Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही मर्यादित CSS सपोर्टसह ब्राउझर आवृत्ती वापरत आहात. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अपडेटेड ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कंपॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). याव्यतिरिक्त, सतत सपोर्ट सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि जावास्क्रिप्टशिवाय साइट दाखवतो.
अलिकडेच, कृत्रिम पाण्याच्या नॅनोस्ट्रक्चर्स (EWNS) वापरून नॅनोटेक्नॉलॉजीवर आधारित एक रसायनमुक्त अँटीमायक्रोबियल प्लॅटफॉर्म विकसित करण्यात आला आहे. EWNS मध्ये उच्च पृष्ठभाग चार्ज असतो आणि ते रिअ‍ॅक्टिव्ह ऑक्सिजन प्रजाती (ROS) ने समृद्ध असतात जे अन्नजन्य रोगजनकांसह अनेक सूक्ष्मजीवांशी संवाद साधू शकतात आणि निष्क्रिय करू शकतात. येथे असे दर्शविले आहे की संश्लेषणादरम्यान त्यांचे गुणधर्म त्यांच्या अँटीबॅक्टेरियल क्षमतेला आणखी वाढविण्यासाठी बारीक-ट्यून आणि ऑप्टिमाइझ केले जाऊ शकतात. EWNS प्रयोगशाळेचे प्लॅटफॉर्म संश्लेषण पॅरामीटर्स बदलून EWNS च्या गुणधर्मांना बारीक-ट्यून करण्यासाठी डिझाइन केले गेले होते. आधुनिक विश्लेषणात्मक पद्धती वापरून EWNS गुणधर्मांचे (चार्ज, आकार आणि ROS सामग्री) वैशिष्ट्यीकरण केले गेले. याव्यतिरिक्त, एस्चेरिचिया कोलाई, साल्मोनेला एन्टरिका, लिस्टेरिया इनोकुआ, मायकोबॅक्टेरियम पॅरा फोर्टिटम आणि सॅकॅरोमायसेस सेरेव्हिसिया सारख्या अन्न सूक्ष्मजीवांना त्यांच्या सूक्ष्मजीव निष्क्रियता क्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी सेंद्रिय द्राक्ष टोमॅटोच्या पृष्ठभागावर लसीकरण करण्यात आले. येथे सादर केलेले निकाल दर्शवितात की EWNS चे गुणधर्म संश्लेषणादरम्यान बारीक-ट्यून केले जाऊ शकतात, परिणामी निष्क्रियता कार्यक्षमतेत घातांकीय वाढ होते. विशेषतः, पृष्ठभागावरील चार्ज चार पट वाढला आणि ROS चे प्रमाण वाढले. सूक्ष्मजीव काढून टाकण्याचा दर सूक्ष्मजीवांवर अवलंबून होता आणि ४०,००० #/cm3 EWNS च्या एरोसोल डोसच्या ४५ मिनिटांच्या संपर्कानंतर १.० ते ३.८ लॉग पर्यंत होता.
सूक्ष्मजीव दूषित होणे हे रोगजनकांच्या किंवा त्यांच्या विषारी पदार्थांच्या सेवनामुळे होणाऱ्या अन्नजन्य आजाराचे मुख्य कारण आहे. अन्नजन्य आजारांमुळे दरवर्षी सुमारे ७६ दशलक्ष आजार होतात, ३२५,००० रुग्णालयात दाखल होतात आणि ५,००० मृत्यू होतात. याशिवाय, युनायटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ अॅग्रीकल्चर (USDA) चा अंदाज आहे की युनायटेड स्टेट्समध्ये नोंदवलेल्या सर्व अन्नजन्य आजारांपैकी ४८ टक्के ताज्या उत्पादनांचा वाढता वापर जबाबदार आहे. रोग नियंत्रण आणि प्रतिबंध केंद्रे (CDC) नुसार, युनायटेड स्टेट्समध्ये अन्नजन्य रोगजनकांमुळे होणारा आजार आणि मृत्यूचा खर्च खूप जास्त आहे, असा अंदाज दरवर्षी १५.६ अब्ज अमेरिकन डॉलर्सपेक्षा जास्त आहे.
सध्या, अन्न सुरक्षा सुनिश्चित करण्यासाठी रासायनिक, किरणोत्सर्ग आणि थर्मल अँटीमायक्रोबियल हस्तक्षेप प्रामुख्याने उत्पादन साखळीतील मर्यादित गंभीर नियंत्रण बिंदूंवर (सीसीपी) अंमलात आणले जातात (सामान्यतः कापणीनंतर आणि/किंवा पॅकेजिंग दरम्यान) जेणेकरून ताजे उत्पादन क्रॉस-दूषित होण्याच्या अधीन असेल अशा प्रकारे सतत अंमलात आणले जात नाही. ७. अन्नजन्य आजार आणि अन्न खराब होण्याचे चांगले नियंत्रण करण्यासाठी अँटीमायक्रोबियल हस्तक्षेप आवश्यक आहेत आणि ते शेत ते टेबल सतत लागू करण्याची क्षमता आहे. कमी परिणाम आणि खर्च.
