Ви благодариме што ја посетивте Nature.com. Користите верзија на прелистувач со ограничена CSS поддршка. За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer). Дополнително, за да обезбедиме континуирана поддршка, ја прикажуваме 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 богати со реактивни кислородни видови (ROS) кои можат да комуницираат со 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 да се подобри нивниот антибактериски потенцијал. Лабораториската платформа EWNS е дизајнирана за фино подесување на својствата на EWNS со промена на параметрите на синтезата. Карактеризацијата на својствата на EWNS (полнеж, големина и содржина на ROS) е извршена со користење на современи аналитички методи. Покрај тоа, микроорганизми за храна како што се Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum и Saccharomyces cerevisiae се инокулирани на површината на органски домати од грозје за да се процени нивниот потенцијал за микробна инактивација. 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 се зголемила и содржината на ROS. Стапката на отстранување на микробите била микробно зависна и се движела од 1,0 до 3,8 log по 45 минути изложеност на доза на аеросол од 40.000 #/cm3 EWNS.
Микробната контаминација е главната причина за заболувања предизвикани од внесување патогени или нивни токсини. Болестите предизвикани од храна се причина за околу 76 милиони заболувања, 325.000 хоспитализации и 5.000 смртни случаи секоја година само во Соединетите Американски Држави1. Покрај тоа, Министерството за земјоделство на Соединетите Американски Држави (USDA) проценува дека зголемената потрошувачка на свежи производи е одговорна за 48 проценти од сите заболувања предизвикани од храна пријавени во Соединетите Американски Држави2. Цената на болестите и смртните случаи 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 главно се спроведуваат на ограничени критични контролни точки (ККТ) во производствениот синџир (обично по бербата и/или за време на пакувањето), наместо континуирано да се спроведуваат на таков начин што свежиот производ е предмет на вкрстена контаминација7. Антимикробните интервенции се потребни за подобра контрола на болестите што се пренесуваат преку храна и расипувањето на храната и имаат потенцијал да се применат низ целиот континуум од фарма до трпеза. Помалку влијание и трошоци.
Неодамна е развиена антимикробна платформа базирана на нанотехнологија без хемикалии за инактивирање на бактерии на површини и во воздух со употреба на вештачки водни наноструктури (EWNS). За синтеза на EVNS, беа користени два паралелни процеси: електроспреј и јонизација на вода (сл. 1а). Претходно е покажано дека EWNS имаат уникатен сет на физички и биолошки својства8,9,10. EWNS има просек од 10 електрони по структура и просечна нанометарска големина од 25 nm (сл. 1б,в)8,9,10. Покрај тоа, електронската спинска резонанца (ESR) покажа дека EWNS содржат голема количина на реактивни кислородни видови (ROS), главно хидроксилни (OH•) и супероксидни (O2-) радикали (сл. 1в)8. EWNS остануваат во воздухот долго време и можат да се судрат со микроби суспендирани во воздухот и присутни на површините, испорачувајќи го нивниот ROS товар и предизвикувајќи микробна инактивација (сл. 1д). Овие претходни студии, исто така, покажаа дека EWNS може да комуницира со и да инактивира разни грам-негативни и грам-позитивни бактерии од јавно здравје, вклучувајќи микобактерии, на површини и во воздух8,9. 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 воспаление8.
(а) Електропрскањето се јавува кога се применува висок напон помеѓу капилар што содржи течност и контраелектрода. (б) Примената на висок напон резултира со два различни феномена: (i) електропрскање на вода и (ii) генерирање на реактивни кислородни видови (јони) заробени во EWNS. (в) Уникатната структура на EWNS. (г) EWNS се многу подвижни поради нивната наноскална природа и можат да реагираат со патогени 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 може да се користи во комбинација со електрично поле за целна испорака. Поважно е што е забележан ветувачки почетен резултат од приближно 1,4 log намалување на активноста на органскиот домат против разни микроорганизми во храната како што се E. coli и Listeria во рок од 90 минути од изложеноста на EWNS при концентрација од приближно 50.000#/cm311. Покрај тоа, прелиминарните органолептички тестови за евалуација не покажаа органолептички ефект во споредба со контролниот домат. Иако овие почетни резултати од инактивација ветуваат безбедност на храната дури и при многу ниски дози на EWNS од 50.000#/cc, јасно е дека повисокиот потенцијал за инактивација би бил покорисен за понатамошно намалување на ризикот од инфекција и расипување.
Тука, нашето истражување ќе го фокусираме на развој на платформа за генерирање на EWNS за фино подесување на параметрите на синтеза и оптимизирање на физичко-хемиските својства на EWNS за подобрување на 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). Карактеризација на оптимизирани физичко-хемиски својства (големина, полнеж и содржина на ROS) со користење на современи аналитички методи и користење на вообичаени микроорганизми во храната како што се E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae и M. parafortuitum.
