Ви благодариме што ја посетивте Nature.com. Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS. За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer). Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја прикажеме страницата без стилови и JavaScript.
Неодамна е развиена антимикробна платформа без хемикалии, базирана на нанотехнологија со употреба на вештачки водни наноструктури (EWNS). EWNS имаат висок површински полнеж и се заситени со реактивни кислородни видови (ROS) кои можат да комуницираат и да инактивираат голем број микроорганизми, вклучувајќи патогени што се пренесуваат преку храна. Овде е прикажано дека нивните својства за време на синтезата можат да бидат фино подесени и оптимизирани за дополнително подобрување на нивниот антибактериски потенцијал. Лабораториската платформа EWNS е дизајнирана за фино подесување на својствата на EWNS со промена на параметрите на синтезата. Карактеризација на својствата на EWNS (полнеж, големина и содржина на ROS) со користење на современи аналитички методи. Покрај тоа, тие беа оценети за нивниот потенцијал за микробна инактивација против микроорганизми што се пренесуваат преку храна, како што се Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum и Saccharomyces cerevisiae. Резултатите презентирани овде покажуваат дека својствата на EWNS можат да бидат фино подесени за време на синтезата, што резултира со експоненцијално зголемување на ефикасноста на инактивација. Особено, површинскиот полнеж се зголемил за фактор четири, а реактивните кислородни видови се зголемиле. Стапката на отстранување на микроби беше микробно зависна и се движеше од 1,0 до 3,8 log по 45-минутна изложеност на аеросолна доза од 40.000 #/cc EWNS.
Микробната контаминација е главната причина за заболувања предизвикани од внесување патогени или нивни токсини. Само во Соединетите Американски Држави, заболувањата предизвикани од храна предизвикуваат околу 76 милиони заболувања, 325.000 хоспитализации и 5.000 смртни случаи секоја година1. Покрај тоа, Министерството за земјоделство на Соединетите Американски Држави (USDA) проценува дека зголемената потрошувачка на свежи производи е одговорна за 48% од сите пријавени заболувања предизвикани од храна во Соединетите Американски Држави2. Цената на болестите и смртните случаи предизвикани од патогени предизвикани од храна во Соединетите Американски Држави е многу висока, проценета од Центрите за контрола и превенција на болести (CDC) на повеќе од 15,6 милијарди американски долари годишно3.
Во моментов, хемиските4, радијационите5 и термичките6 антимикробни интервенции за да се обезбеди безбедност на храната најчесто се спроведуваат на ограничени критични контролни точки (ККТ) по должината на производствениот синџир (обично по бербата и/или за време на пакувањето), наместо континуирано. Затоа, тие се склони кон вкрстена контаминација. 7. Подобрата контрола на болестите што се пренесуваат преку храна и расипувањето на храната бара антимикробни интервенции што потенцијално можат да се применат низ целиот континуум од фарма до трпеза, а воедно да се намалат влијанието врз животната средина и трошоците.
Неодамна, развиена е антимикробна платформа без хемикалии, базирана на нанотехнологија, која може да ги инактивира површинските и воздушните бактерии со помош на вештачки водни наноструктури (EWNS). EWNS е синтетизиран со помош на два паралелни процеси, електроспреј и јонизација на вода (сл. 1а). Претходни студии покажаа дека EWNS имаат уникатен сет на физички и биолошки својства8,9,10. EWNS имаат просечно 10 електрони по структура и просечна наноскална големина од 25 nm (сл. 1б,в)8,9,10. Покрај тоа, електронската спинска резонанца (ESR) покажа дека EWNS содржи голема количина на реактивни кислородни видови (ROS), главно хидроксилни (OH•) и супероксидни (O2-) радикали (сл. 1в)8. EVNS е во воздухот долго време и може да се судри со микроорганизми суспендирани во воздухот и присутни на површината, испорачувајќи го нивниот ROS товар и предизвикувајќи инактивација на микроорганизмите (сл. 1д). Овие рани студии, исто така, покажаа дека EWNS може да комуницира со и да инактивира разни грам-негативни и грам-позитивни бактерии, вклучувајќи микобактерии, на површини и во воздух. Трансмисионата електронска микроскопија покажа дека инактивацијата е предизвикана од нарушување на клеточната мембрана. Покрај тоа, студиите за акутна инхалација покажаа дека високите дози на EWNS не предизвикуваат оштетување на белите дробови или воспаление 8.
