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Récemment, une plateforme antimicrobienne sans produits chimiques, basée sur la nanotechnologie et utilisant des nanostructures d'eau artificielles (EWNS), a été développée. Les EWNS présentent une charge de surface élevée et sont riches en espèces réactives de l'oxygène (ERO) capables d'interagir avec de nombreux micro-organismes et de les inactiver, notamment les agents pathogènes d'origine alimentaire. Il est démontré ici que leurs propriétés lors de la synthèse peuvent être affinées et optimisées pour renforcer encore leur potentiel antibactérien. La plateforme de laboratoire EWNS a été conçue pour affiner les propriétés des EWNS en modifiant les paramètres de synthèse. La caractérisation des propriétés des EWNS (charge, taille et teneur en ERO) a été réalisée à l'aide de méthodes analytiques modernes. De plus, des micro-organismes alimentaires tels qu'Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum et Saccharomyces cerevisiae ont été inoculés à la surface de tomates cerises biologiques afin d'évaluer leur potentiel d'inactivation microbienne. Les résultats présentés ici démontrent que les propriétés de l'EWNS peuvent être affinées lors de la synthèse, ce qui entraîne une augmentation exponentielle de l'efficacité d'inactivation. En particulier, la charge de surface a été multipliée par quatre et la teneur en ROS a augmenté. Le taux d'élimination microbienne était microbien-dépendant et variait de 1,0 à 3,8 log après 45 minutes d'exposition à une dose d'aérosol de 40 000 #/cm3 d'EWNS.
La contamination microbienne est la principale cause de maladies d'origine alimentaire causées par l'ingestion d'agents pathogènes ou de leurs toxines. Les maladies d'origine alimentaire sont responsables d'environ 76 millions de maladies, 325 000 hospitalisations et 5 000 décès chaque année aux États-Unis seulement1. De plus, le ministère de l'Agriculture des États-Unis (USDA) estime que la consommation accrue de produits frais est responsable de 48 % de toutes les maladies d'origine alimentaire signalées aux États-Unis2. Le coût des maladies et des décès dus aux agents pathogènes d'origine alimentaire aux États-Unis est très élevé, estimé par les Centres pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC) à plus de 15,6 milliards de dollars par an3.
Actuellement, les interventions antimicrobiennes chimiques4, radiologiques5 et thermiques6 visant à garantir la sécurité alimentaire sont principalement mises en œuvre à des points de contrôle critiques (CCP) limités dans la chaîne de production (généralement après la récolte et/ou pendant le conditionnement) plutôt que mises en œuvre en continu de telle sorte que les produits frais soient sujets à une contamination croisée7. Les interventions antimicrobiennes sont nécessaires pour mieux contrôler les maladies d'origine alimentaire et la détérioration des aliments et ont le potentiel d'être appliquées tout au long du continuum de la ferme à la table. Moins d'impact et de coût.
Français Une plateforme antimicrobienne sans produits chimiques basée sur la nanotechnologie a récemment été développée pour inactiver les bactéries sur les surfaces et dans l'air en utilisant des nanostructures d'eau artificielles (EWNS). Pour la synthèse des EVNS, deux procédés parallèles ont été utilisés : l'électrospray et l'ionisation de l'eau (Fig. 1a). Il a déjà été démontré que les EWNS possèdent un ensemble unique de propriétés physiques et biologiques8,9,10. Les EWNS ont une moyenne de 10 électrons par structure et une taille nanométrique moyenne de 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10. De plus, la résonance magnétique nucléaire (RME) a ​​montré que les EWNS contiennent une grande quantité d'espèces réactives de l'oxygène (ERO), principalement des radicaux hydroxyles (OH•) et superoxydes (O2-) (Fig. 1c) 8 . Les EWNS restent longtemps dans l'air et peuvent entrer en collision avec les microbes en suspension dans l'air et présents sur les surfaces, délivrant leur charge utile d'ERO et provoquant l'inactivation microbienne (Fig. 1d). Ces études antérieures ont également montré que l'EWNS peut interagir avec diverses bactéries Gram-négatives et Gram-positives importantes pour la santé publique, y compris les mycobactéries, présentes sur les surfaces et dans l'air, et les inactiver8,9. La microscopie électronique à transmission a montré que l'inactivation était causée par la rupture de la membrane cellulaire. De plus, des études d'inhalation aiguë ont montré que de fortes doses d'EWNS ne provoquent pas de lésions pulmonaires ni d'inflammation8.
