Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Naggamit ka usa ka bersyon sa browser nga adunay limitado nga suporta sa CSS. Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka bag-ong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Dugang pa, aron masiguro ang padayon nga suporta, gipakita namon ang site nga wala’y mga istilo ug JavaScript.
Bag-ohay lang, usa ka chemical-free antimicrobial platform base sa nanotechnology gamit ang artificial water nanostructures (EWNS) naugmad. Ang EWNS adunay taas nga bayad sa nawong ug dato sa reactive oxygen species (ROS) nga mahimong makig-uban ug dili aktibo ang daghang mga mikroorganismo, lakip ang mga pathogen nga dala sa pagkaon. Dinhi gipakita nga ang ilang mga kabtangan sa panahon sa synthesis mahimo nga maayo nga pag-ayo ug ma-optimize aron mapauswag pa ang ilang potensyal nga antibacterial. Ang plataporma sa laboratoryo sa EWNS gidisenyo aron mamaayo ang mga kabtangan sa EWNS pinaagi sa pagbag-o sa mga parameter sa synthesis. Ang pag-ila sa mga kabtangan sa EWNS (bayad, gidak-on, ug sulod sa ROS) gihimo gamit ang modernong mga pamaagi sa pagtuki. Dugang pa, ang mga mikroorganismo sa pagkaon sama sa Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, ug Saccharomyces cerevisiae gisudlan sa nawong sa mga organikong kamatis nga ubas aron sa pagtimbang-timbang sa ilang potensyal nga dili aktibo sa microbial. Ang mga resulta nga gipresentar dinhi nagpakita nga ang mga kabtangan sa EWNS mahimong maayo nga pag-ayo sa panahon sa synthesis, nga moresulta sa usa ka exponential nga pagtaas sa inactivation efficiency. Sa partikular, ang singil sa nawong misaka sa usa ka hinungdan nga upat, ug ang sulud sa ROS nagdugang. Ang microbial removal rate kay microbially dependent ug gikan sa 1.0 ngadto sa 3.8 log human sa 45 minutos nga exposure sa aerosol dose nga 40,000 #/cm3 EWNS.
Ang kontaminasyon sa mikrobyo mao ang nag-unang hinungdan sa sakit nga dala sa pagkaon tungod sa pagtunaw sa mga pathogen o sa ilang mga hilo. Ang sakit nga dala sa pagkaon maoy hinungdan sa mga 76 ka milyon nga mga sakit, 325,000 ka naospital, ug 5,000 ka kamatayon kada tuig sa Estados Unidos lamang1. Dugang pa, ang Departamento sa Agrikultura sa Estados Unidos (USDA) nagbanabana nga ang pagtaas sa konsumo sa presko nga produkto maoy responsable sa 48 porsyento sa tanang sakit nga dala sa pagkaon nga gitaho sa Estados Unidos2. Ang gasto sa sakit ug kamatayon gikan sa foodborne pathogens sa Estados Unidos taas kaayo, gibanabana sa Centers for Disease Control and Prevention (CDC) nga kapin sa US$15.6 bilyon kada tuig3.
Sa pagkakaron, ang kemikal4, radiation5 ug thermal6 nga mga antimicrobial nga interbensyon aron maseguro ang kaluwasan sa pagkaon kay kasagarang gipatuman sa limitado nga kritikal nga kontrol nga mga punto (CCPs) sa kadena sa produksiyon (kasagaran human sa pag-ani ug/o sa panahon sa pagputos) imbes nga padayon nga ipatuman sa paagi nga ang presko nga mga produkto kay ubos sa cross-contamination. Gamay nga epekto ug gasto.