कृत्रिम पाण्याच्या नॅनोस्ट्रक्चर्स (EWNS) वापरून पृष्ठभागावर आणि हवेत बॅक्टेरिया निष्क्रिय करण्यासाठी नॅनोटेक्नॉलॉजीवर आधारित रसायनमुक्त अँटीमायक्रोबियल प्लॅटफॉर्म अलीकडेच विकसित करण्यात आला आहे. EVNS च्या संश्लेषणासाठी, दोन समांतर प्रक्रिया वापरल्या गेल्या: इलेक्ट्रोस्प्रे आणि वॉटर आयनीकरण (आकृती 1a). EWNS मध्ये पूर्वी भौतिक आणि जैविक गुणधर्मांचा एक अद्वितीय संच असल्याचे दर्शविले गेले आहे8,9,10. EWNS मध्ये प्रत्येक संरचनेसाठी सरासरी 10 इलेक्ट्रॉन असतात आणि सरासरी नॅनोमीटर आकार 25 nm असतो (आकृती 1b,c)8,9,10. याव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रॉन स्पिन रेझोनान्स (ESR) ने दर्शविले की EWNS मध्ये मोठ्या प्रमाणात प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS) असतात, प्रामुख्याने हायड्रॉक्सिल (OH•) आणि सुपरऑक्साइड (O2-) रेडिकल (आकृती 1c) 8. EWNS बराच काळ हवेत राहिले आणि हवेत लटकलेल्या आणि पृष्ठभागावर उपस्थित असलेल्या सूक्ष्मजीवांशी टक्कर देऊ शकतात, त्यांचे ROS पेलोड वितरीत करू शकतात आणि सूक्ष्मजीव निष्क्रियता निर्माण करू शकतात (आकृती 1d). या आधीच्या अभ्यासातून असेही दिसून आले आहे की EWNS पृष्ठभागावर आणि हवेत मायकोबॅक्टेरियासह सार्वजनिक आरोग्याच्या महत्त्वाच्या विविध ग्राम-नकारात्मक आणि ग्राम-पॉझिटिव्ह बॅक्टेरियांशी संवाद साधू शकते आणि त्यांना निष्क्रिय करू शकते8,9. ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीने दर्शविले की निष्क्रियता पेशी पडद्याच्या व्यत्ययामुळे झाली. याव्यतिरिक्त, तीव्र इनहेलेशन अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की EWNS च्या उच्च डोसमुळे फुफ्फुसांचे नुकसान किंवा जळजळ होत नाही8.
(अ) द्रव असलेल्या केशिका आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमध्ये उच्च व्होल्टेज लागू केल्यावर इलेक्ट्रोस्प्रे होतो. (ब) उच्च व्होल्टेज लागू केल्याने दोन वेगवेगळ्या घटना घडतात: (i) पाण्याचे इलेक्ट्रोस्प्रेइंग आणि (ii) EWNS मध्ये अडकलेल्या प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (आयन) ची निर्मिती. (क) EWNS ची अद्वितीय रचना. (ड) EWNS त्यांच्या नॅनोस्केल स्वरूपामुळे खूप गतिमान असतात आणि हवेतील रोगजनकांशी संवाद साधू शकतात.
ताज्या अन्नाच्या पृष्ठभागावर अन्नजन्य सूक्ष्मजीवांना निष्क्रिय करण्यासाठी EWNS अँटीमायक्रोबियल प्लॅटफॉर्मची क्षमता देखील अलीकडेच सिद्ध झाली आहे. हे देखील सिद्ध झाले आहे की EWNS पृष्ठभाग चार्ज लक्ष्यित वितरणासाठी विद्युत क्षेत्रासह एकत्रितपणे वापरला जाऊ शकतो. अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, EWNS च्या संपर्कात आल्यानंतर 90 मिनिटांत E. coli आणि Listeria सारख्या विविध अन्न सूक्ष्मजीवांविरुद्ध सेंद्रिय टोमॅटो क्रियाकलापात अंदाजे 1.4 लॉग घट झाल्याचा आशादायक प्रारंभिक परिणाम दिसून आला, ज्याची एकाग्रता अंदाजे 50,000#/cm311 होती. याव्यतिरिक्त, प्राथमिक ऑर्गनोलेप्टिक मूल्यांकन चाचण्यांमध्ये नियंत्रण टोमॅटोच्या तुलनेत कोणताही ऑर्गनोलेप्टिक प्रभाव दिसून आला नाही. जरी हे प्रारंभिक निष्क्रियता परिणाम 50,000#/cc च्या अगदी कमी EWNS डोसमध्ये देखील अन्न सुरक्षिततेचे आश्वासन देतात. पहा, हे स्पष्ट आहे की संसर्ग आणि खराब होण्याचा धोका आणखी कमी करण्यासाठी उच्च निष्क्रियता क्षमता अधिक फायदेशीर ठरेल.
येथे, आम्ही EWNS जनरेशन प्लॅटफॉर्मच्या विकासावर आमचे संशोधन केंद्रित करू जेणेकरून संश्लेषण पॅरामीटर्समध्ये सुधारणा होईल आणि EWNS चे भौतिक-रासायनिक गुणधर्म ऑप्टिमाइझ होतील जेणेकरून त्यांची जीवाणूनाशक क्षमता वाढेल. विशेषतः, ऑप्टिमायझेशनने त्यांचे पृष्ठभाग चार्ज (लक्ष्यित वितरण सुधारण्यासाठी) आणि ROS सामग्री (निष्क्रियता कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी) वाढवण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे. आधुनिक विश्लेषणात्मक पद्धतींचा वापर करून आणि E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae आणि M. parafortuitum सारख्या सामान्य अन्न सूक्ष्मजीवांचा वापर करून ऑप्टिमाइझ केलेल्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांचे (आकार, चार्ज आणि ROS सामग्री) वैशिष्ट्यीकरण केले आहे.
