Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com. Þú ert að nota vafraútgáfu með takmörkuðum CSS-stuðningi. Til að fá sem bestu upplifun mælum við með að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkvir á samhæfingarstillingu í Internet Explorer). Til að tryggja áframhaldandi stuðning sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Nýlega hefur verið þróað efnafrítt örverueyðandi vettvangur byggður á nanótækni með notkun gervivatnsnanóbygginga (EWNS). EWNS hafa mikla yfirborðshleðslu og eru rík af hvarfgjörnum súrefnistegundum (ROS) sem geta haft samskipti við og óvirkjað fjölda örvera, þar á meðal matarborna sýkla. Hér er sýnt fram á að eiginleikar þeirra við myndun er hægt að fínstilla og hámarka til að auka enn frekar bakteríudrepandi möguleika þeirra. Rannsóknarstofuvettvangurinn fyrir EWNS var hannaður til að fínstilla eiginleika EWNS með því að breyta myndunarbreytunum. Einkenni EWNS (hleðsla, stærð og ROS innihald) var framkvæmd með nútíma greiningaraðferðum. Að auki voru matvælaörverur eins og Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum og Saccharomyces cerevisiae sáð á yfirborð lífrænna vínberjatómata til að meta örverufræðilega óvirkjunarmöguleika þeirra. Niðurstöðurnar sem hér eru kynntar sýna að eiginleika EWNS er hægt að fínstilla við myndun, sem leiðir til veldishraða aukningar á óvirkjunargetu. Sérstaklega fjórfaldaðist yfirborðshleðslan og ROS-innihaldið jókst. Fjarlægingarhraði örvera var örveruháður og var á bilinu 1,0 til 3,8 log eftir 45 mínútna útsetningu fyrir úðaskammti upp á 40.000 #/cm3 EWNS.
Örverumengun er aðal orsök matarsjúkdóma sem orsakast af inntöku sýkla eða eiturefna þeirra. Matarsjúkdómar valda um 76 milljónum veikinda, 325.000 sjúkrahúsinnlagna og 5.000 dauðsfalla á hverju ári í Bandaríkjunum einum. Þar að auki áætlar landbúnaðarráðuneyti Bandaríkjanna (USDA) að auki aukin neysla á ferskum afurðum beri ábyrgð á 48 prósentum allra matarsjúkdóma sem tilkynnt er um í Bandaríkjunum. Kostnaður vegna veikinda og dauðsfalla af völdum matarsjúkdóma í Bandaríkjunum er mjög hár og áætlaður af Centers for Disease Control and Prevention (CDC) er meira en 15,6 milljarðar Bandaríkjadala á ári.
Eins og er eru efna-4, geislunar-5 og varma-6 örverueyðandi inngrip til að tryggja matvælaöryggi aðallega innleidd á takmörkuðum mikilvægum stjórnunarstöðum (CCP) í framleiðslukeðjunni (venjulega eftir uppskeru og/eða við pökkun) frekar en að vera stöðugt innleidd þannig að ferskar afurðir verði fyrir krossmengun 7. Þörf er á örverueyðandi inngripum til að stjórna betur matarsjúkdómum og matvælaskemmdum og hafa möguleika á að vera beitt á öllu ferlinu, frá býli til borðs. Minni áhrif og kostnaður.
Nýlega hefur verið þróað efnafrítt örverueyðandi vettvangur byggður á nanótækni til að óvirkja bakteríur á yfirborðum og í loftinu með því að nota gervi vatnsnanóbyggingar (EWNS). Við myndun EVNS voru tvær samsíða aðferðir notaðar: rafúðun og vatnsjónun (Mynd 1a). Áður hefur verið sýnt fram á að EWNS hafa einstakt safn eðlis- og líffræðilegra eiginleika8,9,10. EWNS hefur að meðaltali 10 rafeindir í hverri byggingu og meðalstærð nanómetra upp á 25 nm (Mynd 1b, c)8,9,10. Að auki sýndi rafeindasnúningsóm (ESR) að EWNS innihalda mikið magn af hvarfgjörnum súrefnistegundum (ROS), aðallega hýdroxýl (OH•) og ofuroxíð (O2-) stakeindir (Mynd 1c)8. EWNS var lengi í loftinu og gat rekist á örverur sem svifu í loftinu og voru til staðar á yfirborðum, afhent ROS-farm sinn og valdið örveruóvirkjun (Mynd 1d). Þessar fyrri rannsóknir sýndu einnig að EWNS getur haft samskipti við og gert ýmsar gram-neikvæðar og gram-jákvæðar bakteríur sem eru mikilvægar fyrir lýðheilsu óvirkar, þar á meðal mýkóbakteríur, á yfirborðum og í loftinu8,9. Rafeindasmásjárskoðun sýndi að óvirkjunin stafaði af röskun á frumuhimnu. Að auki hafa rannsóknir á bráðri innöndun sýnt að stórir skammtar af EWNS valda ekki lungnaskaða eða bólgu8.
