Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com. Sampeyan nggunakake versi browser kanthi dhukungan CSS winates. Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer). Kajaba iku, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita nuduhake situs kasebut tanpa gaya lan JavaScript.
Bubar, platform antimikroba bebas kimia adhedhasar nanoteknologi nggunakake struktur nano banyu gawean (EWNS) wis dikembangake. EWNS nduweni muatan permukaan sing dhuwur lan akeh spesies oksigen reaktif (ROS) sing bisa sesambungan lan mateni sawetara mikroorganisme, kalebu patogen bawaan panganan. Ing kene dituduhake manawa sifate sajrone sintesis bisa disetel lan dioptimalake kanggo nambah potensial antibakteri. Platform laboratorium EWNS dirancang kanggo nyempurnakake sifat EWNS kanthi ngganti paramèter sintesis. Karakterisasi sifat EWNS (isi, ukuran, lan isi ROS) ditindakake kanthi nggunakake metode analisis modern. Kajaba iku, mikroorganisme panganan kayata Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, lan Saccharomyces cerevisiae disuntik ing permukaan tomat anggur organik kanggo ngevaluasi potensial inaktivasi mikroba. Asil sing ditampilake ing kene nuduhake manawa sifat EWNS bisa disetel kanthi apik sajrone sintesis, nyebabake efisiensi inaktivasi eksponensial. Utamane, muatan permukaan tambah kanthi faktor papat, lan isi ROS tambah. Tingkat penghapusan mikroba gumantung marang mikroba lan berkisar antara 1.0 nganti 3.8 log sawise 45 menit paparan dosis aerosol 40.000 #/cm3 EWNS.
Kontaminasi mikroba minangka panyebab utama penyakit bawaan panganan sing disebabake dening ingestion patogen utawa racun. Penyakit bawaan panganan nyebabake kira-kira 76 yuta penyakit, 325.000 rawat inap, lan 5.000 tiwas saben taun ing Amerika Serikat wae. Kajaba iku, Departemen Pertanian Amerika Serikat (USDA) ngira yen tambah konsumsi prodhuk seger tanggung jawab kanggo 48 persen kabeh penyakit bawaan panganan sing dilaporake ing Amerika Serikat2. Biaya lelara lan pati saka patogen bawaan panganan ing Amerika Serikat dhuwur banget, kira-kira dening Centers for Disease Control and Prevention (CDC) luwih saka US$15.6 milyar saben taun3.
Saiki, intervensi antimikroba kimia4, radiasi5 lan termal6 kanggo njamin keamanan pangan utamane ditindakake ing titik kontrol kritis (CCP) sing winates ing rantai produksi (biasane sawise panen lan/utawa sajrone kemasan) tinimbang terus-terusan dileksanakake kanthi cara supaya prodhuk seger kena kontaminasi silang. Kurang impact lan biaya.
Platform antimikroba bebas kimia adhedhasar nanoteknologi bubar dikembangake kanggo mateni bakteri ing permukaan lan ing udara nggunakake struktur nano banyu buatan (EWNS). Kanggo sintesis EVNS, rong proses paralel digunakake: electrospray lan ionisasi banyu (Gambar 1a). EWNS sadurunge wis ditampilake duwe set unik saka sifat fisik lan biologi8,9,10. EWNS nduweni rata-rata 10 elektron saben struktur lan ukuran nanometer rata-rata 25 nm (Gambar 1b,c)8,9,10. Kajaba iku, electron spin resonance (ESR) nuduhake yen EWNS ngemot akeh spesies oksigen reaktif (ROS), utamane radikal hidroksil (OH•) lan superoksida (O2-) (Gambar 1c) 8. EWNS tetep ana ing udhara nganti suwe lan bisa tabrakan karo mikroba sing digantung ing udhara lan ana ing permukaan, ngirim muatan ROS lan nyebabake inaktivasi mikroba (Gambar 1d). Panaliten sadurunge iki uga nuduhake yen EWNS bisa sesambungan lan mateni macem-macem bakteri gram-negatif lan gram-positif sing penting kanggo kesehatan masyarakat, kalebu mikobakteri, ing permukaan lan ing udara8,9. Mikroskopi elektron transmisi nuduhake yen inaktivasi kasebut disebabake dening gangguan membran sel. Kajaba iku, studi inhalasi akut nuduhake yen dosis dhuwur saka EWNS ora nyebabake karusakan paru-paru utawa inflamasi8.