उच्च शुद्धतेच्या पाण्याचे (१८ MΩ सेमी–१) एकाच वेळी इलेक्ट्रोस्प्रेइंग आणि आयनीकरण करून EVNS चे संश्लेषण केले गेले. इलेक्ट्रिक अॅटोमायझर १२ सामान्यतः द्रव आणि कृत्रिम पॉलिमर आणि सिरेमिक कण १३ आणि नियंत्रित आकाराचे तंतू १४ यांचे अटोमायझेशन करण्यासाठी वापरले जाते.
मागील प्रकाशनांमध्ये तपशीलवार सांगितल्याप्रमाणे, एका सामान्य प्रयोगात, धातूच्या केशिका आणि ग्राउंडेड काउंटर इलेक्ट्रोडमध्ये उच्च व्होल्टेज लागू केला जातो. या प्रक्रियेदरम्यान, दोन भिन्न घटना घडतात: १) इलेक्ट्रोस्प्रे आणि २) पाण्याचे आयनीकरण. दोन इलेक्ट्रोडमधील एक मजबूत विद्युत क्षेत्र घनरूप पाण्याच्या पृष्ठभागावर नकारात्मक शुल्क तयार करण्यास कारणीभूत ठरते, ज्यामुळे टेलर शंकू तयार होतात. परिणामी, उच्च चार्ज केलेले पाण्याचे थेंब तयार होतात, जे रेले सिद्धांतानुसार लहान कणांमध्ये विभाजित होत राहतात16. त्याच वेळी, एक मजबूत विद्युत क्षेत्र पाण्याच्या काही रेणूंना विभाजित करते आणि इलेक्ट्रॉन काढून टाकते (आयनीकरण), ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS)17 तयार होतात. एकाच वेळी तयार केलेले ROS18 पॅकेट्स EWNS मध्ये समाविष्ट केले गेले (आकृती 1c).
आकृती २अ मध्ये या अभ्यासात EWNS संश्लेषणात विकसित आणि वापरलेली EWNS जनरेशन सिस्टम दाखवली आहे. बंद बाटलीत साठवलेले शुद्ध पाणी टेफ्लॉन ट्यूब (२ मिमी आतील व्यास) द्वारे ३०G स्टेनलेस स्टील सुई (धातूची केशिका) मध्ये दिले जात असे. आकृती २ब मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, पाण्याचा प्रवाह बाटलीतील हवेच्या दाबाने नियंत्रित केला जातो. सुई टेफ्लॉन कन्सोलशी जोडलेली आहे जी काउंटर इलेक्ट्रोडपासून एका विशिष्ट अंतरावर मॅन्युअली समायोजित केली जाऊ शकते. काउंटर इलेक्ट्रोड एक पॉलिश केलेला अॅल्युमिनियम डिस्क आहे ज्यामध्ये सॅम्पलिंगसाठी मध्यभागी एक छिद्र आहे. काउंटर इलेक्ट्रोडच्या खाली एक अॅल्युमिनियम सॅम्पलिंग फनेल आहे, जो सॅम्पलिंग पोर्टद्वारे उर्वरित प्रायोगिक सेटअपशी जोडलेला आहे (आकृती २ब). कण सॅम्पलिंग खराब करू शकणारे चार्ज बिल्ड-अप टाळण्यासाठी सर्व सॅम्पलर घटक इलेक्ट्रिकली ग्राउंड केलेले आहेत.
(अ) इंजिनिअर्ड वॉटर नॅनोस्ट्रक्चर जनरेशन सिस्टम (EWNS). (ब) सर्वात महत्वाचे पॅरामीटर्स दर्शविणारा सॅम्पलर आणि इलेक्ट्रोस्प्रे युनिटचा क्रॉस सेक्शन. (क) बॅक्टेरिया निष्क्रियतेसाठी प्रायोगिक सेटअप.
वर वर्णन केलेली EWNS जनरेशन सिस्टम EWNS गुणधर्मांचे बारीक ट्यूनिंग सुलभ करण्यासाठी प्रमुख ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स बदलण्यास सक्षम आहे. EWNS वैशिष्ट्ये बारीक-ट्यून करण्यासाठी लागू केलेला व्होल्टेज (V), सुई आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमधील अंतर (L) आणि केशिकामधून पाण्याचा प्रवाह (φ) समायोजित करा. [V (kV), L (cm)] ही चिन्हे वेगवेगळ्या संयोजनांना दर्शविण्यासाठी वापरली जातात. एका विशिष्ट संचाचा स्थिर टेलर शंकू मिळविण्यासाठी पाण्याचा प्रवाह समायोजित करा [V, L]. या अभ्यासाच्या उद्देशाने, काउंटर इलेक्ट्रोड (D) चे छिद्र 0.5 इंच (1.29 सेमी) वर सेट केले होते.
मर्यादित भूमिती आणि विषमतेमुळे, विद्युत क्षेत्राची ताकद पहिल्या तत्त्वांवरून मोजता येत नाही. त्याऐवजी, विद्युत क्षेत्राची गणना करण्यासाठी QuickField™ सॉफ्टवेअर (Svendborg, Denmark)19 वापरण्यात आले. विद्युत क्षेत्र एकसमान नाही, म्हणून केशिकाच्या टोकावरील विद्युत क्षेत्राचे मूल्य विविध कॉन्फिगरेशनसाठी संदर्भ मूल्य म्हणून वापरले गेले.
अभ्यासादरम्यान, टेलर शंकू निर्मिती, टेलर शंकू स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता आणि पुनरुत्पादनक्षमता या दृष्टीने व्होल्टेज आणि सुई आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमधील अंतराचे अनेक संयोजन मूल्यांकन केले गेले. पूरक तक्ता S1 मध्ये विविध संयोजने दर्शविली आहेत.
