Mèsi paske ou te vizite Nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a gen yon sipò CSS limite. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou w itilize yon navigatè ki ajou (oswa dezaktive Mòd Konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinyèl, nou pral rann sit la san estil ak JavaScript.
Yon karousèl k ap montre twa diapozitiv an menm tan. Sèvi ak bouton Presedan ak Pwochen pou w deplase nan twa diapozitiv alafwa, oubyen sèvi ak bouton kurseur yo nan fen an pou w deplase nan twa diapozitiv alafwa.
Resaman, yo te devlope yon platfòm antimikwòb san pwodui chimik ki baze sou nanoteknoloji ki itilize nanostrikti dlo atifisyèl (EWNS). EWNS yo gen yon chaj sifas ki wo epi yo satire ak espès oksijèn reyaktif (ROS) ki ka kominike avèk epi dezaktive yon kantite mikwo-òganis, tankou patojèn ki soti nan manje. Isit la, yo montre ke pwopriyete yo pandan sentèz la ka amelyore ak optimize pou amelyore potansyèl antibakteri yo plis toujou. Platfòm laboratwa EWNS la te fèt pou amelyore pwopriyete EWNS yo lè yo chanje paramèt sentèz yo. Karakterizasyon pwopriyete EWNS yo (chaj, gwosè ak kontni ROS) lè l sèvi avèk metòd analiz modèn. Anplis de sa, yo te evalye yo pou potansyèl inaktivasyon mikwòb yo kont mikwo-òganis ki soti nan manje tankou Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum ak Saccharomyces cerevisiae. Rezilta yo prezante isit la demontre ke pwopriyete EWNS yo ka amelyore pandan sentèz la, sa ki lakòz yon ogmantasyon eksponansyèl nan efikasite inaktivasyon an. An patikilye, chaj sifas la ogmante pa yon faktè kat epi espès oksijèn reyaktif yo ogmante. Vitès eliminasyon mikwòb la te depann de mikwòb la epi li te varye ant 1.0 a 3.8 log apre yon ekspozisyon 45 minit a yon dòz ayewosòl 40,000 #/cc EWNS.
Kontaminasyon mikwòb se prensipal kòz maladi ki soti nan manje ki koze pa enjèstyon patojèn oswa toksin yo. Ozetazini sèlman, maladi ki soti nan manje lakòz anviwon 76 milyon maladi, 325,000 admisyon lopital, ak 5,000 lanmò chak ane1. Anplis de sa, Depatman Agrikilti Etazini (USDA) estime ke ogmantasyon konsomasyon pwodui fre responsab pou 48% nan tout maladi ki soti nan manje ki rapòte Ozetazini2. Pri maladi ak lanmò ki koze pa patojèn ki soti nan manje Ozetazini trè wo, Sant pou Kontwòl ak Prevansyon Maladi (CDC) estime li a plis pase 15.6 milya dola ameriken pa ane3.
Kounye a, entèvansyon antimikwòb chimik4, radyasyon5 ak tèmik6 pou asire sekirite alimantè yo sitou fèt nan pwen kontwòl kritik limite (CCP) sou tout chèn pwodiksyon an (anjeneral apre rekòt ak/oswa pandan anbalaj) olye ke kontinyèlman. Kidonk, yo gen tandans pou kontaminasyon kwaze. 7. Pi bon kontwòl maladi ki soti nan manje ak gate manje mande entèvansyon antimikwòb ki ka potansyèlman aplike atravè kontinyòm soti nan fèm rive nan tab la pandan y ap diminye enpak anviwònman an ak depans yo.
