Hatur nuhun pikeun ngadatangan Nature.com. Anjeun nganggo versi browser kalayan dukungan CSS kawates. Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun yén anjeun nganggo browser anu diropéa (atanapi nganonaktipkeun Mode Kasaluyuan dina Internet Explorer). Sajaba ti éta, pikeun mastikeun rojongan lumangsung, urang némbongkeun situs tanpa gaya na JavaScript.
Anyar-anyar ieu, platform antimikroba bébas kimiawi dumasar kana nanotéhnologi ngagunakeun struktur nano cai jieunan (EWNS) parantos dikembangkeun. EWNS gaduh muatan permukaan anu luhur sareng beunghar ku spésiés oksigén réaktif (ROS) anu tiasa berinteraksi sareng nganonaktipkeun sajumlah mikroorganisme, kalebet patogén bawaan dahareun. Di dieu nunjukkeun yén sipatna nalika sintésis tiasa disaluyukeun sareng dioptimalkeun pikeun ningkatkeun poténsi antibakteri na. Platform laboratorium EWNS dirarancang pikeun nyempurnakeun sipat EWNS ku cara ngarobah parameter sintésis. Karakterisasi sipat EWNS (muatan, ukuran, sareng eusi ROS) dilaksanakeun nganggo metode analitik modern. Salaku tambahan, mikroorganisme pangan sapertos Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, sareng Saccharomyces cerevisiae diinokulasikeun kana permukaan tomat anggur organik pikeun meunteun poténsi inactivation mikroba. Hasil anu disayogikeun di dieu nunjukkeun yén sipat EWNS tiasa disaluyukeun nalika sintésis, nyababkeun paningkatan éksponénsial dina efisiensi inaktivasi. Khususna, muatan permukaan ningkat ku faktor opat, sareng eusi ROS ningkat. Laju panyabutan mikroba éta microbially gumantung jeung ranged ti 1.0 nepi ka 3.8 log sanggeus 45 menit paparan ka dosis aerosol 40.000 #/cm3 EWNS.
Kontaminasi mikroba mangrupikeun panyabab utama panyakit bawaan pangan anu disababkeun ku asupan patogén atanapi racunna. Panyakit bawaan pangan nyababkeun sakitar 76 juta panyakit, 325,000 dirawat di rumah sakit, sareng 5,000 maotna unggal taun di Amérika Serikat nyalira1. Sajaba ti éta, Departemen Pertanian Amérika Sarikat (USDA) ngira-ngira yén ngaronjat konsumsi produk seger tanggung jawab 48 persén sadaya kasakit foodborne dilaporkeun di Amérika Serikat2. Biaya gering sareng maot tina patogén bawaan dahareun di Amérika Serikat kacida luhurna, diperkirakeun ku Pusat Pengendalian sareng Pencegahan Panyakit (CDC) langkung ti AS $ 15.6 milyar per taun3.
Ayeuna, chemical4, radiation5 and thermal6 interventions antimicrobial pikeun mastikeun kasalametan pangan utamana dilaksanakeun di titik kontrol kritis (CCPs) kawates dina ranté produksi (biasana sanggeus panén jeung/atawa salila bungkusan) tinimbang terus-terusan dilaksanakeun dina cara sapertos nu produk seger tunduk kana cross-kontaminasi. Kurang dampak sareng biaya.
Platform antimikroba bébas kimia dumasar kana nanotéhnologi nembé dikembangkeun pikeun nganonaktipkeun baktéri dina permukaan sareng dina hawa nganggo struktur nano cai jieunan (EWNS). Pikeun sintésis EVNS, dua prosés paralel dipaké: electrospray jeung ionisasi cai (Gbr. 1a). EWNS saméméhna geus ditémbongkeun boga set unik sipat fisik jeung biologis8,9,10. EWNS miboga rata-rata 10 éléktron per struktur jeung ukuran nanométer rata-rata 25 nm (Gbr. 1b,c)8,9,10. Sajaba ti éta, résonansi spin éléktron (ESR) némbongkeun yén EWNS ngandung jumlah badag spésiés oksigén réaktif (ROS), utamana hidroksil (OH•) jeung superoksida (O2-) radikal (Gbr. 1c) 8. EWNS tetep dina hawa pikeun lila sarta bisa tabrakan jeung mikroba ditunda dina hawa sarta hadir dina surfaces, delivering payload ROS maranéhanana sarta ngabalukarkeun inactivation mikroba (Gbr. 1d). Panaliti saméméhna ogé nunjukkeun yén EWNS tiasa berinteraksi sareng sareng nganonaktipkeun rupa-rupa baktéri gram-négatip sareng gram-positip anu penting pikeun kaséhatan masarakat, kalebet mikobaktéri, dina permukaan sareng dina hawa8,9. Transmisi mikroskop éléktron némbongkeun yén inactivation disababkeun ku gangguan mémbran sél. Sajaba ti éta, studi inhalation akut geus ditémbongkeun yén dosis tinggi EWNS teu ngabalukarkeun karuksakan paru atawa radang8.
