Tack för att du besöker Nature.com.Webbläsarversionen du använder har begränsat CSS-stöd.För bästa upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer).Under tiden, för att säkerställa fortsatt support, kommer vi att rendera webbplatsen utan stilar och JavaScript.
En karusell som visar tre bilder samtidigt.Använd knapparna Föregående och Nästa för att gå igenom tre bilder åt gången, eller använd skjutknapparna i slutet för att gå igenom tre bilder åt gången.
Nyligen har en kemikaliefri antimikrobiell plattform baserad på nanoteknik som använder konstgjorda vattennanostrukturer (EWNS) utvecklats.EWNS har en hög ytladdning och är mättade med reaktiva syrearter (ROS) som kan interagera med och inaktivera ett antal mikroorganismer, inklusive livsmedelsburna patogener.Här visas att deras egenskaper under syntes kan finjusteras och optimeras för att ytterligare förbättra deras antibakteriella potential.EWNS laboratorieplattform utformades för att finjustera egenskaperna hos EWNS genom att ändra syntesparametrarna.Karakterisering av EWNS-egenskaper (laddning, storlek och innehåll av ROS) med hjälp av moderna analysmetoder.Dessutom utvärderades de för sin mikrobiella inaktiveringspotential mot livsmedelsburna mikroorganismer som Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum och Saccharomyces cerevisiae.Resultaten som presenteras här visar att egenskaperna hos EWNS kan finjusteras under syntes, vilket resulterar i en exponentiell ökning av inaktiveringseffektiviteten.Speciellt ökade ytladdningen med en faktor fyra och de reaktiva syreämnena ökade.Den mikrobiella avlägsnandehastigheten var mikrobiellt beroende och varierade från 1,0 till 3,8 log efter 45 minuters exponering för en aerosoldos på 40 000 #/cc EWNS.
Mikrobiell kontaminering är den främsta orsaken till livsmedelsburna sjukdomar som orsakas av intag av patogener eller deras toxiner.Bara i USA orsakar livsmedelsburna sjukdomar cirka 76 miljoner sjukdomar, 325 000 sjukhusinläggningar och 5 000 dödsfall varje år1.Dessutom uppskattar United States Department of Agriculture (USDA) att ökad konsumtion av färskvaror är ansvarig för 48 % av alla rapporterade livsmedelsburna sjukdomar i USA2.Kostnaden för sjukdomar och dödsfall orsakade av livsmedelsburna patogener i USA är mycket hög, uppskattad av Centers for Disease Control and Prevention (CDC) till mer än 15,6 miljarder USD per år3.
För närvarande utförs kemiska4, strålnings5 och termiska6 antimikrobiella interventioner för att säkerställa livsmedelssäkerheten oftast vid begränsade kritiska kontrollpunkter (CCP) längs produktionskedjan (vanligtvis efter skörd och/eller under förpackning) snarare än kontinuerligt.sålunda är de benägna att korskontamineras.7. Bättre kontroll av livsmedelsburna sjukdomar och livsmedelsförstöring kräver antimikrobiella ingrepp som potentiellt kan tillämpas över hela kontinuumet från jord till bord samtidigt som miljöpåverkan och kostnader minskar.
Nyligen har en kemikaliefri, nanoteknikbaserad antimikrobiell plattform utvecklats som kan inaktivera yt- och luftburna bakterier med hjälp av konstgjorda vattennanostrukturer (EWNS).EWNS syntetiserades med hjälp av två parallella processer, elektrospray och vattenjonisering (Fig. 1a).Tidigare studier har visat att EWNS har en unik uppsättning fysiska och biologiska egenskaper8,9,10.EWNS har i genomsnitt 10 elektroner per struktur och en genomsnittlig nanoskalastorlek på 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10.Dessutom visade elektronspinresonans (ESR) att EWNS innehåller en stor mängd reaktiva syrearter (ROS), främst hydroxyl (OH•) och superoxid (O2-) radikaler (Fig. 1c)8.EVNS är i luften under lång tid och kan kollidera med mikroorganismer suspenderade i luften och som finns på ytan, leverera deras ROS-nyttolast och orsaka inaktivering av mikroorganismer (Fig. 1d).Dessa tidiga studier visade också att EWNS kan interagera med och inaktivera olika gramnegativa och grampositiva bakterier, inklusive mykobakterier, på ytor och i luften.Transmissionselektronmikroskopi visade att inaktiveringen orsakades av avbrott i cellmembranet.Dessutom har akuta inhalationsstudier visat att höga doser av EWNS inte orsakar lungskador eller inflammation 8 .