(a) L'électrospray se produit lorsqu'une haute tension est appliquée entre un capillaire contenant du liquide et une contre-électrode. (b) L'application d'une haute tension entraîne deux phénomènes différents : (i) l'électrospray d'eau et (ii) la génération d'espèces réactives de l'oxygène (ions) piégées dans l'EWNS. (c) La structure unique de l'EWNS. (d) Les EWNS sont très mobiles en raison de leur nature nanométrique et peuvent interagir avec les agents pathogènes en suspension dans l'air.
La capacité de la plateforme antimicrobienne EWNS à inactiver les micro-organismes d'origine alimentaire à la surface des aliments frais a également été récemment démontrée. Il a également été démontré que la charge de surface EWNS peut être utilisée en combinaison avec un champ électrique pour une administration ciblée. Plus important encore, un premier résultat prometteur, une réduction d'environ 1,4 log de l'activité de la tomate biologique contre divers micro-organismes alimentaires tels qu'E. coli et Listeria, a été observé dans les 90 minutes suivant l'exposition à EWNS à une concentration d'environ 50 000#/cm311. De plus, des tests d'évaluation organoleptique préliminaires n'ont montré aucun effet organoleptique par rapport à la tomate témoin. Bien que ces premiers résultats d'inactivation soient prometteurs en matière de sécurité alimentaire, même à de très faibles doses d'EWNS de 50 000#/cc, il est clair qu'un potentiel d'inactivation plus élevé serait plus bénéfique pour réduire davantage le risque d'infection et de détérioration.
Ici, nous concentrerons nos recherches sur le développement d'une plateforme de génération d'EWNS afin d'affiner les paramètres de synthèse et d'optimiser les propriétés physicochimiques des EWNS pour améliorer leur potentiel antibactérien. L'optimisation s'est notamment concentrée sur l'augmentation de leur charge de surface (pour améliorer leur distribution ciblée) et de leur teneur en ROS (pour améliorer l'efficacité de l'inactivation). La caractérisation des propriétés physicochimiques optimisées (taille, charge et teneur en ROS) a été réalisée à l'aide de méthodes analytiques modernes et en utilisant des micro-organismes alimentaires courants tels que E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae et M. parafortuitum.
L'EVNS a été synthétisé par électropulvérisation et ionisation simultanées d'eau de haute pureté (18 MΩ·cm–1). L'atomiseur électrique 12 est généralement utilisé pour atomiser des liquides, des particules de polymères synthétiques et de céramique 13 ainsi que des fibres 14 de taille contrôlée.
Français Comme détaillé dans les publications précédentes 8, 9, 10, 11, dans une expérience typique, une haute tension est appliquée entre un capillaire métallique et une contre-électrode mise à la terre. Au cours de ce processus, deux phénomènes différents se produisent : 1) l'électrospray et 2) l'ionisation de l'eau. Un champ électrique intense entre les deux électrodes provoque l'accumulation de charges négatives à la surface de l'eau condensée, ce qui entraîne la formation de cônes de Taylor. Il en résulte la formation de gouttelettes d'eau hautement chargées, qui continuent à se décomposer en particules plus petites, selon la théorie de Rayleigh16. Dans le même temps, un champ électrique intense provoque la division de certaines molécules d'eau et leur arrachement d'électrons (ionisation), générant ainsi une grande quantité d'espèces réactives de l'oxygène (ROS)17. Les paquets d'ROS18 générés simultanément ont été encapsulés dans EWNS (Fig. 1c).