(a) Electrospray dumadi nalika voltase dhuwur ditrapake ing antarane kapiler sing ngemot cairan lan elektroda kontra. (b) Aplikasi voltase dhuwur nyebabake rong fenomena sing beda: (i) electrospraying banyu lan (ii) generasi spesies oksigen reaktif (ion) sing kepepet ing EWNS. (c) Struktur unik EWNS. (d) EWNS seluler banget amarga sifate skala nano lan bisa berinteraksi karo patogen sing ana ing udhara.
Kemampuan platform antimikroba EWNS kanggo mateni mikroorganisme bawaan panganan ing permukaan panganan seger uga wis ditampilake. Iku uga wis ditampilake sing daya lumahing EWNS bisa digunakake ing kombinasi karo lapangan listrik kanggo pangiriman diangkah. Sing luwih penting, asil awal sing njanjeni kira-kira 1,4 log pengurangan aktivitas tomat organik marang macem-macem mikroorganisme pangan kayata E. coli lan Listeria diamati sajrone 90 menit saka paparan EWNS kanthi konsentrasi kira-kira 50.000#/cm311. Kajaba iku, tes evaluasi organoleptik awal ora nuduhake efek organoleptik dibandhingake tomat kontrol. Senajan asil inaktivasi dhisikan iki janji safety pangan sanajan ing dosis EWNS banget kurang saka 50.000 # / cc. ndeleng, iku cetha sing potensial inaktivasi luwih bakal luwih ono gunane kanggo luwih ngurangi risiko infèksi lan spoilage.
Ing kene, kita bakal fokus riset babagan pangembangan platform generasi EWNS kanggo nyetel paramèter sintesis lan ngoptimalake sifat fisikokimia EWNS kanggo nambah potensial antibakteri. Utamane, optimasi wis fokus kanggo nambah biaya permukaan (kanggo nambah pangiriman sing ditargetake) lan konten ROS (kanggo nambah efisiensi inaktivasi). Karakterisasi sifat fisika-kimia sing dioptimalake (ukuran, muatan lan isi ROS) nggunakake metode analisis modern lan nggunakake mikroorganisme pangan umum kayata E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae lan M. parafortuitum.
EVNS disintesis kanthi electrospraying simultan lan ionisasi banyu kemurnian dhuwur (18 MΩ cm-1). Atomizer listrik 12 biasane digunakake kanggo atomisasi cairan lan polimer sintetik lan partikel keramik 13 lan serat 14 ukuran sing dikontrol.
Minangka rinci ing publikasi sadurunge 8, 9, 10, 11, ing eksperimen khas, voltase dhuwur ditrapake ing antarane kapiler logam lan elektroda counter ground. Sajrone proses iki, rong fenomena beda kedadeyan: 1) electrospray lan 2) ionisasi banyu. Medan listrik sing kuwat ing antarane rong elektrods nyebabake muatan negatif kanggo mbangun ing permukaan banyu sing dikondensasi, nyebabake pembentukan kerucut Taylor. Akibaté, tetesan banyu sing diisi daya banget dibentuk, sing terus pecah dadi partikel sing luwih cilik, miturut teori Rayleigh16. Ing wektu sing padha, medan listrik sing kuwat nyebabake sawetara molekul banyu pamisah lan ngilangi elektron (ionisasi), saengga ngasilake spesies oksigen reaktif (ROS) sing akeh banget. Bebarengan kui ROS18 paket encapsulated ing EWNS (Fig. 1c).