(a) Electrospray lumangsung nalika tegangan luhur diterapkeun antara kapilér ngandung cairan jeung éléktroda counter. (b) Aplikasi tegangan luhur ngahasilkeun dua fenomena béda: (i) electrospraying cai jeung (ii) generasi spésiés oksigén réaktif (ion) trapped dina EWNS. (c) Struktur unik EWNS. (d) EWNS pisan mobile alatan sipat nanoskala maranéhanana sarta bisa berinteraksi sareng patogén airborne.
Kamampuh platform antimikroba EWNS pikeun nganonaktipkeun mikroorganisme bawaan dahareun dina beungeut kadaharan seger ogé parantos nunjukkeun. Ogé geus ditémbongkeun yén muatan permukaan EWNS bisa dipaké dina kombinasi kalayan médan listrik pikeun pangiriman sasaran. Langkung pentingna, hasil awal anu ngajangjikeun tina kirang langkung 1,4 log réduksi dina kagiatan tomat organik ngalawan rupa-rupa mikroorganisme pangan sapertos E. coli sareng Listeria dititénan dina 90 menit tina paparan EWNS dina konsentrasi kira-kira 50.000#/cm311. Sajaba ti éta, tés évaluasi organoleptik awal némbongkeun euweuh pangaruh organoleptic dibandingkeun tomat kontrol. Sanajan hasil inactivation awal ieu janji kaamanan pangan sanajan dina dosis EWNS pisan low tina 50.000 # / cc. tingali, eta jelas yén poténsi inactivation luhur bakal leuwih mangpaat jang meberkeun ngurangan résiko inféksi jeung spoilage.
Di dieu, urang bakal museurkeun panalungtikan urang dina ngembangkeun platform generasi EWNS pikeun fine tuning parameter sintésis jeung ngaoptimalkeun sipat fisikokimia EWNS pikeun ngaronjatkeun poténsi antibakteri maranéhanana. Utamana, optimasi geus fokus kana ngaronjatkeun muatan permukaan maranéhanana (pikeun ngaronjatkeun pangiriman sasaran) jeung eusi ROS (pikeun ngaronjatkeun efisiensi inactivation). Karakterisasi sipat fisik-kimiawi dioptimalkeun (ukuran, muatan jeung eusi ROS) ngagunakeun métode analitik modern jeung ngagunakeun mikroorganisme pangan umum kayaning E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae jeung M. parafortuitum.
EVNS disintésis ku electrospraying simultaneous sarta ionisasi cai purity tinggi (18 MΩ cm-1). Alat penyemprot listrik 12 biasana dianggo pikeun ngatomisasi cair sareng polimér sintétik sareng partikel keramik 13 sareng serat 14 ukuran anu dikontrol.
Salaku wincikan dina publikasi saméméhna 8, 9, 10, 11, dina percobaan has, tegangan tinggi diterapkeun antara kapilér logam jeung éléktroda counter grounded. Salila prosés ieu, dua fenomena béda lumangsung: 1) electrospray jeung 2) ionisasi cai. Médan listrik anu kuat antara dua éléktroda ngabalukarkeun muatan négatip numpuk dina beungeut cai condensed, hasilna formasi Taylor congcot. Hasilna, titik-titik cai anu boga muatan kacida kabentuk, nu terus ngarecah jadi partikel nu leuwih leutik, nurutkeun téori Rayleigh16. Dina waktos anu sami, médan listrik anu kuat nyababkeun sababaraha molekul cai beulah sareng ngaleungitkeun éléktron (ionisasi), ku kituna ngahasilkeun sajumlah ageung spésiés oksigén réaktif (ROS)17. pakét ROS18 dihasilkeun sakaligus ieu encapsulated di EWNS (Gbr. 1c).
