Hatur nuhun parantos nganjang ka Nature.com. Versi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan CSS anu terbatas. Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun anjeun nganggo browser anu diénggalan (atanapi mareuman Modeu Kompatibilitas dina Internet Explorer). Samentawis waktos, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, kami bakal ngarender situs tanpa gaya sareng JavaScript.
Anyar-anyar ieu, platform antimikroba bébas bahan kimia dumasar kana nanotéhnologi anu nganggo nanostruktur cai jieunan (EWNS) parantos dikembangkeun. EWNS gaduh muatan permukaan anu luhur sareng jenuh ku spésiés oksigén réaktif (ROS) anu tiasa berinteraksi sareng nganonaktipkeun sababaraha mikroorganisme, kalebet patogén anu ditularkan ku dahareun. Di dieu dipidangkeun yén sipatna salami sintésis tiasa disaluyukeun sareng dioptimalkeun pikeun ningkatkeun poténsi antibakteri na. Platform laboratorium EWNS dirancang pikeun nyaluyukeun sipat EWNS ku cara ngarobih parameter sintésis. Karakterisasi sipat EWNS (muatan, ukuran sareng eusi ROS) nganggo metode analitis modéren. Salaku tambahan, aranjeunna dievaluasi pikeun poténsi inaktivasi mikroba ngalawan mikroorganisme anu ditularkan ku dahareun sapertos Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum sareng Saccharomyces cerevisiae. Hasil anu dipidangkeun di dieu nunjukkeun yén sipat EWNS tiasa disaluyukeun salami sintésis, anu ngahasilkeun paningkatan éksponénsial dina efisiensi inaktivasi. Khususna, muatan permukaan ningkat ku faktor opat sareng spésiés oksigén réaktif ningkat. Laju panyabutan mikroba gumantung kana mikroba sareng mimitian ti 1,0 dugi ka 3,8 log saatos 45 menit paparan dosis aerosol 40.000 #/cc EWNS.
Kontaminasi mikroba mangrupikeun panyabab utama panyakit anu ditularkan ku dahareun anu disababkeun ku ngonsumsi patogén atanapi racunna. Di Amérika Serikat nyalira, panyakit anu ditularkan ku dahareun nyababkeun sakitar 76 juta panyakit, 325.000 rawat inap di rumah sakit, sareng 5.000 maot unggal taun1. Salaku tambahan, Departemen Pertanian Amérika Serikat (USDA) ngira-ngira yén paningkatan konsumsi hasil bumi seger tanggung jawab pikeun 48% tina sadaya panyakit anu ditularkan ku dahareun anu dilaporkeun di Amérika Serikat2. Biaya panyakit sareng maot anu disababkeun ku patogén anu ditularkan ku dahareun di Amérika Serikat luhur pisan, diperkirakeun ku Pusat Pengendalian sareng Pencegahan Panyakit (CDC) langkung ti US$15,6 milyar per taun3.
Ayeuna, intervensi antimikroba kimiawi4, radiasi5 sareng termal6 pikeun mastikeun kaamanan pangan biasana dilaksanakeun dina titik kontrol kritis (CCP) anu kawates sapanjang ranté produksi (biasana saatos panén sareng/atanapi salami pengemasan) tinimbang sacara kontinyu. Ku kituna, aranjeunna rentan ka kontaminasi silang. 7. Kontrol anu langkung saé pikeun panyakit anu ditularkan ku pangan sareng karusakan pangan meryogikeun intervensi antimikroba anu sacara poténsial tiasa diterapkeun di sakumna kontinum ti kebon ka méja bari ngirangan dampak sareng biaya lingkungan.