La figure 2a présente le système de génération d'EWNS développé et utilisé pour la synthèse d'EWNS dans cette étude. De l'eau purifiée stockée dans une bouteille fermée a été acheminée via un tube en Téflon (2 mm de diamètre intérieur) vers une aiguille en acier inoxydable 30G (capillaire métallique). Comme le montre la figure 2b, le débit d'eau est contrôlé par la pression d'air à l'intérieur de la bouteille. L'aiguille est fixée à une console en Téflon réglable manuellement à une certaine distance de la contre-électrode. Cette dernière est un disque en aluminium poli percé d'un trou central pour l'échantillonnage. Sous la contre-électrode se trouve un entonnoir d'échantillonnage en aluminium, relié au reste du dispositif expérimental par un port d'échantillonnage (figure 2b). Tous les composants de l'échantillonneur sont mis à la terre afin d'éviter toute accumulation de charge susceptible de dégrader l'échantillonnage des particules.
(a) Système de génération de nanostructures d'eau artificielles (EWNS). (b) Coupe transversale de l'échantillonneur et de l'unité d'électrospray montrant les paramètres les plus importants. (c) Configuration expérimentale pour l'inactivation des bactéries.
Le système de génération EWNS décrit ci-dessus permet de modifier les paramètres de fonctionnement clés afin de faciliter le réglage précis des propriétés EWNS. Ajustez la tension appliquée (V), la distance entre l'aiguille et la contre-électrode (L) et le débit d'eau (φ) à travers le capillaire pour affiner les caractéristiques EWNS. Les symboles [V (kV), L (cm)] sont utilisés pour désigner différentes combinaisons. Ajustez le débit d'eau pour obtenir un cône de Taylor stable d'un certain ensemble [V, L]. Pour les besoins de cette étude, l'ouverture de la contre-électrode (D) a été fixée à 1,29 cm (0,5 pouce).
En raison de la géométrie limitée et de l'asymétrie, l'intensité du champ électrique ne peut être calculée selon les principes de base. Le logiciel QuickField™ (Svendborg, Danemark)19 a été utilisé pour calculer le champ électrique. Le champ électrique n'étant pas uniforme, la valeur du champ électrique à l'extrémité du capillaire a servi de valeur de référence pour différentes configurations.
Au cours de l'étude, plusieurs combinaisons de tension et de distance entre l'aiguille et la contre-électrode ont été évaluées en termes de formation et de stabilité du cône de Taylor, de stabilité de la production d'EWNS et de reproductibilité. Différentes combinaisons sont présentées dans le tableau supplémentaire S1.
La sortie du système de génération EWNS a été directement connectée à un granulomètre à balayage de mobilité (SMPS, modèle 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) pour mesurer la concentration en nombre de particules et a été utilisée avec un électromètre d'aérosols de Faraday (TSI, modèle 3068B, Shoreview, États-Unis). MN) pour mesurer les flux d'aérosols, comme décrit dans notre précédente publication9. Le SMPS et l'électromètre d'aérosols ont tous deux prélevé à un débit de 0,5 L/min (débit total d'échantillon de 1 L/min). Les concentrations de particules et les flux d'aérosols ont été mesurés pendant 120 s. La mesure a été répétée 30 fois. La charge totale d'aérosol est calculée à partir des mesures actuelles, et la charge EWNS moyenne est estimée à partir du nombre total de particules EWNS prélevées. Le coût moyen d'un EWNS peut être calculé à l'aide de l'équation (1) :
où IEl est le courant mesuré, NSMPS est la concentration numérique mesurée avec le SMPS et φEl est le débit vers l'électromètre.
Étant donné que l’humidité relative (HR) affecte la charge de surface, la température et l’HR ont été maintenues constantes à 21 °C et 45 %, respectivement, pendant l’expérience.
La microscopie à force atomique (AFM), l'Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) et la sonde AC260T (Olympus, Tokyo, Japon) ont été utilisées pour mesurer la taille et la durée de vie de l'EWNS. La fréquence de balayage AFM est de 1 Hz et la zone de balayage est de 5 µm × 5 µm avec 256 lignes de balayage. Toutes les images ont été soumises à un alignement de premier ordre à l'aide du logiciel Asylum (masque avec une portée de 100 nm et un seuil de 100 pm).
