Спасибо за посещение Nature.com. Версия браузера, которую вы используете, имеет ограниченную поддержку CSS. Для наилучшего опыта мы рекомендуем вам использовать обновленный браузер (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). В то же время, чтобы обеспечить постоянную поддержку, мы будем отображать сайт без стилей и JavaScript.
Недавно была разработана безхимическая антимикробная платформа на основе нанотехнологий с использованием искусственных водных наноструктур (EWNS). EWNS имеют высокий поверхностный заряд и насыщены активными формами кислорода (ROS), которые могут взаимодействовать с рядом микроорганизмов, включая пищевые патогены, и инактивировать их. Здесь показано, что их свойства во время синтеза могут быть точно настроены и оптимизированы для дальнейшего повышения их антибактериального потенциала. Лабораторная платформа EWNS была разработана для тонкой настройки свойств EWNS путем изменения параметров синтеза. Характеристика свойств EWNS (заряд, размер и содержание ROS) с использованием современных аналитических методов. Кроме того, они были оценены на предмет их микробного потенциала инактивации против пищевых микроорганизмов, таких как Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum и Saccharomyces cerevisiae. Представленные здесь результаты демонстрируют, что свойства EWNS могут быть точно настроены во время синтеза, что приводит к экспоненциальному увеличению эффективности инактивации. В частности, поверхностный заряд увеличился в четыре раза, а реактивные формы кислорода увеличились. Скорость микробного удаления зависела от микробов и варьировалась от 1,0 до 3,8 log после 45-минутного воздействия аэрозольной дозы 40 000 #/cc EWNS.
Микробное загрязнение является основной причиной пищевых заболеваний, вызванных употреблением в пищу патогенов или их токсинов. Только в Соединенных Штатах пищевые заболевания вызывают около 76 миллионов заболеваний, 325 000 госпитализаций и 5 000 смертей каждый год1. Кроме того, Министерство сельского хозяйства США (USDA) оценивает, что повышенное потребление свежих продуктов является причиной 48% всех зарегистрированных пищевых заболеваний в Соединенных Штатах2. Стоимость болезней и смертей, вызванных пищевыми патогенами в Соединенных Штатах, очень высока и оценивается Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) более чем в 15,6 млрд долларов США в год3.
В настоящее время химические4, радиационные5 и термические6 антимикробные вмешательства для обеспечения безопасности пищевых продуктов в основном осуществляются в ограниченных критических контрольных точках (ККТ) по всей производственной цепочке (обычно после сбора урожая и/или во время упаковки), а не непрерывно. Таким образом, они подвержены перекрестному загрязнению. 7. Для лучшего контроля пищевых заболеваний и порчи пищевых продуктов требуются антимикробные вмешательства, которые потенциально могут применяться на всем протяжении от фермы до стола, одновременно снижая воздействие на окружающую среду и затраты.
Недавно была разработана антимикробная платформа на основе нанотехнологий, не содержащая химикатов, которая может инактивировать поверхностные и воздушные бактерии с помощью искусственных водных наноструктур (EWNS). EWNS были синтезированы с использованием двух параллельных процессов, электрораспыления и ионизации воды (рис. 1a). Предыдущие исследования показали, что EWNS обладают уникальным набором физических и биологических свойств8,9,10. EWNS имеют в среднем 10 электронов на структуру и средний размер наномасштаба 25 нм (рис. 1b,c)8,9,10. Кроме того, электронный спиновый резонанс (ESR) показал, что EWNS содержит большое количество активных форм кислорода (ROS), в основном гидроксильных (OH•) и супероксидных (O2-) радикалов (рис. 1c)8. EVNS находится в воздухе в течение длительного времени и может сталкиваться с микроорганизмами, взвешенными в воздухе и присутствующими на поверхности, доставляя их полезную нагрузку ROS и вызывая инактивацию микроорганизмов (рис. 1d). Эти ранние исследования также показали, что EWNS может взаимодействовать с различными грамотрицательными и грамположительными бактериями, включая микобактерии, и инактивировать их на поверхностях и в воздухе. Трансмиссионная электронная микроскопия показала, что инактивация была вызвана нарушением клеточной мембраны. Кроме того, исследования острого вдыхания показали, что высокие дозы EWNS не вызывают повреждения легких или воспаления 8 .