(а) Електропрскањето се јавува кога се применува висок напон помеѓу капиларна цевка што содржи течност и контраелектрода. (б) Примената на висок притисок резултира со два различни феномена: (i) електропрскање на вода и (ii) формирање на реактивни кислородни видови (јони) заробени во EWNS. (в) Уникатната структура на EWNS. (г) Поради нивната наноскална природа, EWNS се многу мобилни и можат да реагираат со патогени што се пренесуваат во воздухот.
Неодамна е демонстрирана и способноста на антимикробната платформа EWNS да ги инактивира микроорганизмите што се пренесуваат преку храна на површината на свежа храна. Исто така, е покажано дека површинскиот полнеж на EWNS во комбинација со електрично поле може да се користи за постигнување на целна испорака. Покрај тоа, прелиминарните резултати за органски домати по 90-минутна изложеност на EWNS од околу 50.000 #/cm3 беа охрабрувачки, при што беа забележани различни микроорганизми што се пренесуваат преку храна како што се E. coli и Listeria 11. Покрај тоа, прелиминарните органолептички тестови не покажаа сензорни ефекти во споредба со контролните домати. Иако овие почетни резултати од инактивација се охрабрувачки за апликации за безбедност на храната дури и при многу ниски дози на EWNS од 50.000#/cc, јасно е дека поголем потенцијал за инактивација би бил покорисен за понатамошно намалување на ризикот од инфекција и расипување.
Тука, ќе го фокусираме нашето истражување на развој на платформа за генерирање на EWNS за да овозможиме фино подесување на параметрите на синтеза и оптимизација на физичко-хемиските својства на EWNS за да го подобриме нивниот антибактериски потенцијал. Особено, оптимизацијата се фокусираше на зголемување на нивниот површински полнеж (за подобрување на целната испорака) и содржината на ROS (за подобрување на ефикасноста на инактивација). Карактеризирање на оптимизирани физичко-хемиски својства (големина, полнеж и содржина на ROS) користејќи современи аналитички методи и користење на вообичаени микроорганизми во храната како што е E. .
EVNS беше синтетизиран со истовремено електропрскање и јонизација на вода со висока чистота (18 MΩ cm–1). Електричниот небулизатор 12 обично се користи за атомизација на течности и синтеза на полимерни и керамички честички 13 и влакна 14 со контролирана големина.
Како што е детално објаснето во претходните публикации 8, 9, 10, 11, во типичен експеримент, беше применет висок напон помеѓу метален капилар и заземјена контраелектрода. За време на овој процес, се случуваат два различни феномена: i) електроспреј и ii) јонизација на водата. Силното електрично поле помеѓу двете електроди предизвикува негативни полнежи да се акумулираат на површината на кондензираната вода, што резултира со формирање на Тејлорови конуси. Како резултат на тоа, се формираат високо наелектризирани капки вода, кои продолжуваат да се распаѓаат на помали честички, како во Рејлиевата теорија16. Во исто време, силните електрични полиња предизвикуваат некои молекули на вода да се разделат и да ги одземат електроните (јонизираат), што доведува до формирање на голема количина на реактивни кислородни видови (ROS)17. Истовремено генерираниот ROS18 беше капсулиран во EWNS (Сл. 1c).
На сл. 2а е прикажан системот за генерирање на EWNS развиен и користен во синтезата на EWNS во оваа студија. Прочистена вода складирана во затворено шише е внесена преку тефлонска цевка (внатрешен дијаметар од 2 mm) во игла од не'рѓосувачки челик 30G (метален капилар). Протокот на вода се контролира со притисокот на воздухот во шишето, како што е прикажано на Слика 2б. Иглата е монтирана на тефлонска конзола и може рачно да се прилагоди на одредено растојание од спротивната електрода. Контраелектродата е полиран алуминиумски диск со дупка во центарот за земање примероци. Под спротивната електрода се наоѓа алуминиумска инка за земање примероци, која е поврзана со остатокот од експерименталната поставеност преку отвор за земање примероци (Сл. 2б). За да се избегне насобирање на полнеж што може да го наруши работењето на земачот на примероци, сите компоненти на земачот на примероци се електрично заземјени.
(a) Систем за генерирање на инженерски наноструктури на вода (EWNS). (b) Пресек на семплерот и електроспрејот, што ги прикажува најважните параметри. (c) Експериментална поставеност за инактивација на бактерии.
