Nature.com پر جانے کا شکریہ۔ آپ محدود سی ایس ایس سپورٹ کے ساتھ براؤزر کا ورژن استعمال کر رہے ہیں۔ بہترین تجربے کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ ایک اپ ڈیٹ شدہ براؤزر استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں مطابقت موڈ کو غیر فعال کریں)۔ اس کے علاوہ، جاری تعاون کو یقینی بنانے کے لیے، ہم سائٹ کو بغیر اسٹائل اور جاوا اسکرپٹ کے دکھاتے ہیں۔
حال ہی میں، مصنوعی پانی کے نینو اسٹرکچرز (EWNS) کا استعمال کرتے ہوئے نینو ٹیکنالوجی پر مبنی کیمیکل سے پاک اینٹی مائکروبیل پلیٹ فارم تیار کیا گیا ہے۔ EWNS کی سطح کا چارج زیادہ ہوتا ہے اور یہ ری ایکٹو آکسیجن پرجاتیوں (ROS) سے مالا مال ہوتے ہیں جو خوراک سے پیدا ہونے والے پیتھوجینز سمیت متعدد مائکروجنزموں کے ساتھ تعامل اور غیر فعال کر سکتے ہیں۔ یہاں یہ دکھایا گیا ہے کہ ترکیب کے دوران ان کی خصوصیات کو ٹھیک بنایا جا سکتا ہے اور ان کی اینٹی بیکٹیریل صلاحیت کو مزید بڑھانے کے لیے بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ EWNS لیبارٹری پلیٹ فارم کو ترکیب کے پیرامیٹرز کو تبدیل کرکے EWNS کی خصوصیات کو ٹھیک کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا۔ EWNS خصوصیات (چارج، سائز، اور ROS مواد) کی خصوصیات جدید تجزیاتی طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے انجام دی گئیں۔ اس کے علاوہ، غذائی مائکروجنزم جیسے Escherichia coli، Salmonella enterica، Listeria innocua، Mycobacterium para fortitum، اور Saccharomyces cerevisiae کو نامیاتی انگور کے ٹماٹروں کی سطح پر ان کی مائکروبیل غیر فعال ہونے کی صلاحیت کا جائزہ لینے کے لیے ٹیکہ لگایا گیا تھا۔ یہاں پیش کردہ نتائج یہ ظاہر کرتے ہیں کہ EWNS کی خصوصیات کو ترکیب کے دوران ٹھیک بنایا جا سکتا ہے، جس کے نتیجے میں غیر فعال ہونے کی کارکردگی میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے۔ خاص طور پر، سطح کے چارج میں چار کے عنصر سے اضافہ ہوا، اور ROS مواد میں اضافہ ہوا۔ مائکروبیل ہٹانے کی شرح مائکروبیلی طور پر منحصر تھی اور 40,000 #/cm3 EWNS کی ایروسول خوراک کے 45 منٹ کی نمائش کے بعد 1.0 سے 3.8 لاگ تک ہوتی ہے۔
مائکروبیل آلودگی خوراک سے پیدا ہونے والی بیماری کی بنیادی وجہ ہے جو پیتھوجینز یا ان کے زہریلے مواد کے ادخال کی وجہ سے ہوتی ہے۔ خوراک سے پیدا ہونے والی بیماری صرف ریاستہائے متحدہ میں ہر سال تقریباً 76 ملین بیماریوں، 325,000 ہسپتالوں میں داخل ہونے اور 5,000 اموات کا سبب بنتی ہے۔ اس کے علاوہ، ریاستہائے متحدہ کے محکمہ زراعت (USDA) کا تخمینہ ہے کہ تازہ پیداوار کی بڑھتی ہوئی کھپت ریاستہائے متحدہ میں رپورٹ ہونے والی تمام خوراک سے پیدا ہونے والی بیماریوں میں سے 48 فیصد کے لیے ذمہ دار ہے۔ ریاستہائے متحدہ میں خوراک سے پیدا ہونے والے پیتھوجینز سے بیماری اور موت کی لاگت بہت زیادہ ہے، جس کا تخمینہ سینٹرز فار ڈیزیز کنٹرول اینڈ پریوینشن (CDC) کے مطابق 15.6 بلین امریکی ڈالر فی سال سے زیادہ ہے۔