Anyar-anyar ieu, platform antimikroba berbasis nanotéhnologi anu bébas bahan kimia parantos dikembangkeun anu tiasa nganonaktipkeun baktéri permukaan sareng hawa nganggo nanostruktur cai jieunan (EWNS). EWNS disintésis nganggo dua prosés paralel, éléktrospray sareng ionisasi cai (Gambar 1a). Panilitian sateuacana nunjukkeun yén EWNS gaduh sakumpulan sipat fisik sareng biologis anu unik8,9,10. EWNS gaduh rata-rata 10 éléktron per struktur sareng ukuran nanoskala rata-rata 25 nm (Gambar 1b,c)8,9,10. Salaku tambahan, résonansi spin éléktron (ESR) nunjukkeun yén EWNS ngandung sajumlah ageung spésiés oksigén réaktif (ROS), utamina radikal hidroksil (OH•) sareng superoksida (O2-) (Gambar 1c)8. EVNS aya di udara salami lami sareng tiasa tabrakan sareng mikroorganisme anu ngagantung di udara sareng aya dina permukaan, nganteurkeun muatan ROSna sareng nyababkeun inaktivasi mikroorganisme (Gambar 1d). Panilitian awal ieu ogé nunjukkeun yén EWNS tiasa berinteraksi sareng nganonaktipkeun rupa-rupa baktéri gram-négatif sareng gram-positif, kalebet mikobaktéri, dina permukaan sareng di udara. Mikroskopi éléktron transmisi nunjukkeun yén inaktivasi disababkeun ku gangguan mémbran sél. Salian ti éta, panilitian inhalasi akut nunjukkeun yén dosis EWNS anu luhur henteu nyababkeun karusakan paru-paru atanapi peradangan 8.
(a) Electrospray lumangsung nalika tegangan tinggi diterapkeun antara tabung kapiler anu ngandung cairan sareng éléktroda lawan. (b) Aplikasi tekanan tinggi ngahasilkeun dua fénoména anu béda: (i) electrospraying cai sareng (ii) formasi spésiés oksigén réaktif (ion) anu kajebak dina EWNS. (c) Struktur unik EWNS. (d) Kusabab sipat nanoskala na, EWNS gampang pisan gerak sareng tiasa berinteraksi sareng patogén anu aya di udara.
Kamampuh platform antimikroba EWNS pikeun nganonaktipkeun mikroorganisme anu ditularkan ku dahareun dina permukaan dahareun seger ogé nembe dipidangkeun. Ogé parantos dipidangkeun yén muatan permukaan EWNS digabungkeun sareng médan listrik tiasa dianggo pikeun ngahontal pangiriman anu dituju. Leuwih ti éta, hasil awal pikeun tomat organik saatos paparan 90 menit dina EWNS sakitar 50.000 #/cm3 nyugemakeun, kalayan rupa-rupa mikroorganisme anu ditularkan ku dahareun sapertos E. coli sareng Listeria 11 dititénan. Salaku tambahan, tés organoleptik awal henteu nunjukkeun épék sénsori dibandingkeun sareng tomat kontrol. Sanaos hasil inaktivasi awal ieu nyugemakeun pikeun aplikasi kaamanan pangan bahkan dina dosis EWNS anu handap pisan nyaéta 50.000#/cc. tingali, jelas yén poténsi inaktivasi anu langkung luhur bakal langkung mangpaat pikeun ngirangan résiko inféksi sareng karusakan.
Di dieu, urang bakal museurkeun panalungtikan urang kana pamekaran platform generasi EWNS pikeun ngamungkinkeun panyesuaian parameter sintésis sareng optimasi sipat fisikokimia EWNS pikeun ningkatkeun poténsi antibakteri na. Khususna, optimasi parantos fokus kana ningkatkeun muatan permukaanna (pikeun ningkatkeun pangiriman anu dituju) sareng eusi ROS (pikeun ningkatkeun efisiensi inaktivasi). Ngacirikeun sipat fisikokimia anu dioptimalkeun (ukuran, muatan sareng eusi ROS) nganggo metode analitis modéren sareng nganggo mikroorganisme dahareun umum sapertos E.