(a) Электрораспыление происходит, когда высокое напряжение подается между капиллярной трубкой, содержащей жидкость, и противоэлектродом. (b) Приложение высокого давления приводит к двум различным явлениям: (i) электрораспылению воды и (ii) образованию активных форм кислорода (ионов), удерживаемых в EWNS. (c) Уникальная структура EWNS. (d) Благодаря своей наномасштабной природе EWNS очень мобильны и могут взаимодействовать с патогенами, переносимыми по воздуху.
Недавно также была продемонстрирована способность антимикробной платформы EWNS инактивировать пищевые микроорганизмы на поверхности свежих продуктов. Также было показано, что поверхностный заряд EWNS в сочетании с электрическим полем может использоваться для достижения целевой доставки. Более того, предварительные результаты для органических томатов после 90-минутного воздействия при EWNS около 50 000 #/см3 были обнадеживающими, при этом наблюдались различные пищевые микроорганизмы, такие как E. coli и Listeria 11. Кроме того, предварительные органолептические тесты не показали никаких сенсорных эффектов по сравнению с контрольными томатами. Хотя эти первоначальные результаты инактивации обнадеживают для приложений безопасности пищевых продуктов даже при очень низких дозах EWNS 50 000 #/см3. см., очевидно, что более высокий потенциал инактивации был бы более полезным для дальнейшего снижения риска заражения и порчи.
Здесь мы сосредоточим наши исследования на разработке платформы генерации EWNS, чтобы обеспечить тонкую настройку параметров синтеза и оптимизацию физико-химических свойств EWNS для повышения их антибактериального потенциала. В частности, оптимизация была сосредоточена на увеличении их поверхностного заряда (для улучшения целевой доставки) и содержания ROS (для повышения эффективности инактивации). Охарактеризуйте оптимизированные физико-химические свойства (размер, заряд и содержание ROS) с помощью современных аналитических методов и используйте распространенные пищевые микроорганизмы, такие как E. .
EVNS синтезирован путем одновременного электрораспыления и ионизации высокочистой воды (18 МОм см–1). Электрический распылитель 12 обычно используется для распыления жидкостей и синтеза полимерных и керамических частиц 13 и волокон 14 контролируемого размера.
Как подробно описано в предыдущих публикациях 8, 9, 10, 11, в типичном эксперименте высокое напряжение подавалось между металлическим капилляром и заземленным противоэлектродом. Во время этого процесса происходят два различных явления: i) электрораспыление и ii) ионизация воды. Сильное электрическое поле между двумя электродами вызывает накопление отрицательных зарядов на поверхности конденсированной воды, что приводит к образованию конусов Тейлора. В результате образуются сильно заряженные капли воды, которые продолжают распадаться на более мелкие частицы, как в теории Рэлея16. В то же время сильные электрические поля заставляют некоторые молекулы воды расщепляться и отрывать электроны (ионизироваться), что приводит к образованию большого количества активных форм кислорода (ROS)17. Одновременно сгенерированный ROS18 был инкапсулирован в EWNS (рис. 1c).
На рис. 2а показана система генерации EWNS, разработанная и использованная в синтезе EWNS в этом исследовании. Очищенная вода, хранящаяся в закрытой бутылке, подавалась через тефлоновую трубку (внутренний диаметр 2 мм) в иглу из нержавеющей стали 30G (металлический капилляр). Поток воды контролируется давлением воздуха внутри бутылки, как показано на рис. 2б. Игла установлена ​​на тефлоновой консоли и может вручную регулироваться на определенном расстоянии от противоэлектрода. Противоэлектрод представляет собой полированный алюминиевый диск с отверстием в центре для отбора проб. Под противоэлектродом находится алюминиевая воронка для отбора проб, которая соединена с остальной частью экспериментальной установки через порт отбора проб (рис. 2б). Чтобы избежать накопления заряда, которое может нарушить работу пробоотборника, все компоненты пробоотборника электрически заземлены.
(a) Система генерации наноструктур инженерной воды (EWNS). (b) Поперечное сечение пробоотборника и электрораспылителя, показывающее наиболее важные параметры. (c) Экспериментальная установка для инактивации бактерий.
Система генерации EWNS, описанная выше, способна изменять ключевые рабочие параметры для облегчения тонкой настройки свойств EWNS. Отрегулируйте приложенное напряжение (V), расстояние между иглой и противоэлектродом (L) и поток воды (φ) через капилляр для тонкой настройки характеристик EWNS. Символ, используемый для представления различных комбинаций: [V (кВ), L (см)]. Отрегулируйте поток воды, чтобы получить стабильный конус Тейлора определенного набора [V, L]. Для целей данного исследования диаметр апертуры противоэлектрода (D) поддерживался на уровне 0,5 дюйма (1,29 см).
