevanje z učinkovitim povečanjem površinske energije/napetosti vodne kapljice.V naši prejšnji objavi8 je bila ta teorija eksperimentalno potrjena za mikrokapljice 22 in EWNS.Izguba naboja med nadurami lahko vpliva tudi na velikost in prispeva k opazovani porazdelitvi velikosti.