Ing anjir. 2a nuduhake sistem generasi EWNS sing dikembangake lan digunakake ing sintesis EWNS ing panliten iki. Banyu sing diresiki sing disimpen ing botol sing ditutup diisi liwat tabung Teflon (diameter njero 2 mm) menyang jarum stainless steel 30G (kapiler logam). Kaya sing dituduhake ing Gambar 2b, aliran banyu dikontrol dening tekanan udara ing jero botol. Jarum dipasang ing konsol Teflon sing bisa diatur kanthi manual menyang jarak tartamtu saka elektroda counter. Elektroda counter minangka disk aluminium polesan kanthi bolongan ing tengah kanggo sampling. Ing ngisor elektroda counter punika corong sampling aluminium, kang disambungake menyang liyane saka persiyapan eksperimen liwat port sampling (Fig. 2b). Kabeh komponen sampler wis grounded listrik kanggo ngindhari pangisi daya sing bisa ngrusak sampling partikel.
(a) Engineered Water Nanostructure Generation System (EWNS). (b) Cross section saka sampler lan unit electrospray nuduhake paramèter paling penting. (c) Persiyapan eksperimen kanggo inaktivasi bakteri.
Sistem generasi EWNS sing diterangake ing ndhuwur bisa ngganti paramèter operasi tombol kanggo nggampangake fine tuning saka properti EWNS. Nyetel voltase sing ditrapake (V), jarak antarane jarum lan elektroda kontra (L), lan aliran banyu (φ) liwat kapiler kanggo nyetel karakteristik EWNS. Simbol [V (kV), L (cm)] digunakake kanggo nuduhake kombinasi sing beda. Nyetel aliran banyu kanggo entuk kerucut Taylor stabil saka set tartamtu [V, L]. Kanggo tujuan panliten iki, bukaan saka elektroda kontra (D) disetel ing 0,5 inci (1,29 cm).
Amarga geometri lan asimetri sing winates, kekuwatan medan listrik ora bisa diitung saka prinsip pisanan. Nanging, piranti lunak QuickField™ (Svendborg, Denmark)19 digunakake kanggo ngetung medan listrik. Medan listrik ora seragam, mula nilai medan listrik ing pucuk kapiler digunakake minangka nilai referensi kanggo macem-macem konfigurasi.
Sajrone panliten kasebut, sawetara kombinasi voltase lan jarak antarane jarum lan elektroda kontra dievaluasi babagan pembentukan kerucut Taylor, stabilitas kerucut Taylor, stabilitas produksi EWNS, lan reproduktifitas. Macem-macem kombinasi ditampilake ing Tabel Tambahan S1.
Output saka sistem generasi EWNS langsung disambungake menyang Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) kanggo ngukur konsentrasi nomer partikel lan digunakake karo elektrometer aerosol Faraday (TSI, model 3068B, Shoreview, USA). MN) kanggo ngukur aliran aerosol, kaya sing diterangake ing publikasi sadurunge9. Loro-lorone SMPS lan elektrometer aerosol sampel ing tingkat aliran 0,5 L / min (total aliran sampel 1 L / min). Konsentrasi partikel lan fluks aerosol diukur sajrone 120 detik. Baleni pangukuran 30 kaping. Muatan aerosol total diitung saka pangukuran saiki, lan rata-rata biaya EWNS dikira saka jumlah total partikel EWNS sing diconto. Biaya rata-rata EWNS bisa diitung nganggo Persamaan (1):
ing ngendi IEl minangka arus sing diukur, NSMPS minangka konsentrasi nomer sing diukur karo SMPS, lan φEl minangka laju aliran menyang elektrometer.
Amarga asor relatif (RH) mengaruhi pangisian daya permukaan, suhu lan (RH) tetep konstan ing 21 ° C lan 45%, sajrone eksperimen.
Atomic force microscopy (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) lan probe AC260T (Olympus, Tokyo, Jepang) digunakake kanggo ngukur ukuran lan umur EWNS. Tingkat pindai AFM yaiku 1 Hz lan area pindai 5 µm × 5 µm kanthi 256 garis pindai. Kabeh gambar kudu diselarasake gambar urutan pisanan nggunakake piranti lunak Asylum (topeng kanthi kisaran 100 nm lan ambang 100 pm).
