Mèsi paske ou te vizite Nature.com. W ap itilize yon vèsyon navigatè ki gen sipò CSS limite. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou ou itilize yon navigatè ki ajou (oswa dezaktive Mòd Konpatibilite nan Internet Explorer). Anplis de sa, pou asire sipò kontinyèl, nou montre sit la san estil ak JavaScript.
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 rich nan 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. Yo te fè karakterizasyon pwopriyete EWNS yo (chaj, gwosè, ak kontni ROS) lè l sèvi avèk metòd analiz modèn. Anplis de sa, yo te inokile mikwo-òganis manje tankou Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, ak Saccharomyces cerevisiae sou sifas tomat rezen òganik pou evalye potansyèl inaktivasyon mikwòb yo. 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 patikilye, chaj sifas la ogmante pa yon faktè kat, epi kontni ROS la ogmante. To eliminasyon mikwòb la te depann de mikwòb la epi li te varye ant 1.0 ak 3.8 log apre 45 minit ekspozisyon a yon dòz ayewosòl 40,000 #/cm3 EWNS.
Kontaminasyon mikwòb se prensipal kòz maladi ki soti nan manje ki koze pa enjèstyon patojèn oswa toksin yo. Maladi ki soti nan manje responsab pou anviwon 76 milyon maladi, 325,000 entène lopital, ak 5,000 lanmò chak ane Ozetazini sèlman1. Anplis de sa, Depatman Agrikilti Etazini (USDA) estime ke ogmantasyon konsomasyon pwodui fre responsab pou 48 pousan nan tout maladi ki soti nan manje ki rapòte Ozetazini2. Pri maladi ak lanmò ki soti nan 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 aplike nan pwen kontwòl kritik limite (CCP) nan chèn pwodiksyon an (anjeneral apre rekòt ak/oswa pandan anbalaj) olye ke yo aplike yo kontinyèlman yon fason ke pwodui fre yo sijè a kontaminasyon kwaze7. Entèvansyon antimikwòb yo nesesè pou pi byen kontwole maladi ki soti nan manje ak gate manje epi yo gen potansyèl pou yo aplike atravè kontinyòm soti nan fèm rive nan tab. Mwens enpak ak pri.
Yo fèk devlope yon platfòm antimikwòb san pwodui chimik ki baze sou nanoteknoloji pou dezaktive bakteri sou sifas yo ak nan lè a lè l sèvi avèk nanostrikti dlo atifisyèl (EWNS). Pou sentèz EVNS yo, yo te itilize de pwosesis paralèl: elektwoespre ak iyonizasyon dlo (Fig. 1a). Yo te deja montre EWNS yo gen yon seri pwopriyete fizik ak byolojik inik8,9,10. EWNS gen yon mwayèn 10 elektwon pa estrikti ak yon gwosè nanomèt mwayèn 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10. Anplis de sa, rezonans spin elektwonik (ESR) te montre ke EWNS yo genyen yon gwo kantite espès oksijèn reyaktif (ROS), sitou radikal idroksil (OH•) ak siperoksid (O2-) (Fig. 1c)8. EWNS yo te rete nan lè a pou yon bon bout tan epi yo te ka fè kolizyon ak mikwòb ki sispann nan lè a epi ki prezan sou sifas yo, sa ki delivre chaj ROS yo epi ki lakòz inaktivasyon mikwòb (Fig. 1d). Etid sa yo pi bonè te montre tou ke EWNS ka kominike avèk epi dezaktive plizyè bakteri gram-negatif ak gram-pozitif ki gen enpòtans pou sante piblik, tankou mikobakteri, sou sifas ak nan lè a8,9. Mikwoskospi 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 poumon8.