Usa ka nanotechnology-based chemical-free antimicrobial platform bag-o lang naugmad aron dili aktibo ang bakterya sa ibabaw ug sa hangin gamit ang artipisyal nga tubig nanostructures (EWNS). Alang sa synthesis sa EVNS, duha ka parallel nga proseso ang gigamit: electrospray ug water ionization (Fig. 1a). Ang EWNS kaniadto gipakita nga adunay usa ka talagsaon nga hugpong sa pisikal ug biolohikal nga mga kabtangan8,9,10. Ang EWNS adunay aberids nga 10 ka electron kada estraktura ug kasagarang nanometer nga gidak-on nga 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10. Dugang pa, ang electron spin resonance (ESR) nagpakita nga ang EWNS adunay daghan nga reactive oxygen species (ROS), kasagaran hydroxyl (OH•) ug superoxide (O2-) radicals (Fig. 1c) 8. Ang EWNS nagpabilin sa hangin sa dugay nga panahon ug mahimong makabangga sa mga mikrobyo nga gisuspinde sa hangin ug anaa sa mga ibabaw, nga naghatud sa ilang ROS payload ug hinungdan sa microbial inactivation (Fig. 1d). Gipakita usab niining mga naunang pagtuon nga ang EWNS mahimong makig-uban ug dili aktibo ang lain-laing gram-negatibo ug gram-positibo nga bakterya nga importante sa panglawas sa publiko, lakip ang mycobacteria, sa ibabaw ug sa hangin8,9. Transmission electron microscopy nagpakita nga ang inactivation tungod sa pagkaguba sa cell lamad. Dugang pa, ang mga pagtuon sa acute inhalation nagpakita nga ang taas nga dosis sa EWNS dili makapahinabog kadaot sa baga o panghubag8.
(a) Ang electrospray mahitabo kung ang usa ka taas nga boltahe gipadapat tali sa usa ka capillary nga adunay sulud nga likido ug usa ka counter electrode. (b) Ang paggamit sa taas nga boltahe moresulta sa duha ka lain-laing mga panghitabo: (i) electrospraying sa tubig ug (ii) kaliwatan sa reactive oxygen species (ions) natanggong sa EWNS. (c) Ang talagsaon nga istruktura sa EWNS. (d) Ang EWNS kay mobile kaayo tungod sa ilang nanoscale nga kinaiyahan ug maka-interact sa airborne pathogens.
Ang katakus sa EWNS antimicrobial nga plataporma nga dili aktibo ang mga mikroorganismo nga dala sa pagkaon sa nawong sa presko nga pagkaon bag-o lang usab gipakita. Gipakita usab nga ang EWNS surface charge mahimong magamit sa kombinasyon sa usa ka electric field alang sa target nga paghatod. Labaw sa tanan, ang usa ka promisa nga inisyal nga resulta sa gibana-bana nga 1.4 log nga pagkunhod sa kalihokan sa organikong kamatis batok sa lainlaing mga mikroorganismo sa pagkaon sama sa E. coli ug Listeria naobserbahan sa sulod sa 90 minuto nga pagkaladlad sa EWNS sa usa ka konsentrasyon nga gibana-bana nga 50,000#/cm311. Dugang pa, ang preliminary organoleptic evaluation nga mga pagsulay nagpakita nga walay organoleptic nga epekto kumpara sa control tomato. Bisan tuod kini nga mga inisyal nga dili aktibo nga mga resulta nagsaad sa kaluwasan sa pagkaon bisan sa ubos kaayo nga dosis sa EWNS nga 50,000#/cc. tan-awa, kini mao ang tin-aw nga ang usa ka mas taas nga inactivation potensyal mahimong mas mapuslanon sa dugang pa sa pagpakunhod sa risgo sa impeksyon ug pagkadaut.
Dinhi, among ipunting ang among panukiduki sa pagpauswag sa usa ka platform sa henerasyon sa EWNS aron maayo ang pag-tune sa mga parameter sa synthesis ug ma-optimize ang mga kabtangan sa physicochemical sa EWNS aron mapauswag ang ilang potensyal nga antibacterial. Sa partikular, ang pag-optimize nagpunting sa pagdugang sa ilang bayad sa ibabaw (aron mapauswag ang gipunting nga paghatud) ug sulud sa ROS (aron mapauswag ang pagkaayo sa dili aktibo). Pag-ila sa optimized nga physico-chemical nga mga kabtangan (gidak-on, bayad ug ROS nga sulod) gamit ang modernong mga pamaagi sa pagtuki ug paggamit sa komon nga mga microorganism sa pagkaon sama sa E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae ug M. parafortuitum.
Ang EVNS gi-synthesize pinaagi sa dungan nga electrospraying ug ionization sa taas nga purity nga tubig (18 MΩ cm-1). Ang electric atomizer 12 kasagarang gigamit sa pag-atomize sa mga likido ug sintetikong polymer ug ceramic nga mga partikulo 13 ug mga lanot 14 nga kontrolado nga gidak-on.