Из-за ограниченной геометрии и асимметрии напряженность электрического поля не может быть рассчитана из первых принципов. Вместо этого для расчета электрического поля использовалось программное обеспечение QuickField™ (Свенборг, Дания)19. Электрическое поле не является однородным, поэтому значение электрического поля на кончике капилляра использовалось в качестве опорного значения для различных конфигураций.
В ходе исследования оценивались несколько комбинаций напряжения и расстояния между иглой и противоэлектродом с точки зрения формирования конуса Тейлора, стабильности конуса Тейлора, стабильности производства EWNS и воспроизводимости. Различные комбинации показаны в дополнительной таблице S1.
Выход системы генерации EWNS был подключен напрямую к сканирующему анализатору размера частиц подвижности (SMPS, модель 3936, TSI, Shoreview, MN) для измерения концентрации числа частиц, а также к аэрозольному электрометру Фарадея (TSI, модель 3068B, Shoreview, MN). ) для аэрозольных токов измерялся, как описано в нашей предыдущей публикации. Как SMPS, так и аэрозольный электрометр отбирали пробы при скорости потока 0,5 л/мин (общий поток пробы 1 л/мин). Концентрация чисел частиц и поток аэрозоля измерялись в течение 120 секунд. Измерение повторяется 30 раз. На основе текущих измерений рассчитывается общий заряд аэрозоля и оценивается средний заряд EWNS для заданного общего числа выбранных частиц EWNS. Среднюю стоимость EWNS можно рассчитать с помощью уравнения (1):
где IEl — измеренный ток, NSMPS — цифровая концентрация, измеренная с помощью SMPS, а φEl — расход на электрометр.
Поскольку относительная влажность (RH) влияет на поверхностный заряд, температура и (RH) во время эксперимента поддерживались постоянными на уровне 21°C и 45% соответственно.
Для измерения размера и времени жизни EWNS использовались атомно-силовая микроскопия (АСМ), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Санта-Барбара, Калифорния) и зонд AC260T (Olympus, Токио, Япония). Частота сканирования АСМ составляла 1 Гц, область сканирования — 5 мкм × 5 мкм, 256 линий сканирования. Все изображения подвергались выравниванию изображений 1-го порядка с использованием программного обеспечения Asylum (диапазон маски 100 нм, порог 100 пм).
Испытательная воронка была удалена, а поверхность слюды была помещена на расстоянии 2,0 см от противоэлектрода на время усреднения 120 с, чтобы избежать агломерации частиц и образования нерегулярных капель на поверхности слюды. EWNS распылялся непосредственно на поверхность свежесрезанной слюды (Ted Pella, Redding, CA). Изображение поверхности слюды сразу после распыления АСМ. Контактный угол поверхности свежесрезанной немодифицированной слюды близок к 0°, поэтому EVNS распределяется на поверхности слюды в форме купола. Диаметр (a) и высота (h) диффундирующих капель измерялись непосредственно из топографии АСМ и использовались для расчета куполообразного диффузионного объема EWNS с использованием нашего ранее проверенного метода. Предполагая, что бортовые EWNS имеют тот же объем, эквивалентный диаметр можно рассчитать с помощью уравнения (2):
На основе нашего ранее разработанного метода была использована спиновая ловушка электронного спинового резонанса (ESR) для обнаружения присутствия короткоживущих радикальных промежуточных продуктов в EWNS. Аэрозоли барботировались через 650 мкм Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ), содержащий 235 мМ раствор DEPMPO(5-(диэтоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) (Oxis International Inc.). Портленд, Орегон). Все измерения ESR были выполнены с использованием спектрометра Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) и плоскопанельной ячейки. Для сбора и анализа данных использовалось программное обеспечение Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA). Определение характеристик ROS проводилось только для набора рабочих условий [-6,5 кВ, 4,0 см]. Концентрации EWNS измерялись с помощью SMPS после учета потерь EWNS в импакторе.
Уровень озона контролировался с помощью двухлучевого озонового монитора 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Боулдер, Колорадо)8,9,10.