EWNS जनरेशन सिस्टमचे आउटपुट कण संख्या सांद्रता मोजण्यासाठी स्कॅनिंग मोबिलिटी पार्टिकल साइझर (SMPS, मॉडेल 3936, TSI, शोरव्ह्यू, मिनेसोटा) शी थेट जोडलेले होते आणि आमच्या मागील प्रकाशनात वर्णन केल्याप्रमाणे, एरोसोल प्रवाह मोजण्यासाठी फॅराडे एरोसोल इलेक्ट्रोमीटर (TSI, मॉडेल 3068B, शोरव्ह्यू, यूएसए) वापरला गेला. MN). SMPS आणि एरोसोल इलेक्ट्रोमीटर दोन्ही 0.5 L/मिनिट (एकूण नमुना प्रवाह 1 L/मिनिट) च्या प्रवाह दराने नमुना घेतले गेले. कण सांद्रता आणि एरोसोल फ्लक्स 120 सेकंदांसाठी मोजले गेले. मापन 30 वेळा पुन्हा करा. एकूण एरोसोल चार्ज वर्तमान मोजमापांवरून मोजला जातो आणि सरासरी EWNS चार्ज नमुना घेतलेल्या EWNS कणांच्या एकूण संख्येवरून अंदाजे मोजला जातो. EWNS ची सरासरी किंमत समीकरण (1) वापरून मोजता येते:
जिथे IEl हा मोजलेला प्रवाह आहे, NSMPS हा SMPS ने मोजलेला संख्यात्मक सांद्रता आहे आणि φEl हा इलेक्ट्रोमीटरचा प्रवाह दर आहे.
सापेक्ष आर्द्रता (RH) पृष्ठभागावरील चार्जवर परिणाम करत असल्याने, प्रयोगादरम्यान तापमान आणि (RH) अनुक्रमे २१°C आणि ४५% वर स्थिर ठेवण्यात आले.
EWNS चा आकार आणि आयुष्य मोजण्यासाठी अणुशक्ती सूक्ष्मदर्शक यंत्र (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) आणि AC260T प्रोब (ऑलिंपस, टोकियो, जपान) वापरण्यात आले. AFM स्कॅन रेट 1 Hz आहे आणि स्कॅन क्षेत्र 5 µm×5 µm आहे ज्यामध्ये 256 स्कॅन लाईन्स आहेत. सर्व प्रतिमा Asylum सॉफ्टवेअर (100 nm च्या श्रेणीसह आणि 100 pm च्या थ्रेशोल्डसह मास्क) वापरून पहिल्या ऑर्डर प्रतिमा संरेखनाच्या अधीन होत्या.
सॅम्पलिंग फनेल काढा आणि अभ्रक पृष्ठभाग काउंटर इलेक्ट्रोडपासून सरासरी १२० सेकंद अंतरावर ठेवा जेणेकरून कणांचे एकत्रीकरण आणि अभ्रक पृष्ठभागावर अनियमित थेंब तयार होऊ नयेत. EWNS थेट ताज्या कापलेल्या अभ्रक पृष्ठभागावर लावण्यात आले (टेड पेला, रेडिंग, सीए). थुंकल्यानंतर लगेचच, AFM वापरून अभ्रक पृष्ठभागाचे दृश्यमानीकरण करण्यात आले. ताज्या कापलेल्या अभ्रकाचा पृष्ठभाग संपर्क कोन ०° च्या जवळ आहे, म्हणून EWNS घुमटदार आकारात अभ्रक पृष्ठभागावर पसरतो20. विखुरलेल्या थेंबांचा व्यास (a) आणि उंची (h) थेट AFM स्थलाकृतिवरून मोजण्यात आला आणि आमच्या पूर्वी प्रमाणित पद्धतीचा वापर करून घुमटदार प्रसार आकारमान EWNS मोजण्यासाठी वापरला गेला. ऑनबोर्ड EVNS चे आकारमान समान आहे असे गृहीत धरून, समतुल्य व्यास समीकरण (२) वरून मोजता येतो:
आमच्या पूर्वी विकसित केलेल्या पद्धतीनुसार, EWNS मध्ये अल्पायुषी रॅडिकल इंटरमीडिएट्सची उपस्थिती शोधण्यासाठी इलेक्ट्रॉन स्पिन रेझोनान्स (ESR) स्पिन ट्रॅप वापरण्यात आला. 235 mM DEPMPO (5-(डायथॉक्सीफॉस्फोरील)-5-मिथाइल-1-पायरोलिन-एन-ऑक्साइड) (ऑक्सिस इंटरनॅशनल इंक., पोर्टलँड, ओरेगॉन) असलेल्या द्रावणातून एरोसोल पास करण्यात आले. सर्व EPR मोजमाप ब्रुकर EMX स्पेक्ट्रोमीटर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेंट्स इंक. बिलेरिका, एमए, यूएसए) आणि फ्लॅट सेल अॅरे वापरून केले गेले. डेटा गोळा करण्यासाठी आणि विश्लेषण करण्यासाठी अ‍ॅक्विझिट सॉफ्टवेअर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेंट्स इंक. बिलेरिका, एमए, यूएसए) वापरण्यात आले. ROS कॅरेक्टरायझेशन फक्त ऑपरेटिंग परिस्थितींच्या संचासाठी केले गेले [-6.5 kV, 4.0 सेमी]. इम्पॅक्टरमध्ये EWNS चे नुकसान लक्षात घेऊन SMPS वापरून EWNS सांद्रता मोजण्यात आली.
२०५ ड्युअल बीम ओझोन मॉनिटर™ (२बी टेक्नॉलॉजीज, बोल्डर, कंपनी)८,९,१० वापरून ओझोन पातळीचे निरीक्षण केले गेले.