Resaman, yo te devlope yon platfòm antimikwòb san pwodui chimik, ki baze sou nanoteknoloji, ki ka inaktive bakteri sifas ak nan lè a lè l sèvi avèk nanostrikti dlo atifisyèl (EWNS). Yo te sentetize EWNS lè l sèvi avèk de pwosesis paralèl, elektwoespre ak iyonizasyon dlo (Fig. 1a). Etid anvan yo te montre ke EWNS yo gen yon seri pwopriyete fizik ak byolojik inik8,9,10. EWNS yo gen yon mwayèn 10 elektwon pa estrikti ak yon gwosè nanoechèl mwayèn de 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10. Anplis de sa, rezonans spin elektwonik (ESR) te montre ke EWNS gen yon gwo kantite espès oksijèn reyaktif (ROS), sitou radikal idroksil (OH•) ak siperoksid (O2-) (Fig. 1c)8. EVNS yo nan lè a pou yon bon bout tan epi yo ka fè kolizyon ak mikwo-òganis ki sispann nan lè a epi ki prezan sou sifas la, sa ki delivre chaj ROS yo epi ki lakòz inaktivasyon mikwo-òganis yo (Fig. 1d). Premye etid sa yo te montre tou ke EWNS ka kominike avèk epi dezaktive plizyè bakteri gram-negatif ak gram-pozitif, tankou mikobakteri, sou sifas ak nan lè a. Mikwoskopi elektwonik transmisyon an te montre ke inaktivasyon an te koze pa dezòd manbràn selilè a. Anplis de sa, etid sou respirasyon egi yo te montre ke gwo dòz EWNS pa lakòz domaj oswa enflamasyon nan poumon 8.
(a) Elektwoespre rive lè yo aplike yon vòltaj wo ant yon tib kapilè ki gen likid ak yon kont-elektwòd. (b) Aplikasyon presyon wo a lakòz de fenomèn diferan: (i) elektwoespre dlo ak (ii) fòmasyon espès oksijèn reyaktif (iyon) ki bloke nan EWNS yo. (c) Estrikti inik EWNS yo. (d) Akòz nati nanoskal yo, EWNS yo trè mobil epi yo ka kominike avèk patojèn ki nan lè a.
Yo fèk demontre tou kapasite platfòm antimikwòb EWNS la pou dezaktive mikwo-òganis ki soti nan manje sou sifas manje fre. Yo montre tou ke chaj sifas EWNS la an konbinezon avèk yon chan elektrik ka itilize pou reyalize yon livrezon siblé. Anplis de sa, rezilta preliminè pou tomat òganik apre yon ekspozisyon 90 minit nan yon EWNS anviwon 50,000 #/cm3 te ankourajan, ak divès mikwo-òganis ki soti nan manje tankou E. coli ak Listeria 11 obsève. Anplis de sa, tès organoleptik preliminè yo pa montre okenn efè sansoryèl konpare ak tomat kontwòl yo. Malgre ke rezilta inaktivasyon inisyal sa yo ankourajan pou aplikasyon sekirite alimantè menm nan dòz EWNS ki trè ba nan 50,000#/cc. wè, li klè ke yon potansyèl inaktivasyon ki pi wo ta pi benefik pou diminye plis risk enfeksyon ak gate.
La a, nou pral konsantre rechèch nou an sou devlopman yon platfòm jenerasyon EWNS pou pèmèt ajisteman presi paramèt sentèz yo ak optimize pwopriyete fizikochimik EWNS yo pou amelyore potansyèl antibakteri yo. An patikilye, optimize a te konsantre sou ogmante chaj sifas yo (pou amelyore livrezon siblé) ak kontni ROS (pou amelyore efikasite inaktivasyon). Karakterize pwopriyete fizikochimik optimize yo (gwosè, chaj ak kontni ROS) lè l sèvi avèk metòd analiz modèn epi itilize mikwo-òganis alimantè komen tankou E. .
Yo te sentetize EVNS la pa elektwo-espreyaj ak iyonizasyon similtane dlo ki gen anpil pite (18 MΩ cm–1). Yo tipikman itilize nebulizatè elektrik 12 la pou atomizasyon likid ak sentèz patikil polimè ak seramik 13 ak fib 14 ki gen gwosè kontwole.
Jan yo te detaye nan piblikasyon anvan yo 8, 9, 10, 11, nan yon eksperyans tipik, yo te aplike yon vòltaj wo ant yon kapilè metal ak yon kont-elektwòd ki konekte a tè. Pandan pwosesis sa a, de fenomèn diferan rive: i) elektwoespre ak ii) iyonizasyon dlo. Yon gwo chan elektrik ant de elektwòd yo lakòz chaj negatif akimile sou sifas dlo kondanse a, sa ki lakòz fòmasyon kòn Taylor. Kòm rezilta, gout dlo ki chaje anpil fòme, ki kontinye kraze an patikil ki pi piti, tankou nan teyori Rayleigh16 la. An menm tan, gwo chan elektrik yo lakòz kèk molekil dlo fann epi retire elektwon (ionize), sa ki mennen nan fòmasyon yon gwo kantite espès oksijèn reyaktif (ROS)17. ROS18 ki te pwodui an menm tan an te ankapsule nan EWNS (Fig. 1c).