فی الحال، فوڈ سیفٹی کو یقینی بنانے کے لیے کیمیکل 4، ریڈی ایشن5 اور تھرمل6 اینٹی مائکروبیل مداخلتیں بنیادی طور پر پروڈکشن چین میں محدود کریٹیکل کنٹرول پوائنٹس (سی سی پیز) پر لاگو کی جاتی ہیں (عام طور پر کٹائی کے بعد اور/یا پیکنگ کے دوران) بجائے اس کے کہ مسلسل اس طرح سے لاگو کیا جائے کہ تازہ پیداوار کراس آلودگی سے مشروط ہو۔ اور فارم ٹو ٹیبل تسلسل پر لاگو ہونے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔ کم اثر اور لاگت۔
مصنوعی پانی کے نینو اسٹرکچرز (EWNS) کا استعمال کرتے ہوئے سطحوں اور ہوا میں بیکٹیریا کو غیر فعال کرنے کے لیے ایک نینو ٹیکنالوجی پر مبنی کیمیکل سے پاک اینٹی مائکروبیل پلیٹ فارم حال ہی میں تیار کیا گیا ہے۔ ای وی این ایس کی ترکیب کے لیے، دو متوازی عمل استعمال کیے گئے: الیکٹرو سپرے اور واٹر آئنائزیشن (تصویر 1a)۔ EWNS کو پہلے جسمانی اور حیاتیاتی خصوصیات کا ایک منفرد مجموعہ دکھایا گیا ہے 8,9,10۔ EWNS میں فی ڈھانچہ اوسطاً 10 الیکٹران ہوتے ہیں اور اوسط نینو میٹر سائز 25 nm (تصویر 1b,c)8,9,10 ہے۔ اس کے علاوہ، الیکٹران اسپن گونج (ESR) نے ظاہر کیا کہ EWNS میں بڑی مقدار میں رد عمل آکسیجن پرجاتیوں (ROS) پر مشتمل ہے، بنیادی طور پر ہائیڈروکسل (OH•) اور سپر آکسائیڈ (O2-) ریڈیکلز (تصویر 1c) 8۔ EWNS کافی دیر تک ہوا میں رہا اور ہوا میں معلق اور سطحوں پر موجود جرثوموں سے ٹکرا سکتا ہے، جو ان کے ROS پے لوڈ کو پہنچاتا ہے اور مائکروبیل غیر فعال ہونے کا سبب بن سکتا ہے (تصویر 1d)۔ ان ابتدائی مطالعات نے یہ بھی ظاہر کیا کہ EWNS صحت عامہ کی اہمیت کے حامل مختلف گرام منفی اور گرام مثبت بیکٹیریا کے ساتھ بات چیت اور غیر فعال کر سکتا ہے، بشمول مائکوبیکٹیریا، سطحوں پر اور ہوا میں 8,9۔ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی سے پتہ چلتا ہے کہ غیر فعال ہونے کی وجہ سیل کی جھلی کی رکاوٹ ہے۔ اس کے علاوہ، شدید سانس کے مطالعے سے پتہ چلتا ہے کہ EWNS کی زیادہ مقداریں پھیپھڑوں کو نقصان یا سوزش کا باعث نہیں بنتی ہیں۔
(a) الیکٹرو سپرے اس وقت ہوتا ہے جب مائع اور کاؤنٹر الیکٹروڈ پر مشتمل کیپلیری کے درمیان ہائی وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے۔ (b) ہائی وولٹیج کے اطلاق کے نتیجے میں دو مختلف مظاہر ہوتے ہیں: (i) پانی کی الیکٹرو سپرےنگ اور (ii) EWNS میں پھنسے ری ایکٹو آکسیجن پرجاتیوں (آئنز) کی نسل۔ (c) EWNS کی منفرد ساخت۔ (d) EWNS اپنی نانوسکل نوعیت کی وجہ سے انتہائی متحرک ہیں اور ہوا سے چلنے والے پیتھوجینز کے ساتھ تعامل کر سکتے ہیں۔
تازہ خوراک کی سطح پر کھانے سے پیدا ہونے والے مائکروجنزموں کو غیر فعال کرنے کے لیے EWNS antimicrobial پلیٹ فارم کی صلاحیت کا بھی حال ہی میں مظاہرہ کیا گیا ہے۔ یہ بھی دکھایا گیا ہے کہ EWNS سطحی چارج کو ٹارگٹ ڈیلیوری کے لیے برقی فیلڈ کے ساتھ مل کر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مزید اہم بات یہ ہے کہ E. کولی اور لیسٹیریا جیسے مختلف غذائی مائکروجنزموں کے خلاف نامیاتی ٹماٹر کی سرگرمی میں تقریباً 1.4 لاگ کمی کا ایک امید افزا ابتدائی نتیجہ EWNS کے سامنے آنے کے 90 منٹ کے اندر تقریباً 50,000#/cm311 کے ارتکاز میں دیکھا گیا۔ اس کے علاوہ، ابتدائی آرگنولیپٹک تشخیصی ٹیسٹوں نے کنٹرول ٹماٹر کے مقابلے میں کوئی آرگنولیپٹک اثر نہیں دکھایا۔ اگرچہ یہ ابتدائی غیر فعال ہونے کے نتائج 50,000#/cc کی انتہائی کم EWNS خوراکوں پر بھی خوراک کی حفاظت کا وعدہ کرتے ہیں۔ دیکھیں، یہ واضح ہے کہ انفیکشن اور خراب ہونے کے خطرے کو مزید کم کرنے کے لیے زیادہ غیر فعال ہونے کی صلاحیت زیادہ فائدہ مند ہوگی۔