(a) Rafúðun á sér stað þegar háspenna er sett á milli háræðar sem inniheldur vökva og mótrafskauts. (b) Beiting háspennu leiðir til tveggja mismunandi fyrirbæra: (i) rafúðunar vatns og (ii) myndunar hvarfgjarnra súrefnistegunda (jóna) sem eru fastar í rafrænu sýringarefnanna (EWNS). (c) Einstök uppbygging rafrænna sýringaefna. (d) Rafræn sýringarefna eru mjög hreyfanleg vegna nanóeðlis sinnar og geta haft samskipti við loftborna sýkla.
Nýlega hefur verið sýnt fram á hæfni EWNS örverueyðandi vettvangsins til að óvirkja matvælabornar örverur á yfirborði ferskra matvæla. Einnig hefur verið sýnt fram á að yfirborðshleðslu EWNS er hægt að nota í samsetningu við rafsvið fyrir markvissa afhendingu. Mikilvægara er að upphafleg niðurstaða, um það bil 1,4 log minnkun á virkni lífrænna tómata gegn ýmsum matvælaörverum eins og E. coli og Listeria, sást innan 90 mínútna frá útsetningu fyrir EWNS við styrk upp á um það bil 50.000#/cm311. Að auki sýndu bráðabirgða matarpróf engin mataráhrif samanborið við samanburðartómatinn. Þó að þessar upphaflegu óvirkjunarniðurstöður lofi matvælaöryggi jafnvel við mjög lága EWNS skammta upp á 50.000#/cc.sjá, er ljóst að meiri óvirkjunarmöguleiki væri gagnlegri til að draga enn frekar úr hættu á sýkingum og skemmdum.
Hér munum við einbeita rannsóknum okkar að þróun á vettvangi fyrir EWNS framleiðslu til að fínstilla myndunarbreytur og hámarka efnafræðilega eiginleika EWNS til að auka bakteríudrepandi möguleika þeirra. Sérstaklega hefur hagræðing beinst að því að auka yfirborðshleðslu þeirra (til að bæta markvissa afhendingu) og ROS innihald (til að bæta óvirkjunarvirkni). Að greina bestu efnafræðilegu eiginleika (stærð, hleðsla og ROS innihald) með því að nota nútíma greiningaraðferðir og algengar matvælaörverur eins og E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae og M. parafortuitum.
EVNS var myndað með samtímis rafúðun og jónun á mjög hreinu vatni (18 MΩ cm–1). Rafmagnsúðarinn 12 er venjulega notaður til að úða vökva og tilbúnar fjölliður og keramikagnir 13 og trefjar 14 af stýrðri stærð.
Eins og lýst er í fyrri ritum 8, 9, 10, 11, er í dæmigerðri tilraun háspenna sett á milli málmháræðar og jarðtengdrar mótrafskauts. Í þessu ferli eiga sér stað tvö mismunandi fyrirbæri: 1) rafúði og 2) jónun vatns. Sterkt rafsvið milli rafskautanna tveggja veldur því að neikvæðar hleðslur safnast upp á yfirborði þéttivatnsins, sem leiðir til myndunar Taylor-keilna. Fyrir vikið myndast mjög hlaðnir vatnsdropar, sem halda áfram að brotna niður í smærri agnir, samkvæmt Rayleigh-kenningunni16. Á sama tíma veldur sterkt rafsvið því að sumar vatnssameindirnar klofna og fjarlægja rafeindir (jónun), sem myndar þannig mikið magn af hvarfgjörnum súrefnistegundum (ROS)17. Samtímis mynduðum ROS18-pökkum var hulið í EWNS (Mynd 1c).