Copot corong sampling lan lebokake permukaan mika ing jarak 2,0 cm saka elektroda counter kanggo wektu rata-rata 120 s kanggo ngindhari coalescence partikel lan pembentukan tetesan sing ora duwe aturan ing permukaan mika. EWNS ditrapake langsung menyang permukaan mika sing anyar dipotong (Ted Pella, Redding, CA). Sanalika sawise sputtering, lumahing mika digambarake nggunakake AFM. Sudut kontak lumahing mika sing anyar dipotong ora diowahi cedhak 0°, mula EWNS nyebar ing permukaan mika kanthi bentuk kubah20. Dhiameter (a) lan dhuwur (h) saka tetesan sing nyebar diukur langsung saka topografi AFM lan digunakake kanggo ngetung volume difusi kubah EWNS nggunakake metode sing wis divalidasi sadurunge8. Kanthi nganggep manawa EVNS onboard duwe volume sing padha, diameter sing padha bisa diwilang saka persamaan (2):
Sesuai karo metode sing wis dikembangake sadurunge, jebakan spin elektron spin resonance (ESR) digunakake kanggo ndeteksi anané intermediet radikal sing cendhak ing EWNS. Aerosol dilewati liwat solusi sing ngemot 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl) -5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Kabeh pangukuran EPR ditindakake kanthi nggunakake spektrometer Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) lan susunan sel datar. Piranti lunak Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) digunakake kanggo ngumpulake lan nganalisa data. Karakterisasi ROS ditindakake mung kanggo sawetara kondisi operasi [-6,5 kV, 4,0 cm]. Konsentrasi EWNS diukur nggunakake SMPS sawise nganggep mundhut EWNS ing impactor.
Tingkat ozon dipantau nggunakake 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Kanggo kabeh properti EWNS, nilai pangukuran minangka rata-rata pangukuran, lan kesalahan pangukuran minangka standar deviasi. Tes-t ditindakake kanggo mbandhingake nilai atribut EWNS sing dioptimalake karo nilai EWNS sing cocog.
Figure 2c nuduhake sadurunge dikembangaké lan ditondoi Electrostatic Precipitation Pass Through System (EPES) sing bisa digunakake kanggo Doel EWNS11 kanggo lumahing. EPES nggunakake pangisian daya EWNS kanthi kombinasi medan listrik sing kuwat kanggo "nuduhake" langsung ing permukaan target. Rincian sistem EPES ditampilake ing publikasi anyar dening Pyrgiotakis et al.11. Mangkono, EPES kasusun saka kamar PVC dicithak 3D karo ends tapered ngemot loro stainless steel podo (304 stainless steel, mirror polesan) piring logam ing tengah 15,24 cm loro. Papan disambungake menyang sumber voltase dhuwur external (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), Papan ngisor tansah positif lan Papan ndhuwur tansah lemah (ngambang). Tembok kamar ditutupi karo aluminium foil, sing didadekake listrik kanggo nyegah mundhut partikel. Kamar kasebut nduweni lawang loading ngarep sing disegel sing ngidini permukaan test diselehake ing rak plastik, ngangkat saka piring logam ngisor supaya ora ana gangguan voltase dhuwur.
Efisiensi deposisi EWNS ing EPES diwilang miturut protokol sing wis dikembangake sadurunge sing rinci ing Gambar Tambahan S111.
Minangka kamar kontrol, aliran kapindho liwat kamar silinder disambungake ing seri karo sistem EPES nggunakake Filter HEPA penengah kanggo mbusak EWNS. Kaya sing dituduhake ing anjir. 2c, aerosol EWNS dipompa liwat rong kamar sing disambungake kanthi seri. Filter ing antarane kamar kontrol lan EPES mbusak sisa EWNS sing nyebabake suhu (T), kelembapan relatif (RH) lan tingkat ozon sing padha.
Mikroorganisme penting sing ditularake panganan wis ditemokake kanggo ngrusak prodhuk seger kayata Escherichia coli (ATCC #27325), indikator fecal, Salmonella enterica (ATCC #53647), patogen sing ditularake panganan, Listeria innocua (ATCC #33090), alternatif kanggo Listeria monocytogenes patogen. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) minangka alternatif kanggo ragi spoilage, lan Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) minangka bakteri urip sing luwih tahan dituku saka ATCC (Manassas, Virginia).