یہاں، ہم اپنی تحقیق کو EWNS جنریشن پلیٹ فارم کی ترقی پر مرکوز کریں گے تاکہ ترکیب کے پیرامیٹرز کو ٹھیک بنایا جا سکے اور EWNS کی فزیکو کیمیکل خصوصیات کو بہتر بنایا جا سکے تاکہ ان کی اینٹی بیکٹیریل صلاحیت کو بڑھایا جا سکے۔ خاص طور پر، اصلاح نے ان کی سطح کے چارج کو بڑھانے پر توجہ مرکوز کی ہے (ٹارگٹڈ ڈیلیوری کو بہتر بنانے کے لیے) اور ROS مواد (غیر فعال ہونے کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے)۔ جدید تجزیاتی طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے اور عام فوڈ مائکروجنزموں جیسے E. coli، S. enterica، L. innocua، S. cerevisiae اور M. parafortuitum کا استعمال کرتے ہوئے آپٹمائزڈ فزیکو کیمیکل خصوصیات (سائز، چارج اور ROS مواد) کی خصوصیات۔
ای وی این ایس کو بیک وقت الیکٹرو سپرےنگ اور اعلی پاکیزگی والے پانی کی آئنائزیشن (18 MΩ cm–1) کے ذریعے ترکیب کیا گیا تھا۔ الیکٹرک ایٹمائزر 12 کو عام طور پر مائعات اور مصنوعی پولیمر اور سیرامک ​​ذرات 13 اور کنٹرول شدہ سائز کے ریشوں 14 کو ایٹمائز کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
جیسا کہ پچھلی اشاعت 8، 9، 10، 11 میں تفصیل سے بتایا گیا ہے، ایک عام تجربے میں، دھات کی کیپلیری اور گراؤنڈ کاؤنٹر الیکٹروڈ کے درمیان ایک ہائی وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے۔ اس عمل کے دوران، دو مختلف مظاہر پائے جاتے ہیں: 1) الیکٹرو سپرے اور 2) پانی کا آئنائزیشن۔ دو الیکٹروڈ کے درمیان ایک مضبوط برقی میدان گاڑھا پانی کی سطح پر منفی چارجز جمع ہونے کا سبب بنتا ہے، جس کے نتیجے میں ٹیلر کونز بنتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، انتہائی چارج شدہ پانی کی بوندیں بنتی ہیں، جو کہ ریلے تھیوری 16 کے مطابق چھوٹے ذرات میں ٹوٹتی رہتی ہیں۔ ایک ہی وقت میں، ایک مضبوط برقی میدان پانی کے کچھ مالیکیولز کو الگ کرنے اور الیکٹران (آئنائزیشن) کو الگ کرنے کا سبب بنتا ہے، اس طرح بڑی مقدار میں رد عمل آکسیجن پرجاتیوں (ROS) 17 پیدا ہوتی ہے۔ بیک وقت تیار کردہ ROS18 پیکٹ EWNS (تصویر 1c) میں سمیٹے ہوئے تھے۔
انجیر پر۔ 2a اس مطالعے میں EWNS جنریشن سسٹم کو EWNS کی ترکیب میں تیار اور استعمال کرتا ہے۔ بند بوتل میں ذخیرہ شدہ پیوریفائیڈ پانی کو ٹیفلون ٹیوب (2 ملی میٹر اندرونی قطر) کے ذریعے 30G سٹینلیس سٹیل کی سوئی (دھاتی کیپلیری) میں پلایا جاتا تھا۔ جیسا کہ شکل 2b میں دکھایا گیا ہے، پانی کے بہاؤ کو بوتل کے اندر ہوا کے دباؤ سے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ سوئی ٹیفلون کنسول سے منسلک ہوتی ہے جسے کاؤنٹر الیکٹروڈ سے ایک خاص فاصلے پر دستی طور پر ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔ کاؤنٹر الیکٹروڈ ایک پالش ایلومینیم ڈسک ہے جس میں نمونے لینے کے لیے درمیان میں سوراخ ہوتا ہے۔ کاؤنٹر الیکٹروڈ کے نیچے ایلومینیم کے نمونے لینے کا فنل ہے، جو نمونے لینے والی بندرگاہ (تصویر 2b) کے ذریعے باقی تجرباتی سیٹ اپ سے جڑا ہوا ہے۔ تمام نمونے لینے والے اجزاء کو برقی طور پر گراؤنڈ کیا جاتا ہے تاکہ چارج کی تعمیر سے بچا جا سکے جو ذرات کے نمونے لینے کو کم کر سکتا ہے۔