Retirer l'entonnoir d'échantillonnage et placer la surface du mica à une distance de 2,0 cm de la contre-électrode pendant une durée moyenne de 120 s afin d'éviter la coalescence des particules et la formation de gouttelettes irrégulières à la surface du mica. L'EWNS a été appliqué directement sur des surfaces de mica fraîchement coupées (Ted Pella, Redding, CA). Immédiatement après la pulvérisation cathodique, la surface du mica a été visualisée par AFM. L'angle de contact de surface du mica non modifié fraîchement coupé est proche de 0° ; l'EWNS se propage donc sur la surface du mica en forme de dôme20. Le diamètre (a) et la hauteur (h) des gouttelettes diffusantes ont été mesurés directement à partir de la topographie AFM et utilisés pour calculer le volume de diffusion en dôme de l'EWNS selon notre méthode précédemment validée8. En supposant que l'EVNS embarqué ait le même volume, le diamètre équivalent peut être calculé à partir de l'équation (2) :
Conformément à notre méthode précédemment développée, un piège à spin par résonance de spin électronique (RPE) a été utilisé pour détecter la présence d'intermédiaires radicalaires à courte durée de vie dans l'EWNS. Les aérosols ont été passés à travers une solution contenant 235 mM de DEPMPO (5-(diéthoxyphosphoryl)-5-méthyl-1-pyrroline-N-oxyde) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Toutes les mesures RPE ont été réalisées à l'aide d'un spectromètre Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, États-Unis) et de réseaux de cellules plates. Le logiciel Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, États-Unis) a été utilisé pour collecter et analyser les données. La caractérisation des ROS a été réalisée uniquement pour un ensemble de conditions de fonctionnement [-6,5 kV, 4,0 cm]. Les concentrations d'EWNS ont été mesurées à l'aide de SMPS après prise en compte de la perte d'EWNS dans l'impacteur.
Les niveaux d'ozone ont été surveillés à l'aide d'un moniteur d'ozone à double faisceau 205™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Pour toutes les propriétés EWNS, la valeur mesurée est la moyenne des mesures et l'erreur de mesure est l'écart type. Un test t a été réalisé pour comparer la valeur de l'attribut EWNS optimisé à la valeur correspondante de l'EWNS de base.
La figure 2c présente un système de précipitation électrostatique (EPES) précédemment développé et caractérisé, permettant de cibler l'EWNS11 sur des surfaces. L'EPES utilise une charge EWNS combinée à un champ électrique puissant pour « pointer » directement la surface de la cible. Les détails du système EPES sont présentés dans une publication récente de Pyrgiotakis et al.11. Ainsi, l'EPES se compose d'une chambre en PVC imprimée en 3D aux extrémités effilées contenant deux plaques métalliques parallèles en acier inoxydable (acier inoxydable 304, poli miroir) au milieu, distantes de 15,24 cm. Les cartes étaient connectées à une source haute tension externe (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), la carte inférieure étant toujours positive et la carte supérieure toujours mise à la terre (flottante). Les parois de la chambre sont recouvertes d'une feuille d'aluminium, mise à la terre électriquement pour éviter la perte de particules. La chambre est dotée d'une porte de chargement frontale étanche qui permet de placer les surfaces d'essai sur des supports en plastique, en les soulevant de la plaque métallique inférieure pour éviter les interférences haute tension.
L'efficacité de dépôt de l'EWNS dans l'EPES a été calculée selon un protocole précédemment développé et détaillé dans la figure supplémentaire S111.
En tant que chambre de contrôle, le second flux traversant la chambre cylindrique est connecté en série au système EPES via un filtre HEPA intermédiaire pour éliminer les EWNS. Comme illustré à la figure 2c, l'aérosol EWNS a été pompé à travers deux chambres connectées en série. Le filtre entre la salle de contrôle et l'EPES élimine les EWNS restants, ce qui permet de maintenir les mêmes niveaux de température (T), d'humidité relative (HR) et d'ozone.