Системот за генерирање на EWNS опишан погоре е способен да ги менува клучните оперативни параметри за да се олесни финото подесување на својствата на EWNS. Прилагодете го применетиот напон (V), растојанието помеѓу иглата и спротивната електрода (L) и протокот на вода (φ) низ капиларот за фино подесување на карактеристиките на EWNS. Симбол што се користи за да се претстават различни комбинации: [V (kV), L (cm)]. Прилагодете го протокот на вода за да добиете стабилен Тејлоров конус од одреден сет [V, L]. За целите на оваа студија, дијаметарот на отворот на спротивната електрода (D) беше задржан на 0,5 инчи (1,29 cm).
Поради ограничената геометрија и асиметрија, јачината на електричното поле не може да се пресмета од првите принципи. Наместо тоа, за пресметување на електричното поле беше користен софтверот QuickField™ (Свендборг, Данска)19. Електричното поле не е униформно, па затоа вредноста на електричното поле на врвот на капиларот беше користена како референтна вредност за различни конфигурации.
За време на студијата, беа оценети неколку комбинации на напон и растојание помеѓу иглата и контраелектродата во однос на формирањето на Тејлоров конус, стабилноста на Тејлоров конус, стабилноста на производството на EWNS и репродуктивноста. Различни комбинации се прикажани во Дополнителната табела S1.
Излезот од системот за генерирање EWNS беше директно поврзан со анализатор на големина на честички за скенирање (SMPS, модел 3936, TSI, Shoreview, MN) за мерење на концентрацијата на бројот на честички, како и со аеросолен Фарадеев електрометар (TSI, модел 3068B, Shoreview, MN). ) за аеросолни струи беше измерено како што е опишано во нашата претходна публикација. И SMPS и аеросолниот електрометар беа земени примероци со брзина на проток од 0,5 L/min (вкупен проток на примерокот 1 L/min). Бројната концентрација на честички и протокот на аеросол беа мерени 120 секунди. Мерењето се повторува 30 пати. Врз основа на мерењата на струјата, се пресметува вкупниот полнеж на аеросол и се проценува просечниот полнеж на EWNS за даден вкупен број на избрани EWNS честички. Просечната цена на EWNS може да се пресмета со користење на равенката (1):
каде што IEl е измерената струја, NSMPS е дигиталната концентрација измерена со SMPS, а φEl е брзината на проток по електрометар.
Бидејќи релативната влажност (RH) влијае на површинскиот полнеж, температурата и (RH) беа одржувани константни за време на експериментот на 21°C и 45%, соодветно.
За мерење на големината и животниот век на EWNS беа користени атомска силова микроскопија (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Санта Барбара, Калифорнија) и AC260T сонда (Olympus, Токио, Јапонија). Фреквенцијата на скенирање на AFM беше 1 Hz, површината на скенирање беше 5 μm × 5 μm и 256 линии за скенирање. Сите слики беа подложени на усогласување на слики од прв ред со помош на софтверот Asylum (опсег на маска 100 nm, праг 100 pm).
Тест инката беше отстранета и површината на миката беше поставена на растојание од 2,0 cm од контра-електродата за просечно време од 120 s за да се избегне агломерација на честички и формирање на неправилни капки на површината на миката. EWNS беше испрскан директно на површината на свежо исечената мика (Тед Пела, Рединг, Калифорнија). Слика од површината на миката веднаш по распрснувањето со AFM. Аголот на контакт на површината на свежо исечената немодифицирана мика е близу до 0°, така што EVNS е распределен на површината на миката во форма на купола. Дијаметарот (a) и висината (h) на дифузните капки беа измерени директно од топографијата на AFM и беа користени за пресметување на куполестиот дифузен волумен на EWNS користејќи го нашиот претходно валидиран метод. Под претпоставка дека вградените EWNS имаат ист волумен, еквивалентниот дијаметар може да се пресмета со користење на равенката (2):
Врз основа на нашиот претходно развиен метод, спин-стапица со електронска спин-резонанца (ESR) беше употребена за да се открие присуството на краткотрајни радикални меѓупроизводи во EWNS. Аеросолите беа пропуштени низ распрскувач Midget од 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) што содржи раствор од 235 mM на DEPMPO(5-(диетоксифосфорил)-5-метил-1-пиролин-N-оксид) (Oxis International Inc.). Портланд, Орегон). Сите мерења на ESR беа извршени со помош на Bruker EMX спектрометар (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, САД) и рамна панелна ќелија. Софтверот Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, САД) беше користен за собирање и анализа на податоците. Одредувањето на карактеристиките на ROS беше извршено само за збир на работни услови [-6,5 kV, 4,0 cm]. Концентрациите на EWNS беа мерени со помош на SMPS откако беа земени предвид загубите на EWNS во ударниот елемент.