(a) انجینئرڈ واٹر نینو اسٹرکچر جنریشن سسٹم (EWNS)۔ (b) سیمپلر اور الیکٹرو سپرے یونٹ کا کراس سیکشن جو سب سے اہم پیرامیٹرز دکھاتا ہے۔ (c) بیکٹیریا کو غیر فعال کرنے کے لیے تجرباتی سیٹ اپ۔
اوپر بیان کردہ EWNS جنریشن سسٹم EWNS خصوصیات کی ٹھیک ٹیوننگ کی سہولت کے لیے کلیدی آپریٹنگ پیرامیٹرز کو تبدیل کرنے کے قابل ہے۔ لاگو وولٹیج (V)، سوئی اور کاؤنٹر الیکٹروڈ (L) کے درمیان فاصلہ، اور کیپلیری کے ذریعے پانی کے بہاؤ (φ) کو EWNS خصوصیات کو ٹھیک کرنے کے لیے ایڈجسٹ کریں۔ علامتیں [V (kV), L (cm)] مختلف مجموعوں کو ظاہر کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہیں۔ ایک مخصوص سیٹ [V, L] کا مستحکم ٹیلر کون حاصل کرنے کے لیے پانی کے بہاؤ کو ایڈجسٹ کریں۔ اس مطالعہ کے مقاصد کے لیے، کاؤنٹر الیکٹروڈ (D) کا یپرچر 0.5 انچ (1.29 سینٹی میٹر) مقرر کیا گیا تھا۔
محدود جیومیٹری اور اسمیٹری کی وجہ سے، برقی میدان کی طاقت کو پہلے اصولوں سے شمار نہیں کیا جا سکتا۔ اس کے بجائے، QuickField™ سافٹ ویئر (Svendborg, Denmark)19 کو برقی میدان کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا گیا۔ الیکٹرک فیلڈ یکساں نہیں ہے، اس لیے کیپلیری کے سرے پر برقی فیلڈ کی قدر کو مختلف کنفیگریشنز کے لیے بطور ریفرنس ویلیو استعمال کیا جاتا تھا۔
مطالعہ کے دوران، سوئی اور کاؤنٹر الیکٹروڈ کے درمیان وولٹیج اور فاصلے کے کئی امتزاج کا جائزہ ٹیلر کون کی تشکیل، ٹیلر کونی استحکام، EWNS پروڈکشن استحکام، اور تولیدی صلاحیت کے لحاظ سے کیا گیا۔ ضمنی جدول S1 میں مختلف مجموعے دکھائے گئے ہیں۔
ای ڈبلیو این ایس جنریشن سسٹم کا آؤٹ پٹ براہ راست اسکیننگ موبلٹی پارٹیکل سائزر (SMPS، ماڈل 3936، TSI، Shoreview، Minnesota) سے منسلک تھا تاکہ پارٹیکل نمبر کے ارتکاز کی پیمائش کی جا سکے اور اسے Faraday ایروسول الیکٹرومیٹر (TSI، ماڈل 3068B، Shoreview، USA) کے ساتھ استعمال کیا گیا۔ MN) ایروسول کے بہاؤ کی پیمائش کرنے کے لیے، جیسا کہ ہماری پچھلی اشاعت9 میں بیان کیا گیا ہے۔ SMPS اور ایروسول الیکٹرومیٹر دونوں کا نمونہ 0.5 L/منٹ کے بہاؤ کی شرح سے لیا گیا (مجموعی نمونہ بہاؤ 1 L/min)۔ ذرات کی حراستی اور ایروسول کے بہاؤ کی پیمائش 120 سیکنڈ تک کی گئی۔ پیمائش کو 30 بار دہرائیں۔ کل ایروسول چارج کا حساب موجودہ پیمائشوں سے لگایا جاتا ہے، اور اوسط EWNS چارج کا اندازہ EWNS ذرات کی کل تعداد سے لگایا جاتا ہے۔ EWNS کی اوسط لاگت کا حساب مساوات (1):
جہاں IEl ماپا گیا کرنٹ ہے، NSMPS نمبر کا ارتکاز ہے جس کی پیمائش SMPS کے ساتھ کی جاتی ہے، اور φEl الیکٹرومیٹر میں بہاؤ کی شرح ہے۔
چونکہ رشتہ دار نمی (RH) سطح کے چارج کو متاثر کرتی ہے، تجربے کے دوران درجہ حرارت اور (RH) کو بالترتیب 21°C اور 45% پر مستقل رکھا گیا۔
ایٹمک فورس مائکروسکوپی (AFM)، اسائلم MFP-3D (اسائلم ریسرچ، سانتا باربرا، CA) اور AC260T تحقیقات (اولمپس، ٹوکیو، جاپان) کا استعمال EWNS کے سائز اور زندگی کی پیمائش کے لیے کیا گیا تھا۔ AFM اسکین کی شرح 1 Hz ہے اور اسکین کا علاقہ 5 µm×5 µm ہے 256 اسکین لائنوں کے ساتھ۔ تمام امیجز کو اسائلم سافٹ ویئر (100 nm کی رینج اور 100 pm کی حد کے ساتھ ماسک) کا استعمال کرتے ہوئے پہلے آرڈر کی تصویری سیدھ کا نشانہ بنایا گیا تھا۔