EVNS беше синтетизиран со истовремено електропрскање и јонизација на вода со висока чистота (18 MΩ cm–1). Електричниот атомизатор 12 обично се користи за атомизирање на течности и синтетички полимери 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, се применува висок напон помеѓу метален капилар и заземјена контраелектрода. За време на овој процес, се случуваат два различни феномена: 1) електропрскање и 2) 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, според Рејлиевата теорија16. Во исто време, силното електрично поле предизвикува некои од молекулите на водата да се поделат и да ги одземат електроните (јонизација), со што се генерира голема количина на реактивни кислородни видови (ROS)17. Истовремено генерираните ROS18 пакети беа капсулирани во EWNS (Сл. 1в).
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) до игла од не'рѓосувачки челик 30G (метален капилар). Како што е прикажано на Слика 2б, протокот на вода се контролира со притисокот на воздухот во шишето. Иглата е прикачена на тефлонска конзола која може рачно да се прилагоди на одредено растојание од спротивната електрода. Контраелектродата е полиран алуминиумски диск со дупка во средината 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). Сите компоненти на земачот на примероци се електрично заземјени за да се избегне насобирање на полнеж што може да го деградира земањето примероци од честички.
(a) Систем за генерирање на инженерски наноструктури на вода (EWNS). (b) Пресек на семплерот и единицата за електропрскање 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. Симболите [V (kV), L (cm)] се користат за означување на различни комбинации. Прилагодете го протокот на вода за да добиете стабилен Тејлоров конус од одреден сет [V, L]. За целите на оваа студија, отворот на спротивната електрода (D) беше поставен 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 на EWNS беше директно поврзан со мерач на честички за скенирање и мобилност (SMPS, модел 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) за мерење на концентрацијата на бројот на честички и беше користен со Faraday аеросолен електрометар (TSI, модел 3068B, Shoreview, USA). MN) за мерење на протоците на аеросоли, како што е опишано во нашата претходна публикација9. И SMPS и аеросолниот електрометар беа земени како примероци со брзина на проток од 0,5 L/min (вкупен проток на примерокот 1 L/min). Концентрациите на честички и аеросолните флуксови беа мерени 120 секунди. Повторете го мерењето 30 пати. Вкупниот полнеж на аеросол се пресметува од тековните мерења, а просечниот полнеж на EWNS се проценува од вкупниот број на земени примероци на EWNS честички. Просечната цена на EWNS може да се пресмета со користење на равенката (1):
каде што IEl е измерената струја, NSMPS е бројната концентрација измерена со SMPS, а φEl е брзината на проток до електрометарот.
Бидејќи релативната влажност (RH) влијае на површинскиот полнеж, температурата и (RH) беа одржувани константни на 21°C и 45%, соодветно, за време на експериментот.
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). AFM фреквенцијата на скенирање е 1 Hz, а површината на скенирање е 5 µm × 5 µm со 256 линии на скенирање. Сите слики беа подложени на порамнување на слики од прв ред со помош на софтверот Asylum (маска со опсег од 100 nm и праг од 100 pm).
Отстранете ја инката за земање примероци и поставете ја површината на мика на растојание од 2,0 cm од спротивната електрода во просечно време од 120 секунди за да се избегне спојување на честичките и формирање на неправилни капки на површината на мика. EWNS беше нанесен директно на свежо исечени површини на мика (Тед Пела, Рединг, Калифорнија). Веднаш по распрскувањето, површината на мика беше визуелизирана со помош на AFM. Аголот на контакт на површината на свежо исечената немодифицирана мика е близу до 0°, така што EWNS се шири преку површината на мика во купола20. Дијаметарот (a) и висината (h) на дифузните капки беа измерени директно од топографијата на AFM и беа користени за пресметување на волуменот на купола на дифузија EWNS користејќи го нашиот претходно валидиран метод8. Претпоставувајќи дека вградениот EVNS има ист волумен, еквивалентниот дијаметар може да се пресмета од равенката (2):
Во согласност со нашиот претходно развиен метод, за откривање на присуство на краткотрајни радикални меѓупроизводи во EWNS беше користена спин-стапица со електронска спин-резонанца (ESR). Аеросолите беа пропуштени низ раствор што содржи 235 mM DEPMPO (5-(диетоксифосфорил)-5-метил-1-пиролин-N-оксид) (Oxis International Inc., Портланд, Орегон). Сите EPR мерења беа извршени со помош на Bruker EMX спектрометар (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, САД) и низи од рамни ќелии. Софтверот Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, САД) беше користен за собирање и анализа на податоците. Карактеризацијата на ROS беше извршена само за збир на работни услови [-6,5 kV, 4,0 cm]. Концентрациите на EWNS беа мерени со помош на SMPS откако беше земена предвид загубата на EWNS во ударниот механизам.