EVNS disintésis ku éléktrospraying sareng ionisasi cai murni anu luhur (18 MΩ cm–1) sacara simultan. Nebulizer listrik 12 biasana dianggo pikeun atomisasi cairan sareng sintésis partikel polimér sareng keramik 13 sareng serat 14 anu ukuranana dikontrol.
Sakumaha anu dijelaskeun dina publikasi sateuacana 8, 9, 10, 11, dina ékspérimén has, tegangan tinggi diterapkeun antara kapiler logam sareng éléktroda lawan anu di-ground. Salila prosés ieu, dua fénoména anu béda lumangsung: i) éléktrospray sareng ii) ionisasi cai. Médan listrik anu kuat antara dua éléktroda nyababkeun muatan négatip ngumpul dina permukaan cai anu kentel, anu ngahasilkeun formasi kerucut Taylor. Hasilna, tetesan cai anu dieusi pisan kabentuk, anu teras-terasan ngarecah jadi partikel anu langkung alit, sapertos dina téori Rayleigh16. Dina waktos anu sami, médan listrik anu kuat nyababkeun sababaraha molekul cai beulah sareng ngaleupaskeun éléktron (ionisasi), anu ngarah kana formasi sajumlah ageung spésiés oksigén réaktif (ROS)17. ROS18 anu dihasilkeun sacara simultan dienkapsulasi dina EWNS (Gambar 1c).
Dina gambar 2a nunjukkeun sistem generasi EWNS anu dikembangkeun sareng dianggo dina sintésis EWNS dina panilitian ieu. Cai murni anu disimpen dina botol anu ditutup dialirkeun ngaliwatan tabung Teflon (diaméter jero 2 mm) kana jarum stainless steel 30G (kapiler logam). Aliran cai dikontrol ku tekanan hawa di jero botol, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2b. Jarum dipasang dina konsol Teflon sareng tiasa disaluyukeun sacara manual kana jarak anu tangtu ti éléktroda lawan. Éléktroda lawan nyaéta piringan aluminium anu dipoles kalayan liang di tengah pikeun sampling. Di handap éléktroda lawan aya corong sampling aluminium, anu disambungkeun ka sésa setelan ékspériméntal ngalangkungan port sampling (Gambar 2b). Pikeun nyingkahan akumulasi muatan anu tiasa ngaganggu operasi sampler, sadaya komponén sampler dihubungkeun sacara listrik.
(a) Sistem Pembangkitan Nanostruktur Cai Rekayasa (EWNS). (b) Penampang sampler sareng electrospray, nunjukkeun parameter anu paling penting. (c) Setelan ékspériméntal pikeun inaktivasi baktéri.
Sistem generasi EWNS anu dijelaskeun di luhur sanggup ngarobih parameter operasi konci pikeun ngagampangkeun panyesuaian sipat EWNS. Saluyukeun tegangan anu diterapkeun (V), jarak antara jarum sareng éléktroda lawan (L), sareng aliran cai (φ) ngaliwatan kapiler pikeun nyaluyukeun karakteristik EWNS. Simbol anu dianggo pikeun ngagambarkeun kombinasi anu béda: [V (kV), L (cm)]. Saluyukeun aliran cai pikeun kéngingkeun kerucut Taylor anu stabil tina set anu tangtu [V, L]. Pikeun tujuan panilitian ieu, diaméter aperture éléktroda lawan (D) dijaga dina 0,5 inci (1,29 cm).
Kusabab géométri sareng asimetri anu kawates, kakuatan médan listrik teu tiasa diitung tina prinsip kahiji. Sabalikna, parangkat lunak QuickField™ (Svendborg, Denmark)19 dianggo pikeun ngitung médan listrik. Médan listrik henteu seragam, janten nilai médan listrik di tungtung kapiler dianggo salaku nilai rujukan pikeun rupa-rupa konfigurasi.
Salila panilitian, sababaraha kombinasi tegangan sareng jarak antara jarum sareng éléktroda lawan dievaluasi dina hal formasi kerucut Taylor, stabilitas kerucut Taylor, stabilitas produksi EWNS, sareng reprodusibilitas. Rupa-rupa kombinasi dipidangkeun dina Tabel Tambahan S1.