Dina Gbr. 2a nembongkeun sistem generasi EWNS dimekarkeun sarta dipaké dina sintésis EWNS dina ulikan ieu. Cai dimurnikeun disimpen dina botol katutup ieu fed ngaliwatan tube Teflon (2 mm diaméterna jero) kana jarum stainless steel 30G (kapilér logam). Ditémbongkeun saperti dina Gambar 2b, aliran cai dikawasa ku tekanan hawa di jero botol. Jarum dipasang dina konsol Teflon anu tiasa disaluyukeun sacara manual dina jarak anu tangtu tina éléktroda counter. Éléktroda counter nyaéta piringan aluminium anu digosok kalayan liang di tengah pikeun sampling. Handapeun éléktroda counter mangrupa corong sampling aluminium, nu disambungkeun ka sesa setelan eksperimen via port sampling (Gbr. 2b). Sadaya komponén sampler di grounded sacara listrik pikeun nyegah penumpukan muatan anu tiasa nguraikeun sampling partikel.
(a) Engineered Water Nanostructure Generation System (EWNS). (b) Cross section of sampler na electrospray Unit némbongkeun parameter pangpentingna. (c) Setup ékspérimén pikeun inactivation baktéri.
Sistem generasi EWNS ditétélakeun di luhur sanggup ngarobah parameter operasi konci pikeun mempermudah tuning rupa sipat EWNS. Saluyukeun tegangan anu diterapkeun (V), jarak antara jarum sareng éléktroda kontra (L), sareng aliran cai (φ) ngalangkungan kapilér pikeun nyaluyukeun karakteristik EWNS. Lambang [V (kV), L (cm)] dipaké pikeun nandaan kombinasi béda. Saluyukeun aliran cai pikeun meunangkeun kerucut Taylor stabil tina set tangtu [V, L]. Pikeun kaperluan ulikan ieu, aperture éléktroda counter (D) disetel dina 0,5 inci (1,29 cm).
Alatan géométri jeung asimétri kawates, kakuatan médan listrik teu bisa diitung tina prinsip munggaran. Gantina, software QuickField™ (Svendborg, Denmark)19 dipaké pikeun ngitung médan listrik. Médan listrik henteu seragam, ku kituna nilai médan listrik dina ujung kapilér dipaké salaku nilai rujukan pikeun sagala rupa konfigurasi.
Salila pangajaran, sababaraha kombinasi tegangan jeung jarak antara jarum jeung éléktroda counter anu dievaluasi dina watesan formasi Taylor congcot, stabilitas congcot Taylor, stabilitas produksi EWNS, sarta reproducibility. Rupa-rupa kombinasi dipidangkeun dina Tabel Tambahan S1.
Kaluaran tina sistem generasi EWNS ieu langsung disambungkeun ka Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) pikeun ngukur konsentrasi jumlah partikel sarta dipaké ku éléktrométer aerosol Faraday (TSI, model 3068B, Shoreview, AS). MN) pikeun ngukur aliran aerosol, sakumaha anu dijelaskeun dina publikasi kami sateuacana9. Duanana SMPS sareng éléktrométer aerosol disampel dina laju aliran 0,5 L / mnt (total aliran sampel 1 L / mnt). Konsentrasi partikel sareng fluks aerosol diukur salami 120 detik. Ulang pangukuran 30 kali. Muatan aerosol total diitung tina pangukuran ayeuna, sareng rata-rata muatan EWNS diperkirakeun tina total jumlah partikel EWNS anu disampel. Biaya rata-rata EWNS tiasa diitung nganggo Persamaan (1):
dimana IEl nyaéta arus anu diukur, NSMPS nyaéta jumlah konsentrasi anu diukur nganggo SMPS, sareng φEl nyaéta laju aliran ka éléktrométer.
Kusabab kalembaban relatif (RH) mangaruhan muatan permukaan, suhu sareng (RH) dijaga konstan dina 21 ° C sareng 45% masing-masing salami percobaan.
Atomic force microscopy (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) jeung AC260T probe (Olympus, Tokyo, Japan) digunakeun pikeun ngukur ukuran jeung umur EWNS. Laju panyeken AFM nyaéta 1 Hz sareng daérah panyeken nyaéta 5 µm × 5 µm kalayan 256 garis scan. Sadaya gambar dipasihan alignment gambar urutan kahiji nganggo parangkat lunak Asylum (topeng kalayan kisaran 100 nm sareng ambang 100 pm).