Tuku kothak tomat anggur organik kanthi acak saka pasar lokal lan beku ing suhu 4 ° C nganti digunakake (nganti 3 dina). Pilih tomat kanggo eksprimen kanthi ukuran siji, diametere kira-kira 1/2 inci.
Protokol kanggo inkubasi, inokulasi, eksposur lan count koloni wis rinci ing publikasi kita sadurunge lan diterangake kanthi rinci ing Data Tambahan 11. Kinerja EWNS dievaluasi kanthi ngetokake tomat sing disuntik nganti 40,000 # / cm3 kanggo 45 menit. Sedhela, ing wektu t = 0 min, telung tomat digunakake kanggo ngevaluasi mikroorganisme sing isih urip. Telung tomat diselehake ing EPES lan kapapar EWNS ing 40.000 # / cc (EWNS kapapar tomat) lan telung liyane diselehake ing kamar kontrol (tomat kontrol). Ora ana klompok tomat sing diproses tambahan. Tomat lan kontrol sing kapapar EWNS dibusak sawise 45 menit kanggo ngevaluasi efek EWNS.
Saben eksperimen ditindakake kanthi rapet. Analisis data ditindakake miturut protokol sing diterangake ing Data Tambahan.
E. coli, Enterobacter, lan L. innocua sampel bakteri kapapar EWNS (45 min, EWNS konsentrasi aerosol 40,000 # / cm3) lan unexposed padha pelleted kanggo netepke mekanisme inaktivasi. Endapan kasebut diencerake sajrone 2 jam ing suhu kamar ing larutan natrium cacodylate 0,1 M (pH 7,4) kanthi fiksatif 2,5% glutaraldehyde, 1,25% paraformaldehyde lan 0,03% asam picric. Sawise dicuci, diencerake nganggo 1% osmium tetroxide (OsO4) / 1,5% kalium ferrocyanide (KFeCN6) sajrone 2 jam, dikumbah kaping telu nganggo banyu lan diinkubasi ing 1% uranil asetat sajrone 1 jam, banjur dikumbah kaping pindho nganggo banyu. Dehidrasi sakteruse 10 menit saben 50%, 70%, 90%, 100% alkohol. Sampel kasebut banjur diselehake ing propylene oxide sajrone 1 jam lan diresapi karo campuran 1: 1 propylene oxide lan TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Sampel kasebut dilebokake ing TAAB Epon lan dipolimerisasi ing 60 ° C suwene 48 jam. Resin granular sing wis diobati dipotong lan digambarake dening TEM nggunakake JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Jepang), mikroskop elektron transmisi konvensional sing dilengkapi kamera AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, USA).
Kabeh eksperimen ditindakake kanthi rapet. Kanggo saben titik wektu, cucian bakteri dilapisi kanthi rapet, ngasilake total sangang data saben titik, rata-rata digunakake minangka konsentrasi bakteri kanggo organisme tartamtu kasebut. Standar deviasi digunakake minangka kesalahan pangukuran. Kabeh poin diitung.
Logaritma nyuda konsentrasi bakteri dibandhingake t = 0 min diwilang nggunakake rumus ing ngisor iki:
ing ngendi C0 yaiku konsentrasi bakteri ing sampel kontrol ing wektu 0 (yaiku sawise lumahing wis garing nanging sadurunge diselehake ing kamar) lan Cn minangka konsentrasi bakteri ing permukaan sawise n menit paparan.
Kanggo nyathet degradasi alami bakteri sajrone periode cahya 45 menit, Pengurangan Log uga diitung dibandhingake kontrol ing menit 45 kaya ing ngisor iki:
Ing ngendi Cn minangka konsentrasi bakteri ing sampel kontrol ing wektu n lan Cn-Control minangka konsentrasi bakteri kontrol ing wektu n. Data ditampilake minangka pengurangan log dibandhingake kontrol (ora ana eksposur EWNS).