Ingon sa detalyado sa miaging mga publikasyon 8, 9, 10, 11, sa usa ka tipikal nga eksperimento, usa ka taas nga boltahe ang gipadapat sa taliwala sa usa ka metal nga capillary ug usa ka grounded counter electrode. Atol niini nga proseso, duha ka lain-laing mga panghitabo mahitabo: 1) electrospray ug 2) ionization sa tubig. Ang usa ka lig-on nga electric field tali sa duha ka electrodes hinungdan sa negatibo nga mga singil sa pagtukod sa ibabaw sa nawong sa condensed tubig, nga miresulta sa pagporma sa Taylor cones. Ingon usa ka sangputanan, ang mga tinulo sa tubig nga adunay taas nga bayad naporma, nga nagpadayon sa pagbungkag sa gagmay nga mga partikulo, sumala sa teorya sa Rayleigh16. Sa samang higayon, ang kusog nga natad sa kuryente maoy hinungdan sa pipila sa mga molekula sa tubig sa pagpikas ug pagtangtang sa mga electron (ionization), sa ingon makamugna og daghang reactive oxygen species (ROS)17. Ang dungan nga namugna nga ROS18 nga mga pakete gi-encapsulated sa EWNS (Fig. 1c).
Sa fig. Ang 2a nagpakita sa EWNS generation system nga naugmad ug gigamit sa EWNS synthesis niini nga pagtuon. Ang putli nga tubig nga gitipigan sa usa ka sirado nga botelya gipakaon pinaagi sa usa ka Teflon tube (2 mm inner diameter) ngadto sa usa ka 30G stainless steel needle (metal capillary). Sama sa gipakita sa Figure 2b, ang agos sa tubig kontrolado sa presyur sa hangin sulod sa botelya. Ang dagom gilakip sa usa ka Teflon console nga mahimong mano-mano nga ipasibo sa usa ka gilay-on gikan sa counter electrode. Ang counter electrode usa ka pinasinaw nga aluminum disk nga adunay lungag sa tunga para sa sampling. Ubos sa counter electrode mao ang aluminum sampling funnel, nga konektado sa uban nga experimental setup pinaagi sa sampling port (Fig. 2b). Ang tanang sampler component kay electrically grounded aron malikayan ang charge build-up nga makadaut sa particle sampling.
(a) Engineered Water Nanostructure Generation System (EWNS). (b) Cross section sa sampler ug electrospray unit nga nagpakita sa labing importante nga mga parameter. (c) Eksperimento nga pag-setup alang sa dili aktibo nga bakterya.
Ang sistema sa henerasyon sa EWNS nga gihulagway sa ibabaw makahimo sa pagbag-o sa yawe nga mga parameter sa operasyon aron mapadali ang maayong pag-tune sa mga kabtangan sa EWNS. I-adjust ang gipadapat nga boltahe (V), ang gilay-on tali sa dagom ug sa counter electrode (L), ug ang agos sa tubig (φ) agi sa capillary aron mamaayo ang mga kinaiya sa EWNS. Ang mga simbolo [V (kV), L (cm)] gigamit sa pagtumong sa lain-laing mga kombinasyon. I-adjust ang agos sa tubig aron makakuha og stable nga Taylor cone sa usa ka set [V, L]. Alang sa katuyoan niini nga pagtuon, ang aperture sa counter electrode (D) gibutang sa 0.5 ka pulgada (1.29 cm).
Tungod sa limitado nga geometry ug asymmetry, ang kusog sa electric field dili makalkulo gikan sa unang mga prinsipyo. Hinoon, ang QuickField™ software (Svendborg, Denmark)19 gigamit sa pagkalkulo sa electric field. Ang electric field dili uniporme, mao nga ang bili sa electric field sa tumoy sa capillary gigamit isip usa ka reference value alang sa nagkalain-laing mga configuration.
Atol sa pagtuon, daghang mga kombinasyon sa boltahe ug gilay-on tali sa dagom ug sa counter electrode ang gisusi sa termino sa Taylor cone formation, Taylor cone stability, EWNS production stability, ug reproducibility. Ang lainlaing mga kombinasyon gipakita sa Supplementary Table S1.