Cabut corong sampling sareng tempatkeun permukaan mika dina jarak 2,0 cm tina éléktroda counter pikeun waktos rata-rata 120 s pikeun ngahindarkeun coalescence partikel sareng kabentukna titik-titik anu henteu teratur dina permukaan mika. EWNS diterapkeun langsung kana permukaan mika anu nembé dipotong (Ted Pella, Redding, CA). Langsung saatos sputtering, permukaan mika ieu visualized maké AFM. Sudut kontak permukaan mika anu henteu dirobih anu énggal dipotong caket kana 0°, janten EWNS ngarambat dina permukaan mika dina bentuk kubah20. Diaméter (a) sareng jangkungna (h) tina titik-titik anu sumebar diukur langsung tina topografi AFM sareng dianggo pikeun ngitung volume difusi kubah EWNS nganggo metodeu kami anu disahkeun saméméhna8. Anggap EVNS onboard boga volume sarua, diaméter sarua bisa diitung tina persamaan (2):
Luyu sareng padika anu kami parantos dikembangkeun, perangkap spin éléktron spin résonansi (ESR) dianggo pikeun ngadeteksi ayana perantara radikal pondok-cicing dina EWNS. Aerosol dialirkeun ngaliwatan solusi anu ngandung 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl) -5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Sadaya pangukuran EPR dilakukeun nganggo spéktrométer Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, AS) sareng susunan sél datar. Parangkat lunak Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) dianggo pikeun ngumpulkeun sareng nganalisis data. Karakterisasi ROS dilaksanakeun ngan ukur pikeun sakumpulan kaayaan operasi [-6,5 kV, 4,0 cm]. Konsentrasi EWNS diukur nganggo SMPS saatos ngitung leungitna EWNS dina impactor.
Tingkat ozon dipantau nganggo 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Kanggo sadaya sipat EWNS, nilai pangukuran mangrupikeun rata-rata pangukuran, sareng kasalahan pangukuran mangrupikeun simpangan standar. Uji-t dilakukeun pikeun ngabandingkeun nilai atribut EWNS anu dioptimalkeun sareng nilai anu cocog tina dasar EWNS.
angka 2c nembongkeun saméméhna dimekarkeun sarta dicirikeun éléktrostatik Présipitasi Pass Ngaliwatan System (EPES) nu bisa dipaké pikeun sasaran EWNS11 mun surfaces. EPES ngagunakeun muatan EWNS dina kombinasi sareng médan listrik anu kuat pikeun "nunjuk" langsung ka permukaan udagan. Rincian sistem EPES dibere dina publikasi panganyarna ku Pyrgiotakis et al.11. Ku kituna, EPES diwangun ku chamber PVC dicitak 3D kalawan tungtung tapered ngandung dua stainless steel paralel (304 stainless steel, eunteung digosok) pelat logam di tengah 15,24 cm eta. Papan disambungkeun ka sumber tegangan tinggi éksternal (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, Ny), dewan handap salawasna positif jeung dewan luhur salawasna grounded (ngambang). Tembok chamber ditutupan ku aluminium foil, nu geus grounded listrik pikeun nyegah leungitna partikel. chamber ngabogaan panto loading hareup disegel anu ngamungkinkeun surfaces test bisa disimpen dina rak plastik, ngangkat aranjeunna kaluar pelat logam handap pikeun nyegah gangguan tegangan tinggi.
Efisiensi déposisi EWNS di EPES diitung dumasar kana protokol anu dikembangkeun saméméhna anu diwincik dina Gambar Tambahan S111.
Salaku chamber kontrol, aliran kadua ngaliwatan chamber cylindrical disambungkeun dina runtuyan jeung sistem EPES ngagunakeun hiji HEPA filter panengah ngaleupaskeun EWNS. Ditémbongkeun saperti dina Gbr. 2c, aerosol EWNS dipompa ngaliwatan dua kamar anu dihubungkeun sacara séri. Saringan antara kamar kontrol sareng EPES ngaleungitkeun EWNS sésana anu nyababkeun suhu (T), kalembaban relatif (RH) sareng tingkat ozon anu sami.
Mikroorganisme bawaan pangan anu penting parantos kapanggih ngotorkeun produk seger sapertos Escherichia coli (ATCC #27325), indikator fecal, Salmonella enterica (ATCC #53647), patogén bawaan tuangeun, Listeria innocua (ATCC #33090), alternatif pikeun patogén Listeria monocytogenes. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) salaku alternatif pikeun ragi spoilage, sarta Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) salaku baktéri hirup leuwih tahan dibeuli ti ATCC (Manassas, Virginia).