Figi 2a a montre sistèm jenerasyon EWNS ki te devlope epi itilize nan sentèz EWNS nan etid sa a. Yo te pase dlo pirifye ki te estoke nan yon boutèy fèmen nan yon tib Teflon (2 mm dyamèt enteryè) nan yon zegwi asye pur 30G (kapilè metal). Presyon lè ki andedan boutèy la kontwole koule dlo a, jan yo montre nan Figi 2b. Zegwi a monte sou yon konsole Teflon epi ou ka ajiste l manyèlman nan yon sèten distans ak kontè elektwòd la. Kontè elektwòd la se yon disk aliminyòm poli ak yon twou nan sant la pou echantiyonaj. Anba kontè elektwòd la gen yon antonwa echantiyonaj aliminyòm, ki konekte ak rès konfigirasyon eksperimantal la atravè yon pò echantiyonaj (Figi 2b). Pou evite akimilasyon chaj ki ta ka deranje fonksyònman echantiyonè a, tout konpozan echantiyonè yo konekte elektrikman ak tè.
(a) Sistèm Jenere Nanoestrikti Dlo Modifye (EWNS). (b) Seksyon transvèsal echantiyonè a ak elektwoespre a, ki montre paramèt ki pi enpòtan yo. (c) Enstalasyon eksperimantal pou inaktivasyon bakteri.
Sistèm jenerasyon EWNS ki dekri pi wo a kapab chanje paramèt fonksyònman kle yo pou fasilite ajisteman pwopriyete EWNS yo. Ajiste vòltaj ki aplike a (V), distans ki genyen ant zegwi a ak kont-elektwòd la (L), ak koule dlo a (φ) nan kapilè a pou ajiste karakteristik EWNS yo avèk presizyon. Senbòl yo itilize pou reprezante diferan konbinezon: [V (kV), L (cm)]. Ajiste koule dlo a pou jwenn yon kòn Taylor ki estab nan yon sèten seri [V, L]. Pou rezon etid sa a, dyamèt ouvèti kont-elektwòd la (D) te kenbe a 0.5 pous (1.29 cm).
Akòz jeyometri limite a ak asimetri a, yo pa ka kalkile fòs chan elektrik la apati premye prensip yo. Okontrè, yo te itilize lojisyèl QuickField™ (Svendborg, Denmark)19 pou kalkile chan elektrik la. Chan elektrik la pa inifòm, kidonk yo te itilize valè chan elektrik la nan pwent kapilè a kòm yon valè referans pou divès konfigirasyon.
Pandan etid la, yo te evalye plizyè konbinezon vòltaj ak distans ant zegwi a ak kont-elektwòd la an tèm de fòmasyon kòn Taylor, estabilite kòn Taylor, estabilite pwodiksyon EWNS, ak reproduktibilite. Tablo Siplemantè S1 la montre plizyè konbinezon.
Yo te konekte sòti sistèm jenerasyon EWNS la dirèkteman ak yon Analizateur Gwosè Patikil Mobilite Eskane (SMPS, Modèl 3936, TSI, Shoreview, MN) pou mezi konsantrasyon kantite patikil, ansanm ak yon Elektwomèt Faraday Aerosol (TSI, Modèl 3068B, Shoreview, MN). ) pou kouran aerosol yo te mezire jan sa dekri nan piblikasyon anvan nou an. Tou de SMPS la ak elektwomèt aerosol la te pran echantiyon nan yon to koule 0.5 L/min (koule echantiyon total 1 L/min). Yo te mezire konsantrasyon kantite patikil yo ak koule aerosol la pandan 120 segonn. Yo repete mezi a 30 fwa. Baze sou mezi aktyèl yo, yo kalkile chaj total aerosol la epi yo estime chaj EWNS mwayèn nan pou yon kantite total patikil EWNS yo chwazi. Yo ka kalkile pri mwayèn EWNS la lè l sèvi avèk Ekwasyon (1):
Kote IEl se kouran ki mezire a, NSMPS se konsantrasyon dijital ki mezire ak SMPS la, epi φEl se to koule pou chak elektwomèt.
Paske imidite relatif (RH) afekte chaj sifas la, tanperati a ak (RH) te rete konstan pandan eksperyans lan nan 21°C ak 45%, respektivman.