Ang output sa sistema sa henerasyon sa EWNS direktang konektado sa usa ka Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) aron sukdon ang konsentrasyon sa numero sa partikulo ug gigamit sa usa ka Faraday aerosol electrometer (TSI, model 3068B, Shoreview, USA). MN) aron masukod ang agos sa aerosol, sama sa gihulagway sa among miaging publikasyon9. Parehong ang SMPS ug ang aerosol electrometer na-sample sa usa ka flow rate nga 0.5 L/min (total sample flow 1 L/min). Ang mga konsentrasyon sa partikulo ug mga flux sa aerosol gisukod sa 120 s. Balika ang pagsukod 30 ka beses. Ang kinatibuk-ang bayad sa aerosol gikalkulo gikan sa kasamtangan nga mga sukod, ug ang kasagaran nga bayad sa EWNS gibanabana gikan sa kinatibuk-ang gidaghanon sa mga partikulo sa EWNS nga na-sample. Ang kasagaran nga gasto sa EWNS mahimong kalkulado gamit ang Equation (1):
diin ang IEl mao ang gisukod nga kasamtangan, ang NSMPS mao ang gidaghanon nga konsentrasyon nga gisukod sa SMPS, ug ang φEl mao ang flow rate ngadto sa electrometer.
Tungod kay ang relative humidity (RH) makaapekto sa surface charge, ang temperatura ug (RH) gipabilin nga kanunay sa 21°C ug 45%, matag usa, atol sa eksperimento.
Atomic force microscopy (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) ug AC260T probe (Olympus, Tokyo, Japan) gigamit sa pagsukod sa gidak-on ug kinabuhi sa EWNS. Ang rate sa pag-scan sa AFM mao ang 1 Hz ug ang lugar sa pag-scan 5 µm × 5 µm nga adunay 256 nga linya sa pag-scan. Ang tanan nga mga imahe gipailalom sa first order image alignment gamit ang Asylum software (mask nga adunay range nga 100 nm ug usa ka threshold sa 100 pm).
Kuhaa ang sampling funnel ug ibutang ang mica surface sa gilay-on nga 2.0 cm gikan sa counter electrode sa kasagaran nga oras nga 120 s aron malikayan ang paghiusa sa mga partikulo ug pagporma sa dili regular nga mga tinulo sa ibabaw sa mika. Ang EWNS direkta nga gipadapat sa bag-ong giputol nga mga ibabaw sa mika (Ted Pella, Redding, CA). Diha-diha dayon human sa pag-sputtering, ang mica surface makita gamit ang AFM. Ang anggulo sa pagkontak sa nawong sa bag-ong giputol nga wala giusab nga mika duol sa 0°, mao nga ang EWNS mokaylap ibabaw sa nawong sa mika sa usa ka domed nga porma20. Ang diametro (a) ug gitas-on (h) sa nagkatag nga mga tinulo gisukod direkta gikan sa topograpiya sa AFM ug gigamit aron makalkulo ang domed diffusion volume EWNS gamit ang among na-validate nga pamaagi8. Sa pag-ingon nga ang onboard nga EVNS adunay parehas nga gidaghanon, ang katumbas nga diyametro mahimong kalkulado gikan sa equation (2):
Nahiuyon sa among naugmad nga pamaagi kaniadto, usa ka electron spin resonance (ESR) spin trap ang gigamit aron mahibal-an ang presensya sa mga mubu nga mga radical intermediate sa EWNS. Ang mga aerosol gipasa pinaagi sa solusyon nga adunay 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl) -5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Ang tanan nga pagsukod sa EPR gihimo gamit ang Bruker EMX spectrometer (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ug flat cell arrays. Ang Acquisit software (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) gigamit sa pagkolekta ug pag-analisar sa datos. Ang ROS characterization gihimo lamang alang sa usa ka hugpong sa mga kondisyon sa pag-operate [-6.5 kV, 4.0 cm]. Ang mga konsentrasyon sa EWNS gisukod gamit ang SMPS pagkahuman gikonsiderar ang pagkawala sa EWNS sa impactor.
Ang lebel sa ozone gimonitor gamit ang 205 Dual Beam Ozone Monitor ™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Alang sa tanan nga mga kabtangan sa EWNS, ang kantidad sa pagsukod mao ang gipasabut sa mga pagsukod, ug ang sayup sa pagsukod mao ang sukaranan nga paglihis. Ang usa ka t-test gihimo aron itandi ang bili sa na-optimize nga EWNS attribute sa katumbas nga kantidad sa base EWNS.