(a) Elektrospray uppstår när en hög spänning appliceras mellan ett kapillärrör som innehåller vätska och en motelektrod.(b) Appliceringen av högt tryck resulterar i två olika fenomen: (i) elektrosprayning av vatten och (ii) bildning av reaktiva syrearter (joner) fångade i EWNS.(c) Den unika strukturen hos EWNS.(d) På grund av sin natur i nanoskala är EWNS mycket mobila och kan interagera med luftburna patogener.
Förmågan hos EWNS antimikrobiella plattform att inaktivera livsmedelsburna mikroorganismer på ytan av färska livsmedel har också nyligen demonstrerats.Det har också visat sig att ytladdningen av EWNS i kombination med ett elektriskt fält kan användas för att uppnå målinriktad leverans.Dessutom var preliminära resultat för ekologiska tomater efter 90 minuters exponering vid en EWNS på cirka 50 000 #/cm3 uppmuntrande, med olika livsmedelsburna mikroorganismer som E. coli och Listeria 11 observerade.Dessutom visade preliminära organoleptiska tester inga sensoriska effekter jämfört med kontrolltomater.Även om dessa initiala inaktiveringsresultat är uppmuntrande för livsmedelssäkerhetstillämpningar även vid mycket låga EWNS-doser på 50 000#/cc.se, det är tydligt att en högre inaktiveringspotential skulle vara mer fördelaktigt för att ytterligare minska risken för infektion och förstörelse.
Här kommer vi att fokusera vår forskning på utvecklingen av en EWNS-genereringsplattform för att möjliggöra finjustering av syntesparametrar och optimering av de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos EWNS för att förbättra deras antibakteriella potential.I synnerhet har optimering fokuserat på att öka deras ytladdning (för att förbättra riktad leverans) och ROS-innehåll (för att förbättra inaktiveringseffektiviteten).Karakterisera optimerade fysikalisk-kemiska egenskaper (storlek, laddning och ROS-innehåll) med hjälp av moderna analysmetoder och använd vanliga livsmedelsmikroorganismer som E. .
EVNS syntetiserades genom samtidig elektrosprayning och jonisering av högrent vatten (18 MΩ cm–1).Den elektriska nebulisatorn 12 används typiskt för finfördelning av vätskor och syntes av polymer- och keramiska partiklar 13 och fibrer 14 av kontrollerad storlek.
Som beskrivs i tidigare publikationer 8, 9, 10, 11, i ett typiskt experiment, applicerades en hög spänning mellan en metallkapillär och en jordad motelektrod.Under denna process uppstår två olika fenomen: i) elektrospray och ii) vattenjonisering.Ett starkt elektriskt fält mellan de två elektroderna gör att negativa laddningar byggs upp på ytan av det kondenserade vattnet, vilket resulterar i bildandet av Taylor-koner.Som ett resultat bildas högladdade vattendroppar, som fortsätter att brytas upp i mindre partiklar, som i Rayleigh-teorin16.Samtidigt gör starka elektriska fält att vissa vattenmolekyler spjälkar och strippar elektroner (joniseras), vilket leder till att det bildas en stor mängd reaktiva syrearter (ROS)17.Samtidigt genererad ROS18 inkapslades i EWNS (Fig. 1c).
På fig.2a visar EWNS-genereringssystemet utvecklat och använt i EWNS-syntesen i denna studie.Renat vatten lagrat i en stängd flaska matades genom ett teflonrör (2 mm innerdiameter) in i en 30G nål av rostfritt stål (metallkapillär).Vattenflödet styrs av lufttrycket inuti flaskan, som visas i figur 2b.Nålen är monterad på en teflonkonsol och kan manuellt justeras till ett visst avstånd från motelektroden.Motelektroden är en polerad aluminiumskiva med ett hål i mitten för provtagning.Under motelektroden finns en provtagningstratt av aluminium, som är ansluten till resten av experimentuppställningen via en provtagningsport (fig. 2b).För att undvika laddningsuppbyggnad som kan störa provtagarens drift är alla provtagarens komponenter elektriskt jordade.
(a) Engineered Water Nanostructure Generation System (EWNS).(b) Tvärsnitt av provtagaren och elektrosprayen, som visar de viktigaste parametrarna.(c) Experimentell uppställning för bakterieinaktivering.