Mésér sacara acak kotak tomat anggur organik ti pasar lokal anjeun sareng refrigerate dina suhu 4 ° C dugi ka dianggo (dugi ka 3 dinten). Pilih tomat pikeun ékspérimén kalawan hiji ukuran, ngeunaan 1/2 inci diaméterna.
Protokol pikeun inkubasi, inokulasi, paparan jeung cacah koloni geus diwincik dina publikasi urang saméméhna tur dipedar di jéntré dina Suplemén Data 11. kinerja EWNS ieu dievaluasi ku exposing tomat inoculated ka 40.000 # / cm3 pikeun 45 menit. Sakeudeung, dina waktu t = 0 mnt, tilu tomat dipaké pikeun meunteun mikroorganisme anu salamet. Tilu tomat disimpen dina EPES sarta kakeunaan EWNS dina 40.000 # / cc (EWNS kakeunaan tomat) jeung tilu lianna disimpen dina chamber kontrol (tomat kontrol). Euweuh sahiji grup tomat ieu subjected kana processing tambahan. Tomat sareng kontrol anu kakeunaan EWNS dipiceun saatos 45 menit pikeun ngira-ngira pangaruh EWNS.
Unggal percobaan dilaksanakeun dina rangkep tilu. Analisis data dilaksanakeun dumasar kana protokol anu dijelaskeun dina Data Suplemén.
E. coli, Enterobacter, sarta L. innocua sampel baktéri kakeunaan EWNS (45 mnt, konsentrasi aerosol EWNS 40,000 # / cm3) jeung unexposed anu pelleted ka assess mékanisme inactivation. Éndapan dibenerkeun salila 2 jam dina suhu kamar dina 0,1 M larutan natrium cacodylate (pH 7,4) jeung fixative 2,5% glutaraldehyde, 1,25% paraformaldehyde jeung 0,03% asam picric. Saatos ngumbah, aranjeunna dibereskeun sareng 1% osmium tetroxide (OsO4) / 1,5% kalium ferrocyanide (KFeCN6) salami 2 jam, dikumbah 3 kali sareng cai sareng diinkubasi dina 1% uranil asétat salami 1 jam, teras dikumbah dua kali ku cai. Dehidrasi salajengna 10 menit masing-masing 50%, 70%, 90%, 100% alkohol. Sampel lajeng disimpen dina propiléna oksida salila 1 jam sarta impregnated kalawan 1: 1 campuran propiléna oksida jeung TAAP Epon (Marivac Kanada Inc. St. Laurent, CA). Sampel dilebetkeun kana TAAB Epon sareng dipolimérisasi dina suhu 60 ° C salami 48 jam. Résin granular anu diubaran dipotong sareng ditingali ku TEM nganggo JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Jepang), mikroskop éléktron transmisi konvensional anu dilengkepan kaméra AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, AS).
Sadaya percobaan dilaksanakeun dina rangkep tilu. Pikeun unggal titik waktu, cuci baktéri dilapis dina rangkep tilu, hasilna total salapan titik data per titik, rata-rata dipaké salaku konsentrasi baktéri pikeun organisme nu tangtu. simpangan baku dipaké salaku kasalahan pangukuran. Kabéh titik diitung.
Logaritma tina panurunan dina konsentrasi baktéri dibandingkeun t = 0 mnt diitung ngagunakeun rumus ieu:
dimana C0 nyaéta konsentrasi baktéri dina sampel kontrol dina waktu 0 (ie sanggeus beungeut geus garing tapi saméméh disimpen dina chamber) jeung Cn nyaéta konsentrasi baktéri dina beungeut cai sanggeus n menit paparan.
Pikeun ngitung degradasi alami baktéri salami periode paparan 45 menit, Log-Reduction ogé diitung dibandingkeun sareng kontrol dina menit 45 sapertos kieu:
Dimana Cn nyaéta konsentrasi baktéri dina sampel kontrol dina waktu n jeung Cn-Control nyaéta konsentrasi baktéri kontrol dina waktu n. Data dibere salaku réduksi log dibandingkeun kontrol (euweuh paparan EWNS).