Ang Figure 2c nagpakita sa usa ka kaniadto naugmad ug gihulagway nga Electrostatic Precipitation Pass Through System (EPES) nga mahimong magamit sa pag-target sa EWNS11 sa mga ibabaw. Ang EPES naggamit ug EWNS charge inubanan sa kusog nga electric field aron “itudlo” direkta sa ibabaw sa target. Ang mga detalye sa sistema sa EPES gipresentar sa bag-o nga publikasyon ni Pyrgiotakis et al.11. Busa, ang EPES naglangkob sa usa ka 3D nga giimprinta nga PVC nga lawak nga adunay tapered nga mga tumoy nga adunay duha ka parallel nga stainless steel (304 stainless steel, salamin nga gipasinaw) nga metal nga mga plato sa tunga nga 15.24 cm ang gilay-on. Ang mga tabla konektado sa usa ka eksternal nga taas nga boltahe nga tinubdan (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), ang ubos nga tabla kanunay nga positibo ug ang ibabaw nga tabla kanunay nga nag-ground (naglutaw). Ang mga bungbong sa chamber gitabonan sa aluminum foil, nga adunay electrical grounded aron malikayan ang pagkawala sa partikulo. Ang lawak adunay usa ka silyado nga pultahan sa atubangan nga nagkarga nga nagtugot sa mga test surface nga ibutang sa mga plastik nga racks, nga gibayaw kini gikan sa ubos nga metal plate aron malikayan ang taas nga boltahe nga interference.
Ang deposition efficiency sa EWNS sa EPES gikalkulo sumala sa naunang naugmad nga protocol nga detalyado sa Supplementary Figure S111.
Isip control chamber, ang ikaduhang agos sa cylindrical chamber konektado sa serye sa EPES system gamit ang intermediate HEPA filter aron makuha ang EWNS. Ingon sa gipakita sa fig. 2c, ang EWNS aerosol gibomba sa duha ka mga lawak nga konektado sa serye. Ang filter tali sa control room ug EPES magtangtang sa bisan unsang nahabilin nga EWNS nga moresulta sa parehas nga temperatura (T), relative humidity (RH) ug lebel sa ozone.
Ang importante nga foodborne microorganisms nakit-an nga makahugaw sa lab-as nga produkto sama sa Escherichia coli (ATCC #27325), usa ka fecal indicator, Salmonella enterica (ATCC #53647), usa ka foodborne pathogen, Listeria innocua (ATCC #33090), usa ka alternatibo sa pathogenic Listeria monocytogenes. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) isip alternatibo sa spoilage yeast, ug Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) isip mas resistant nga live bacteria gipalit gikan sa ATCC (Manassas, Virginia).
Pagpalit ug mga kahon sa organikong kamatis nga grape gikan sa imong lokal nga merkado ug ibutang sa refrigerator sa 4°C hangtod magamit (hangtod sa 3 ka adlaw). Pagpili og mga kamatis nga mag-eksperimento sa usa ka gidak-on, mga 1/2 ka pulgada ang diyametro.
Ang mga protocol alang sa paglumlum, inoculation, exposure ug pag-ihap sa kolonya detalyado sa among nangaging mga publikasyon ug gipatin-aw sa detalye sa Supplementary Data 11. Ang performance sa EWNS gi-evaluate pinaagi sa pag-expose sa inoculated tomatoes ngadto sa 40,000 #/cm3 sulod sa 45 minutos. Sa laktod, sa oras nga t = 0 min, tulo ka kamatis ang gigamit sa pagtimbang-timbang sa buhi nga mga mikroorganismo. Tulo ka kamatis ang gibutang sa EPES ug na-expose sa EWNS sa 40,000 #/cc (EWNS exposed tomatoes) ug laing tulo ang gibutang sa control chamber (control tomatoes). Walay usa sa mga grupo sa kamatis ang gipailalom sa dugang nga pagproseso. Ang EWNS-exposed nga mga kamatis ug mga kontrol gikuha human sa 45 minutos aron sa pagtimbang-timbang sa epekto sa EWNS.
Ang matag eksperimento gihimo sa triplicate. Ang pag-analisar sa datos gihimo sumala sa protocol nga gihulagway sa Supplementary Data.