Нивоата на озон беа следени со помош на 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
За сите својства на EWNS, средната вредност се користи како мерна вредност, а стандардната девијација се користи како грешка во мерењето. Т-тестовите се извршени за да се споредат вредностите на оптимизираните EWNS атрибути со соодветните вредности на основниот EWNS.
Слика 2в прикажува претходно развиен и карактеризиран систем за „влечење“ на електростатско таложење (EPES) кој може да се користи за целно доставување на EWNS на површината. EPES користи EVNS полнежи кои можат да се „насочат“ директно кон површината на целта под влијание на силно електрично поле. Деталите за EPES системот се презентирани во неодамнешна публикација од Пиргиотакис и др. 11. Така, EPES се состои од 3D печатена PVC комора со заострени краеви и содржи две паралелни метални плочи од не'рѓосувачки челик (304 не'рѓосувачки челик, обложени со огледало) во центарот на растојание од 15,24 см. Плочите беа поврзани со надворешен извор на висок напон (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), долната плоча секогаш беше поврзана со позитивен напон, а горната плоча секогаш беше поврзана со земја (лебдечка земја). Ѕидовите на комората се покриени со алуминиумска фолија, која е електрично заземјена за да се спречи губење на честички. Комората има запечатена предна врата за полнење што овозможува поставување на испитните површини на пластични држачи што ги подигнуваат над долната метална плоча за да се избегнат пречки од висок напон.
Ефикасноста на таложење на EWNS во EPES беше пресметана според претходно развиен протокол детално опишан на Дополнителната слика S111.
Како контролна комора, втора цилиндрична комора за проток беше сериски поврзана со EPES системот, во која беше користен среден HEPA филтер за отстранување на EWNS. Како што е прикажано на Слика 2в, аеросолот EWNS беше пумпан низ две вградени комори. Филтерот помеѓу контролната соба и EPES ги отстранува сите преостанати EWNS, што резултира со иста температура (T), релативна влажност (RH) и нивоа на озон.
Важни микроорганизми што се пренесуваат преку храната се контаминираат со свежа храна, како што се E. coli (ATCC #27325), фекален индикатор, Salmonella enterica (ATCC #53647), патоген што се пренесува преку храна, Listeria harmless (ATCC #33090), сурогат за патогената Listeria monocytogenes, добиен од ATCC (Манасас, Вирџинија) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), замена за квасец што предизвикува расипување, и поотпорна инактивирана бактерија, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Купете случајни кутии органски домати од вашиот локален пазар и чувајте ги во фрижидер на 4°C до употреба (до 3 дена). Експерименталните домати беа со иста големина, со дијаметар од околу 1/2 инч.
Протоколите за култура, инокулација, изложеност и броење на колонии се детално опишани во нашата претходна публикација и детално опишани во Дополнителните податоци. Ефективноста на EWNS беше оценета со изложување на инокулирани домати на 40.000 #/cm3 во тек на 45 минути. Накратко, три домати беа користени за да се евалуираат преживеаните микроорганизми во време t = 0 мин. Три домати беа ставени во EPES и изложени на EWNS на 40.000 #/cc (домати изложени на EWNS), а преостанатите три беа ставени во контролната комора (контролни домати). Дополнителна обработка на доматите во двете групи не беше извршена. Доматите изложени на EWNS и контролните домати беа отстранети по 45 минути за да се оцени ефектот на EWNS.
Секој експеримент беше спроведен во три примероци. Анализата на податоците беше извршена според протоколот опишан во Дополнителните податоци.
Механизмите за инактивација беа оценети со седиментација на изложени EWNS примероци (45 мин при концентрација на аеросол од 40.000 #/cm3 EWNS) и неозрачени примероци од безопасни бактерии E. coli, Salmonella enterica и Lactobacillus. Честичките беа фиксирани во 2,5% глутаралдехид, 1,25% параформалдехид и 0,03% пикринска киселина во 0,1 M натриум какодилат пуфер (pH 7,4) 2 часа на собна температура. По миењето, фиксирајте со 1% осмиум тетроксид (OsO4)/1,5% калиум фероцијанид (KFeCN6) 2 часа, измијте 3 пати во вода и инкубирајте во 1% уранил ацетат 1 час, потоа измијте двапати во вода, а потоа дехидрирајте 10 минути во 50%, 70%, 90%, 100% алкохол. Потоа, примероците беа ставени во пропилен оксид 1 час и импрегнирани со мешавина од пропилен оксид и TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) во сооднос 1:1. Примероците беа вградени во TAAB Epon и полимеризирани на 60°C 48 часа. Стврдната грануларна смола беше исечена и визуелизирана со TEM користејќи конвенционален трансмисионен електронски микроскоп JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Јапонија) опремен со AMT 2k CCD камера (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, САД).