D'importants micro-organismes d'origine alimentaire ont été découverts comme contaminant les produits frais, tels qu'Escherichia coli (ATCC #27325), un indicateur fécal, Salmonella enterica (ATCC #53647), un pathogène d'origine alimentaire, Listeria innocua (ATCC #33090), une alternative à la bactérie pathogène Listeria monocytogenes. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) comme alternative à la levure de détérioration, et Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) comme bactérie vivante plus résistante ont été achetés auprès de l'ATCC (Manassas, Virginie).
Achetez au hasard des boîtes de tomates raisins bio sur votre marché local et conservez-les au réfrigérateur à 4 °C jusqu'à utilisation (jusqu'à 3 jours). Choisissez des tomates d'une taille donnée, d'environ 1,25 cm de diamètre, pour vos essais.
Français Les protocoles d'incubation, d'inoculation, d'exposition et de comptage des colonies ont été détaillés dans nos publications précédentes et expliqués en détail dans les données supplémentaires 11. Les performances de l'EWNS ont été évaluées en exposant les tomates inoculées à 40 000 #/cm3 pendant 45 minutes. Brièvement, à l'instant t = 0 min, trois tomates ont été utilisées pour évaluer les micro-organismes survivants. Trois tomates ont été placées dans l'EPES et exposées à l'EWNS à 40 000 #/cc (tomates exposées à l'EWNS) et trois autres ont été placées dans la chambre témoin (tomates témoins). Aucun des groupes de tomates n'a été soumis à un traitement supplémentaire. Les tomates exposées à l'EWNS et les témoins ont été retirés après 45 minutes pour évaluer l'effet de l'EWNS.
Chaque expérience a été réalisée en triple. L'analyse des données a été réalisée selon le protocole décrit dans les données supplémentaires.
Des échantillons de bactéries E. coli, Enterobacter et L. innocua exposés à l'EWNS (45 min, concentration d'aérosol EWNS 40 000 #/cm3) et non exposés ont été mis sous forme de culot afin d'évaluer les mécanismes d'inactivation. Le précipité a été fixé pendant 2 heures à température ambiante dans une solution de cacodylate de sodium 0,1 M (pH 7,4) avec un fixateur de 2,5 % de glutaraldéhyde, 1,25 % de paraformaldéhyde et 0,03 % d'acide picrique. Après lavage, ils ont été fixés avec 1 % de tétroxyde d'osmium (OsO4)/1,5 % de ferrocyanure de potassium (KFeCN6) pendant 2 h, lavés 3 fois à l'eau et incubés dans 1 % d'acétate d'uranyle pendant 1 h, puis lavés deux fois à l'eau. Déshydratation ultérieure de 10 minutes dans chacune des solutions d'alcool à 50 %, 70 %, 90 %, 100 %. Les échantillons ont ensuite été placés dans de l'oxyde de propylène pendant une heure, puis imprégnés d'un mélange 1:1 d'oxyde de propylène et de TAAP Epon (Marivac Canada Inc., St. Laurent, CA). Les échantillons ont été inclus dans du TAAB Epon et polymérisés à 60 °C pendant 48 heures. La résine granulaire durcie a été découpée et visualisée par microscopie électronique en transmission (MET) à l'aide d'un JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japon), un microscope électronique à transmission conventionnel équipé d'une caméra CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, États-Unis).
Toutes les expériences ont été réalisées en triple. À chaque point temporel, les lavages bactériens ont été étalés en triple, ce qui a donné un total de neuf points de données par point, dont la moyenne a été utilisée comme concentration bactérienne pour l'organisme concerné. L'écart type a été utilisé comme erreur de mesure. Tous les points comptent.
Le logarithme de la diminution de la concentration de bactéries par rapport à t = 0 min a été calculé à l'aide de la formule suivante :
où C0 est la concentration de bactéries dans l'échantillon témoin au temps 0 (c'est-à-dire après que la surface a séché mais avant d'être placée dans la chambre) et Cn est la concentration de bactéries sur la surface après n minutes d'exposition.
Pour tenir compte de la dégradation naturelle des bactéries pendant la période d'exposition de 45 minutes, la réduction logarithmique a également été calculée par rapport au témoin à 45 minutes comme suit :
Où Cn est la concentration de bactéries dans l'échantillon témoin à l'instant n et Cn-Témoin est la concentration de bactéries témoins à l'instant n. Les données sont présentées sous forme de réduction logarithmique par rapport au témoin (sans exposition à l'EWNS).