Ang E. coli, Enterobacter, ug L. innocua bacterial samples nga na-expose sa EWNS (45 min, EWNS aerosol concentration 40,000 #/cm3) ug unexposed kay pelleted to assess inactivation mechanisms. Ang precipitate gitakda sulod sa 2 ka oras sa temperatura sa lawak sa 0.1 M sodium cacodylate solution (pH 7.4) nga adunay fixative nga 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde ug 0.03% picric acid. Human sa paghugas, sila giayo sa 1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) sulod sa 2 ka oras, gihugasan sa 3 ka beses sa tubig ug gilumlom sa 1% uranyl acetate sulod sa 1 ka oras, dayon gihugasan kaduha sa tubig. Sunod-sunod nga dehydration 10 minutos matag usa sa 50%, 70%, 90%, 100% alkohol. Ang mga sampol gibutang dayon sa propylene oxide sulod sa 1 ka oras ug gi-impregnated sa usa ka 1: 1 nga sinagol nga propylene oxide ug TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Ang mga sample gisulod sa TAAB Epon ug polymerized sa 60°C sulod sa 48 ka oras. Ang naayo nga granular resin giputol ug gitan-aw sa TEM gamit ang JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japan), usa ka conventional transmission electron microscope nga adunay AMT 2k CCD camera (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, USA).
Ang tanan nga mga eksperimento gihimo sa triplicate. Alang sa matag punto sa oras, ang mga paghugas sa bakterya giputos sa triplicate, nga miresulta sa kinatibuk-an nga siyam ka mga punto sa datos matag punto, ang kasagaran niini gigamit ingon nga konsentrasyon sa bakterya alang sa partikular nga organismo. Ang standard deviation gigamit isip error sa pagsukod. Giihap ang tanang puntos.
Ang logarithm sa pagkunhod sa konsentrasyon sa bakterya kumpara sa t = 0 min gikalkulo gamit ang mosunod nga pormula:
diin ang C0 mao ang konsentrasyon sa bakterya sa kontrol nga sample sa oras nga 0 (ie human mamala ang nawong apan sa wala pa ibutang sa lawak) ug ang Cn mao ang konsentrasyon sa bakterya sa ibabaw human sa n minutos nga pagkaladlad.
Aron maasoy ang natural nga pagkadaot sa bakterya sa panahon sa pagkaladlad sa 45 minuto, ang Log-Reduction gikalkulo usab kung itandi sa pagkontrol sa 45 minuto sama sa mosunod:
Diin ang Cn mao ang konsentrasyon sa bakterya sa control sample sa oras n ug Cn-Control ang konsentrasyon sa control bacteria sa oras n. Ang datos gipresentar isip usa ka pagkunhod sa log kumpara sa kontrol (walay pagkaladlad sa EWNS).
Atol sa pagtuon, daghang mga kombinasyon sa boltahe ug gilay-on tali sa dagom ug sa counter electrode ang gisusi sa termino sa Taylor cone formation, Taylor cone stability, EWNS production stability, ug reproducibility. Ang lainlaing mga kombinasyon gipakita sa Supplementary Table S1. Duha ka mga kaso ang gipili alang sa usa ka kompleto nga pagtuon nga nagpakita sa lig-on ug mabag-o nga mga kabtangan (Taylor cone, produksiyon sa EWNS, ug kalig-on sa paglabay sa panahon). Sa fig. 3 nagpakita sa mga resulta sa bayad, gidak-on ug sulod sa ROS alang sa duha ka mga kaso. Ang mga resulta gi-summarize usab sa Table 1. Alang sa pakisayran, ang Figure 3 ug Table 1 naglakip sa mga kabtangan sa kaniadto nga synthesized non-optimized EWNS8, 9, 10, 11 (baseline-EWNS). Ang mga kalkulasyon sa kahulogan sa istatistika gamit ang duha ka ikog nga t-test gipatik pag-usab sa Supplementary Table S2. Dugang pa, ang dugang nga datos naglakip sa mga pagtuon sa epekto sa counter electrode sampling hole diameter (D) ug ang gilay-on tali sa ground electrode ug sa tumoy sa dagom (L) (Supplementary Figures S2 ug S3).
(a-c) pag-apod-apod sa gidak-on sa AFM. (d – f) Kinaiya sa charge sa ibabaw. (g) Kinaiya sa ROS ug ESR.