Á mynd 2a sést EWNS myndunarkerfið sem þróað var og notað í EWNS mynduninni í þessari rannsókn. Hreinsað vatn, geymt í lokaðri flösku, var leitt í gegnum Teflon rör (2 mm innra þvermál) að 30G ryðfríu stáli nál (málmháræðar). Eins og sést á mynd 2b er vatnsflæðið stjórnað af loftþrýstingnum inni í flöskunni. Nálin er fest við Teflon stjórnborð sem hægt er að stilla handvirkt á ákveðna fjarlægð frá mótrafskautinu. Mótrafskautið er slípaður áldiskur með gati í miðjunni fyrir sýnatöku. Fyrir neðan mótrafskautið er sýnatökutrekt úr áli, sem er tengdur við restina af tilraunauppsetningunni í gegnum sýnatökutengi (mynd 2b). Allir íhlutir sýnatökutækisins eru jarðtengdir til að koma í veg fyrir hleðsluuppsöfnun sem gæti haft áhrif á agnasýnatöku.
(a) Verkfræðilegt vatnsnanóbyggingarkerfi (EWNS). (b) Þversnið af sýnatökutæki og rafúðaeiningu sem sýnir mikilvægustu færibreytur. (c) Tilraunauppsetning fyrir óvirkjun baktería.
EWNS-framleiðslukerfið sem lýst er hér að ofan er fær um að breyta lykil rekstrarbreytum til að auðvelda fínstillingu eiginleika EWNS. Stillið álagða spennu (V), fjarlægðina milli nálarinnar og mótrafskautsins (L) og vatnsflæðið (φ) í gegnum háræðarrörið til að fínstilla eiginleika EWNS. Táknin [V (kV), L (cm)] eru notuð til að tákna mismunandi samsetningar. Stillið vatnsflæðið til að fá stöðuga Taylor-keilu af ákveðnu mengi [V, L]. Í þessari rannsókn var ljósop mótrafskautsins (D) stillt á 0,5 tommur (1,29 cm).
Vegna takmarkaðrar rúmfræði og ósamhverfu er ekki hægt að reikna út rafmagnsstyrkinn út frá grunnreglum. Í staðinn var QuickField™ hugbúnaðurinn (Svendborg, Danmörk)19 notaður til að reikna út rafmagnssviðið. Rafsviðið er ekki einsleitt, þannig að gildi rafmagnssviðsins við oddi háræðarrörsins var notað sem viðmiðunargildi fyrir ýmsar stillingar.
Í rannsókninni voru nokkrar samsetningar spennu og fjarlægðar milli nálarinnar og mótrafskautsins metnar með tilliti til myndunar Taylor-keilunnar, stöðugleika Taylor-keilunnar, stöðugleika EWNS-framleiðslu og endurtekningarhæfni. Ýmsar samsetningar eru sýndar í viðbótartöflu S1.
Úttak EWNS-myndunarkerfisins var tengt beint við Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, gerð 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) til að mæla fjölda agna og var notað með Faraday úðabrúsamæli (TSI, gerð 3068B, Shoreview, Bandaríkjunum). MN) til að mæla úðabrúsaflæði, eins og lýst er í fyrri útgáfu okkar9. Bæði SMPS og úðabrúsamælirinn tóku sýni með flæðishraða 0,5 L/mín (heildarsýnisflæði 1 L/mín). Agnaþéttni og úðabrúsaflæði voru mæld í 120 sekúndur. Endurtakið mælinguna 30 sinnum. Heildarúðabrúsahleðsla er reiknuð út frá núverandi mælingum og meðalhleðsla EWNS er áætluð út frá heildarfjölda EWNS agna sem teknar voru sýni af. Meðalkostnað EWNS er hægt að reikna út með jöfnu (1):
Þar sem IEl er mældur straumur, NSMPS er tölustyrkurinn sem mældur er með SMPS og φEl er rennslishraðinn að rafmælinum.
Þar sem rakastig (RH) hefur áhrif á yfirborðshleðslu var hitastigi og (RH) haldið stöðugum við 21°C og 45%, talið í sömu röð, meðan á tilrauninni stóð.
Notaðar voru atómkraftssmásjárgreiningar (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, Kaliforníu) og AC260T mælitæki (Olympus, Tókýó, Japan) til að mæla stærð og líftíma EWNS. Skannhraðinn við AFM er 1 Hz og skönnunarsvæðið er 5 µm × 5 µm með 256 skönnunarlínum. Allar myndir voru gerðar með fyrstu stigs myndjöfnun með Asylum hugbúnaði (gríma með svið 100 nm og þröskuld 100 pm).