نمونے لینے والے فنل کو ہٹا دیں اور ابرک کی سطح کو کاؤنٹر الیکٹروڈ سے 2.0 سینٹی میٹر کے فاصلے پر اوسطاً 120 سیکنڈ کے لیے رکھیں تاکہ ذرات کے اتحاد اور ابرک کی سطح پر بے قاعدہ بوندوں کی تشکیل سے بچا جا سکے۔ EWNS کا اطلاق براہ راست تازہ کٹے ہوئے ابرک کی سطحوں پر کیا گیا تھا (ٹیڈ پیلا، ریڈنگ، CA)۔ پھٹنے کے فوراً بعد، ابرک کی سطح کو AFM کا استعمال کرتے ہوئے دیکھا گیا۔ تازہ کٹے ہوئے غیر ترمیم شدہ ابرک کا سطحی رابطہ زاویہ 0° کے قریب ہے، لہذا EWNS ابرک کی سطح پر گنبد کی شکل میں پھیلتا ہے۔ پھیلنے والی بوندوں کے قطر (a) اور اونچائی (h) کو براہ راست AFM ٹپوگرافی سے ماپا گیا تھا اور ہمارے پہلے توثیق شدہ طریقہ 8 کا استعمال کرتے ہوئے گنبد بازی والیوم EWNS کا حساب لگانے کے لئے استعمال کیا گیا تھا۔ یہ فرض کرتے ہوئے کہ آن بورڈ ای وی این ایس کا حجم ایک ہی ہے، مساوی قطر کو مساوات (2) سے شمار کیا جا سکتا ہے:
ہمارے پہلے سے تیار کردہ طریقہ کے مطابق، EWNS میں قلیل المدت ریڈیکل انٹرمیڈیٹس کی موجودگی کا پتہ لگانے کے لیے ایک الیکٹران اسپن گونج (ESR) اسپن ٹریپ استعمال کیا گیا تھا۔ ایروسول کو 235 ایم ایم ڈی ای پی ایم پی او (5- (ڈائیتھوکسائی فاسفوریل)) -5-میتھائل-1-پائرولائن-این-آکسائڈ) (آکسس انٹرنیشنل انکارپوریشن، پورٹ لینڈ، اوریگون) پر مشتمل محلول سے گزارا گیا۔ تمام EPR پیمائشیں بروکر EMX سپیکٹرومیٹر (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) اور فلیٹ سیل اریوں کا استعمال کرتے ہوئے کی گئیں۔ Acquisit سافٹ ویئر (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) کو ڈیٹا اکٹھا کرنے اور تجزیہ کرنے کے لیے استعمال کیا گیا۔ ROS کی خصوصیت صرف آپریٹنگ حالات [-6.5 kV، 4.0 سینٹی میٹر] کے ایک سیٹ کے لیے کی گئی تھی۔ اثر کرنے والے میں EWNS کے نقصان کو مدنظر رکھتے ہوئے SMPS کا استعمال کرتے ہوئے EWNS ارتکاز کی پیمائش کی گئی۔
205 ڈوئل بیم اوزون مانیٹر™ (2B ٹیکنالوجیز، بولڈر، کو) 8,9,10 کا استعمال کرتے ہوئے اوزون کی سطح کی نگرانی کی گئی۔
تمام EWNS خصوصیات کے لیے، پیمائش کی قدر پیمائش کا اوسط ہے، اور پیمائش کی غلطی معیاری انحراف ہے۔ ایک t-ٹیسٹ کیا گیا تاکہ آپٹمائزڈ EWNS وصف کی قدر کا بیس EWNS کی اسی قدر سے موازنہ کیا جا سکے۔
شکل 2c پہلے سے تیار کردہ اور خصوصیت والے Electrostatic Precipitation Pass Through System (EPES) کو دکھاتا ہے جسے EWNS11 کو سطحوں پر نشانہ بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ EPES براہ راست ہدف کی سطح پر "پوائنٹ" کرنے کے لیے مضبوط برقی فیلڈ کے ساتھ مل کر EWNS چارج کا استعمال کرتا ہے۔ EPES سسٹم کی تفصیلات Pyrgiotakis et al.11 کی ایک حالیہ اشاعت میں پیش کی گئی ہیں۔ اس طرح، EPES ایک 3D پرنٹ شدہ PVC چیمبر پر مشتمل ہوتا ہے جس میں ٹیپرڈ سرے ہوتے ہیں جس میں دو متوازی سٹینلیس سٹیل (304 سٹینلیس سٹیل، آئینہ پالش) دھاتی پلیٹیں درمیان میں 15.24 سینٹی میٹر کے فاصلے پر ہوتی ہیں۔ بورڈز ایک بیرونی ہائی وولٹیج سورس (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) سے جڑے ہوئے تھے، نیچے کا بورڈ ہمیشہ مثبت ہوتا تھا اور اوپر والا بورڈ ہمیشہ گراؤنڈ ہوتا تھا (تیرتا ہوا)۔ چیمبر کی دیواریں ایلومینیم ورق سے ڈھکی ہوئی ہیں، جو ذرات کے نقصان کو روکنے کے لیے برقی طور پر گراؤنڈ کی گئی ہیں۔ چیمبر میں ایک مہر بند فرنٹ لوڈنگ ڈور ہے جو ہائی وولٹیج کی مداخلت سے بچنے کے لیے ٹیسٹ کی سطحوں کو پلاسٹک کے ریک پر رکھنے کی اجازت دیتا ہے، انہیں نیچے کی دھات کی پلیٹ سے اٹھا کر لے جاتا ہے۔
EPES میں EWNS کی جمع کرنے کی کارکردگی کا حساب پہلے سے تیار کردہ پروٹوکول کے مطابق کیا گیا تھا جس کی تفصیل ضمنی اعداد و شمار S111 میں ہے۔
ایک کنٹرول چیمبر کے طور پر، بیلناکار چیمبر کے ذریعے دوسرا بہاؤ EWNS کو ہٹانے کے لیے ایک انٹرمیڈیٹ HEPA فلٹر کا استعمال کرتے ہوئے EPES سسٹم کے ساتھ سیریز میں منسلک ہوتا ہے۔ جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ 2c میں، EWNS ایروسول کو سیریز میں جڑے دو چیمبروں کے ذریعے پمپ کیا گیا تھا۔ کنٹرول روم اور EPES کے درمیان فلٹر کسی بھی باقی EWNS کو ہٹاتا ہے جس کے نتیجے میں ایک ہی درجہ حرارت (T)، رشتہ دار نمی (RH) اور اوزون کی سطح ہوتی ہے۔
کھانے سے پیدا ہونے والے اہم مائکروجنزم تازہ پیداوار کو آلودہ کرتے ہوئے پائے گئے ہیں جیسے Escherichia coli (ATCC #27325)، ایک فیکل انڈیکیٹر، Salmonella enterica (ATCC #53647)، ایک خوراک سے پیدا ہونے والا پیتھوجین، Listeria innocua (ATCC #33090)، جو پیتھوجینک لیسٹروجینسی کا متبادل ہے۔ ، Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) خراب ہونے والے خمیر کے متبادل کے طور پر، اور Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ایک زیادہ مزاحم زندہ بیکٹیریا کے طور پر ATCC (ماناساس، ورجینیا) سے خریدے گئے تھے۔
اپنے مقامی بازار سے تصادفی طور پر نامیاتی انگور کے ٹماٹروں کے ڈبے خریدیں اور استعمال ہونے تک 4°C پر فریج میں رکھیں (3 دن تک)۔ ایک سائز کے ساتھ تجربہ کرنے کے لیے ٹماٹر کا انتخاب کریں، تقریباً 1/2 انچ قطر۔
انکیوبیشن، ٹیکہ لگانے، نمائش اور کالونی کی گنتی کے پروٹوکولز ہماری پچھلی اشاعتوں میں تفصیل سے بیان کیے گئے ہیں اور ضمنی ڈیٹا 11 میں تفصیل سے بیان کیے گئے ہیں۔ EWNS کی کارکردگی کا اندازہ 45 منٹ کے لیے 40,000 #/cm3 پر ٹیکہ لگائے گئے ٹماٹروں کو ظاہر کر کے کیا گیا۔ مختصراً، وقت پر t = 0 منٹ، تین ٹماٹر زندہ بچ جانے والے مائکروجنزموں کا اندازہ کرنے کے لیے استعمال کیے گئے۔ تین ٹماٹر EPES میں رکھے گئے تھے اور EWNS کے سامنے 40,000 #/cc (EWNS exposed tomatoes) اور تین دیگر کو کنٹرول چیمبر (کنٹرول ٹماٹر) میں رکھا گیا تھا۔ ٹماٹر کے کسی بھی گروپ کو اضافی پروسیسنگ کا نشانہ نہیں بنایا گیا۔ EWNS کے اثر کا اندازہ کرنے کے لیے EWNS سے بے نقاب ٹماٹر اور کنٹرول 45 منٹ کے بعد ہٹا دیے گئے۔
ہر تجربہ سہ رخی میں کیا گیا تھا۔ ڈیٹا کا تجزیہ ضمنی ڈیٹا میں بیان کردہ پروٹوکول کے مطابق کیا گیا تھا۔