EWNS-genereringssystemet som beskrivs ovan är kapabelt att ändra nyckeldriftsparametrar för att underlätta finjustering av EWNS-egenskaperna.Justera den applicerade spänningen (V), avståndet mellan nålen och motelektroden (L) och vattenflödet (φ) genom kapillären för att finjustera EWNS-egenskaperna.Symbol som används för att representera olika kombinationer: [V (kV), L (cm)].Justera vattenflödet för att få en stabil Taylor-kon av en viss uppsättning [V, L].För syftet med denna studie hölls öppningsdiametern för motelektroden (D) vid 0,5 tum (1,29 cm).
På grund av den begränsade geometrin och asymmetrin kan den elektriska fältstyrkan inte beräknas utifrån första principer.Istället användes programvaran QuickField™ (Svendborg, Danmark)19 för att beräkna det elektriska fältet.Det elektriska fältet är inte enhetligt, så värdet på det elektriska fältet vid spetsen av kapillären användes som referensvärde för olika konfigurationer.
Under studien utvärderades flera kombinationer av spänning och avstånd mellan nålen och motelektroden i termer av Taylor-konbildning, Taylor-konstabilitet, EWNS-produktionsstabilitet och reproducerbarhet.Olika kombinationer visas i tilläggstabell S1.
Utgången från EWNS-genereringssystemet kopplades direkt till en Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) för mätning av partikelantalkoncentration, såväl som till en Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) för aerosolströmmar mättes enligt beskrivningen i vår tidigare publikation.Både SMPS och aerosolelektrometern togs med en flödeshastighet på 0,5 l/min (totalt provflöde 1 l/min).Antalet koncentration av partiklar och aerosolflödet mättes under 120 sekunder.Mätningen upprepas 30 gånger.Baserat på aktuella mätningar beräknas den totala aerosolladdningen och den genomsnittliga EWNS-laddningen uppskattas för ett givet totalt antal utvalda EWNS-partiklar.Den genomsnittliga kostnaden för EWNS kan beräknas med ekvation (1):
där IEl är den uppmätta strömmen, NSMPS är den digitala koncentrationen mätt med SMPS, och φEl är flödeshastigheten per elektrometer.
Eftersom relativ fuktighet (RH) påverkar ytladdningen, hölls temperatur och (RH) konstanta under experimentet vid 21°C respektive 45%.
Atomkraftsmikroskopi (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) och AC260T-sond (Olympus, Tokyo, Japan) användes för att mäta storleken och livslängden för EWNS.AFM-skanningsfrekvensen var 1 Hz, skanningsområdet var 5 μm × 5 μm och 256 skanningslinjer.Alla bilder utsattes för 1:a ordningens bildjustering med hjälp av Asylum-mjukvara (maskomfång 100 nm, tröskel 100 pm).
Testtratten avlägsnades och glimmerytan placerades på ett avstånd av 2,0 cm från motelektroden under en medeltid på 120 s för att undvika partikelagglomerering och bildning av oregelbundna droppar på glimmerytan.EWNS sprutades direkt på ytan av nyskuren glimmer (Ted Pella, Redding, CA).Bild av glimmerytan omedelbart efter AFM-sputtering.Kontaktvinkeln på ytan av nyskuren omodifierad glimmer är nära 0°, så EVNS fördelas på glimmerytan i form av en kupol.Diametern (a) och höjden (h) på de spridande dropparna mättes direkt från AFM-topografin och användes för att beräkna den EWNS-kupolformade diffusionsvolymen med vår tidigare validerade metod.Förutsatt att de inbyggda EWNS har samma volym, kan motsvarande diameter beräknas med hjälp av ekvation (2):
Baserat på vår tidigare utvecklade metod användes en spinnfälla för elektronspinresonans (ESR) för att detektera närvaron av kortlivade radikalintermediärer i EWNS.Aerosoler bubblades genom en 650 μm Midget-spridare (Ace Glass, Vineland, NJ) innehållande en 235 mM lösning av DEPMPO (5-(dietoxifosforyl)-5-metyl-1-pyrrolin-N-oxid) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Alla ESR-mätningar utfördes med en Bruker EMX-spektrometer (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) och en platt cell.Programvaran Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) användes för att samla in och analysera data.Bestämning av egenskaperna hos ROS utfördes endast för en uppsättning driftsförhållanden [-6,5 kV, 4,0 cm].EWNS-koncentrationer mättes med hjälp av SMPS efter att ha redovisat EWNS-förluster i impactorn.