Yo te itilize mikwoskòp fòs atomik (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) ak sond AC260T (Olympus, Tokyo, Japon) pou mezire gwosè ak dire lavi EWNS la. Frekans eskanè AFM lan te 1 Hz, zòn eskanè a te 5 μm × 5 μm, ak 256 liy eskanè. Tout imaj yo te sibi yon aliyman imaj premye lòd lè l sèvi avèk lojisyèl Asylum (ranje mask 100 nm, papòt 100 pm).
Yo te retire antonwa tès la epi yo te mete sifas mika a a yon distans 2.0 cm de kont-elektwòd la pou yon tan mwayèn 120 s pou evite aglomerasyon patikil ak fòmasyon gout iregilye sou sifas mika a. Yo te flite EWNS dirèkteman sou sifas mika ki fèk koupe a (Ted Pella, Redding, CA). Imaj sifas mika a imedyatman apre pulverizasyon AFM. Ang kontak sifas mika ki fèk koupe a ki pa modifye a pre 0°, kidonk EVNS distribye sou sifas mika a nan fòm yon dòm. Yo te mezire dyamèt (a) ak wotè (h) gout difizyon yo dirèkteman nan topografi AFM lan epi yo te itilize yo pou kalkile volim difizyon EWNS an dòm lè l sèvi avèk metòd nou te deja valide a. Si nou sipoze EWNS entegre yo gen menm volim nan, nou ka kalkile dyamèt ekivalan an lè l sèvi avèk ekwasyon (2):
Baze sou metòd nou te devlope deja a, nou te itilize yon pyèj spin rezonans spin elektwonik (ESR) pou detekte prezans entèmedyè radikal ki dire kout nan EWNS. Nou te fè ayewosòl yo pase nan yon barboteur Midget 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) ki gen yon solisyon 235 mM DEPMPO(5-(dietoksifosforil)-5-metil-1-pirolin-N-oksid) (Oxis International Inc.). Portland, Oregon). Tout mezi ESR yo te fèt lè l sèvi avèk yon espektwomèt Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ak yon selil panèl plat. Nou te itilize lojisyèl Acquisit la (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) pou kolekte epi analize done yo. Nou te fè detèminasyon karakteristik ROS yo sèlman pou yon seri kondisyon fonksyònman [-6.5 kV, 4.0 cm]. Nou te mezire konsantrasyon EWNS yo lè l sèvi avèk SMPS la apre nou te fin pran an kont pèt EWNS yo nan enpaktè a.
Yo te kontwole nivo ozòn yo avèk yon 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Pou tout pwopriyete EWNS yo, yo itilize valè mwayèn nan kòm valè mezi a, epi yo itilize devyasyon estanda a kòm erè mezi a. Yo te fè tès T pou konpare valè atribi EWNS optimize yo ak valè korespondan EWNS debaz la.
Figi 2c a montre yon sistèm "rale" presipitasyon elektwostatik (EPES) ki te deja devlope epi karakterize, ki ka itilize pou livrezon EWNS siblé sou sifas la. EPES itilize chaj EVNS ki ka "gide" dirèkteman sou sifas sib la anba enfliyans yon chan elektrik fò. Detay sou sistèm EPES la prezante nan yon piblikasyon resan pa Pyrgiotakis et al. 11. Kidonk, EPES konsiste de yon chanm PVC enprime an 3D ak bout konik epi li gen de plak metal paralèl an asye pur (asye pur 304, kouvri ak glas) nan sant la, 15.24 cm apa. Planch yo te konekte ak yon sous vòltaj segondè ekstèn (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), plak anba a te toujou konekte ak vòltaj pozitif, epi plak anwo a te toujou konekte ak tè (tè k ap flote). Mi chanm yo kouvri ak papye aliminyòm, ki konekte elektrikman ak tè pou anpeche pèt patikil. Chanm lan gen yon pòt chajman devan sele ki pèmèt sifas tès yo dwe mete sou sipò plastik ki leve yo anlè plak metal anba a pou evite entèferans vòltaj segondè.
Yo te kalkile efikasite depo EWNS nan EPES dapre yon pwotokòl ki te devlope deja, ki detaye nan Figi Siplemantè S111 la.