(a) Elektwoespre rive lè yo aplike yon vòltaj wo ant yon kapilè ki gen likid ak yon kont-elektwòd. (b) Aplikasyon vòltaj wo a lakòz de fenomèn diferan: (i) elektwoespre dlo ak (ii) jenerasyon espès oksijèn reyaktif (iyon) ki bloke nan EWNS yo. (c) Estrikti inik EWNS yo. (d) EWNS yo trè mobil akòz nati nanoskal yo 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 ka itilize an konbinezon avèk yon chan elektrik pou yon livrezon siblé. Pi enpòtan toujou, yo obsève yon rezilta inisyal pwomètè apeprè 1.4 log rediksyon nan aktivite tomat òganik kont divès mikwo-òganis manje tankou E. coli ak Listeria nan lespas 90 minit ekspozisyon a EWNS nan yon konsantrasyon apeprè 50,000#/cm311. Anplis de sa, tès evalyasyon organoleptik preliminè yo pa montre okenn efè organoleptik konpare ak tomat kontwòl la. Malgre ke rezilta inaktivasyon inisyal sa yo pwomèt sekirite manje menm nan dòz EWNS ki trè ba, 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 amelyore paramèt sentèz yo epi 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). Karakterizasyon pwopriyete fizikochimik optimize (gwosè, chaj ak kontni ROS) lè l sèvi avèk metòd analiz modèn epi lè l sèvi avèk mikwo-òganis alimantè komen tankou E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae ak M. parafortuitum.
Yo te sentetize EVNS la pa elektwo-espreyaj ak iyonizasyon similtane dlo ki gen anpil pite (18 MΩ cm–1). Yo tipikman itilize atomizè elektrik 12 la pou atomize likid ak patikil polimè sentetik ak seramik 13 ansanm ak fib 14 ki gen gwosè kontwole.
Jan yo te detaye nan piblikasyon anvan yo 8, 9, 10, 11, nan yon eksperyans tipik, yo aplike yon vòltaj wo ant yon kapilè metal ak yon kont-elektwòd ki konekte a tè. Pandan pwosesis sa a, de fenomèn diferan rive: 1) elektwo-espre ak 2) 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, dapre teyori Rayleigh16 la. An menm tan, yon gwo chan elektrik lakòz kèk nan molekil dlo yo fann epi retire elektwon yo (iyonizasyon), kidonk jenere yon gwo kantite espès oksijèn reyaktif (ROS)17. Pakè ROS18 ki te pwodui an menm tan yo 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). Jan Figi 2b montre a, presyon lè ki andedan boutèy la kontwole koule dlo a. Zegwi a tache ak yon konsole Teflon ke ou ka ajiste manyèlman a yon sèten distans ak elektwòd kontè a. Kontè elektwòd la se yon disk aliminyòm poli ak yon twou nan mitan pou echantiyonaj. Anba elektwòd kontè a gen yon antonwa echantiyonaj aliminyòm, ki konekte ak rès konfigirasyon eksperimantal la atravè yon pò echantiyonaj (Figi 2b). Tout konpozan echantiyonè yo konekte elektrikman a tè pou evite akimilasyon chaj ki ta ka degrade echantiyonaj patikil yo.
(a) Sistèm Jenere Nanoestrikti Dlo Modifye (EWNS). (b) Koupon transvèsal echantiyonè a ak inite 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 [V (kV), L (cm)] yo itilize pou endike diferan konbinezon yo. Ajiste koule dlo a pou jwenn yon kòn Taylor ki estab nan yon sèten seri [V, L]. Pou rezon etid sa a, ouvèti kont-elektwòd la (D) te fikse 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 lan dirèkteman ak yon Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, modèl 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) pou mezire konsantrasyon kantite patikil epi yo te itilize l avèk yon elektwomèt ayewosòl Faraday (TSI, modèl 3068B, Shoreview, USA). MN) pou mezire koule ayewosòl yo, jan sa dekri nan piblikasyon anvan nou an9. Tou de SMPS la ak elektwomèt ayewosòl la te pran echantiyon nan yon to koule 0.5 L/min (koule echantiyon total 1 L/min). Yo te mezire konsantrasyon patikil ak koule ayewosòl pandan 120 s. Repete mezi a 30 fwa. Yo kalkile chaj total ayewosòl la apati mezi aktyèl yo, epi yo estime chaj mwayèn EWNS la apati kantite total patikil EWNS yo te pran echantiyon. Yo ka kalkile pri mwayèn EWNS la lè l sèvi avèk ekwasyon (1):
Kote IEl se kouran ki mezire a, NSMPS se konsantrasyon nimewo ki mezire ak SMPS la, epi φEl se to koule ki ale nan elektwomèt la.
Paske imidite relatif (RH) afekte chaj sifas la, tanperati a ak (RH) te kenbe konstan nan 21°C ak 45%, respektivman, pandan eksperyans lan.