सर्व EWNS गुणधर्मांसाठी, मापन मूल्य हे मोजमापांचे सरासरी असते आणि मापन त्रुटी हे मानक विचलन असते. ऑप्टिमाइझ केलेल्या EWNS गुणधर्माच्या मूल्याची बेस EWNS च्या संबंधित मूल्याशी तुलना करण्यासाठी एक t-चाचणी करण्यात आली.
आकृती २क मध्ये पूर्वी विकसित आणि वैशिष्ट्यीकृत इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रिसिपिटेशन पास थ्रू सिस्टम (EPES) दाखवले आहे ज्याचा वापर EWNS11 ला पृष्ठभागावर लक्ष्य करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. EPES लक्ष्याच्या पृष्ठभागावर थेट "पॉइंट" करण्यासाठी मजबूत विद्युत क्षेत्रासह EWNS चार्ज वापरते. EPES प्रणालीची तपशीलवार माहिती Pyrgiotakis et al.11 च्या अलीकडील प्रकाशनात सादर केली आहे. अशाप्रकारे, EPES मध्ये एक 3D प्रिंटेड PVC चेंबर आहे ज्यामध्ये टेपर्ड टोके आहेत ज्यामध्ये मध्यभागी 15.24 सेमी अंतरावर दोन समांतर स्टेनलेस स्टील (304 स्टेनलेस स्टील, मिरर पॉलिश केलेले) मेटल प्लेट्स आहेत. बोर्ड बाह्य उच्च व्होल्टेज स्त्रोताशी जोडलेले होते (बर्ट्रान 205B-10R, स्पेलमन, हॉपपॉज, NY), तळाचा बोर्ड नेहमीच पॉझिटिव्ह होता आणि वरचा बोर्ड नेहमीच ग्राउंड (फ्लोटिंग) होता. चेंबरच्या भिंती अॅल्युमिनियम फॉइलने झाकलेल्या असतात, जे कणांचे नुकसान टाळण्यासाठी इलेक्ट्रिकली ग्राउंड केले जाते. चेंबरमध्ये एक सीलबंद फ्रंट लोडिंग दरवाजा आहे जो चाचणी पृष्ठभागांना प्लास्टिक रॅकवर ठेवण्याची परवानगी देतो, उच्च व्होल्टेज हस्तक्षेप टाळण्यासाठी त्यांना तळाच्या मेटल प्लेटवरून उचलतो.
EPES मध्ये EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता पूरक आकृती S111 मध्ये तपशीलवार वर्णन केलेल्या पूर्वी विकसित प्रोटोकॉलनुसार मोजली गेली.
नियंत्रण कक्ष म्हणून, दंडगोलाकार कक्षातून जाणारा दुसरा प्रवाह EPES प्रणालीशी मालिकेत जोडला जातो आणि EWNS काढून टाकण्यासाठी एका मध्यवर्ती HEPA फिल्टरचा वापर केला जातो. आकृती 2c मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, EWNS एरोसोल मालिकेत जोडलेल्या दोन चेंबर्समधून पंप केला गेला. नियंत्रण कक्ष आणि EPES मधील फिल्टर उर्वरित EWNS काढून टाकतो ज्यामुळे समान तापमान (T), सापेक्ष आर्द्रता (RH) आणि ओझोन पातळी निर्माण होते.
एस्चेरिचिया कोलाई (ATCC #27325), एक विष्ठा निर्देशक, साल्मोनेला एन्टरिका (ATCC #53647), एक अन्नजन्य रोगजनक, लिस्टेरिया इनोकुआ (ATCC #33090), रोगजनक लिस्टेरिया मोनोसाइटोजेन्सला पर्याय, यासारख्या ताज्या उत्पादनांना दूषित करणारे महत्त्वाचे अन्नजन्य सूक्ष्मजीव आढळले आहेत. , बिघडवणाऱ्या यीस्टला पर्याय म्हणून सॅकॅरोमायसेस सेरेव्हिसिया (ATCC #4098), आणि अधिक प्रतिरोधक जिवंत जीवाणू म्हणून मायकोबॅक्टेरियम पॅराफोर्ट्युटस (ATCC #19686) हे ATCC (मानसस, व्हर्जिनिया) कडून खरेदी केले गेले.
तुमच्या स्थानिक बाजारातून सेंद्रिय द्राक्ष टोमॅटोचे बॉक्स यादृच्छिकपणे खरेदी करा आणि वापर होईपर्यंत (३ दिवसांपर्यंत) ४°C वर रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवा. सुमारे १/२ इंच व्यासाचे, एकाच आकाराचे टोमॅटो वापरून प्रयोग करण्यासाठी ते निवडा.
इनक्युबेशन, इनोक्युलेशन, एक्सपोजर आणि कॉलनी काउंटिंगसाठी प्रोटोकॉल आमच्या मागील प्रकाशनांमध्ये तपशीलवार वर्णन केले आहेत आणि पूरक डेटा ११ मध्ये तपशीलवार स्पष्ट केले आहेत. इनोक्युलेटेड टोमॅटो ४०,००० #/सेमी३ वर ४५ मिनिटांसाठी उघड करून EWNS कामगिरीचे मूल्यांकन केले गेले. थोडक्यात, t = ० मिनिटाच्या वेळी, जिवंत सूक्ष्मजीवांचे मूल्यांकन करण्यासाठी तीन टोमॅटो वापरले गेले. तीन टोमॅटो EPES मध्ये ठेवण्यात आले आणि ४०,००० #/cc वर EWNS च्या संपर्कात आणण्यात आले (EWNS एक्सपोजर टोमॅटो) आणि इतर तीन नियंत्रण कक्षात (नियंत्रण टोमॅटो) ठेवण्यात आले. कोणत्याही टोमॅटो गटावर अतिरिक्त प्रक्रिया करण्यात आली नाही. EWNS च्या परिणामाचे मूल्यांकन करण्यासाठी ४५ मिनिटांनंतर EWNS-एक्सपोजर टोमॅटो आणि नियंत्रणे काढून टाकण्यात आली.