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, вредноста на мерењето е средната вредност од мерењата, а грешката на мерењето е стандардната девијација. Извршен е t-тест за да се спореди вредноста на оптимизираниот атрибут EWNS со соодветната вредност на основниот EWNS.
Слика 2в прикажува претходно развиен и карактеризиран систем за електростатско таложење (EPES) што може да се користи за насочување на EWNS11 кон површини. EPES користи EWNS полнеж во комбинација со силно електрично поле за да се „насочи“ директно кон површината на целта. Деталите за EPES системот се презентирани во неодамнешна публикација од Пиргиотакис и сор.11. Така, EPES се состои од 3D печатена PVC комора со заострени краеви што содржат две паралелни метални плочи од не'рѓосувачки челик (304 не'рѓосувачки челик, огледално полирани) во средината, на растојание од 15,24 см. Плочите беа поврзани со надворешен извор на висок напон (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), долната плоча беше секогаш позитивна, а горната плоча беше секогаш заземјена (лебдечка). 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 тест површините да се постават на пластични полици, подигајќи ги од долната метална плоча за да се избегне пречка 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, вториот проток низ цилиндричната комора е поврзан сериски со EPES системот користејќи среден HEPA филтер за отстранување на EWNS. Како што е прикажано на сл. 2c, аеросолот EWNS беше пумпан низ две комори поврзани сериски. Филтерот помеѓу контролната соба и EPES ги отстранува сите преостанати EWNS, што резултира со иста температура (T), релативна влажност (RH) и нивоа на озон.
Утврдено е дека важни микроорганизми што се пренесуваат преку храна ги контаминираат свежите производи, како што се Escherichia coli (ATCC #27325), фекален индикатор, Salmonella enterica (ATCC #53647), патоген што се пренесува преку храна, Listeria innocua (ATCC #33090), алтернатива на патогената Listeria monocytogenes. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) како алтернатива на квасецот што предизвикува расипување, и Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) како поотпорна жива бактерија беа купени од ATCC (Манасас, Вирџинија).
Случајно купувајте кутии со органски домати од вашиот локален пазар и чувајте ги во фрижидер на 4°C до употреба (до 3 дена). Изберете домати за да експериментирате со една големина, со дијаметар од околу 1/2 инч.
Протоколите за инкубација, инокулација, изложеност и броење на колонии се детално опишани во нашите претходни публикации и детално објаснети во Дополнителни податоци 11. Перформансите на EWNS беа оценети со изложување на инокулирани домати на 40.000 #/cm3 во тек на 45 минути. Накратко, во времето t = 0 мин, три домати беа користени за евалуација на преживеаните микроорганизми. Три домати беа ставени во EPES и изложени на EWNS на 40.000 #/cc (домати изложени на EWNS), а три други беа ставени во контролната комора (контролни домати). Ниту една од групите домати не беше подложена на дополнителна обработка. Доматите изложени на EWNS и контролните групи 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.
Бактериските примероци од E. coli, Enterobacter и L. innocua изложени на EWNS (45 мин, концентрација на аеросол на EWNS 40.000 #/cm3) и неекспонирани беа пелетирани за да се проценат механизмите на инактивација. Талогот беше фиксиран 2 часа на собна температура во раствор од 0,1 M натриум какодилат (pH 7,4) со фиксатив од 2,5% глутаралдехид, 1,25% параформалдехид и 0,03% пикринска киселина. По миењето, тие беа фиксирани со 1% осмиум тетроксид (OsO4)/1,5% калиум фероцијанид (KFeCN6) 2 часа, измиени 3 пати со вода и инкубирани во 1% уранил ацетат 1 час, а потоа измиени двапати со вода. Последователна дехидрација по 10 минути со 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 JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Јапонија), конвенционален трансмисионен електронски микроскоп опремен со AMT 2k CCD камера (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, САД).
Сите експерименти беа спроведени во три примероци. За секоја временска точка, бактериските промивки беа поставени во три примероци, што резултираше со вкупно девет податочни точки по точка, чиј просек беше искористен како бактериска концентрација за тој конкретен организам. Стандардната девијација беше искористена како грешка во мерењето. Сите точки се земаат предвид.
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 периодот на изложеност од 45 минути, Log-Reduction беше пресметан и во споредба со контролата на 45 минути 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. За целосна студија беа избрани два случаи кои покажуваат стабилни и репродуктивни својства (Тејлоров конус, производство на EWNS и стабилност со текот на времето). На сл. 3 се прикажани резултатите за полнежот, големината и содржината на ROS за два случаи. Резултатите се исто така сумирани во Табела 1. За референца, Слика 3 и Табела 1 ги вклучуваат својствата на претходно синтетизираниот неоптимизиран EWNS8, 9, 10, 11 (основно-EWNS). Пресметките на статистичка 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 отворот за земање примероци на контраелектродата (D) и растојанието помеѓу заземјувачката електрода и врвот на иглата (L) (Дополнителни слики S2 и S3).