Kòm yon chanm kontwòl, yo te konekte yon dezyèm chanm koule silendrik an seri ak sistèm EPES la, kote yo te itilize yon filtè HEPA entèmedyè pou retire EWNS yo. Jan yo montre nan Figi 2c, yo te ponpe ayewosòl EWNS la nan de chanm entegre. Filtè ki ant sal kontwòl la ak EPES la retire tout EWNS ki rete, sa ki lakòz menm tanperati (T), imidite relatif (RH) ak nivo ozòn.
Yo jwenn mikwo-òganis enpòtan ki soti nan manje ki kontamine manje fre tankou E. coli (ATCC #27325), endikatè fekal, Salmonella enterica (ATCC #53647), patojèn ki soti nan manje, Listeria harmful (ATCC #33090), ranplasan pou Listeria monocytogenes patojèn, sòti nan ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), yon ranplasan pou ledven gate, ak yon bakteri inaktive ki pi rezistan, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Achte bwat tomat rezen òganik o aza nan mache lokal ou a epi mete yo nan frijidè a 4°C jiskaske ou itilize yo (jiska 3 jou). Tout tomat eksperimantal yo te menm gwosè, anviwon 1/2 pous an dyamèt.
Pwotokòl kilti, inokilasyon, ekspozisyon, ak kontaj koloni yo detaye nan piblikasyon anvan nou an epi detaye nan Done Siplemantè yo. Yo te evalye efikasite EWNS la lè yo te ekspoze tomat ki te inokile yo a 40,000 #/cm3 pandan 45 minit. An brèf, yo te itilize twa tomat pou evalye mikwo-òganis ki siviv yo nan moman t = 0 min. Yo te mete twa tomat nan EPES epi yo te ekspoze yo a EWNS a 40,000 #/cc (tomat ki te ekspoze a EWNS) epi yo te mete twa ki rete yo nan chanm kontwòl la (tomat kontwòl). Yo pa t fè okenn lòt tretman sou tomat yo nan tou de gwoup yo. Yo te retire tomat ki te ekspoze a EWNS yo ak tomat kontwòl yo apre 45 minit pou evalye efè EWNS la.
Yo te fè chak eksperyans an triplika. Yo te fè analiz done yo dapre pwotokòl ki dekri nan Done Siplemantè yo.
Yo te evalye mekanis inaktivasyon yo pa sedimantasyon echantiyon EWNS ki te ekspoze yo (45 min nan yon konsantrasyon ayewosòl EWNS 40,000 #/cm3) ak echantiyon bakteri inofansif E. coli, Salmonella enterica ak Lactobacillus ki pa te sibi iradyasyon. Yo te fikse patikil yo nan 2.5% glutaraldeyid, 1.25% paraformaldeyid ak 0.03% asid pikrik nan 0.1 M tanpon kakodilat sodyòm (pH 7.4) pandan 2 èdtan nan tanperati chanm. Apre lave, fikse yo apre ak 1% tetroksid osmiyòm (OsO4)/1.5% ferosyanid potasyòm (KFeCN6) pandan 2 èdtan, lave yo 3 fwa nan dlo epi enkube yo nan 1% asetat uranil pandan 1 èdtan, answit lave yo de fwa nan dlo, answit dezidrate yo pandan 10 minit nan alkòl 50%, 70%, 90%, 100%. Apre sa, yo te mete echantiyon yo nan oksid propilèn pandan 1 èdtan epi yo te enpreye yo ak yon melanj 1:1 oksid propilèn ak TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Yo te mete echantiyon yo nan TAAB Epon epi yo te polimerize yo a 60°C pandan 48 èdtan. Yo te koupe rezin granulaire ki te geri a epi yo te vizyalize l pa TEM lè l sèvi avèk yon mikwoskòp elektwonik transmisyon konvansyonèl JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japon) ekipe ak yon kamera CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, Etazini).
Tout eksperyans yo te fèt an triplika. Pou chak pwen tan, yo te simen lave bakteri yo an triplika, sa ki te bay yon total nèf pwen done pou chak pwen, mwayèn yo te itilize kòm konsantrasyon bakteri pou mikwo-òganis patikilye sa a. Devyasyon estanda a te itilize kòm erè mezi a. Tout pwen yo konte.
Yo kalkile logaritm diminisyon konsantrasyon bakteri yo konpare ak t = 0 min lè l sèvi avèk fòmil sa a:
kote C0 se konsantrasyon bakteri ki nan echantiyon kontwòl la nan moman 0 (sa vle di apre sifas la fin seche men anvan yo mete l nan chanm lan) epi Cn se konsantrasyon bakteri ki sou sifas la apre n minit ekspozisyon.