Ozonnivåer övervakades med en 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
För alla EWNS-egenskaper används medelvärdet som mätvärde och standardavvikelsen används som mätfel.T-tester utfördes för att jämföra värdena för de optimerade EWNS-attributen med motsvarande värden för bas-EWNS.
Figur 2c visar ett tidigare utvecklat och karakteriserat elektrostatisk utfällning (EPES) "pull"-system som kan användas för riktad leverans av EWNS på ytan.EPES använder EVNS-laddningar som kan "ledas" direkt till ytan av målet under påverkan av ett starkt elektriskt fält.Detaljer om EPES-systemet presenteras i en nyligen publicerad publikation av Pyrgiotakis et al.11 .Således består EPES av en 3D-printad PVC-kammare med avsmalnande ändar och innehåller två parallella metallplattor av rostfritt stål (304 rostfritt stål, spegelbelagda) metallplattor i mitten 15,24 cm från varandra.Korten var anslutna till en extern högspänningskälla (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), bottenplattan var alltid kopplad till positiv spänning och toppplattan var alltid ansluten till jord (flytande jord).Kammarväggarna är täckta med aluminiumfolie, som är elektriskt jordad för att förhindra partikelförlust.Kammaren har en förseglad frontmatningsdörr som gör att testytor kan placeras på plaststativ som höjer dem ovanför den undre metallplattan för att undvika störningar av hög spänning.
Deponeringseffektiviteten för EWNS i EPES beräknades enligt ett tidigare utvecklat protokoll som beskrivs i tilläggsfigur S111.
Som en kontrollkammare kopplades en andra cylindrisk flödeskammare i serie till EPES-systemet, i vilket ett mellanliggande HEPA-filter användes för att avlägsna EWNS.Som visas i figur 2c pumpades EWNS-aerosolen genom två inbyggda kammare.Filtret mellan kontrollrummet och EPES tar bort eventuella kvarvarande EWNS vilket resulterar i samma temperatur (T), relativ fuktighet (RH) och ozonnivåer.
Viktiga livsmedelsburna mikroorganismer har visat sig förorena färska livsmedel som E. coli (ATCC #27325), fekal indikator, Salmonella enterica (ATCC #53647), livsmedelsburen patogen, Listeria ofarlig (ATCC #33090), surrogat för patogen Listeria monocytogenes, ATCC ATCCARY (VAC) (VA) 4098), en ersättning för förstörande jäst, och en mer resistent inaktiverad bakterie, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Köp slumpmässiga lådor med ekologiska druvtomater från din lokala marknad och kyl vid 4°C fram till användning (upp till 3 dagar).De experimentella tomaterna var alla av samma storlek, cirka 1/2 tum i diameter.
Protokoll för odling, inokulering, exponering och koloniantal beskrivs i vår tidigare publikation och i tilläggsdata.Effektiviteten av EWNS utvärderades genom att exponera inokulerade tomater för 40 000 #/cm3 under 45 minuter.Kortfattat användes tre tomater för att utvärdera de överlevande mikroorganismerna vid tiden t = 0 min.Tre tomater placerades i EPES och exponerades för EWNS vid 40 000 #/cc (EWNS exponerade tomater) och de återstående tre placerades i kontrollkammaren (kontrolltomater).Ytterligare bearbetning av tomater i båda grupperna utfördes inte.EWNS-exponerade tomater och kontrolltomater avlägsnades efter 45 minuter för att utvärdera effekten av EWNS.
Varje experiment utfördes i tre exemplar.Dataanalys utfördes enligt protokollet som beskrivs i Kompletterande data.
Inaktiveringsmekanismer utvärderades genom sedimentering av exponerade EWNS-prover (45 min vid 40 000 #/cm3 EWNS-aerosolkoncentration) och icke-bestrålade prover av ofarliga bakterier E. coli, Salmonella enterica och Lactobacillus.Partiklarna fixerades i 2,5 % glutaraldehyd, 1,25 % paraformaldehyd och 0,03 % pikrinsyra i 0,1 M natriumkakodylatbuffert (pH 7,4) under 2 timmar vid rumstemperatur.Efter tvättning efterfixeras med 1 % osmiumtetroxid (OsO4)/1,5 % kaliumferrocyanid (KFeCN6) i 2 timmar, tvätta 3 gånger i vatten och inkubera i 1 % uranylacetat i 1 timme, tvätta sedan två gånger i vatten, torka sedan in i 10 % 900 % alkohol i 10 %, 0,00 % alkohol i 10 %, 0,00 % alkoholProverna placerades sedan i propylenoxid under 1 timme och impregnerades med en 1:1 blandning av propylenoxid och TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Proverna bäddades in i TAAB Epon och polymeriserades vid 60°C under 48 timmar.Det härdade granulära hartset skars och visualiserades med TEM med användning av ett konventionellt transmissionselektronmikroskop JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japan) utrustat med en AMT 2k CCD-kamera (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
Alla experiment utfördes i tre exemplar.För varje tidpunkt såddes bakterietvättningar i tre exemplar, vilket resulterade i totalt nio datapunkter per punkt, vars medelvärde användes som bakteriekoncentration för den specifika mikroorganismen.Standardavvikelsen användes som mätfel.Alla poäng räknas.