Kaluaran tina sistem generasi EWNS disambungkeun langsung ka Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) pikeun pangukuran konsentrasi jumlah partikel, ogé ka Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN). ) pikeun arus aerosol diukur sakumaha anu dijelaskeun dina publikasi kami sateuacana. Duanana SMPS sareng éléktrometer aerosol disampel dina laju aliran 0,5 L/mnt (total aliran sampel 1 L/mnt). Konsentrasi jumlah partikel sareng aliran aerosol diukur salami 120 detik. Pangukuran diulang 30 kali. Dumasar kana pangukuran arus, total muatan aerosol diitung sareng rata-rata muatan EWNS diperkirakeun pikeun jumlah total partikel EWNS anu dipilih. Biaya rata-rata EWNS tiasa diitung nganggo Persamaan (1):
dimana IEl nyaéta arus anu diukur, NSMPS nyaéta konsentrasi digital anu diukur nganggo SMPS, sareng φEl nyaéta laju aliran per éléktrométer.
Kusabab kalembaban relatif (RH) mangaruhan muatan permukaan, suhu sareng (RH) dijaga konstan salami ékspérimén dina 21°C sareng 45%, masing-masing.
Mikroskopi gaya atom (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) sareng probe AC260T (Olympus, Tokyo, Jepang) dianggo pikeun ngukur ukuran sareng umur EWNS. Frékuénsi scanning AFM nyaéta 1 Hz, daérah scanning nyaéta 5 μm × 5 μm, sareng 256 garis scan. Sadaya gambar di-subject kana alignment gambar orde ka-1 nganggo parangkat lunak Asylum (rentang topéng 100 nm, ambang 100 pm).
Corong tés dicabut sareng permukaan mika disimpen dina jarak 2,0 cm ti éléktroda lawan pikeun waktos rata-rata 120 detik pikeun nyingkahan aglomerasi partikel sareng formasi tetesan anu henteu teratur dina permukaan mika. EWNS disemprot langsung kana permukaan mika anu nembé dipotong (Ted Pella, Redding, CA). Gambar permukaan mika langsung saatos AFM sputtering. Sudut kontak permukaan mika anu nembé dipotong sareng henteu dirobih caket kana 0°, janten EVNS disebarkeun dina permukaan mika dina bentuk kubah. Diaméter (a) sareng jangkungna (h) tina tetesan anu nyebar diukur langsung tina topografi AFM sareng dianggo pikeun ngitung volume difusi kubah EWNS nganggo metode anu parantos divalidasi sateuacanna. Anggap EWNS onboard gaduh volume anu sami, diaméter anu sami tiasa diitung nganggo Persamaan (2):
Dumasar kana metode anu parantos dikembangkeun sateuacanna, spin trap résonansi spin éléktron (ESR) dianggo pikeun ngadeteksi ayana zat antara radikal anu umurna pondok dina EWNS. Aerosol digelembungkeun ngaliwatan sparger Midget 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) anu ngandung larutan 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.). Portland, Oregon). Sadaya pangukuran ESR dilakukeun nganggo spéktrométer Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) sareng sél panel datar. Parangkat lunak Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) dianggo pikeun ngumpulkeun sareng nganalisis data. Nangtukeun karakteristik ROS dilakukeun ngan ukur pikeun sakumpulan kaayaan operasi [-6,5 kV, 4,0 cm]. Konsentrasi EWNS diukur nganggo SMPS saatos ngitung karugian EWNS dina impactor.
Kadar ozon diawaskeun nganggo 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Pikeun sadaya sipat EWNS, nilai rata-rata dianggo salaku nilai pangukuran, sareng standar deviasi dianggo salaku kasalahan pangukuran. Tés-t dilakukeun pikeun ngabandingkeun nilai atribut EWNS anu dioptimalkeun sareng nilai anu saluyu tina EWNS dasar.