Сите експерименти беа спроведени во три примероци. За секоја временска точка, бактериските промивки беа посеани во три примероци, што резултираше со вкупно девет податочни точки по точка, чиј просек беше искористен како бактериска концентрација за тој конкретен микроорганизам. Стандардната девијација беше искористена како грешка во мерењето. Сите точки се бројат.
Логаритмот на намалувањето на концентрацијата на бактерии во споредба со t = 0 мин беше пресметан со помош на следната формула:
каде што C0 е концентрацијата на бактерии во контролниот примерок во време 0 (т.е. откако површината ќе се исуши, но пред да се стави во комората) и Cn е концентрацијата на бактерии на површината по n минути изложеност.
За да се земе предвид природната деградација на бактериите за време на 45-минутната изложеност, логаритамското намалување во споредба со контролата по 45 минути беше пресметано и на следниов начин:
каде што Cn е концентрацијата на бактерии во контролниот примерок во времето n, а Cn-Контролата е концентрацијата на контролните бактерии во времето n. Податоците се претставени како логаритамско намалување во споредба со контролата (без изложеност на EWNS).
За време на студијата, беа оценети неколку комбинации на напон и растојание помеѓу иглата и контраелектродата во однос на формирањето на Тејлоров конус, стабилноста на Тејлоров конус, стабилноста на производството на EWNS и репродуктивноста. Различни комбинации се прикажани во Дополнителната табела S1. Два случаи што покажуваат стабилни и репродуктивни својства (Тејлоров конус, генерирање на EWNS и стабилност со текот на времето) беа избрани за сеопфатна студија. На сл. Слика 3 ги прикажува резултатите за полнежот, големината и содржината на ROS во двата случаи. Резултатите се исто така сумирани во Табела 1. За референца, и Слика 3 и Табела 1 ги вклучуваат својствата на претходно синтетизираниот неоптимизиран EWNS8, 9, 10, 11 (основно-EWNS). Пресметките на статистичката значајност со користење на двостран t-тест се објавени повторно во Дополнителната табела S2. Покрај тоа, дополнителните податоци вклучуваат студии за ефектот на дијаметарот на дупката за земање примероци на контраелектродата (D) и растојанието помеѓу заземјувачката електрода и врвот (L) (Дополнителни слики S2 и S3).
(ac) Распределба на големината мерена со AFM. (df) Карактеристика на површинскиот полнеж. (g) ROS карактеризација на EPR.
Исто така е важно да се напомене дека за сите горенаведени услови, измерената јонизациска струја била помеѓу 2 и 6 μA и напонот помеѓу -3,8 и -6,5 kV, што резултирало со потрошувачка на енергија помала од 50 mW за овој контактен модул од единечна EWNS генерација. Иако EWNS бил синтетизиран под висок притисок, нивоата на озон биле многу ниски, никогаш не надминувале 60 ppb.
Дополнителната слика S4 ги прикажува симулираните електрични полиња за сценаријата [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm], соодветно. За сценаријата [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm], пресметките на полето се 2 × 105 V/m и 4,7 × 105 V/m, соодветно. Ова е очекувано, бидејќи во вториот случај односот напон-растојание е многу поголем.
На сл. 3a,b е прикажан дијаметарот на EWNS мерен со AFM8. Пресметаните просечни дијаметри на EWNS беа 27 nm и 19 nm за шемите [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm], соодветно. За сценаријата [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm], геометриските стандардни отстапувања на распределбите се 1,41 и 1,45, соодветно, што укажува на тесна распределба на големината. И средната големина и геометриската стандардна девијација се многу блиску до основната EWNS, на 25 nm и 1,41, соодветно. На сл. 3c е прикажана распределбата на големината на основниот EWNS мерен со истиот метод под истите услови.
На сл. 3d, e се прикажани резултатите од карактеризацијата на полнежот. Податоците се просечни мерења од 30 истовремени мерења на концентрација (#/cm3) и струја (I). Анализата покажува дека просечниот полнеж на EWNS е 22 ± 6 e- и 44 ± 6 e- за [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm], соодветно. Тие имаат значително повисоки површински полнежи во споредба со основниот EWNS (10 ± 2 e-), два пати поголеми од сценариото [-6,5 kV, 4,0 cm] и четири пати поголеми од сценариото [-3,8 kV, 0,5 cm]. Слика 3f ги прикажува податоците за полнежот за основниот EWNS.