Fjarlægið sýnatökutrektina og setjið glimmerflötinn í 2,0 cm fjarlægð frá mótrafskautinu í að meðaltali 120 sekúndur til að koma í veg fyrir samruna agna og myndun óreglulegra dropa á glimmerflötinum. EWNS var borið beint á nýskorin glimmerflöt (Ted Pella, Redding, Kaliforníu). Strax eftir spútrun var glimmerflöturinn sýnilegur með AFM. Snertihorn yfirborðs nýskorins óbreytts glimmer er nálægt 0°, þannig að EWNS breiðist út yfir glimmerflötinn í kúplingsformi20. Þvermál (a) og hæð (h) dreifidropana voru mæld beint út frá AFM landslaginu og notuð til að reikna út kúplingsdreifingarrúmmál EWNS með því að nota áður staðfesta aðferð okkar8. Að því gefnu að innbyggða EVNS hafi sama rúmmál, er hægt að reikna út samsvarandi þvermál út frá jöfnu (2):
Í samræmi við fyrri aðferð okkar var rafeindasnúningsómunargildra (ESR) notuð til að greina skammlíf stakeinda milliefni í rafeindasnúningsóma (EWNS). Úðabrúsar voru leiddir í gegnum lausn sem innihélt 235 mM DEPMPO (5-(díetoxýfosfórýl)-5-metýl-1-pýrrólín-N-oxíð) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Allar EPR mælingar voru framkvæmdar með Bruker EMX litrófsmæli (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Bandaríkjunum) og flatfrumufylkjum. Acquisit hugbúnaðurinn (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Bandaríkjunum) var notaður til að safna og greina gögnin. ROS einkennisgreining var aðeins framkvæmd fyrir ákveðin rekstrarskilyrði [-6,5 kV, 4,0 cm]. Styrkur rafeindasnúningsóma var mældur með SMPS eftir að tekið var tillit til taps á rafeindasnúningsóma í höggbúnaðinum.
Ósonmagn var fylgst með með 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Colorado)8,9,10.
Fyrir alla eiginleika EWNS er mæligildið meðaltal mælinganna og mælivillan er staðalfrávikið. T-próf ​​var framkvæmt til að bera saman gildi fínstillta EWNS-eiginleikans við samsvarandi gildi grunn-EWNS.
Mynd 2c sýnir áður þróað og lýst rafstöðueiginleikarkerfi fyrir úrkomu (e. Electrostatic Precipitation Pass Through System, EPES) sem hægt er að nota til að beina EWNS11 að yfirborðum. EPES notar EWNS hleðslu ásamt sterku rafsviði til að „beina“ beint að yfirborði skotmarksins. Nánari upplýsingar um EPES kerfið eru kynntar í nýlegri útgáfu eftir Pyrgiotakis o.fl.11. Þannig samanstendur EPES af þrívíddarprentaðri PVC hólfi með keilulaga endum sem innihalda tvær samsíða ryðfríu stáli (304 ryðfríu stáli, spegilslípað) málmplötur í miðjunni með 15,24 cm millibili. Spjöldin voru tengd við ytri háspennugjafa (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), neðri borðið var alltaf jákvætt og efri borðið var alltaf jarðtengt (fljótandi). Veggir hólfsins eru þaktir álpappír, sem er jarðtengdur til að koma í veg fyrir agnataps. Hólfið er með innsigluðu framhlið sem gerir kleift að setja prófunarfleti á plastgrindur og lyfta þeim af neðri málmplötunni til að forðast háspennutruflanir.
Útfellingarhagkvæmni EWNS í EPES var reiknuð samkvæmt áður þróaðri aðferð sem er nánar lýst í viðbótarmynd S111.
Sem stjórnklefi er annað flæðið í gegnum sívalningslaga hólfið tengt í röð við EPES kerfið með því að nota HEPA síu til að fjarlægja EWNS. Eins og sést á mynd 2c var EWNS úðabrúsinn dæltur í gegnum tvö hólf sem voru tengd í röð. Sían milli stjórnherbergisins og EPES fjarlægir allt eftirstandandi EWNS sem leiðir til sama hitastigs (T), rakastigs (RH) og ósonmagns.