Logaritmen för minskningen av koncentrationen av bakterier jämfört med t = 0 min beräknades med hjälp av följande formel:
där C0 är koncentrationen av bakterier i kontrollprovet vid tidpunkten 0 (dvs efter att ytan har torkat men innan den placeras i kammaren) och Cn är koncentrationen av bakterier på ytan efter n minuters exponering.
För att ta hänsyn till den naturliga nedbrytningen av bakterier under den 45-minutersexponeringen, beräknades logreduktionen jämfört med kontrollen efter 45 minuter också enligt följande:
där Cn är koncentrationen av bakterier i kontrollprovet vid tidpunkten n och Cn-Control är koncentrationen av kontrollbakterier vid tidpunkten n.Data presenteras som en logreduktion jämfört med kontroll (ingen EWNS-exponering).
Under studien utvärderades flera kombinationer av spänning och avstånd mellan nålen och motelektroden i termer av Taylor-konbildning, Taylor-konstabilitet, EWNS-produktionsstabilitet och reproducerbarhet.Olika kombinationer visas i tilläggstabell S1.Två fall som visar stabila och reproducerbara egenskaper (Taylor-kon, EWNS-generering och stabilitet över tid) valdes ut för omfattande studie.På fig.Figur 3 visar resultaten för laddningen, storleken och innehållet av ROS i båda fallen.Resultaten visas också i tabell 1. Som referens inkluderar både figur 3 och tabell 1 egenskaperna hos den tidigare syntetiserade icke-optimerade EWNS8, 9, 10, 11 (baslinje-EWNS).Statistiska signifikansberäkningar med ett tvåsidigt t-test publiceras på nytt i tilläggstabell S2.Dessutom inkluderar ytterligare data studier av effekten av motelektrodens provtagningshåldiameter (D) och avståndet mellan jordelektrod och spets (L) (kompletterande figurer S2 och S3).
(ac) Storleksfördelning mätt med AFM.(df) Ytladdningskarakteristik.(g) ROS-karakterisering av EPR.
Det är också viktigt att notera att för alla ovanstående förhållanden var den uppmätta joniseringsströmmen mellan 2 och 6 μA och spänningen mellan -3,8 och -6,5 kV, vilket resulterade i en effektförbrukning på mindre än 50 mW för denna enda EWNS-generationskontaktmodul.Även om EWNS syntetiserades under högt tryck, var ozonnivåerna mycket låga och översteg aldrig 60 ppb.
Tilläggsfigur S4 visar de simulerade elektriska fälten för scenarierna [-6,5 kV, 4,0 cm] respektive [-3,8 kV, 0,5 cm].För scenarierna [-6,5 kV, 4,0 cm] och [-3,8 kV, 0,5 cm] är fältberäkningarna 2 × 105 V/m respektive 4,7 × 105 V/m.Detta förväntas, eftersom i det andra fallet är förhållandet mellan spänning och avstånd mycket högre.
På fig.3a,b visar EWNS-diametern mätt med AFM8.De beräknade genomsnittliga EWNS-diametrarna var 27 nm och 19 nm för scheman [-6,5 kV, 4,0 cm] respektive [-3,8 kV, 0,5 cm].För scenarierna [-6,5 kV, 4,0 cm] och [-3,8 kV, 0,5 cm] är de geometriska standardavvikelserna för fördelningarna 1,41 respektive 1,45, vilket indikerar en smal storleksfördelning.Både medelstorleken och den geometriska standardavvikelsen ligger mycket nära baslinjen EWNS, vid 25 nm respektive 1,41.På fig.Figur 3c visar storleksfördelningen av bas-EWNS uppmätt med samma metod under samma förhållanden.