Gambar 2c nunjukkeun sistem "tarikan" présipitasi éléktrostatik (EPES) anu parantos dikembangkeun sareng dicirikeun sateuacanna anu tiasa dianggo pikeun pangiriman EWNS anu ditujukeun di permukaan. EPES nganggo muatan EVNS anu tiasa "dipandu" langsung ka permukaan target dina pangaruh médan listrik anu kuat. Rincian sistem EPES dipidangkeun dina publikasi anyar ku Pyrgiotakis et al. 11. Ku kituna, EPES diwangun ku kamar PVC anu dicitak 3D kalayan tungtung anu meruncing sareng ngandung dua pelat logam stainless steel (304 stainless steel, dilapis eunteung) paralel di tengahna 15,24 cm. Papan-papan éta disambungkeun ka sumber tegangan tinggi éksternal (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), pelat handap salawasna disambungkeun ka tegangan positif, sareng pelat luhur salawasna disambungkeun ka taneuh (taneuh ngambang). Tembok kamar ditutupan ku aluminium foil, anu di-ground sacara listrik pikeun nyegah leungitna partikel. Kamar ieu ngagaduhan panto loading hareup anu disegel anu ngamungkinkeun permukaan uji disimpen dina dudukan plastik anu ngangkatna di luhur pelat logam handap pikeun nyingkahan gangguan tegangan tinggi.
Efisiensi déposisi EWNS dina EPES diitung dumasar kana protokol anu parantos dikembangkeun sateuacanna anu dirinci dina Gambar Tambahan S111.
Salaku rohangan kontrol, rohangan aliran silinder kadua disambungkeun sacara séri kana sistem EPES, dimana filter HEPA antara dianggo pikeun miceun EWNS. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 2c, aerosol EWNS dipompa ngaliwatan dua rohangan anu diwangun. Filter antara rohangan kontrol sareng EPES miceun sésa-sésa EWNS anu ngahasilkeun suhu (T), kalembaban relatif (RH) sareng tingkat ozon anu sami.
Mikroorganisme anu penting anu ditularkan ku dahareun parantos kapendak ngotoran kadaharan seger sapertos E. coli (ATCC #27325), indikator tai, Salmonella enterica (ATCC #53647), patogén anu ditularkan ku dahareun, Listeria harmless (ATCC #33090), surrogate pikeun Listeria monocytogenes patogén, anu diturunkeun tina ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), gaganti pikeun ragi pembusuk, sareng baktéri anu teu diaktipkeun anu langkung tahan, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Meuli tomat anggur organik sacara acak ti pasar lokal anjeun teras simpen dina kulkas dina suhu 4°C dugi ka dianggo (dugi ka 3 dinten). Tomat percobaan sadayana ukuranana sami, diaméterna sakitar 1/2 inci.
Protokol kultur, inokulasi, paparan, sareng cacah koloni dijelaskeun sacara rinci dina publikasi kami sateuacanna sareng dijelaskeun dina Data Tambahan. Efektivitas EWNS dievaluasi ku cara ngalaan tomat anu diinokulasi kana 40.000 #/cm3 salami 45 menit. Sacara singget, tilu tomat dianggo pikeun meunteun mikroorganisme anu salamet dina waktos t = 0 menit. Tilu tomat disimpen dina EPES sareng kakeunaan EWNS dina 40.000 #/cc (tomat anu kakeunaan EWNS) sareng tilu sésana disimpen dina ruang kontrol (tomat kontrol). Pamrosésan tambahan tomat dina dua kelompok henteu dilaksanakeun. Tomat anu kakeunaan EWNS sareng tomat kontrol dipiceun saatos 45 menit pikeun meunteun pangaruh EWNS.
Unggal ékspérimén dilaksanakeun tilu kali. Analisis data dilaksanakeun numutkeun protokol anu dijelaskeun dina Data Tambahan.