Mikilvægar matarbornar örverur hafa reynst menga ferskar afurðir eins og Escherichia coli (ATCC #27325), saurvísir, Salmonella enterica (ATCC #53647), matarborn sýkill, Listeria innocua (ATCC #33090), valkostur við sjúkdómsvaldandi bakteríuna Listeria monocytogenes, Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) sem valkostur við skemmdarger og Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) sem ónæmari lifandi baktería voru keypt frá ATCC (Manassas, Virginíu).
Kaupið af handahófi kassa af lífrænum tómötum úr matvöruverslun og geymið í kæli við 4°C þar til þeir eru notaðir (í allt að 3 daga). Veljið tómata til að prófa með einni stærð, um 1,25 cm í þvermál.
Reglur um ræktun, ígræðslu, útsetningu og talningu nýlenda hafa verið ítarlega útskýrðar í fyrri ritum okkar og ítarlega í viðbótargögnum 11. Afköst EWNS voru metin með því að útsetja bólusetta tómata fyrir 40.000 #/cm3 í 45 mínútur. Í stuttu máli, á tímanum t = 0 mín, voru þrír tómatar notaðir til að meta eftirlifandi örverur. Þrír tómatar voru settir í EPES og útsettir fyrir EWNS við 40.000 #/cc (EWNS-útsettir tómatar) og þrír aðrir voru settir í samanburðarklefann (viðmiðunartómatar). Enginn af tómathópunum var meðhöndlaður frekar. EWNS-útsettir tómatar og samanburðarhópar voru fjarlægðir eftir 45 mínútur til að meta áhrif EWNS.
Hver tilraun var framkvæmd í þríriti. Gagnagreining var framkvæmd samkvæmt aðferðafræðinni sem lýst er í viðbótargögnum.
Sýni af E. coli, Enterobacter og L. innocua bakteríum sem höfðu verið útsett fyrir EWNS (45 mín., EWNS úðaþéttni 40.000 #/cm3) og ekki útsett voru sett í köggla til að meta óvirkjunarferla. Botnfallið var fest í 2 klukkustundir við stofuhita í 0,1 M natríumkakódýlatlausn (pH 7,4) með festiefni af 2,5% glútaraldehýði, 1,25% paraformaldehýði og 0,03% píkrínsýru. Eftir þvott voru þau fest með 1% osmíumtetroxíði (OsO4)/1,5% kalíumferrósýaníði (KFeCN6) í 2 klst., þvegin 3 sinnum með vatni og ræktuð í 1% úranýlasetati í 1 klst., síðan þvegin tvisvar með vatni. Síðan voru þau þurrkuð í 10 mínútur hvora með 50%, 70%, 90%, 100% alkóhóli. Sýnin voru síðan sett í própýlenoxíð í 1 klukkustund og gegndreypt með 1:1 blöndu af própýlenoxíði og TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, Kaliforníu). Sýnin voru felld inn í TAAB Epon og fjölliðuð við 60°C í 48 klukkustundir. Herta kornótt plastefnið var skorið og sýnt með TEM með því að nota JEOL 1200EX (JEOL, Tókýó, Japan), hefðbundinn rafeindasmásjá með AMT 2k CCD myndavél (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, Bandaríkin).
Allar tilraunir voru framkvæmdar í þríriti. Fyrir hvern tímapunkt voru bakteríuþvottar settir í þríriti, sem leiddi til samtals níu gagnapunkta á punkti, þar sem meðaltal þeirra var notað sem bakteríuþéttni fyrir þá tilteknu lífveru. Staðalfrávikið var notað sem mælivilla. Öll stig telja.
Lógaritminnkun á styrk baktería samanborið við t = 0 mín var reiknuð út með eftirfarandi formúlu:
þar sem C0 er styrkur baktería í samanburðarsýninu á tíma 0 (þ.e. eftir að yfirborðið hefur þornað en áður en því er komið fyrir í hólfinu) og Cn er styrkur baktería á yfirborðinu eftir n mínútna útsetningu.
Til að taka tillit til náttúrulegs niðurbrots baktería á 45 mínútna útsetningartímabilinu var Log-Reduction einnig reiknuð samanborið við samanburðarhóp eftir 45 mínútur á eftirfarandi hátt:
Þar sem Cn er styrkur baktería í samanburðarsýninu á tíma n og Cn-Control er styrkur samanburðarbaktería á tíma n. Gögn eru kynnt sem log-lækkun samanborið við samanburð (engin EWNS útsetning).