På fig.3d,e visar resultaten av laddningskarakterisering.Data är genomsnittliga mätningar av 30 samtidiga mätningar av koncentration (#/cm3) och ström (I).Analysen visar att medelladdningen på EWNS är 22 ± 6 e- och 44 ± 6 e- för [-6,5 kV, 4,0 cm] respektive [-3,8 kV, 0,5 cm].De har betydligt högre ytladdningar jämfört med baslinje-EWNS (10 ± 2 e-), två gånger större än scenariot [-6,5 kV, 4,0 cm] och fyra gånger större än [-3 ,8 kV, 0,5 cm].Figur 3f visar laddningen.data för Baseline-EWNS.
Från koncentrationskartorna för EWNS-talet (kompletterande figurer S5 och S6) kan man se att scenariot [-6,5 kV, 4,0 cm] har betydligt fler partiklar än scenariot [-3,8 kV, 0,5 cm].Det är också värt att notera att EWNS-talkoncentrationen övervakades upp till 4 timmar (kompletterande figurer S5 och S6), där EWNS-genereringsstabiliteten visade samma nivåer av partikelantalkoncentration i båda fallen.
På fig.3g visar EPR-spektrumet efter subtraktion av den optimerade EWNS-kontrollen (bakgrund) vid [-6,5 kV, 4,0 cm].ROS-spektra jämfördes också med Baseline-EWNS-scenariot i ett tidigare publicerat arbete.Antalet EWNS som reagerar med spinnfällor beräknades till 7,5 × 104 EWNS/s, vilket liknar den tidigare publicerade Baseline-EWNS8.EPR-spektra visade tydligt närvaron av två typer av ROS, där O2- var den dominerande arten och OH• var mindre rikligt.Dessutom visade en direkt jämförelse av toppintensiteterna att den optimerade EWNS hade ett signifikant högre ROS-innehåll jämfört med baslinje-EWNS.
På fig.4 visar avsättningseffektiviteten för EWNS i EPES.Data är också sammanfattade i tabell I och jämförs med de ursprungliga EWNS-data.För båda fallen av EUNS är depositionen nära 100 % även vid en låg spänning på 3,0 kV.Typiskt är 3,0 kV tillräckligt för 100 % avsättning, oavsett ytladdningsförändring.Under samma förhållanden var avsättningseffektiviteten för Baseline-EWNS endast 56 % på grund av deras lägre laddning (i genomsnitt 10 elektroner per EWNS).
På fig.5 och i tabell.2 sammanfattar inaktiveringsvärdet för mikroorganismer som inokulerats på ytan av tomater efter exponering för cirka 40 000 #/cm3 EWNS under 45 minuter vid det optimala läget [-6,5 kV, 4,0 cm].Inokulerade E. coli och Lactobacillus innocuous visade en signifikant minskning med 3,8 log under 45 minuters exponering.Under samma förhållanden hade S. enterica en minskning med 2,2 log, medan S. cerevisiae och M. parafortutum hade en minskning med 1,0 log.
Elektronmikrofotografierna (Figur 6) visar de fysiska förändringar som induceras av EWNS på ofarliga Escherichia coli-, Streptococcus- och Lactobacillus-celler som leder till deras inaktivering.Kontrollbakterierna hade intakta cellmembran, medan de exponerade bakterierna hade skadat yttre membran.
Elektronmikroskopisk avbildning av kontroll och exponerade bakterier avslöjade membranskador.
Data om de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos den optimerade EWNS visar kollektivt att egenskaperna (ytladdning och ROS-innehåll) hos EWNS var signifikant förbättrade jämfört med tidigare publicerade EWNS baslinjedata8,9,10,11.Å andra sidan förblev deras storlek inom nanometerområdet, mycket lik de resultat som tidigare rapporterats, vilket gör att de kan stanna kvar i luften under långa perioder.Den observerade polydispersiteten kan förklaras av ytladdningsförändringar som bestämmer storleken på EWNS, slumpmässigheten hos Rayleigh-effekten och potentiell koalescens.Emellertid, såsom beskrivs i detalj av Nielsen et al.22, reducerar hög ytladdning avdunstning genom att effektivt öka vattendroppens ytenergi/spänning.I vår tidigare publikation8 bekräftades denna teori experimentellt för mikrodroppar 22 och EWNS.Laddningsbortfall under övertid kan också påverka storleken och bidra till den observerade storleksfördelningen.