Mékanisme inaktivasi dipeunteun ku cara sedimentasi sampel EWNS anu kakeunaan (45 menit dina konsentrasi aerosol EWNS 40.000 #/cm3) sareng sampel baktéri anu teu bahaya E. coli, Salmonella enterica sareng Lactobacillus anu teu diiradiasi. Partikel-partikel éta difiksasi dina 2,5% glutaraldehida, 1,25% paraformaldehida sareng 0,03% asam pikrat dina 0,1 M buffer natrium kakodilat (pH 7,4) salami 2 jam dina suhu kamar. Saatos dikumbah, pasang-fiksasi nganggo 1% osmium tetroksida (OsO4) / 1,5% kalium ferosianida (KFeCN6) salami 2 jam, kumbah 3 kali dina cai sareng inkubasi dina 1% uranil asetat salami 1 jam, teras kumbah dua kali dina cai, teras dehidrasi salami 10 menit dina alkohol 50%, 70%, 90%, 100%. Sampel-sampel éta tuluy ditempatkeun dina propiléna oksida salila 1 jam sarta diimpregnasi ku campuran 1:1 propiléna oksida sarta TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Sampel-sampel éta diasupkeun kana TAAB Epon sarta dipolimerisasi dina suhu 60°C salila 48 jam. Résin granular anu geus diubaran dipotong sarta divisualisasikeun ku TEM maké mikroskop éléktron transmisi konvensional JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Jepang) anu dilengkepan kaméra CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, AS).
Sadaya ékspérimén dilaksanakeun dina rangkep tilu. Pikeun unggal titik waktos, pangumbahan baktéri diwidangkeun dina rangkep tilu, ngahasilkeun total salapan titik data per titik, rata-rata dianggo salaku konsentrasi baktéri pikeun mikroorganisme khusus éta. Simpangan baku dianggo salaku kasalahan pangukuran. Sadaya titik diitung.
Logaritma tina panurunan konsentrasi baktéri dibandingkeun sareng t = 0 menit diitung nganggo rumus ieu:
dimana C0 nyaéta konsentrasi baktéri dina sampel kontrol dina waktos 0 (nyaéta saatos permukaan garing tapi sateuacan disimpen dina rohangan) sareng Cn nyaéta konsentrasi baktéri dina permukaan saatos n menit paparan.
Pikeun ngitung degradasi alami baktéri salami paparan 45 menit, réduksi log dibandingkeun sareng kontrol saatos 45 menit ogé diitung sapertos kieu:
dimana Cn nyaéta konsentrasi baktéri dina sampel kontrol dina waktos n sareng Cn-Kontrol nyaéta konsentrasi baktéri kontrol dina waktos n. Data dipidangkeun salaku réduksi log dibandingkeun sareng kontrol (henteu aya paparan EWNS).
Salila panilitian, sababaraha kombinasi tegangan sareng jarak antara jarum sareng éléktroda lawan dievaluasi dina hal formasi kerucut Taylor, stabilitas kerucut Taylor, stabilitas produksi EWNS, sareng reprodusibilitas. Rupa-rupa kombinasi dipidangkeun dina Tabel Tambahan S1. Dua kasus anu nunjukkeun sipat anu stabil sareng tiasa diulang (kerucut Taylor, generasi EWNS, sareng stabilitas kana waktos) dipilih pikeun panilitian anu komprehensif. Dina gambar. Gambar 3 nunjukkeun hasil pikeun muatan, ukuran, sareng eusi ROS dina dua kasus. Hasilna ogé diringkeskeun dina Tabel 1. Pikeun rujukan, Gambar 3 sareng Tabel 1 kalebet sipat-sipat EWNS8, 9, 10, 11 anu disintésis sateuacanna (baseline-EWNS). Itungan signifikansi statistik nganggo uji-t dua sisi diterbitkeun deui dina Tabel Tambahan S2. Salaku tambahan, data tambahan kalebet panilitian ngeunaan pangaruh diaméter liang sampling éléktroda lawan (D) sareng jarak antara éléktroda taneuh sareng ujung (L) (Gambar Tambahan S2 sareng S3).