Salila pangajaran, sababaraha kombinasi tegangan jeung jarak antara jarum jeung éléktroda counter anu dievaluasi dina watesan formasi Taylor congcot, stabilitas congcot Taylor, stabilitas produksi EWNS, sarta reproducibility. Rupa-rupa kombinasi dipidangkeun dina Tabel Tambahan S1. Dua kasus anu dipilih pikeun ulikan lengkep némbongkeun sipat stabil sarta reproducible (Taylor congcot, produksi EWNS, sarta stabilitas kana waktu). Dina Gbr. 3 nembongkeun hasil dina muatan, ukuran jeung eusi ROS pikeun dua kasus. Hasilna ogé diringkeskeun dina Tabél 1. Pikeun rujukan, Gambar 3 sareng Tabel 1 kalebet sipat-sipat EWNS8, 9, 10, 11 anu disintésis sateuacana henteu dioptimalkeun (dasar-EWNS). Itungan signifikansi statistik ngagunakeun t-test dua-buntut anu republished dina Suplemén Table S2. Sajaba ti éta, data tambahan kaasup studi ngeunaan pangaruh éléktroda counter diaméterna liang sampling (D) jeung jarak antara éléktroda taneuh jeung ujung jarum (L) (Suplemén Angka S2 jeung S3).
(a-c) distribusi ukuran AFM. (d – f) Karakteristik muatan permukaan. (g) Karakterisasi ROS sareng ESR.
Éta ogé penting pikeun dicatet yén pikeun sakabéh kaayaan di luhur, arus ionisasi diukur dina rentang 2-6 µA, sarta tegangan dina rentang -3,8 nepi ka -6,5 kV, hasilna konsumsi kakuatan pikeun EWNS terminal tunggal ieu kirang ti 50 mW. . modul generasi. Sanajan EWNS disintésis dina tekenan luhur, tingkat ozon éta pisan low, pernah ngaleuwihan 60 ppb.
Suplemén Gambar S4 nembongkeun médan listrik simulated pikeun [-6,5 kV, 4,0 cm] jeung [-3,8 kV, 0,5 cm] skenario masing-masing. Widang numutkeun skénario [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng [-3,8 kV, 0,5 cm] diitung masing-masing 2 × 105 V/m sareng 4,7 × 105 V/m. Ieu diperkirakeun, saprak rasio tegangan jeung jarak jauh leuwih luhur dina kasus kadua.
Dina Gbr. 3a, b nunjukkeun diaméter EWNS diukur nganggo AFM8. Diaméter rata-rata EWNS pikeun skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng [-3,8 kV, 0,5 cm] diitung masing-masing 27 nm sareng 19 nm. Simpangan baku géométri tina distribusi pikeun kasus [-6,5 kV, 4,0 cm] jeung [-3,8 kV, 0,5 cm] masing-masing 1,41 jeung 1,45, nunjukkeun distribusi ukuran sempit. Ukuran rata-rata sareng simpangan baku géométri caket pisan sareng garis dasar-EWNS, masing-masing 25 nm sareng 1.41. Dina Gbr. 3c nembongkeun sebaran ukuran tina EWNS dasar diukur ngagunakeun métode sarua dina kaayaan anu sarua.
Dina Gbr. 3d,e nembongkeun hasil karakterisasi muatan. Data nyaéta ukuran rata-rata 30 pangukuran simultaneous konsentrasi (#/cm3) jeung arus (I). Analisis nunjukkeun yén muatan rata-rata dina EWNS nyaéta 22 ± 6 e- sareng 44 ± 6 e- pikeun [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng [-3,8 kV, 0,5 cm] masing-masing. Dibandingkeun sareng Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), muatan permukaanna nyata langkung luhur, dua kali tina skenario [-6,5 kV, 4,0 cm] sareng opat kali lipat tina [-3 .8 kV, 0,5 cm]. 3f nembongkeun data pembayaran EWNS dasar.
Tina peta konsentrasi angka EWNS (Tokoh Tambahan S5 sareng S6), tiasa katingali yén pamandangan [-6,5 kV, 4,0 cm] ngagaduhan jumlah partikel anu langkung ageung tibatan pamandangan [-3,8 kV, 0,5 cm]. Ogé kudu dicatet yén konsentrasi angka EWNS diawaskeun nepi ka 4 jam (Suplemén Angka S5 jeung S6), dimana stabilitas generasi EWNS némbongkeun tingkat sarua konsentrasi jumlah partikel dina dua kasus.