प्रत्येक प्रयोग तीन प्रतींमध्ये करण्यात आला. पूरक डेटामध्ये वर्णन केलेल्या प्रोटोकॉलनुसार डेटा विश्लेषण केले गेले.
EWNS च्या संपर्कात आलेले आणि उघड न झालेले E. coli, Enterobacter आणि L. innocua बॅक्टेरियाचे नमुने निष्क्रियीकरण यंत्रणेचे मूल्यांकन करण्यासाठी पेलेट केले गेले. 0.1 M सोडियम कॅकोडायलेट द्रावणात (pH 7.4) 2.5% ग्लूटारल्डिहाइड, 1.25% पॅराफॉर्मल्डिहाइड आणि 0.03% पिक्रिक अॅसिडच्या फिक्सेटिव्हसह खोलीच्या तपमानावर 2 तासांसाठी अवक्षेपण स्थिर केले गेले. धुतल्यानंतर, ते 1% ऑस्मियम टेट्रोक्साइड (OsO4)/1.5% पोटॅशियम फेरोसायनाइड (KFeCN6) ने 2 तासांसाठी स्थिर केले गेले, 3 वेळा पाण्याने धुतले गेले आणि 1% युरेनिल एसीटेटमध्ये 1 तासासाठी उबवले गेले, नंतर पाण्याने दोनदा धुतले गेले. त्यानंतरचे निर्जलीकरण 50%, 70%, 90%, 100% अल्कोहोल प्रत्येकी 10 मिनिटे. त्यानंतर नमुने प्रोपीलीन ऑक्साईडमध्ये १ तासासाठी ठेवण्यात आले आणि प्रोपीलीन ऑक्साईड आणि TAAP एपॉन (मारिव्हॅक कॅनडा इंक. सेंट लॉरेंट, सीए) च्या १:१ मिश्रणाने भिजवले गेले. नमुने TAAB एपॉनमध्ये एम्बेड केले गेले आणि ४८ तासांसाठी ६०°C वर पॉलिमराइज केले गेले. TEM द्वारे JEOL १२००EX (JEOL, टोकियो, जपान) वापरून बरे केलेले दाणेदार रेझिन कापले गेले आणि दृश्यमान केले गेले, जे AMT २k CCD कॅमेराने सुसज्ज एक पारंपारिक ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप आहे (अ‍ॅडव्हान्स्ड मायक्रोस्कोपी टेक्निक, कॉर्प., वोबर्न, एमए, यूएसए).
सर्व प्रयोग तीन प्रतींमध्ये केले गेले. प्रत्येक वेळेच्या बिंदूसाठी, बॅक्टेरिया वॉश तीन प्रतींमध्ये प्लेट केले गेले, परिणामी प्रत्येक बिंदूवर एकूण नऊ डेटा पॉइंट्स मिळाले, ज्याची सरासरी त्या विशिष्ट जीवासाठी बॅक्टेरियाच्या एकाग्रतेसाठी वापरली गेली. मापन त्रुटी म्हणून मानक विचलन वापरले गेले. सर्व बिंदू मोजले जातात.
t = 0 मिनिटाच्या तुलनेत बॅक्टेरियाच्या एकाग्रतेत घट झाल्याचा लॉगॅरिथम खालील सूत्र वापरून मोजला गेला:
जिथे C0 म्हणजे 0 च्या वेळी (म्हणजे पृष्ठभाग सुकल्यानंतर परंतु चेंबरमध्ये ठेवण्यापूर्वी) नियंत्रण नमुन्यातील जीवाणूंची एकाग्रता आणि Cn म्हणजे n मिनिटांच्या संपर्कानंतर पृष्ठभागावरील जीवाणूंची एकाग्रता.
४५ मिनिटांच्या एक्सपोजर कालावधीत जीवाणूंच्या नैसर्गिक ऱ्हासाची गणना करण्यासाठी, ४५ मिनिटांच्या नियंत्रणाच्या तुलनेत लॉग-रिडक्शनची गणना खालीलप्रमाणे केली गेली:
जिथे Cn म्हणजे n वेळेला नियंत्रण नमुन्यातील जीवाणूंची सांद्रता आणि Cn-कंट्रोल म्हणजे n वेळेला नियंत्रण जीवाणूंची सांद्रता. डेटा नियंत्रणाच्या तुलनेत लॉग रिडक्शन म्हणून सादर केला जातो (EWNS एक्सपोजर नाही).