(ac) Sebaran ukuran diukur ku AFM. (df) Karakteristik muatan permukaan. (g) Karakterisasi ROS tina EPR.
Penting ogé pikeun dicatet yén pikeun sadaya kaayaan di luhur, arus ionisasi anu diukur nyaéta antara 2 sareng 6 μA sareng tegangan antara -3,8 sareng -6,5 kV, anu ngahasilkeun konsumsi daya kirang ti 50 mW pikeun modul kontak generasi EWNS tunggal ieu. Sanaos EWNS disintésis dina tekanan anu luhur, tingkat ozon rendah pisan, henteu pernah ngaleuwihan 60 ppb.
Gambar Tambahan S4 nunjukkeun medan listrik simulasi pikeun skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng [-3,8 kV, 0,5 cm]. Pikeun skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng [-3,8 kV, 0,5 cm], itungan medan masing-masing nyaéta 2 × 105 V/m sareng 4,7 × 105 V/m. Ieu dipiharep, kumargi dina kasus anu kadua babandingan tegangan-jarak jauh langkung luhur.
Dina gambar 3a, b nunjukkeun diaméter EWNS anu diukur nganggo AFM8. Diaméter EWNS rata-rata anu diitung nyaéta 27 nm sareng 19 nm pikeun skéma [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng [-3,8 kV, 0,5 cm]. Pikeun skénario [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng [-3,8 kV, 0,5 cm], simpangan baku géométri tina distribusi nyaéta 1,41 sareng 1,45, masing-masing, nunjukkeun distribusi ukuran anu sempit. Duanana ukuran rata-rata sareng simpangan baku géométri caket pisan sareng EWNS dasar, masing-masing dina 25 nm sareng 1,41. Dina gambar 3c nunjukkeun distribusi ukuran EWNS dasar anu diukur nganggo metode anu sami dina kaayaan anu sami.
Dina gambar 3d, e nunjukkeun hasil karakterisasi muatan. Data mangrupikeun pangukuran rata-rata tina 30 pangukuran konsentrasi (#/cm3) sareng arus (I) sacara simultan. Analisis nunjukkeun yén muatan rata-rata dina EWNS nyaéta 22 ± 6 e- sareng 44 ± 6 e- pikeun [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng [-3,8 kV, 0,5 cm], masing-masing. Éta ngagaduhan muatan permukaan anu langkung luhur dibandingkeun sareng EWNS dasar (10 ± 2 e-), dua kali langkung ageung tibatan skénario [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng opat kali langkung ageung tibatan [-3,8 kV, 0,5 cm]. Gambar 3f nunjukkeun data muatan pikeun Baseline-EWNS.
Tina peta konsentrasi angka EWNS (Gambar Tambahan S5 sareng S6), tiasa katingali yén skénario [-6,5 kV, 4,0 cm] ngagaduhan partikel anu langkung seueur tibatan skénario [-3,8 kV, 0,5 cm]. Perlu ogé dicatet yén konsentrasi angka EWNS dipantau dugi ka 4 jam (Gambar Tambahan S5 sareng S6), dimana stabilitas generasi EWNS nunjukkeun tingkat konsentrasi angka partikel anu sami dina dua kasus éta.
Dina gambar 3g nunjukkeun spéktrum EPR saatos dikurangan kontrol EWNS anu dioptimalkeun (latar tukang) dina [-6,5 kV, 4,0 cm]. Spéktrum ROS ogé dibandingkeun sareng skénario Baseline-EWNS dina karya anu diterbitkeun sateuacanna. Jumlah EWNS anu ngaréaksikeun sareng spin trap diitung janten 7,5 × 104 EWNS/s, anu sami sareng Baseline-EWNS8 anu diterbitkeun sateuacanna. Spéktrum EPR sacara jelas nunjukkeun ayana dua jinis ROS, kalayan O2- janten spésiés anu dominan sareng OH• kirang seueur. Salaku tambahan, babandingan langsung tina inténsitas puncak nunjukkeun yén EWNS anu dioptimalkeun ngagaduhan eusi ROS anu langkung luhur dibandingkeun sareng EWNS dasar.