Importante usab nga hinumdoman nga alang sa tanan nga mga kondisyon sa ibabaw, ang gisukod nga ionization nga mga sulog anaa sa han-ay sa 2-6 μA, ug ang mga boltahe anaa sa han-ay sa -3.8 ngadto sa -6.5 kV, nga miresulta sa usa ka konsumo sa kuryente alang niining single-terminal EWNS nga ubos sa 50 mW. . module sa henerasyon. Bisan tuod ang EWNS gi-synthesize ubos sa taas nga presyur, ang lebel sa ozone ubos kaayo, dili molapas sa 60 ppb.
Ang Supplementary Figure S4 nagpakita sa simulated electric field para sa [-6.5 kV, 4.0 cm] ug [-3.8 kV, 0.5 cm] nga mga senaryo, matag usa. Ang mga umahan sumala sa mga senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm] ug [-3.8 kV, 0.5 cm] gikalkulo ingong 2 × 105 V/m ug 4.7 × 105 V/m, matag usa. Kini ang gilauman, tungod kay ang ratio sa boltahe sa distansya mas taas sa ikaduha nga kaso.
Sa fig. 3a, b nagpakita sa EWNS diametro nga gisukod sa AFM8. Ang kasagarang mga diametro sa EWNS alang sa [-6.5 kV, 4.0 cm] ug [-3.8 kV, 0.5 cm] nga mga senaryo gikalkula ingong 27 nm ug 19 nm, matag usa. Ang geometric standard deviations sa mga distribusyon alang sa mga kaso [-6.5 kV, 4.0 cm] ug [-3.8 kV, 0.5 cm] mao ang 1.41 ug 1.45, matag usa, nga nagpakita sa usa ka pig-ot nga gidak-on nga pag-apod-apod. Parehong ang mean size ug geometric standard deviation duol kaayo sa baseline-EWNS, nga 25 nm ug 1.41, matag usa. Sa fig. Gipakita sa 3c ang gidak-on nga pag-apod-apod sa baseline nga EWNS nga gisukod gamit ang parehas nga pamaagi ubos sa parehas nga mga kondisyon.
Sa fig. Ang 3d,e nagpakita sa mga resulta sa pag-ila sa bayad. Ang datos kay kasagarang sukod sa 30 ka dungan nga pagsukod sa konsentrasyon (#/cm3) ug kasamtangan (I). Ang pag-analisar nagpakita nga ang kasagarang singil sa EWNS maoy 22 ± 6 e- ug 44 ± 6 e- para sa [-6.5 kV, 4.0 cm] ug [-3.8 kV, 0.5 cm], matag usa. Kon itandi sa Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), ang ilang surface charge mas taas, doble kay sa [-6.5 kV, 4.0 cm] nga senaryo ug upat ka pilo sa [-3 .8 kV, 0.5 cm]. Ang 3f nagpakita sa batakang datos sa pagbayad sa EWNS.
Gikan sa EWNS number concentration nga mga mapa (Supplementary Figures S5 ug S6), makita nga ang [-6.5 kV, 4.0 cm] nga talan-awon adunay mas taas nga gidaghanon sa mga partikulo kay sa [-3.8 kV, 0.5 cm] nga talan-awon. Kinahanglan usab nga hinumdoman nga ang mga konsentrasyon sa numero sa EWNS gimonitor hangtod sa 4 ka oras (Supplementary Figures S5 ug S6), diin ang kalig-on sa henerasyon sa EWNS nagpakita sa parehas nga lebel sa mga konsentrasyon sa numero sa partikulo sa parehas nga mga kaso.
Gipakita sa Figure 3g ang EPR spectrum pagkahuman sa kontrol (background) nga pagkunhod alang sa na-optimize nga EWNS sa [-6.5 kV, 4.0 cm]. Ang spectrum sa ROS gitandi usab sa baseline sa EWNS sa usa ka gipatik nga papel kaniadto. Ang kalkulado nga gidaghanon sa EWNS nga nag-react sa spin trap mao ang 7.5 × 104 EWNS/s, nga susama sa nauna nga gipatik nga Baseline-EWNS8. Ang EPR spectra tin-aw nga nagpakita sa presensya sa duha ka matang sa ROS, diin ang O2- nag-una, samtang ang OH• anaa sa mas gamay nga kantidad. Dugang pa, ang usa ka direkta nga pagtandi sa mga peak intensities nagpakita nga ang na-optimize nga EWNS adunay labi ka taas nga sulud sa ROS kumpara sa baseline nga EWNS.