Gambar 3g nembongkeun spéktrum EPR sanggeus kontrol (kasang tukang) pangurangan pikeun EWNS dioptimalkeun dina [-6,5 kV, 4,0 cm]. Spéktrum ROS ogé dibandingkeun sareng garis dasar EWNS dina makalah anu sateuacana diterbitkeun. Jumlah diitung EWNS ngaréaksikeun jeung spin bubu nyaéta 7,5 × 104 EWNS / s, nu sarupa jeung saméméhna diterbitkeun Baseline-EWNS8. Spéktrum EPR jelas nunjukkeun ayana dua jenis ROS, dimana O2- didominasi, sedengkeun OH • hadir dina jumlah anu langkung alit. Salaku tambahan, perbandingan langsung tina intensitas puncak nunjukkeun yén EWNS anu dioptimalkeun ngagaduhan eusi ROS anu langkung luhur dibandingkeun sareng EWNS dasar.
Dina Gbr. 4 nembongkeun efisiensi déposisi EWNS di EPES. Data ogé diringkeskeun dina Tabel I sareng dibandingkeun sareng data EWNS asli. Pikeun duanana kasus EUNS, déposisi ampir 100% sanajan dina tegangan low 3.0 kV. Ilaharna, 3.0 kV cukup pikeun ngahontal 100% déposisi henteu paduli parobahan muatan permukaan. Dina kaayaan anu sarua, efisiensi déposisi Baseline-EWNS ngan 56% alatan muatan handap (rata-rata 10 éléktron per EWNS).
Gambar 5 jeung Tabél 2 nyimpulkeun darajat inaktivasi mikroorganisme anu diinokulasikeun dina beungeut tomat sanggeus paparan kira-kira 40.000 #/cm3 EWNS salila 45 menit dina skenario optimal [-6,5 kV, 4,0 cm]. Inoculated E. coli jeung L. innocua némbongkeun réduksi signifikan tina 3,8 log sanggeus 45 menit paparan. Dina kaayaan anu sarua, S. enterica némbongkeun réduksi log handap 2,2 log, bari S. cerevisiae na M. parafortuitum némbongkeun réduksi log 1,0.
Mikrograf éléktron (Gambar 6) ngagambarkeun parobahan fisik anu disababkeun ku EWNS dina sél E. coli, Salmonella enterica, sareng L. innocua ngarah kana inaktivasi. Baktéri kontrol némbongkeun mémbran sél gembleng, sedengkeun baktéri kakeunaan geus ruksak mémbran luar.
Pencitraan mikroskopis éléktron kontrol jeung baktéri kakeunaan nembongkeun karuksakan mémbran.
Data ngeunaan sipat fisikokimia tina EWNS dioptimalkeun sacara koléktif nunjukkeun yén sipat EWNS (muatan permukaan sareng eusi ROS) ningkat sacara signifikan dibandingkeun sareng data dasar EWNS anu diterbitkeun saméméhna8,9,10,11. Di sisi anu sanés, ukuranana tetep dina kisaran nanometer, anu sami pisan sareng hasil anu diterbitkeun sateuacana, ngamungkinkeun aranjeunna tetep dina hawa pikeun waktos anu lami. The polydispersity observasi bisa dipedar ku parobahan dina muatan permukaan, nu nangtukeun gedena pangaruh Rayleigh, randomness, sarta poténsi merging EWNS. Sanajan kitu, sakumaha wincikan ku Nielsen et al.22, muatan permukaan luhur ngurangan évaporasi ku éféktif ngaronjatkeun énergi permukaan / tegangan serelek cai. Téori ieu sacara ékspériméntal dikonfirmasi pikeun microdroplets22 sareng EWNS dina publikasi kami saméméhna8. Leungitna lembur ogé bisa mangaruhan ukuran sarta nyumbang kana sebaran ukuran observasi.
Sajaba ti éta, muatan per struktur kira 22-44 e-, gumantung kana kaayaan, nu nyata leuwih luhur dibandingkeun EWNS dasar, nu boga muatan rata-rata 10 ± 2 éléktron per struktur. Nanging, éta kedah diperhatoskeun yén ieu mangrupikeun biaya rata-rata EWNS. Seto dkk. Eta geus ditémbongkeun yén muatan teu seragam sarta nuturkeun sebaran log-normal21. Dibandingkeun sareng padamelan urang sateuacana, ngagandakeun muatan permukaan ngagandakeun efisiensi déposisi dina sistem EPES ka ampir 100%11.