Для всех свойств EWNS в качестве значения измерения используется среднее значение, а в качестве ошибки измерения — стандартное отклонение. Для сравнения значений оптимизированных атрибутов EWNS с соответствующими значениями базового EWNS были проведены t-тесты.
На рисунке 2c показана ранее разработанная и охарактеризованная система «вытягивания» электростатического осаждения (EPES), которая может использоваться для целенаправленной доставки EWNS на поверхность. EPES использует заряды EVNS, которые могут быть «направлены» непосредственно на поверхность мишени под воздействием сильного электрического поля. Подробная информация о системе EPES представлена ​​в недавней публикации Пиргиотакиса и др. 11 . Таким образом, EPES состоит из 3D-печатной ПВХ-камеры с коническими концами и содержит две параллельные металлические пластины из нержавеющей стали (нержавеющая сталь 304, с зеркальным покрытием) в центре на расстоянии 15,24 см друг от друга. Платы были подключены к внешнему источнику высокого напряжения (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), нижняя пластина всегда была подключена к положительному напряжению, а верхняя пластина всегда была подключена к заземлению (плавающее заземление). Стенки камеры покрыты алюминиевой фольгой, которая электрически заземлена для предотвращения потери частиц. Камера оснащена герметичной передней загрузочной дверцей, которая позволяет размещать испытательные поверхности на пластиковых подставках, которые приподнимают их над нижней металлической пластиной, чтобы избежать помех высокого напряжения.
Эффективность осаждения EWNS в EPES рассчитывалась в соответствии с ранее разработанным протоколом, подробно описанным в дополнительном рисунке S111.
В качестве контрольной камеры вторая цилиндрическая проточная камера была последовательно подключена к системе EPES, в которой для удаления EWNS использовался промежуточный фильтр HEPA. Как показано на рисунке 2c, аэрозоль EWNS прокачивался через две встроенные камеры. Фильтр между контрольной комнатой и EPES удаляет все оставшиеся EWNS, что приводит к той же температуре (T), относительной влажности (RH) и уровням озона.
Было обнаружено, что важные пищевые микроорганизмы загрязняют свежие продукты, такие как E. coli (ATCC #27325), индикатор фекалий, Salmonella enterica (ATCC #53647), пищевой патоген, Listeria harmonic (ATCC #33090), суррогат патогенного Listeria monocytogenes, полученный из ATCC (Манассас, Вирджиния) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), заменитель дрожжей, вызывающих порчу, и более устойчивая инактивированная бактерия, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Купите случайные коробки органических виноградных томатов на местном рынке и поставьте в холодильник при температуре 4°C до использования (до 3 дней). Экспериментальные томаты были все одинакового размера, около 1/2 дюйма в диаметре.
Протоколы культивирования, инокуляции, воздействия и подсчета колоний подробно описаны в нашей предыдущей публикации и в Дополнительных данных. Эффективность EWNS оценивалась путем воздействия на инокулированные томаты 40 000 #/см3 в течение 45 минут. Вкратце, три томата использовались для оценки выживших микроорганизмов в момент времени t = 0 мин. Три томата были помещены в EPES и подвергнуты воздействию EWNS при 40 000 #/см3 (томаты, подвергнутые воздействию EWNS), а оставшиеся три были помещены в контрольную камеру (контрольные томаты). Дополнительная обработка томатов в обеих группах не проводилась. Томаты, подвергнутые воздействию EWNS, и контрольные томаты были удалены через 45 минут для оценки эффекта EWNS.
Каждый эксперимент проводился трижды. Анализ данных проводился в соответствии с протоколом, описанным в Дополнительных данных.
Механизмы инактивации оценивали путем седиментации экспонированных образцов EWNS (45 мин при концентрации аэрозоля EWNS 40 000 #/см3) и необлученных образцов безвредных бактерий E. coli, Salmonella enterica и Lactobacillus. Частицы фиксировали в 2,5% глутаральдегиде, 1,25% параформальдегиде и 0,03% пикриновой кислоте в 0,1 М буфере какодилата натрия (pH 7,4) в течение 2 часов при комнатной температуре. После промывки проводили постфиксацию 1% тетроксидом осмия (OsO4)/1,5% ферроцианидом калия (KFeCN6) в течение 2 часов, промывали 3 раза в воде и инкубировали в 1% уранилацетате в течение 1 часа, затем промывали дважды в воде, затем дегидратировали в течение 10 минут в 50%, 70%, 90%, 100% спирте. Образцы затем помещали в пропиленоксид на 1 час и пропитывали смесью пропиленоксида и TAAP Epon в соотношении 1:1 (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Образцы заливали в TAAB Epon и полимеризовали при 60°C в течение 48 часов. Отвержденную гранулированную смолу разрезали и визуализировали с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) с использованием обычного просвечивающего электронного микроскопа JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Япония), оснащенного камерой AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
Все эксперименты проводились в трех повторностях. Для каждой временной точки бактериальные промывки засевали в трех повторностях, что дало в общей сложности девять точек данных на точку, среднее значение которых использовалось в качестве концентрации бактерий для данного конкретного микроорганизма. Стандартное отклонение использовалось в качестве ошибки измерения. Все точки учитываются.