Pou pran an kont degradasyon natirèl bakteri yo pandan ekspozisyon 45 minit lan, yo te kalkile rediksyon logaritmik la konpare ak kontwòl la apre 45 minit jan sa a:
kote Cn se konsantrasyon bakteri nan echantiyon kontwòl la nan moman n epi Cn-Kontwòl se konsantrasyon bakteri kontwòl yo nan moman n. Done yo prezante kòm yon rediksyon logaritmik konpare ak kontwòl la (pa gen ekspozisyon EWNS).
Pandan etid la, plizyè konbinezon vòltaj ak distans ant zegwi a ak elektwòd kontè a te evalye an tèm de fòmasyon kòn Taylor, estabilite kòn Taylor, estabilite pwodiksyon EWNS, ak repwodiktibilite. Diferan konbinezon yo montre nan Tablo Siplemantè S1. De ka ki montre pwopriyete ki estab ak repwodiktib (kòn Taylor, jenerasyon EWNS, ak estabilite sou tan) te chwazi pou etid konplè. Nan figi 3, Figi 3 montre rezilta yo pou chaj, gwosè, ak kontni ROS nan tou de ka yo. Rezilta yo montre tou nan Tablo 1. Pou referans, tou de Figi 3 ak Tablo 1 gen ladan pwopriyete EWNS8, 9, 10, 11 ki pa te optimize ki te sentetize deja (EWNS debaz). Kalkil siyifikasyon estatistik lè l sèvi avèk yon tès t bilateral yo repibliye nan Tablo Siplemantè S2. Anplis de sa, done adisyonèl yo gen ladan etid sou efè dyamèt twou echantiyonaj elektwòd kontè a (D) ak distans ant elektwòd tè a ak pwent lan (L) (Figi Siplemantè S2 ak S3).
(ac) Distribisyon gwosè mezire pa AFM. (df) Karakteristik chaj sifas. (g) Karakterizasyon ROS nan EPR la.
Li enpòtan tou pou nou note ke pou tout kondisyon ki anwo yo, kouran iyonizasyon ki te mezire a te ant 2 ak 6 μA epi vòltaj la te ant -3.8 ak -6.5 kV, sa ki te lakòz yon konsomasyon enèji mwens pase 50 mW pou modil kontak jenerasyon EWNS sa a. Malgre ke EWNS te sentetize anba gwo presyon, nivo ozòn yo te trè ba, yo pa janm depase 60 ppb.
Figi siplemantè S4 la montre chan elektrik simile yo pou senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm] ak [-3.8 kV, 0.5 cm] yo, respektivman. Pou senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm] ak [-3.8 kV, 0.5 cm] yo, kalkil chan yo se 2 × 105 V/m ak 4.7 × 105 V/m, respektivman. Sa a se espere, piske nan dezyèm ka a rapò vòltaj-distans lan pi wo.
Nan figi 3a,b montre dyamèt EWNS ki mezire ak AFM8 la. Dyamèt EWNS mwayèn ki kalkile yo te 27 nm ak 19 nm pou konplo [-6.5 kV, 4.0 cm] ak [-3.8 kV, 0.5 cm] yo, respektivman. Pou senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm] ak [-3.8 kV, 0.5 cm] yo, devyasyon estanda jeyometrik distribisyon yo se 1.41 ak 1.45, respektivman, sa ki endike yon distribisyon gwosè etwat. Tou de gwosè mwayèn nan ak devyasyon estanda jeyometrik la trè pre EWNS debaz la, a 25 nm ak 1.41, respektivman. Nan figi 3c montre distribisyon gwosè EWNS debaz la mezire lè l sèvi avèk menm metòd la anba menm kondisyon yo.
Nan figi 3d,e a montre rezilta karakterizasyon chaj yo. Done yo se mezi mwayèn 30 mezi similtane konsantrasyon (#/cm3) ak kouran (I). Analiz la montre ke chaj mwayèn sou EWNS la se 22 ± 6 e- ak 44 ± 6 e- pou [-6.5 kV, 4.0 cm] ak [-3.8 kV, 0.5 cm], respektivman. Yo gen chaj sifas siyifikativman pi wo konpare ak EWNS debaz la (10 ± 2 e-), de fwa pi plis pase senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm] la ak kat fwa pi plis pase [-3.8 kV, 0.5 cm] la. Figi 3f a montre done chaj yo pou EWNS debaz la.