Sajrone panliten kasebut, sawetara kombinasi voltase lan jarak antarane jarum lan elektroda kontra dievaluasi babagan pembentukan kerucut Taylor, stabilitas kerucut Taylor, stabilitas produksi EWNS, lan reproduktifitas. Macem-macem kombinasi ditampilake ing Tabel Tambahan S1. Rong kasus dipilih kanggo studi lengkap sing nuduhake sifat stabil lan bisa direproduksi (Taylor cone, produksi EWNS, lan stabilitas saka wektu). Ing anjir. 3 nuduhake asil ing pangisian daya, ukuran lan isi ROS kanggo rong kasus. Asil uga dirangkum ing Tabel 1. Kanggo referensi, Figure 3 lan Tabel 1 kalebu sifat-sifat EWNS8, 9, 10, 11 (baseline-EWNS) sing sadurunge disintesis. Petungan pinunjul statistik nggunakake t-test loro-tailed diterbitake ing Tabel Tambahan S2. Kajaba iku, data tambahan kalebu studi babagan efek diameter bolongan sampling elektroda kontra (D) lan jarak antarane elektroda lemah lan pucuk jarum (L) (Gambar Tambahan S2 lan S3).
(a–c) Distribusi ukuran AFM. (d – f) Karakteristik muatan lumahing. (g) Karakterisasi ROS lan ESR.
Sampeyan uga penting kanggo dicathet yen kanggo kabeh kondisi ing ndhuwur, arus ionisasi sing diukur ana ing kisaran 2-6 µA, lan voltase ana ing kisaran -3,8 nganti -6,5 kV, sing nyebabake konsumsi daya kanggo EWNS terminal siji iki kurang saka 50 mW. . modul generasi. Sanajan EWNS disintesis ing tekanan dhuwur, tingkat ozon sithik banget, ora ngluwihi 60 ppb.
Gambar Tambahan S4 nuduhake medan listrik simulasi kanggo skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm]. Medan miturut skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm] diitung minangka 2 × 105 V/m lan 4,7 × 105 V/m, mungguh. Iki kudu samesthine, amarga rasio voltase kanggo jarak luwih dhuwur ing kasus kapindho.
Ing anjir. 3a, b nuduhake diameter EWNS sing diukur nganggo AFM8. Dhiameter rata-rata EWNS kanggo skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm] diitung minangka 27 nm lan 19 nm. Panyimpangan standar geometris saka distribusi kanggo kasus [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm] masing-masing yaiku 1,41 lan 1,45, nuduhake distribusi ukuran sing sempit. Ukuran rata-rata lan simpangan standar geometris cedhak banget karo garis dasar-EWNS, yaiku 25 nm lan 1.41. Ing anjir. 3c nuduhake distribusi ukuran EWNS baseline sing diukur nggunakake cara sing padha ing kondisi sing padha.
Ing anjir. 3d,e nuduhake asil karakterisasi muatan. Data minangka pangukuran rata-rata 30 pangukuran simultan konsentrasi (#/cm3) lan arus (I). Analisis nuduhake yen muatan rata-rata ing EWNS yaiku 22 ± 6 e- lan 44 ± 6 e- kanggo [-6,5 kV, 4,0 cm] lan [-3,8 kV, 0,5 cm]. Dibandhingake karo Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), muatan permukaane luwih dhuwur, kaping pindho saka skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] lan kaping papat tinimbang [-3 ,8 kV, 0,5 cm]. 3f nuduhake data pembayaran EWNS dhasar.
Saka peta konsentrasi nomer EWNS (Tokoh Tambahan S5 lan S6), bisa dideleng yen adegan [-6,5 kV, 4,0 cm] nduweni jumlah partikel sing luwih dhuwur tinimbang adegan [-3,8 kV, 0,5 cm]. Sampeyan uga kudu dicathet yen konsentrasi nomer EWNS dipantau nganti jam 4 (Tokoh Tambahan S5 lan S6), ing ngendi stabilitas generasi EWNS nuduhake tingkat konsentrasi nomer partikel sing padha ing loro kasus kasebut.