E. coli، Enterobacter، اور L. innocua بیکٹیریل نمونے جو EWNS (45 منٹ، EWNS ایروسول ارتکاز 40,000 #/cm3) کے سامنے آئے اور غیر فعال ہونے کے طریقہ کار کا اندازہ لگانے کے لیے چھرے لگائے گئے۔ 2 گھنٹے کے لیے کمرے کے درجہ حرارت پر 0.1 M سوڈیم کیکوڈیلیٹ محلول (pH 7.4) میں 2.5% glutaraldehyde، 1.25% paraformaldehyde اور 0.03% picric ایسڈ کے ساتھ precipitate طے کیا گیا تھا۔ دھونے کے بعد، انہیں 1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) کے ساتھ 2 گھنٹے کے لیے طے کیا گیا، 3 بار پانی سے دھویا گیا اور 1% یورینیل ایسیٹیٹ میں 1 گھنٹے کے لیے لگایا گیا، پھر پانی سے دو بار دھویا گیا۔ بعد میں پانی کی کمی 10 منٹ ہر 50%، 70%، 90%، 100% الکحل۔ اس کے بعد نمونوں کو 1 گھنٹے کے لیے پروپیلین آکسائیڈ میں رکھا گیا اور پروپیلین آکسائیڈ اور TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) کے 1:1 مرکب سے رنگین کیا گیا۔ نمونے TAAB Epon میں سرایت کیے گئے تھے اور 48 گھنٹے کے لیے 60 ° C پر پولیمرائز کیے گئے تھے۔ ٹھیک شدہ دانے دار رال کو TEM نے JEOL 1200EX (JEOL، Tokyo, Japan) کا استعمال کرتے ہوئے کاٹا اور تصور کیا، AMT 2k CCD کیمرے سے لیس ایک روایتی ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپ (ایڈوانسڈ مائیکروسکوپی ٹیکنیکس، کارپوریشن، ووبرن، ایم اے، یو ایس اے)۔
تمام تجربات سہ رخی میں کیے گئے تھے۔ ہر ٹائم پوائنٹ کے لیے، بیکٹیریل واش کو سہ رخی میں چڑھایا جاتا تھا، جس کے نتیجے میں کل نو ڈیٹا پوائنٹس فی پوائنٹ ہوتے ہیں، جن میں سے اوسط اس مخصوص جاندار کے لیے بیکٹیریل ارتکاز کے طور پر استعمال ہوتا تھا۔ معیاری انحراف کو پیمائش کی غلطی کے طور پر استعمال کیا گیا تھا۔ تمام پوائنٹس شمار ہوتے ہیں۔
t = 0 منٹ کے مقابلے میں بیکٹیریا کے ارتکاز میں کمی کے لوگارتھم کا حساب درج ذیل فارمولے سے کیا گیا:
جہاں C0 وقت 0 پر کنٹرول کے نمونے میں بیکٹیریا کا ارتکاز ہے (یعنی سطح کے خشک ہونے کے بعد لیکن چیمبر میں رکھے جانے سے پہلے) اور Cn نمائش کے n منٹ کے بعد سطح پر بیکٹیریا کا ارتکاز ہے۔
45 منٹ کی نمائش کی مدت کے دوران بیکٹیریا کے قدرتی انحطاط کا حساب کتاب کرنے کے لیے، 45 منٹ پر کنٹرول کے مقابلے لاگ ان میں کمی کا حساب بھی درج ذیل ہے:
جہاں Cn وقت n پر کنٹرول کے نمونے میں بیکٹیریا کا ارتکاز ہے اور Cn-Control وقت n پر کنٹرول بیکٹیریا کا ارتکاز ہے۔ ڈیٹا کو کنٹرول کے مقابلے لاگ کمی کے طور پر پیش کیا جاتا ہے (کوئی EWNS نمائش نہیں)۔
مطالعہ کے دوران، سوئی اور کاؤنٹر الیکٹروڈ کے درمیان وولٹیج اور فاصلے کے کئی امتزاج کا جائزہ ٹیلر کون کی تشکیل، ٹیلر کونی استحکام، EWNS پروڈکشن استحکام، اور تولیدی صلاحیت کے لحاظ سے کیا گیا۔ ضمنی جدول S1 میں مختلف مجموعے دکھائے گئے ہیں۔ مستحکم اور تولیدی خصوصیات (ٹیلر شنک، EWNS پروڈکشن، اور وقت کے ساتھ استحکام) کو ظاہر کرنے والے مکمل مطالعہ کے لیے دو کیسز کا انتخاب کیا گیا۔ انجیر پر۔ 3 دو صورتوں کے لیے ROS کے چارج، سائز اور مواد پر نتائج دکھاتا ہے۔ نتائج کا خلاصہ جدول 1 میں بھی دیا گیا ہے۔ حوالہ کے لیے، شکل 3 اور جدول 1 میں پہلے سے ترکیب شدہ غیر اصلاح شدہ EWNS8, 9, 10, 11 (baseline-EWNS) کی خصوصیات شامل ہیں۔ دو دم والے t-ٹیسٹ کا استعمال کرتے ہوئے شماریاتی اہمیت کے حسابات کو ضمنی جدول S2 میں دوبارہ شائع کیا گیا ہے۔ اس کے علاوہ، اضافی اعداد و شمار میں کاؤنٹر الیکٹروڈ کے نمونے لینے والے سوراخ کے قطر (D) کے اثر اور زمینی الیکٹروڈ اور سوئی کی نوک (L) کے درمیان فاصلے پر مطالعہ شامل ہیں (ضمنی اعداد و شمار S2 اور S3)۔