Au cours de l'étude, plusieurs combinaisons de tension et de distance entre l'aiguille et la contre-électrode ont été évaluées en termes de formation de cônes de Taylor, de stabilité de ces cônes, de stabilité de la production d'EWNS et de reproductibilité. Différentes combinaisons sont présentées dans le tableau supplémentaire S1. Deux cas ont été sélectionnés pour une étude complète montrant des propriétés stables et reproductibles (cône de Taylor, production d'EWNS et stabilité dans le temps). La figure 3 présente les résultats concernant la charge, la taille et la teneur en ROS pour deux cas. Les résultats sont également résumés dans le tableau 1. À titre de référence, les figures 3 et 1 présentent les propriétés des EWNS non optimisés précédemment synthétisés 8, 9, 10, 11 (EWNS de base). Les calculs de signification statistique à l'aide d'un test t bilatéral sont republiés dans le tableau supplémentaire S2. De plus, des données supplémentaires incluent des études sur l'effet du diamètre du trou d'échantillonnage de la contre-électrode (D) et de la distance entre l'électrode de masse et la pointe de l'aiguille (L) (figures supplémentaires S2 et S3).
(a–c) Distribution des tailles AFM. (d – f) Caractéristique de charge de surface. (g) Caractérisation des ROS et ESR.
Il est également important de noter que dans toutes les conditions ci-dessus, les courants d'ionisation mesurés étaient compris entre 2 et 6 µA et les tensions entre -3,8 et -6,5 kV, ce qui a entraîné une consommation électrique pour ce module de génération EWNS à borne unique inférieure à 50 mW. Bien que l'EWNS ait été synthétisé sous haute pression, les niveaux d'ozone étaient très faibles, ne dépassant jamais 60 ppb.
La figure supplémentaire S4 présente les champs électriques simulés pour les scénarios [-6,5 kV, 4,0 cm] et [-3,8 kV, 0,5 cm] respectivement. Les champs calculés pour ces scénarios sont respectivement de 2 × 105 V/m et 4,7 × 105 V/m. Ce résultat est prévisible, car le rapport tension/distance est beaucoup plus élevé dans le second cas.
Français La figure 3a,b montre le diamètre EWNS mesuré avec l'AFM8. Les diamètres EWNS moyens pour les scénarios [-6,5 kV, 4,0 cm] et [-3,8 kV, 0,5 cm] ont été calculés à 27 nm et 19 nm, respectivement. Les écarts types géométriques des distributions pour les cas [-6,5 kV, 4,0 cm] et [-3,8 kV, 0,5 cm] sont de 1,41 et 1,45, respectivement, indiquant une distribution de taille étroite. La taille moyenne et l'écart type géométrique sont très proches de l'EWNS de base, étant respectivement de 25 nm et 1,41. La figure 3c montre la distribution de taille de l'EWNS de base mesurée en utilisant la même méthode dans les mêmes conditions.
Sur la fig. 3d,e montre les résultats de la caractérisation de charge. Les données sont des mesures moyennes de 30 mesures simultanées de concentration (#/cm3) et de courant (I). L'analyse montre que la charge moyenne sur l'EWNS est de 22 ± 6 e- et 44 ± 6 e- pour [-6,5 kV, 4,0 cm] et [-3,8 kV, 0,5 cm], respectivement. Comparé à l'EWNS de base (10 ± 2 e-), leur charge de surface est significativement plus élevée, deux fois supérieure à celle du scénario [-6,5 kV, 4,0 cm] et quatre fois supérieure à celle du scénario [-3,8 kV, 0,5 cm]. 3f montre les données de paiement de base de l'EWNS.
D'après les cartes de concentration numérique EWNS (figures supplémentaires S5 et S6), on constate que la scène [-6,5 kV, 4,0 cm] présente un nombre de particules significativement plus élevé que la scène [-3,8 kV, 0,5 cm]. Il convient également de noter que les concentrations numériques EWNS ont été surveillées pendant une durée allant jusqu'à 4 heures (figures supplémentaires S5 et S6), où la stabilité de la génération EWNS a montré les mêmes niveaux de concentration numérique de particules dans les deux cas.