Од мапите на концентрација на бројот на EWNS (Дополнителни слики S5 и S6), може да се види дека сценариото [-6,5 kV, 4,0 cm] има значително повеќе честички отколку сценариото [-3,8 kV, 0,5 cm]. Исто така, вреди да се напомене дека концентрацијата на бројот на EWNS беше следена до 4 часа (Дополнителни слики S5 и S6), каде што стабилноста на генерирање на EWNS покажа исти нивоа на концентрација на бројот на честички во двата случаи.
На сл. 3g е прикажан EPR спектарот по одземање на оптимизираната EWNS контрола (позадина) на [-6,5 kV, 4,0 cm]. ROS спектрите беа споредени и со сценариото Baseline-EWNS во претходно објавена работа. Бројот на EWNS кои реагираат со спин-стапици беше пресметан на 7,5 × 104 EWNS/s, што е слично на претходно објавеното Baseline-EWNS8. EPR спектрите јасно покажаа присуство на два вида ROS, при што O2- е доминантен вид, а OH• е помалку застапен. Покрај тоа, директната споредба на интензитетите на врвовите покажа дека оптимизираниот EWNS имаше значително поголема содржина на ROS во споредба со основниот EWNS.
На сл. 4 е прикажана ефикасноста на таложење на EWNS во EPES. Податоците се исто така сумирани во Табела I и споредени со оригиналните EWNS податоци. За двата случаи на EUNS, таложењето е близу до 100% дури и при низок напон од 3,0 kV. Типично, 3,0 kV е доволно за 100% таложење, без оглед на промената на површинскиот полнеж. Под истите услови, ефикасноста на таложење на Baseline-EWNS беше само 56% поради нивниот помал полнеж (просечно 10 електрони по EWNS).
На сл. 5 и во табела 2 е сумирана вредноста на инактивација на микроорганизми инокулирани на површината на доматите по изложување на околу 40.000 #/cm3 EWNS за 45 минути во оптимален режим [-6,5 kV, 4,0 cm]. Инокулираните E. coli и Lactobacillus innocuous покажаа значително намалување од 3,8 log за време на 45-минутната изложеност. Под истите услови, S. enterica имаше намалување од 2,2 log, додека S. cerevisiae и M. parafortutum имаа намалување од 1,0 log.
Електронските микрографии (Слика 6) ги прикажуваат физичките промени предизвикани од EWNS врз безопасни клетки од Escherichia coli, Streptococcus и Lactobacillus, што доведува до нивна инактивација. Контролните бактерии имале недопрени клеточни мембрани, додека изложените бактерии имале оштетени надворешни мембрани.
Електронско-микроскопското снимање на контролните и изложените бактерии откри оштетување на мембраната.
Податоците за физичко-хемиските својства на оптимизираниот EWNS колективно покажуваат дека својствата (површинскиот полнеж и содржината на ROS) на EWNS се значително подобрени во споредба со претходно објавените основни податоци на EWNS8,9,10,11. Од друга страна, нивната големина остана во нанометарскиот опсег, многу слично на претходно објавените резултати, дозволувајќи им да останат во воздухот подолг временски период. Набљудуваната полидисперзија може да се објасни со промени на површинскиот полнеж што ја одредуваат големината на EWNS, случајноста на Рејлиевиот ефект и потенцијалната коалесценција. Сепак, како што е детално опишано од Нилсен и сор. 22, високиот површински полнеж го намалува испарувањето со ефикасно зголемување на површинската енергија/напнатост на капката вода. Во нашата претходна публикација8 оваа теорија беше експериментално потврдена за микрокапките 22 и EWNS. Губењето на полнежот за време на дополнително време може да влијае и на големината и да придонесе за набљудуваната распределба на големината.
Покрај тоа, полнежот по структура е околу 22-44 e-, во зависност од ситуацијата, што е значително повисоко во споредба со основниот EWNS, кој има просечен полнеж од 10 ± 2 електрони по структура. Сепак, треба да се напомене дека ова е просечниот полнеж на EWNS. Сето и др. Покажано е дека полнежот е нехомоген и следи логаритам-нормална распределба21. Во споредба со нашата претходна работа, удвојувањето на површинскиот полнеж ја дуплира ефикасноста на таложење во EPES системот на речиси 100%11.