अभ्यासादरम्यान, टेलर शंकू निर्मिती, टेलर शंकू स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता आणि पुनरुत्पादनक्षमता या दृष्टीने सुई आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमधील व्होल्टेज आणि अंतराचे अनेक संयोजन मूल्यांकन केले गेले. पूरक तक्ता S1 मध्ये विविध संयोजने दर्शविली आहेत. स्थिर आणि पुनरुत्पादनक्षम गुणधर्म (टेलर शंकू, EWNS उत्पादन आणि कालांतराने स्थिरता) दर्शविणाऱ्या संपूर्ण अभ्यासासाठी दोन प्रकरणे निवडली गेली. आकृती 3 मध्ये दोन प्रकरणांसाठी ROS च्या चार्ज, आकार आणि सामग्रीवरील निकाल दर्शविले आहेत. निकाल तक्ता 1 मध्ये देखील सारांशित केले आहेत. संदर्भासाठी, आकृती 3 आणि तक्ता 1 मध्ये पूर्वी संश्लेषित नॉन-ऑप्टिमाइझ केलेल्या EWNS8, 9, 10, 11 (बेसलाइन-EWNS) चे गुणधर्म समाविष्ट आहेत. दोन-पुच्छ टी-चाचणी वापरून सांख्यिकीय महत्त्व गणना पूरक तक्ता S2 मध्ये पुन्हा प्रकाशित केल्या आहेत. याव्यतिरिक्त, अतिरिक्त डेटामध्ये काउंटर इलेक्ट्रोड सॅम्पलिंग होल व्यास (D) च्या प्रभावावरील अभ्यास आणि ग्राउंड इलेक्ट्रोड आणि सुईच्या टोकातील अंतर (L) (पूरक आकृत्या S2 आणि S3) समाविष्ट आहेत.
(a–c) AFM आकार वितरण. (d–f) पृष्ठभाग शुल्क वैशिष्ट्य. (g) ROS आणि ESR चे वैशिष्ट्यीकरण.
हे देखील लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की वरील सर्व परिस्थितींसाठी, मोजलेले आयनीकरण प्रवाह 2-6 µA च्या श्रेणीत होते आणि व्होल्टेज -3.8 ते -6.5 kV च्या श्रेणीत होते, ज्यामुळे या सिंगल-टर्मिनल EWNS साठी 50 mW पेक्षा कमी वीज वापर होत असे. जनरेशन मॉड्यूल. जरी EWNS उच्च दाबाखाली संश्लेषित केले गेले असले तरी, ओझोन पातळी खूप कमी होती, कधीही 60 ppb पेक्षा जास्त नव्हती.
पूरक आकृती S4 मध्ये अनुक्रमे [-6.5 kV, 4.0 cm] आणि [-3.8 kV, 0.5 cm] परिस्थितींसाठी सिम्युलेटेड विद्युत क्षेत्रे दाखवली आहेत. [-6.5 kV, 4.0 cm] आणि [-3.8 kV, 0.5 cm] परिस्थितींनुसार क्षेत्रे अनुक्रमे 2 × 105 V/m आणि 4.7 × 105 V/m म्हणून मोजली आहेत. हे अपेक्षित आहे, कारण दुसऱ्या प्रकरणात व्होल्टेज आणि अंतराचे गुणोत्तर बरेच जास्त आहे.
आकृती ३अ,ब मध्ये AFM8 वापरून मोजलेला EWNS व्यास दाखवला आहे. [-६.५ kV, ४.० सेमी] आणि [-३.८ kV, ०.५ सेमी] परिस्थितींसाठी सरासरी EWNS व्यास अनुक्रमे २७ nm आणि १९ nm म्हणून मोजले गेले. [-६.५ kV, ४.० सेमी] आणि [-३.८ kV, ०.५ सेमी] परिस्थितींसाठी वितरणांचे भौमितिक मानक विचलन अनुक्रमे १.४१ आणि १.४५ आहेत, जे अरुंद आकार वितरण दर्शवितात. सरासरी आकार आणि भौमितिक मानक विचलन दोन्ही बेसलाइन-EWNS च्या अगदी जवळ आहेत, अनुक्रमे २५ nm आणि १.४१ आहेत. आकृती ३क मध्ये समान परिस्थितीत समान पद्धती वापरून मोजलेल्या बेसलाइन EWNS चे आकार वितरण दाखवले आहे.
आकृती 3d,e मध्ये चार्ज कॅरेक्टरायझेशनचे परिणाम दाखवले आहेत. डेटा एकाग्रता (#/cm3) आणि करंट (I) च्या एकाच वेळी 30 मोजमापांचे सरासरी मापन आहे. विश्लेषण दर्शविते की EWNS वरील सरासरी चार्ज अनुक्रमे [-6.5 kV, 4.0 cm] आणि [-3.8 kV, 0.5 cm] साठी 22 ± 6 e- आणि 44 ± 6 e- आहे. बेसलाइन-EWNS (10 ± 2 e-) च्या तुलनेत, त्यांचे पृष्ठभाग चार्ज लक्षणीयरीत्या जास्त आहे, [-6.5 kV, 4.0 cm] परिस्थितीपेक्षा दुप्पट आणि [-3 .8 kV, 0.5 cm] पेक्षा चार पट. 3f मध्ये मूलभूत EWNS पेमेंट डेटा दाखवला आहे.
EWNS संख्या एकाग्रता नकाशांवरून (पूरक आकृत्या S5 आणि S6), असे दिसून येते की [-6.5 kV, 4.0 cm] दृश्यात [-3.8 kV, 0.5 cm] दृश्यापेक्षा कणांची संख्या लक्षणीयरीत्या जास्त आहे. हे देखील लक्षात घेतले पाहिजे की EWNS संख्या एकाग्रतेचे निरीक्षण 4 तासांपर्यंत केले गेले (पूरक आकृत्या S5 आणि S6), जिथे EWNS निर्मिती स्थिरतेने दोन्ही प्रकरणांमध्ये कण संख्ये एकाग्रतेचे समान स्तर दर्शविले.