La figure 3g montre le spectre RPE après soustraction du témoin (bruit de fond) pour l'EWNS optimisé à [-6,5 kV, 4,0 cm]. Le spectre ROS est également comparé à la ligne de base de l'EWNS dans un article publié précédemment. Le nombre calculé d'EWNS réagissant avec le piège à spin est de 7,5 × 104 EWNS/s, ce qui est similaire à la ligne de base-EWNS8 publiée précédemment. Les spectres RPE ont clairement indiqué la présence de deux types de ROS, où O2- prédominait, tandis que OH• était présent en plus petite quantité. De plus, une comparaison directe des intensités maximales a montré que l'EWNS optimisé avait une teneur en ROS significativement plus élevée que l'EWNS de base.
La figure 4 montre l'efficacité de dépôt de l'EWNS en EPES. Les données sont également résumées dans le tableau I et comparées aux données EWNS originales. Pour les deux cas d'EUNS, le dépôt était proche de 100 %, même à une faible tension de 3,0 kV. En général, 3,0 kV suffisent pour obtenir un dépôt de 100 %, quelle que soit la variation de charge de surface. Dans les mêmes conditions, l'efficacité de dépôt de l'EWNS de base n'était que de 56 %, en raison de la charge plus faible (en moyenne 10 électrons par EWNS).
La figure 5 et le tableau 2 résument le degré d'inactivation des micro-organismes inoculés à la surface des tomates après exposition à environ 40 000 #/cm3 d'EWNS pendant 45 minutes dans le scénario optimal [-6,5 kV, 4,0 cm]. Les bactéries E. coli et L. innocua inoculées ont montré une réduction significative de 3,8 log après 45 minutes d'exposition. Dans les mêmes conditions, S. enterica a montré une réduction logarithmique plus faible de 2,2 log, tandis que S. cerevisiae et M. parafortuitum ont montré une réduction de 1,0 log.
Micrographies électroniques (figure 6) illustrant les modifications physiques induites par l'EWNS dans les cellules d'E. coli, de Salmonella enterica et de L. innocua, conduisant à leur inactivation. Les bactéries témoins présentaient des membranes cellulaires intactes, tandis que les bactéries exposées présentaient des membranes externes endommagées.
L'imagerie au microscope électronique des bactéries témoins et exposées a révélé des dommages à la membrane.
Français Les données sur les propriétés physicochimiques de l'EWNS optimisé montrent collectivement que les propriétés de l'EWNS (charge de surface et teneur en ROS) ont été significativement améliorées par rapport aux données de base de l'EWNS publiées précédemment8,9,10,11. D'autre part, leur taille est restée dans la gamme nanométrique, ce qui est très similaire aux résultats publiés précédemment, ce qui leur a permis de rester dans l'air pendant une longue période. La polydispersité observée peut s'expliquer par des changements dans la charge de surface, qui déterminent l'ampleur de l'effet Rayleigh, le caractère aléatoire et la fusion potentielle de l'EWNS. Cependant, comme détaillé par Nielsen et al.22, une charge de surface élevée réduit l'évaporation en augmentant efficacement l'énergie/tension de surface de la goutte d'eau. Cette théorie a été confirmée expérimentalement pour les microgouttelettes22 et l'EWNS dans notre précédente publication8. La perte de charge au fil du temps peut également affecter la taille et contribuer à la distribution de taille observée.
Français De plus, la charge par structure est d'environ 22 à 44 e-, selon les circonstances, ce qui est significativement plus élevé par rapport à l'EWNS de base, qui a une charge moyenne de 10 ± 2 électrons par structure. Cependant, il convient de noter qu'il s'agit de la charge moyenne de l'EWNS. Seto et al. Il a été démontré que la charge n'est pas uniforme et suit une distribution log-normale21. Par rapport à nos travaux précédents, le doublement de la charge de surface double l'efficacité de dépôt dans le système EPES à près de 100 %11.