Логарифм снижения концентрации бактерий по сравнению с t = 0 мин рассчитывали по следующей формуле:
где C0 — концентрация бактерий в контрольном образце в момент времени 0 (т.е. после высыхания поверхности, но до помещения ее в камеру), а Cn — концентрация бактерий на поверхности после n минут воздействия.
Для учета естественной деградации бактерий в течение 45-минутного воздействия также рассчитывали логарифм снижения по сравнению с контролем через 45 минут следующим образом:
где Cn — концентрация бактерий в контрольном образце в момент времени n, а Cn-Control — концентрация контрольных бактерий в момент времени n. Данные представлены в виде логарифмического снижения по сравнению с контролем (без воздействия EWNS).
В ходе исследования оценивались несколько комбинаций напряжения и расстояния между иглой и противоэлектродом с точки зрения формирования конуса Тейлора, стабильности конуса Тейлора, стабильности продукции EWNS и воспроизводимости. Различные комбинации показаны в Дополнительной таблице S1. Для всестороннего исследования были выбраны два случая, демонстрирующие стабильные и воспроизводимые свойства (конус Тейлора, генерация EWNS и стабильность с течением времени). На рис. Рисунок 3 показывает результаты для заряда, размера и содержания ROS в обоих случаях. Результаты также суммированы в Таблице 1. Для справки, как Рисунок 3, так и Таблица 1 включают свойства ранее синтезированных неоптимизированных EWNS8, 9, 10, 11 (базовый EWNS). Расчеты статистической значимости с использованием двустороннего t-критерия повторно опубликованы в Дополнительной таблице S2. Кроме того, дополнительные данные включают исследования влияния диаметра отверстия для отбора проб противоэлектрода (D) и расстояния между заземляющим электродом и наконечником (L) (дополнительные рисунки S2 и S3).
(ac) Распределение размеров, измеренное с помощью АСМ. (df) Характеристика поверхностного заряда. (g) Характеристика ROS ЭПР.
Также важно отметить, что для всех вышеперечисленных условий измеренный ток ионизации составлял от 2 до 6 мкА, а напряжение — от -3,8 до -6,5 кВ, что приводит к потребляемой мощности менее 50 мВт для этого одного контактного модуля генерации EWNS. Хотя EWNS был синтезирован под высоким давлением, уровни озона были очень низкими, никогда не превышая 60 ppb.
Дополнительный рисунок S4 показывает смоделированные электрические поля для сценариев [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] соответственно. Для сценариев [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] расчеты поля составляют 2 × 105 В/м и 4,7 × 105 В/м соответственно. Это ожидаемо, поскольку во втором случае отношение напряжения к расстоянию намного выше.
На рис. 3a,b показан диаметр EWNS, измеренный с помощью AFM8. Рассчитанные средние диаметры EWNS составили 27 нм и 19 нм для схем [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] соответственно. Для сценариев [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] геометрические стандартные отклонения распределений составляют 1,41 и 1,45 соответственно, что указывает на узкое распределение размеров. Как средний размер, так и геометрическое стандартное отклонение очень близки к базовому EWNS, на уровне 25 нм и 1,41 соответственно. На рис. 3c показано распределение размеров базового EWNS, измеренное с использованием того же метода в тех же условиях.
На рис. 3d,e показаны результаты характеризации заряда. Данные представляют собой средние измерения 30 одновременных измерений концентрации (#/см3) и тока (I). Анализ показывает, что средний заряд на EWNS составляет 22 ± 6 e- и 44 ± 6 e- для [-6,5 кВ, 4,0 см] и [-3,8 кВ, 0,5 см] соответственно. Они имеют значительно более высокие поверхностные заряды по сравнению с базовым EWNS (10 ± 2 e-), в два раза больше, чем сценарий [-6,5 кВ, 4,0 см] и в четыре раза больше, чем сценарий [-3 .8 кВ, 0,5 см]. На рисунке 3f показаны данные заряда для базового EWNS.