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. Vitès eskanè AFM lan se 1 Hz epi zòn eskanè a se 5 µm × 5 µm ak 256 liy eskanè. Tout imaj yo te sibi yon aliyman imaj premye lòd lè l sèvi avèk lojisyèl Asylum (mask ak yon seri 100 nm ak yon papòt 100 pm).
Retire antonwa echantiyon an epi mete sifas mika a a yon distans 2.0 cm de kont-elektwòd la pou yon tan mwayèn 120 s pou evite koalesans patikil yo ak fòmasyon gout iregilye sou sifas mika a. EWNS te aplike dirèkteman sou sifas mika ki fèk koupe yo (Ted Pella, Redding, CA). Touswit apre pulverizasyon an, yo te vizyalize sifas mika a lè l sèvi avèk AFM. Ang kontak sifas mika ki fèk koupe ki pa modifye a pre 0°, kidonk EWNS pwopaje sou sifas mika a nan yon fòm dòm20. Dyamèt (a) ak wotè (h) gout difize yo te mezire dirèkteman nan topografi AFM lan epi yo te itilize pou kalkile volim difizyon dòm EWNS la lè l sèvi avèk metòd nou te valide deja a8. Si nou sipoze ke EVNS entegre a gen menm volim nan, nou ka kalkile dyamèt ekivalan an apati ekwasyon (2):
An akò avèk metòd nou te devlope deja a, nou te itilize yon pyèj spin rezonans spin elektwonik (ESR) pou detekte prezans entèmedyè radikal ki gen yon ti dire nan EWNS. Nou te pase ayewosòl yo nan yon solisyon ki gen 235 mM DEPMPO (5-(dietoksifosforil)-5-metil-1-pirolin-N-oksid) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Tout mezi EPR yo te fèt lè l sèvi avèk yon espektwomèt Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ak seri selil plat. Nou te itilize lojisyèl Acquisit la (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) pou kolekte epi analize done yo. Nou te fè karakterizasyon ROS la sèlman pou yon seri kondisyon fonksyònman [-6.5 kV, 4.0 cm]. Nou te mezire konsantrasyon EWNS yo lè l sèvi avèk SMPS apre nou te fin pran an kont pèt EWNS 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, valè mezi a se mwayèn mezi yo, epi erè mezi a se devyasyon estanda a. Yo te fè yon tès t pou konpare valè atribi EWNS optimize a ak valè korespondan EWNS debaz la.
Figi 2c a montre yon Sistèm Pasaj Presipitasyon Elektrostatik (EPES) ki te deja devlope epi karakterize, ki ka itilize pou vize EWNS11 sou sifas yo. EPES itilize yon chaj EWNS an konbinezon avèk yon chan elektrik fò pou "pwente" dirèkteman sou sifas sib la. 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 ki gen de plak metal paralèl an asye pur (asye pur 304, poli glas) nan mitan an, 15.24 cm apa. Planch yo te konekte ak yon sous vòltaj segondè ekstèn (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), planch anba a te toujou pozitif epi planch anwo a te toujou konekte a tè (flote). Mi chanm yo kouvri ak papye aliminyòm, ki konekte elektrikman a tè pou anpeche pèt patikil. Chanm lan gen yon pòt chajman devan sele ki pèmèt sifas tès yo mete sou etajè plastik, leve yo sou 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, dezyèm koule ki pase nan chanm silendrik la konekte an seri ak sistèm EPES la lè l sèvi avèk yon filtè HEPA entèmedyè pou retire EWNS. Jan yo montre nan fig. 2c, yo te ponpe ayewosòl EWNS la nan de chanm ki konekte an seri. Filtè ki ant chanm 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 pwodui fre tankou Escherichia coli (ATCC #27325), yon endikatè fekal, Salmonella enterica (ATCC #53647), yon patojèn ki soti nan manje, Listeria innocua (ATCC #33090), yon altènativ a Listeria monocytogenes patojèn nan. Yo te achte Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) kòm yon altènativ a ledven gate, ak Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) kòm yon bakteri vivan ki pi rezistan nan men ATCC (Manassas, Vijini).
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). Chwazi tomat pou fè eksperyans ak yon sèl gwosè, anviwon 1/2 pous an dyamèt.