Í rannsókninni voru nokkrar samsetningar spennu og fjarlægðar milli nálarinnar og mótrafskautsins metnar með tilliti til myndunar Taylor-keilunnar, stöðugleika Taylor-keilunnar, stöðugleika EWNS-framleiðslu og endurtekningarhæfni. Ýmsar samsetningar eru sýndar í viðbótartöflu S1. Tvö tilvik voru valin fyrir heildarrannsókn sem sýndu stöðuga og endurtekningarhæfa eiginleika (Taylor-keila, EWNS-framleiðsla og stöðugleiki með tímanum). Á mynd 3 eru sýndar niðurstöður um hleðslu, stærð og innihald ROS fyrir tvö tilvik. Niðurstöðurnar eru einnig teknar saman í töflu 1. Til viðmiðunar innihalda mynd 3 og tafla 1 eiginleika áður myndaðra, ófínstilltra EWNS8, 9, 10, 11 (grunnlínu-EWNS). Marktækniútreikningar með tvíhliða t-prófi eru endurbirtir í viðbótartöflu S2. Að auki innihalda viðbótargögn rannsóknir á áhrifum þvermáls sýnatökugatsins á mótrafskautinu (D) og fjarlægðarinnar milli jarðrafskautsins og nálaroddsins (L) (viðbótarmyndir S2 og S3).
(a–c) Stærðardreifing AFM. (d–f) Einkenni yfirborðshleðslu. (g) Lýsing á ROS og ESR.
Einnig er mikilvægt að hafa í huga að við allar ofangreindar aðstæður voru mældir jónunarstraumar á bilinu 2-6 µA og spennurnar voru á bilinu -3,8 til -6,5 kV, sem leiddi til þess að orkunotkun þessa eins-tengis EWNS var minni en 50 mW. . framleiðslueining. Þótt EWNS hafi verið myndað undir miklum þrýstingi voru ósonmagn mjög lágt og fór aldrei yfir 60 ppb.
Viðbótarmynd S4 sýnir hermt rafsvið fyrir [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm], talið í sömu röð. Reitin samkvæmt sviðsmyndunum [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm] eru reiknuð sem 2 × 105 V/m og 4,7 × 105 V/m, talið í sömu röð. Þetta er væntanlegt þar sem hlutfall spennu og fjarlægðar er mun hærra í seinna tilfellinu.
Á mynd 3a og b sést þvermál EWNS mælt með AFM8. Meðalþvermál EWNS fyrir tilvikin [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm] voru reiknuð sem 27 nm og 19 nm, talið í sömu röð. Geómetrísk staðalfrávik dreifinganna fyrir tilvikin [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm] eru 1,41 og 1,45, talið í sömu röð, sem bendir til þröngrar stærðardreifingar. Bæði meðalstærðin og geómetrísk staðalfrávikið eru mjög nálægt grunnlínu-EWNS, eða 25 nm og 1,41, talið í sömu röð. Á mynd 3c sést stærðardreifing grunnlínu-EWNS mælt með sömu aðferð við sömu aðstæður.
Á mynd 3d, e eru sýndar niðurstöður hleðslugreiningar. Gögnin eru meðalmælingar úr 30 samtímis mælingum á styrk (#/cm3) og straumi (I). Greiningin sýnir að meðalhleðslan á EWNS er 22 ± 6 e- og 44 ± 6 e- fyrir [-6,5 kV, 4,0 cm] og [-3,8 kV, 0,5 cm], talið í sömu röð. Í samanburði við Baseline-EWNS (10 ± 2 e-) er yfirborðshleðsla þeirra marktækt hærri, tvöfalt hærri en í [-6,5 kV, 4,0 cm] atburðarásinni og fjórum sinnum hærri en í [-3,8 kV, 0,5 cm]. 3f sýnir grunn greiðslugögn EWNS.
Af EWNS styrkkortunum (viðbótarmyndir S5 og S6) má sjá að [-6,5 kV, 4,0 cm] svæðið hefur marktækt hærri fjölda agna en [-3,8 kV, 0,5 cm] svæðið. Einnig skal tekið fram að fylgst var með fjölda EWNS í allt að 4 klukkustundir (viðbótarmyndir S5 og S6), þar sem stöðugleiki EWNS myndunar sýndi sama magn agnastyrks í báðum tilvikum.