(a–c) Распределба на големината на AFM. (d – f) Карактеристика на површинскиот полнеж. (g) Карактеризација на ROS и ESR.
Исто така е важно да се напомене дека за сите горенаведени услови, измерените јонизациски струи беа во опсег од 2-6 µA, а напоните беа во опсег од -3,8 до -6,5 kV, што резултираше со потрошувачка на енергија за овој еднотерминален EWNS модул за генерирање помала од 50 mW. Иако EWNS беше синтетизиран под висок притисок, нивоата на озон беа многу ниски, никогаш не надминуваа 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. Полињата според сценаријата [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm] се пресметани како 2 × 105 V/m и 4,7 × 105 V/m, соодветно. Ова е очекувано, бидејќи односот на напонот кон растојанието е многу поголем во вториот случај.
На сл. 3a,b е прикажан дијаметарот на EWNS измерен со AFM8. Просечните дијаметри на EWNS за сценаријата [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm] беа пресметани како 27 nm и 19 nm, соодветно. Геометриските стандардни отстапувања на распределбите за случаите [-6,5 kV, 4,0 cm] и [-3,8 kV, 0,5 cm] 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, односно 25 nm и 1,41, соодветно. На сл. 3c е прикажана распределбата на големината на основната EWNS измерена 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. Во споредба со Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), нивниот површински полнеж е значително поголем, двојно поголем од сценариото [-6,5 kV, 4,0 cm] и четири пати поголем од сценариото [-3,8 kV, 0,5 cm]. 3f ги прикажува основните податоци за плаќање на EWNS.
Од мапите на EWNS број на концентрации (Дополнителни слики S5 и S6), може да се види дека сцената [-6,5 kV, 4,0 cm] има значително поголем број на честички отколку сцената [-3,8 kV, 0,5 cm]. Исто така, треба да се напомене дека концентрациите на EWNS број биле следени до 4 часа (Дополнителни слики S5 и S6), каде што стабилноста на генерирање на EWNS покажала исти нивоа на концентрации на број на честички во двата случаи.
Слика 3g го прикажува EPR спектарот по одземање на контролната (позадинска) вредност за оптимизиран EWNS на [-6,5 kV, 4,0 cm]. Спектарот на ROS е исто така спореден со основната линија на EWNS во претходно објавен труд. Пресметуваниот број на EWNS што реагираат со спин-стапицата е 7,5 × 104 EWNS/s, што е слично на претходно објавениот Baseline-EWNS8. EPR спектрите јасно укажуваат на присуство на два вида ROS, каде што доминираше O2-, додека OH• беше присутен во помала количина. 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 EUNS случаи, таложењето беше близу 100% дури и при низок напон од 3,0 kV. Типично, 3,0 kV е доволно за да се постигне 100% таложење без оглед на промената на површинскиот полнеж. Под истите услови, ефикасноста на таложење на Baseline-EWNS беше само 56% поради помалиот полнеж (просечно 10 електрони по EWNS).
Слика 5 и Табела 2 го сумираат степенот на инактивација на микроорганизми инокулирани на површината на доматите по изложеност на приближно 40.000 #/cm3 EWNS во тек на 45 минути под оптимално сценарио [-6,5 kV, 4,0 cm]. Инокулираните E. coli и L. innocua покажаа значително намалување од 3,8 log по 45 минути изложеност. Под истите услови, S. enterica покажа помало log намалување од 2,2 log, додека S. cerevisiae и M. parafortuitum покажаа намалување од 1,0 log.
Електронски микрографии (Слика 6) кои ги прикажуваат физичките промени предизвикани од EWNS во клетките на E. coli, Salmonella enterica и L. innocua што доведоа до инактивација. Контролните бактерии покажаа интактни клеточни мембрани, додека изложените бактерии имаа 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 на EWNS (површински полнеж и содржина на ROS) се значително подобрени во споредба со претходно објавените основни податоци на EWNS8,9,10,11. Од друга страна, нивната големина остана во нанометарскиот опсег, што е многу слично на претходно објавените резултати, дозволувајќи им да останат во воздухот подолг временски период. Набљудуваната полидисперзија може да се објасни со промени во површинскиот полнеж, кои ја одредуваат големината на Рејлиевиот ефект, случајноста и потенцијалното спојување на EWNS. 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. Оваа теорија беше експериментално потврдена за микрокапките22 и EWNS во нашата претходна публикација8. Загубата на времето 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 околностите, 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 не е униформен 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.