आकृती 3g मध्ये [-6.5 kV, 4.0 cm] वर ऑप्टिमाइज्ड EWNS साठी नियंत्रण (पार्श्वभूमी) वजाबाकी नंतर EPR स्पेक्ट्रम दर्शविला आहे. पूर्वी प्रकाशित झालेल्या पेपरमध्ये ROS स्पेक्ट्रमची तुलना EWNS बेसलाइनशी देखील केली आहे. स्पिन ट्रॅपसह प्रतिक्रिया देणाऱ्या EWNS ची गणना केलेली संख्या 7.5 × 104 EWNS/s आहे, जी पूर्वी प्रकाशित बेसलाइन-EWNS8 सारखीच आहे. EPR स्पेक्ट्राने दोन प्रकारच्या ROS ची उपस्थिती स्पष्टपणे दर्शविली, जिथे O2- प्रबल होते, तर OH• कमी प्रमाणात उपस्थित होते. याव्यतिरिक्त, पीक तीव्रतेची थेट तुलना केल्याने असे दिसून आले की ऑप्टिमाइज्ड EWNS मध्ये बेसलाइन EWNS च्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त ROS सामग्री होती.
आकृती ४ मध्ये EPES मध्ये EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता दर्शविली आहे. डेटा सारणी I मध्ये देखील सारांशित केला आहे आणि मूळ EWNS डेटाशी तुलना केली आहे. दोन्ही EUNS प्रकरणांमध्ये, 3.0 kV च्या कमी व्होल्टेजवर देखील निक्षेपण 100% च्या जवळ होते. सामान्यतः, पृष्ठभागावरील चार्ज बदलाची पर्वा न करता 100% निक्षेपण साध्य करण्यासाठी 3.0 kV पुरेसे आहे. त्याच परिस्थितीत, कमी चार्जमुळे (प्रति EWNS सरासरी 10 इलेक्ट्रॉन) बेसलाइन-EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता फक्त 56% होती.
आकृती ५ आणि तक्ता २ मध्ये टोमॅटोच्या पृष्ठभागावर सुमारे ४०,००० #/cm3 EWNS च्या संपर्कात आल्यानंतर इष्टतम परिस्थितीत ४५ मिनिटे लसीकरण केलेल्या सूक्ष्मजीवांच्या निष्क्रियतेची डिग्री सारांशित केली आहे [-६.५ kV, ४.० सेमी]. लसीकरण केलेल्या E. coli आणि L. innocua मध्ये ४५ मिनिटांच्या संपर्कात आल्यानंतर ३.८ लॉगची लक्षणीय घट दिसून आली. त्याच परिस्थितीत, S. enterica ने २.२ लॉगची कमी लॉग कपात दर्शविली, तर S. cerevisiae आणि M. parafortuitum ने १.० लॉग कपात दर्शविली.
इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ (आकृती 6) मध्ये E. coli, Salmonella enterica आणि L. innocua पेशींमध्ये EWNS द्वारे होणाऱ्या भौतिक बदलांचे चित्रण केले आहे ज्यामुळे निष्क्रियता निर्माण होते. नियंत्रण जीवाणूंनी अखंड पेशी पडदा दाखवला, तर उघड झालेल्या जीवाणूंनी बाह्य पडदा खराब केला होता.
नियंत्रणाचे इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपिक इमेजिंग आणि उघड झालेल्या बॅक्टेरियामुळे पडद्याचे नुकसान दिसून आले.
ऑप्टिमाइज्ड EWNS च्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांवरील डेटा एकत्रितपणे दर्शवितो की पूर्वी प्रकाशित झालेल्या EWNS बेसलाइन डेटा 8,9,10,11 च्या तुलनेत EWNS गुणधर्म (पृष्ठभाग चार्ज आणि ROS सामग्री) लक्षणीयरीत्या सुधारले आहेत. दुसरीकडे, त्यांचा आकार नॅनोमीटर श्रेणीत राहिला, जो पूर्वी प्रकाशित झालेल्या निकालांसारखाच आहे, ज्यामुळे त्यांना दीर्घकाळ हवेत राहता येते. निरीक्षण केलेले पॉलीडिस्पर्सिटी पृष्ठभागाच्या चार्जमधील बदलांद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते, जे रेले प्रभाव, यादृच्छिकता आणि EWNS च्या संभाव्य विलीनीकरणाचे परिमाण निर्धारित करते. तथापि, निल्सन एट अल.22 यांनी तपशीलवार सांगितल्याप्रमाणे, उच्च पृष्ठभाग चार्ज पाण्याच्या थेंबाची पृष्ठभागाची ऊर्जा/ताण प्रभावीपणे वाढवून बाष्पीभवन कमी करते. हा सिद्धांत आमच्या मागील प्रकाशनात मायक्रोड्रॉपलेट्स22 आणि EWNS साठी प्रायोगिकरित्या पुष्टी करण्यात आला होता. ओव्हरटाइमचे नुकसान आकारावर देखील परिणाम करू शकते आणि निरीक्षण केलेल्या आकार वितरणात योगदान देऊ शकते.
याव्यतिरिक्त, परिस्थितीनुसार प्रति संरचनेचा चार्ज सुमारे २२-४४ ई- आहे, जो मूलभूत EWNS च्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त आहे, ज्यामध्ये प्रति संरचनेचा सरासरी चार्ज १० ± २ इलेक्ट्रॉन आहे. तथापि, हे लक्षात घेतले पाहिजे की हा EWNS चा सरासरी चार्ज आहे. सेटो आणि इतर. असे दिसून आले आहे की चार्ज एकसमान नाही आणि लॉग-सामान्य वितरणाचे अनुसरण करतो21. आमच्या मागील कामाच्या तुलनेत, पृष्ठभागाचा चार्ज दुप्पट केल्याने EPES प्रणालीमध्ये निक्षेपण कार्यक्षमता जवळजवळ १००%११ पर्यंत वाढते.