Dina gambar 4 nunjukkeun efisiensi déposisi EWNS dina EPES. Data ogé diringkeskeun dina Tabel I sareng dibandingkeun sareng data EWNS asli. Pikeun dua kasus EUNS, déposisi caket kana 100% bahkan dina tegangan rendah 3,0 kV. Biasana, 3,0 kV cekap pikeun déposisi 100%, henteu paduli parobahan muatan permukaan. Dina kaayaan anu sami, efisiensi déposisi Baseline-EWNS ngan ukur 56% kusabab muatanna anu langkung handap (rata-rata 10 éléktron per EWNS).
Dina gambar 5 sareng dina tabel 2 ngaruntuykeun nilai inaktivasi mikroorganisme anu diinokulasi dina permukaan tomat saatos kakeunaan sakitar 40.000 #/cm3 EWNS salami 45 menit dina modeu optimal [-6,5 kV, 4,0 cm]. E. coli sareng Lactobacillus innocuous anu diinokulasi nunjukkeun réduksi anu signifikan nyaéta 3,8 log salami paparan 45 menit. Dina kaayaan anu sami, S. enterica ngalaman panurunan 2,2 log, sedengkeun S. cerevisiae sareng M. parafortutum ngalaman panurunan 1,0 log.
Mikrograf éléktron (Gambar 6) ngagambarkeun parobahan fisik anu disababkeun ku EWNS dina sél Escherichia coli, Streptococcus, sareng Lactobacillus anu teu bahaya anu ngarah kana inaktivasina. Baktéri kontrol ngagaduhan mémbran sél anu utuh, sedengkeun baktéri anu kakeunaan ngagaduhan mémbran luar anu ruksak.
Pencitraan mikroskopis éléktron tina baktéri kontrol sareng anu kakeunaan ngungkabkeun karusakan mémbran.
Data ngeunaan sipat fisikokimia tina EWNS anu dioptimalkeun sacara koléktif nunjukkeun yén sipat (muatan permukaan sareng eusi ROS) tina EWNS ningkat sacara signifikan dibandingkeun sareng data dasar EWNS anu diterbitkeun sateuacanna8,9,10,11. Di sisi anu sanés, ukuranana tetep dina kisaran nanometer, sami pisan sareng hasil anu dilaporkeun sateuacanna, ngamungkinkeun aranjeunna tetep aya di udara salami waktos anu lami. Polidispersitas anu dititénan tiasa dijelaskeun ku parobahan muatan permukaan anu nangtukeun ukuran EWNS, kaacakan tina pangaruh Rayleigh, sareng poténsi koalesensi. Nanging, sakumaha anu dijelaskeun ku Nielsen et al. 22, muatan permukaan anu luhur ngirangan penguapan ku cara ningkatkeun énergi permukaan/tegangan tetesan cai sacara efektif. Dina publikasi kami sateuacanna8 téori ieu dikonfirmasi sacara ékspériméntal pikeun mikrodroplet 22 sareng EWNS. Leungitna muatan salami lembur ogé tiasa mangaruhan ukuran sareng nyumbang kana distribusi ukuran anu dititénan.
Salian ti éta, muatan per struktur sakitar 22-44 e-, gumantung kana kaayaanana, anu sacara signifikan langkung luhur dibandingkeun sareng EWNS dasar, anu gaduh muatan rata-rata 10 ± 2 éléktron per struktur. Nanging, kedah dicatet yén ieu mangrupikeun muatan rata-rata EWNS. Seto et al. Parantos dipidangkeun yén muatan éta henteu homogen sareng nuturkeun distribusi log-normal21. Dibandingkeun sareng padamelan kami sateuacana, ngagandakeun muatan permukaan ngagandakeun efisiensi déposisi dina sistem EPES janten ampir 100%11.