Pwotokòl pou enkibasyon, inokilasyon, ekspozisyon ak kontaj koloni yo te detaye nan piblikasyon anvan nou yo epi eksplike an detay nan Done Siplemantè 11. Pèfòmans EWNS te evalye lè yo te ekspoze tomat inokile yo a 40,000 #/cm3 pandan 45 minit. An brèf, nan moman t = 0 min, yo te itilize twa tomat pou evalye mikwo-òganis ki siviv yo. 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 lòt nan chanm kontwòl la (tomat kontwòl). Okenn nan gwoup tomat yo pa t sibi plis pwosesis. Yo te retire tomat ak kontwòl ki te ekspoze a EWNS 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 fè pellet nan echantiyon bakteri E. coli, Enterobacter, ak L. innocua ki te ekspoze a EWNS (45 min, konsantrasyon ayewosòl EWNS 40,000 #/cm3) ak sa ki pa te ekspoze pou evalye mekanis inaktivasyon yo. Yo te fikse presipite a pandan 2 èdtan nan tanperati chanm nan yon solisyon 0.1 M kakodilat sodyòm (pH 7.4) avèk yon fiksatif 2.5% glutaraldeyid, 1.25% paraformaldeyid ak 0.03% asid pikrik. Apre yo te fin lave yo, yo te fikse yo avèk 1% tetroksid osmiyòm (OsO4)/1.5% ferosyanid potasyòm (KFeCN6) pandan 2 èdtan, yo te lave yo 3 fwa avèk dlo epi yo te enkube yo nan 1% asetat uranil pandan 1 èdtan, answit yo te lave yo de fwa avèk dlo. Apre sa, yo te dezidrate yo pandan 10 minit nan chak 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 JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japon), yon mikwoskòp elektwonik transmisyon konvansyonèl ekipe ak yon kamera CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, USA).
Tout eksperyans yo te fèt an triplika. Pou chak pwen tan, lave bakteri yo te plake an triplika, sa ki te bay yon total nèf pwen done pou chak pwen, mwayèn yo te itilize kòm konsantrasyon bakteri pou 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 peryòd ekspozisyon 45 minit lan, yo te kalkile Log-Reduction tou an konparezon ak kontwòl la nan 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 te chwazi pou yon etid konplè ki montre pwopriyete ki estab ak repwodiktib (kòn Taylor, pwodiksyon EWNS, ak estabilite sou tan). Nan figi 3 montre rezilta yo sou chaj, gwosè ak kontni ROS pou de ka yo. Rezilta yo rezime tou nan Tablo 1. Pou referans, 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 echantiyon elektwòd kontè a (D) ak distans ki genyen ant elektwòd tè a ak pwent zegwi a (L) (Figi Siplemantè S2 ak S3).
(a–c) Distribisyon gwosè AFM. (d–f) Karakteristik chaj sifas. (g) Karakterizasyon ROS ak ESR.
Li enpòtan tou pou nou note ke pou tout kondisyon ki anwo yo, kouran iyonizasyon yo te mezire nan seri 2-6 µA, epi vòltaj yo te nan seri -3.8 a -6.5 kV, sa ki lakòz yon konsomasyon enèji pou EWNS yon sèl tèminal sa a mwens pase 50 mW. . modil jenerasyon. Malgre ke EWNS te sentetize anba gwo presyon, nivo ozòn yo te trè ba, 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. Chan yo dapre senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm] ak [-3.8 kV, 0.5 cm] yo kalkile kòm 2 × 105 V/m ak 4.7 × 105 V/m, respektivman. Sa a se pou atann, piske rapò vòltaj ak distans la pi wo nan dezyèm ka a.
Nan figi 3a,b montre dyamèt EWNS ki mezire ak AFM8 la. Dyamèt mwayèn EWNS yo pou senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm] ak [-3.8 kV, 0.5 cm] yo te kalkile kòm 27 nm ak 19 nm, respektivman. Devyasyon estanda jewometrik distribisyon yo pou ka [-6.5 kV, 4.0 cm] ak [-3.8 kV, 0.5 cm] yo se 1.41 ak 1.45, respektivman, sa ki endike yon distribisyon gwosè etwat. Tou de gwosè mwayèn nan ak devyasyon estanda jewometrik la trè pre EWNS debaz la, yo te 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 la. 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. Konpare ak EWNS debaz la (10 ± 2 e-), chaj sifas yo siyifikativman pi wo, de fwa plis pase senaryo [-6.5 kV, 4.0 cm] la ak kat fwa plis pase senaryo [-3.8 kV, 0.5 cm] la. Figi 3f a montre done peman EWNS debaz yo.