Mynd 3g sýnir EPR litrófið eftir frádrátt viðmiðunar (bakgrunns) fyrir fínstillt EWNS við [-6,5 kV, 4,0 cm]. ROS litrófið er einnig borið saman við grunnlínu EWNS í áður birtri grein. Útreiknaður fjöldi EWNS sem hvarfast við snúningsgildruna er 7,5 × 104 EWNS/s, sem er svipað og áður birta Baseline-EWNS8. EPR litrófin bentu greinilega til tveggja gerða af ROS, þar sem O2- var ríkjandi, en OH• var til staðar í minna magni. Að auki sýndi bein samanburður á styrkleika tindanna að fínstillta EWNS hafði marktækt hærra ROS innihald samanborið við grunnlínu EWNS.
Á mynd 4 er sýnt útfellingarhagkvæmni EWNS í EPES. Gögnin eru einnig tekin saman í töflu I og borin saman við upprunaleg EWNS gögn. Fyrir bæði EUNS tilvikin var útfellingin nálægt 100%, jafnvel við lága spennu upp á 3,0 kV. Venjulega eru 3,0 kV nægjanleg til að ná 100% útfellingu óháð breytingum á yfirborðshleðslu. Við sömu aðstæður var útfellingarhagkvæmni Baseline-EWNS aðeins 56% vegna lægri hleðslu (meðaltal 10 rafeindir á EWNS).
Mynd 5 og Tafla 2 sýna samantekt á óvirkjunarstigi örvera sem voru sáð á yfirborð tómata eftir útsetningu fyrir um það bil 40.000 #/cm3 EWNS í 45 mínútur við bestu aðstæður [-6,5 kV, 4,0 cm]. Sáð E. coli og L. innocua sýndu marktæka lækkun upp á 3,8 log eftir 45 mínútna útsetningu. Við sömu aðstæður sýndi S. enterica minni log lækkun upp á 2,2 log, en S. cerevisiae og M. parafortuitum sýndu 1,0 log lækkun.
Rafeindasmásjármyndir (mynd 6) sem sýna líkamlegar breytingar sem EWNS veldur í E. coli, Salmonella enterica og L. innocua frumum sem leiða til óvirkjunar. Samanburðarbakteríur sýndu óskemmdar frumuhimnur en útsettar bakteríur höfðu skaddaðar ytri himnur.
Rafeindasmásjármyndgreining á samanburðarbakteríum og útsettum bakteríum leiddi í ljós skemmdir á himnunni.
Gögnin um eðlis- og efnafræðilega eiginleika fínstilltra EWNS sýna samanlagt að eiginleikar EWNS (yfirborðshleðsla og ROS-innihald) batnuðu verulega samanborið við áður birtar grunnlínur EWNS8,9,10,11. Hins vegar hélst stærð þeirra á nanómetrabilinu, sem er mjög svipað og áður hefur verið birt, sem gerir þeim kleift að vera í loftinu í langan tíma. Fjöldreifinguna sem sést má skýra með breytingum á yfirborðshleðslunni, sem ákvarða stærð Rayleigh-áhrifa, handahófskenndar aðferðir og mögulega sameiningu EWNS. Hins vegar, eins og Nielsen o.fl.22 útskýra, dregur mikil yfirborðshleðsla úr uppgufun með því að auka yfirborðsorku/spennu vatnsdropanna á áhrifaríkan hátt. Þessi kenning var staðfest með tilraunum fyrir ördropa22 og EWNS í fyrri útgáfu okkar8. Tap á tímalengd getur einnig haft áhrif á stærð og stuðlað að stærðardreifingunni sem sést.
Að auki er hleðslan á hverja byggingareiningu um 22–44 e-, allt eftir aðstæðum, sem er marktækt hærra samanborið við grunn EWNS, sem hefur meðalhleðslu upp á 10 ± 2 rafeindir á hverja byggingareiningu. Hins vegar skal tekið fram að þetta er meðalhleðsla EWNS. Seto o.fl. Það hefur verið sýnt fram á að hleðslan er ekki einsleit og fylgir log-normaldreifingu21. Í samanburði við fyrri vinnu okkar, tvöfaldar tvöföldun yfirborðshleðslunnar útfellingarhagkvæmni í EPES kerfinu í næstum 100%11.