Apati kat konsantrasyon nimewo EWNS yo (Figi Siplemantè S5 ak S6), nou ka wè senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm] la gen siyifikativman plis patikil pase senaryo [-3.8 kV, 0.5 cm] la. Li enpòtan tou pou nou note ke yo te kontwole konsantrasyon nimewo EWNS la jiska 4 èdtan (Figi Siplemantè S5 ak S6), kote estabilite jenerasyon EWNS la te montre menm nivo konsantrasyon kantite patikil nan tou de ka yo.
Figi 3g la montre spectre EPR a apre soustraksyon kontwòl EWNS optimize a (background) nan [-6.5 kV, 4.0 cm]. Yo te konpare spectre ROS yo tou ak senaryo Baseline-EWNS la nan yon travay ki te pibliye deja. Yo te kalkile kantite EWNS ki reyaji ak pyèj spin yo a 7.5 × 104 EWNS/s, ki sanble ak Baseline-EWNS8 ki te pibliye deja a. Spectre EPR yo te montre klèman prezans de kalite ROS, ak O2- ki se espès prensipal la epi OH• ki mwens abondan. Anplis de sa, yon konparezon dirèk entansite pik yo te montre ke EWNS optimize yo te gen yon kontni ROS siyifikativman pi wo konpare ak EWNS debaz la.
Figi 4 la montre efikasite depo EWNS nan EPES. Done yo rezime tou nan Tablo I epi yo konpare ak done EWNS orijinal yo. Pou tou de ka EUNS yo, depo a prèske 100% menm nan yon vòltaj ki ba, 3.0 kV. Tipikman, 3.0 kV sifi pou yon depo 100%, kèlkeswa chanjman chaj sifas la. Nan menm kondisyon yo, efikasite depo Baseline-EWNS la te sèlman 56% akòz chaj ki pi ba yo (an mwayèn 10 elektwon pou chak EWNS).
Nan figi 5 ak nan tablo 2 a, yo rezime valè inaktivasyon mikwo-òganis yo te inokile sou sifas tomat apre ekspozisyon a anviwon 40,000 #/cm3 EWNS pandan 45 minit nan mòd optimal la [-6.5 kV, 4.0 cm]. E. coli ak Lactobacillus innocuous ki te inokile yo te montre yon rediksyon siyifikatif de 3.8 log pandan ekspozisyon 45 minit la. Nan menm kondisyon yo, S. enterica te gen yon diminisyon 2.2-log, pandan ke S. cerevisiae ak M. parafortutum te gen yon diminisyon 1.0-log.
Mikwograf elektwonik yo (Figi 6) montre chanjman fizik EWNS yo pwovoke sou selil Escherichia coli, Streptococcus, ak Lactobacillus ki pa danjere, sa ki lakòz inaktivasyon yo. Bakteri kontwòl yo te gen manbràn selilè entak, alòske bakteri ki te ekspoze yo te gen manbràn ekstèn ki domaje.
Imaj mikwoskopik elektwonik nan bakteri kontwòl ak bakteri ekspoze te revele domaj manbràn.
Done yo sou pwopriyete fizikochimik EWNS optimize yo montre ansanm ke pwopriyete yo (chaj sifas ak kontni ROS) EWNS yo te amelyore anpil konpare ak done debaz EWNS yo te pibliye deja8,9,10,11. Nan lòt men an, gwosè yo te rete nan seri nanomèt la, trè menm jan ak rezilta yo te rapòte deja, sa ki pèmèt yo rete nan lè a pandan yon bon bout tan. Polidispersyon yo obsève a ka eksplike pa chanjman chaj sifas ki detèmine gwosè EWNS yo, o aza efè Rayleigh la, ak potansyèl koalesans lan. Sepandan, jan Nielsen et al. detaye 22, yon chaj sifas ki wo diminye evaporasyon an lè li ogmante enèji/tansyon sifas gout dlo a efektivman. Nan piblikasyon anvan nou an8 teyori sa a te konfime eksperimantalman pou mikwogout 22 ak EWNS yo. Pèt chaj pandan tan siplemantè kapab afekte gwosè a tou epi kontribye nan distribisyon gwosè yo obsève a.