Apati kat konsantrasyon nimewo EWNS yo (Figi Siplemantè S5 ak S6), nou ka wè sèn [-6.5 kV, 4.0 cm] la gen yon kantite patikil ki pi wo pase sèn [-3.8 kV, 0.5 cm] la. Li enpòtan pou note tou ke yo te kontwole konsantrasyon nimewo EWNS yo pandan jiska 4 èdtan (Figi Siplemantè S5 ak S6), kote estabilite jenerasyon EWNS la te montre menm nivo konsantrasyon nimewo patikil nan tou de ka yo.
Figi 3g montre spectre EPR a apre soustraksyon kontwòl (background) pou EWNS optimize a [-6.5 kV, 4.0 cm]. Yo konpare spectre ROS la tou ak liy debaz EWNS la nan yon atik ki te pibliye deja. Kantite EWNS ki kalkile ki reyaji ak pyèj spin an se 7.5 × 104 EWNS/s, ki sanble ak Baseline-EWNS8 ki te pibliye deja a. Spectre EPR yo te endike klèman prezans de kalite ROS, kote O2- te predomine, alòske OH• te prezan nan yon pi piti kantite. 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 liy 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 te prèske 100% menm nan yon vòltaj ki ba, 3.0 kV. Tipikman, 3.0 kV sifi pou reyalize 100% depo kèlkeswa chanjman chaj sifas la. Nan menm kondisyon yo, efikasite depo Baseline-EWNS la te sèlman 56% akòz chaj ki pi ba a (an mwayèn 10 elektwon pou chak EWNS).
Figi 5 ak Tablo 2 rezime degre inaktivasyon mikwo-òganis ki te inokile sou sifas tomat yo apre ekspozisyon a apeprè 40,000 #/cm3 EWNS pandan 45 minit anba senaryo optimal la [-6.5 kV, 4.0 cm]. E. coli ak L. innocua ki te inokile yo te montre yon rediksyon siyifikatif de 3.8 log apre 45 minit ekspozisyon. Nan menm kondisyon yo, S. enterica te montre yon rediksyon log ki pi ba de 2.2 log, alòske S. cerevisiae ak M. parafortuitum te montre yon rediksyon 1.0 log.
Mikwograf elektwonik (Figi 6) ki montre chanjman fizik EWNS pwovoke nan selil E. coli, Salmonella enterica, ak L. innocua ki mennen nan inaktivasyon. Bakteri kontwòl yo te montre manbràn selilè entak, alòske bakteri ekspoze yo te gen manbràn ekstèn 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 EWNS yo (chaj sifas ak kontni ROS) te amelyore anpil konpare ak done debaz EWNS ki te pibliye deja8,9,10,11. Nan lòt men an, gwosè yo te rete nan seri nanomèt la, ki trè menm jan ak rezilta ki te pibliye deja, sa ki pèmèt yo rete nan lè a pou yon peryòd tan ki long. Polidispersyon yo obsève a ka eksplike pa chanjman nan chaj sifas la, ki detèmine mayitid efè Rayleigh la, o aza, ak potansyèl fizyon EWNS yo. Sepandan, jan Nielsen et al.22 te detaye sa, yon chaj sifas ki wo diminye evaporasyon an lè li ogmante enèji/tansyon sifas gout dlo a efektivman. Teyori sa a te konfime eksperimantalman pou mikwogout dlo22 ak EWNS nan piblikasyon anvan nou an8. Pèt tan siplemantè a kapab afekte gwosè tou epi kontribye nan distribisyon gwosè yo obsève a.
Anplis de sa, chaj pou chak estrikti se anviwon 22–44 e-, selon sikonstans yo, ki siyifikativman pi wo konpare ak EWNS debaz la, ki gen yon chaj mwayèn 10 ± 2 elektwon pou chak estrikti. Sepandan, li enpòtan pou note ke sa a se chaj mwayèn EWNS la. Seto et al. Li te montre ke chaj la pa inifòm epi li swiv yon distribisyon log-nòmal21. Konpare ak travay anvan nou an, double chaj sifas la double efikasite depo a nan sistèm EPES la a prèske 100%11.