Из карт концентрации числа EWNS (дополнительные рисунки S5 и S6) видно, что сценарий [-6,5 кВ, 4,0 см] имеет значительно больше частиц, чем сценарий [-3,8 кВ, 0,5 см]. Стоит также отметить, что концентрация числа EWNS контролировалась до 4 часов (дополнительные рисунки S5 и S6), где стабильность генерации EWNS показала одинаковые уровни концентрации числа частиц в обоих случаях.
На рис. 3g показан спектр ЭПР после вычитания оптимизированного контроля EWNS (фон) при [-6,5 кВ, 4,0 см]. Спектры ROS также сравнивались со сценарием Baseline-EWNS в ранее опубликованной работе. Количество EWNS, реагирующих со спиновыми ловушками, было рассчитано как 7,5 × 104 EWNS/с, что аналогично ранее опубликованному Baseline-EWNS8. Спектры ЭПР четко показали присутствие двух типов ROS, причем O2- был преобладающим видом, а OH• был менее распространенным. Кроме того, прямое сравнение интенсивностей пиков показало, что оптимизированный EWNS имел значительно более высокое содержание ROS по сравнению с базовым EWNS.
На рис. 4 показана эффективность осаждения EWNS в EPES. Данные также суммированы в Таблице I и сравнены с исходными данными EWNS. Для обоих случаев EUNS осаждение близко к 100% даже при низком напряжении 3,0 кВ. Обычно 3,0 кВ достаточно для 100% осаждения, независимо от изменения поверхностного заряда. При тех же условиях эффективность осаждения Baseline-EWNS составила всего 56% из-за их более низкого заряда (в среднем 10 электронов на EWNS).
На рис. 5 и в табл. 2 суммированы значения инактивации микроорганизмов, инокулированных на поверхность томатов после воздействия около 40 000 #/см3 EWNS в течение 45 минут при оптимальном режиме [-6,5 кВ, 4,0 см]. Инокулированные E. coli и Lactobacillus innocuous показали значительное снижение на 3,8 log в течение 45-минутного воздействия. При тех же условиях S. enterica показал снижение на 2,2 log, в то время как S. cerevisiae и M. parafortutum показали снижение на 1,0 log.
Электронные микрофотографии (рисунок 6) отображают физические изменения, вызванные EWNS на безвредных клетках Escherichia coli, Streptococcus и Lactobacillus, приводящие к их инактивации. Контрольные бактерии имели неповрежденные клеточные мембраны, в то время как подвергшиеся воздействию бактерии имели поврежденные внешние мембраны.
Электронно-микроскопическое исследование контрольных и подвергшихся воздействию бактерий выявило повреждение мембраны.
Данные о физико-химических свойствах оптимизированных EWNS в совокупности показывают, что свойства (поверхностный заряд и содержание ROS) EWNS были значительно улучшены по сравнению с ранее опубликованными базовыми данными EWNS8,9,10,11. С другой стороны, их размер оставался в нанометровом диапазоне, что очень похоже на ранее опубликованные результаты, что позволяет им оставаться в воздухе в течение длительных периодов времени. Наблюдаемая полидисперсность может быть объяснена изменениями поверхностного заряда, которые определяют размер EWNS, случайностью эффекта Рэлея и потенциальной коалесценцией. Однако, как подробно описано Нильсеном и др. 22, высокий поверхностный заряд снижает испарение, эффективно увеличивая поверхностную энергию/натяжение капли воды. В нашей предыдущей публикации8 эта теория была экспериментально подтверждена для микрокапель 22 и EWNS. Потеря заряда в течение времени также может влиять на размер и вносить вклад в наблюдаемое распределение размеров.
Кроме того, заряд на структуру составляет около 22-44 е-, в зависимости от ситуации, что значительно выше по сравнению с базовой EWNS, которая имеет средний заряд 10 ± 2 электронов на структуру. Однако следует отметить, что это средний заряд EWNS. Сето и др. Было показано, что заряд неоднороден и следует логнормальному распределению21. По сравнению с нашей предыдущей работой, удвоение поверхностного заряда удваивает эффективность осаждения в системе EPES почти до 100%11.