Sa fig. 4 nagpakita sa deposition efficiency sa EWNS sa EPES. Ang datos gisumada usab sa Talaan I ug gitandi sa orihinal nga datos sa EWNS. Para sa duha ka kaso sa EUNS, ang deposition hapit sa 100% bisan sa ubos nga boltahe nga 3.0 kV. Kasagaran, ang 3.0 kV igo na aron makab-ot ang 100% nga pagdeposito bisan pa sa pagbag-o sa bayad sa nawong. Ubos sa sama nga mga kondisyon, ang deposition efficiency sa Baseline-EWNS kay 56% lamang tungod sa ubos nga bayad (average 10 electron kada EWNS).
Ang Figure 5 ug Table 2 nag-summarize sa ang-ang sa inactivation sa microorganisms inoculated sa ibabaw sa mga kamatis human sa exposure sa gibana-bana nga 40,000 #/cm3 EWNS alang sa 45 minutos ubos sa kamalaumon nga senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm]. Inoculated E. coli ug L. innocua nagpakita sa usa ka mahinungdanon nga pagkunhod sa 3.8 log human sa 45 minutos sa exposure. Ubos sa sama nga mga kondisyon, ang S. enterica nagpakita sa usa ka ubos nga log reduction sa 2.2 logs, samtang ang S. cerevisiae ug M. parafortuitum nagpakita sa usa ka 1.0 log reduction.
Ang mga electron micrographs (Figure 6) nga naghulagway sa pisikal nga mga pagbag-o nga gipahinabo sa EWNS sa E. coli, Salmonella enterica, ug L. innocua nga mga selula nga mosangpot sa pagka-inactivation. Ang pagkontrol sa bakterya nagpakita nga wala'y sulod nga mga lamad sa selula, samtang ang nabutyag nga bakterya nakadaot sa gawas nga mga lamad.
Ang electron microscopic imaging sa kontrol ug nabutyag nga bakterya nagpadayag sa kadaot sa lamad.
Ang datos sa physicochemical properties sa na-optimize nga EWNS kolektibong nagpakita nga ang EWNS properties (surface charge ug ROS content) gipauswag pag-ayo kon itandi sa nauna nga gipatik nga EWNS baseline data8,9,10,11. Sa laing bahin, ang ilang gidak-on nagpabilin sa nanometer range, nga susama kaayo sa mga resulta nga gipatik kaniadto, nga nagtugot kanila nga magpabilin sa hangin sulod sa taas nga panahon. Ang naobserbahan nga polydispersity mahimong ipasabut pinaagi sa mga pagbag-o sa bayad sa ibabaw, nga nagtino sa kadako sa epekto sa Rayleigh, randomness, ug potensyal nga paghiusa sa EWNS. Bisan pa, ingon nga detalyado sa Nielsen et al.22, ang taas nga bayad sa nawong makapamenos sa evaporation pinaagi sa epektibo nga pagdugang sa enerhiya sa nawong / tensyon sa tinulo sa tubig. Kini nga teorya gipamatud-an sa eksperimento alang sa microdroplets22 ug EWNS sa among miaging publikasyon8. Ang pagkawala sa overtime mahimo usab nga makaapekto sa gidak-on ug makatampo sa naobserbahan nga pag-apod-apod sa gidak-on.
Dugang pa, ang bayad sa matag istruktura mao ang bahin sa 22-44 e-, depende sa mga kahimtang, nga labi ka taas kung itandi sa sukaranan nga EWNS, nga adunay average nga bayad nga 10 ± 2 nga mga electron matag istruktura. Bisan pa, kinahanglan nga hinumdoman nga kini ang kasagaran nga bayad sa EWNS. Seto ug uban pa. Gipakita nga ang bayad dili uniporme ug nagsunod sa usa ka log-normal nga pag-apod-apod21. Kung itandi sa among miaging trabaho, ang pagdoble sa bayad sa ibabaw nagdoble sa kahusayan sa pagdeposito sa sistema sa EPES sa hapit 100%11.