Figure 3g nuduhake spektrum EPR sawise kontrol (latar mburi) subtraction kanggo EWNS optimized ing [-6,5 kV, 4,0 cm]. Spektrum ROS uga dibandhingake karo garis dasar EWNS ing kertas sing diterbitake sadurunge. Jumlah EWNS sing diwilang kanthi reaksi spin trap yaiku 7,5 × 104 EWNS / s, sing padha karo Baseline-EWNS8 sing diterbitake sadurunge. Spektrum EPR kanthi jelas nuduhake anané rong jinis ROS, ing ngendi O2- didominasi, nalika OH • ana ing jumlah sing luwih cilik. Kajaba iku, perbandingan langsung saka intensitas puncak nuduhake yen EWNS sing dioptimalake nduweni konten ROS sing luwih dhuwur tinimbang EWNS baseline.
Ing anjir. 4 nuduhake efisiensi deposisi EWNS ing EPES. Data kasebut uga dirangkum ing Tabel I lan dibandhingake karo data EWNS asli. Kanggo loro kasus EUNS, deposisi meh 100% sanajan ing voltase kurang saka 3.0 kV. Biasane, 3.0 kV cukup kanggo entuk 100% deposisi preduli saka owah-owahan daya permukaan. Ing kahanan sing padha, efisiensi deposisi saka Baseline-EWNS mung 56% amarga biaya sing luwih murah (rata-rata 10 elektron saben EWNS).
Gambar 5 lan Tabel 2 nyimpulake tingkat inaktivasi mikroorganisme sing disuntik ing permukaan tomat sawise paparan kira-kira 40.000 #/cm3 EWNS sajrone 45 menit miturut skenario optimal [-6,5 kV, 4,0 cm]. Inoculated E. coli lan L. innocua nuduhake pangurangan sing signifikan saka 3,8 log sawise 45 menit saka cahya. Ing kahanan sing padha, S. enterica nuduhake pengurangan log sing luwih murah saka 2,2 log, nalika S. cerevisiae lan M. parafortuitum nuduhake pengurangan log 1.0.
Mikrograf elektron (Gambar 6) nggambarake owah-owahan fisik sing disebabake dening EWNS ing sel E. coli, Salmonella enterica, lan L. innocua sing nyebabake inaktivasi. Bakteri kontrol nuduhake membran sel sing utuh, dene bakteri sing katon wis ngrusak membran njaba.
Pencitraan mikroskopik elektron kontrol lan bakteri sing kapapar nuduhake karusakan membran.
Data babagan sifat fisikokimia saka EWNS sing dioptimalake sacara bebarengan nuduhake yen sifat EWNS (muatan permukaan lan isi ROS) saya tambah apik dibandhingake karo data baseline EWNS sing diterbitake sadurunge8,9,10,11. Ing sisih liya, ukurane tetep ana ing kisaran nanometer, sing meh padha karo asil sing diterbitake sadurunge, saéngga bisa tetep ing udhara kanggo wektu sing suwe. Polydispersity sing diamati bisa diterangake kanthi owah-owahan ing muatan permukaan, sing nemtokake gedhene efek Rayleigh, randomness, lan potensial penggabungan EWNS. Nanging, minangka rinci dening Nielsen et al.22, daya lumahing dhuwur nyuda penguapan dening èfèktif nambah energi lumahing / tension saka gulung banyu. Teori iki dikonfirmasi kanthi eksperimen kanggo microdroplets22 lan EWNS ing publikasi sadurunge8. Mundhut lembur uga bisa mengaruhi ukuran lan nyumbang kanggo distribusi ukuran sing diamati.
Kajaba iku, muatan saben struktur kira-kira 22-44 e-, gumantung saka kahanan, sing luwih dhuwur tinimbang EWNS dhasar, sing nduweni muatan rata-rata 10 ± 2 elektron saben struktur. Nanging, kudu dicathet yen iki minangka biaya rata-rata EWNS. Seto et al. Iku wis ditampilake sing ngisi ora seragam lan nderek distribusi log-normal21. Dibandhingake karo karya sadurunge, tikel muatan permukaan tikel kaping pindho efisiensi deposisi ing sistem EPES nganti meh 100%11.