(a–c) AFM سائز کی تقسیم۔ (d - f) سطحی چارج کی خصوصیت۔ (g) ROS اور ESR کی خصوصیت۔
یہ نوٹ کرنا بھی ضروری ہے کہ مندرجہ بالا تمام حالات کے لیے، ناپے گئے آئنائزیشن کرنٹ 2-6 µA کی رینج میں تھے، اور وولٹیجز -3.8 سے -6.5 kV کی رینج میں تھے، جس کے نتیجے میں اس سنگل ٹرمینل EWNS کے لیے بجلی کی کھپت 50 میگاواٹ سے کم تھی۔ . نسل ماڈیول. اگرچہ EWNS اعلی دباؤ کے تحت ترکیب کیا گیا تھا، اوزون کی سطح بہت کم تھی، کبھی بھی 60 ppb سے زیادہ نہیں تھی۔
ضمنی شکل S4 بالترتیب [-6.5 kV, 4.0 cm] اور [-3.8 kV, 0.5 cm] منظرناموں کے لیے نقلی الیکٹرک فیلڈز دکھاتی ہے۔ منظرناموں کے مطابق فیلڈز [-6.5 kV, 4.0 cm] اور [-3.8 kV, 0.5 cm] بالترتیب 2 × 105 V/m اور 4.7 × 105 V/m کے طور پر شمار کیے جاتے ہیں۔ اس کی توقع کی جانی چاہئے، کیونکہ دوسری صورت میں وولٹیج اور فاصلے کا تناسب بہت زیادہ ہے۔
انجیر پر۔ 3a،b AFM8 کے ساتھ ماپنے والے EWNS قطر کو دکھاتا ہے۔ [-6.5 kV, 4.0 cm] اور [-3.8 kV, 0.5 cm] منظرناموں کے لیے اوسط EWNS قطر کا حساب بالترتیب 27 nm اور 19 nm کیا گیا۔ کیسز [-6.5 kV, 4.0 cm] اور [-3.8 kV, 0.5 cm] کے لیے تقسیم کے ہندسی معیاری انحراف بالترتیب 1.41 اور 1.45 ہیں، جو ایک تنگ سائز کی تقسیم کو ظاہر کرتے ہیں۔ اوسط سائز اور جیومیٹرک معیاری انحراف دونوں بنیادی لائن-EWNS کے بہت قریب ہیں، بالترتیب 25 nm اور 1.41 ہیں۔ انجیر پر۔ 3c بیس لائن EWNS کے سائز کی تقسیم کو ظاہر کرتا ہے جو ایک ہی طریقہ کو استعمال کرتے ہوئے ایک ہی حالات میں ماپا جاتا ہے۔
انجیر پر۔ 3d، ای چارج کریکٹرائزیشن کے نتائج دکھاتا ہے۔ ڈیٹا ارتکاز کی 30 بیک وقت پیمائش (#/cm3) اور موجودہ (I) کی اوسط پیمائش ہے۔ تجزیہ ظاہر کرتا ہے کہ EWNS پر اوسط چارج بالترتیب [-6.5 kV، 4.0 cm] اور [-3.8 kV, 0.5 cm] کے لیے 22 ± 6 e- اور 44 ± 6 e- ہے۔ Baseline-EWNS (10 ± 2 e-) کے مقابلے میں، ان کی سطح کا چارج نمایاں طور پر زیادہ ہے، [-6.5 kV، 4.0 cm] منظرنامے سے دوگنا اور [-3.8 kV، 0.5 cm] سے چار گنا۔ 3f بنیادی EWNS ادائیگی کا ڈیٹا دکھاتا ہے۔
EWNS تعداد کے ارتکاز کے نقشوں (ضمنی اعداد و شمار S5 اور S6) سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ [-6.5 kV, 4.0 cm] منظر میں [-3.8 kV, 0.5 cm] منظر کے مقابلے میں ذرات کی تعداد نمایاں طور پر زیادہ ہے۔ یہ بھی واضح رہے کہ EWNS نمبر کے ارتکاز کو 4 گھنٹے تک مانیٹر کیا گیا تھا (ضمنی اعداد و شمار S5 اور S6)، جہاں EWNS جنریشن کے استحکام نے دونوں صورتوں میں پارٹیکل نمبر کے ارتکاز کی یکساں سطح کو ظاہر کیا۔
شکل 3g کنٹرول (پس منظر) کے بعد EPR سپیکٹرم کو بہتر EWNS کے لیے [-6.5 kV, 4.0 cm] پر دکھاتا ہے۔ ROS سپیکٹرم کا موازنہ پہلے شائع شدہ مقالے میں EWNS بیس لائن سے بھی کیا جاتا ہے۔ اسپن ٹریپ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرنے والے EWNS کی حسابی تعداد 7.5 × 104 EWNS/s ہے، جو پہلے شائع شدہ Baseline-EWNS8 کی طرح ہے۔ EPR سپیکٹرا نے واضح طور پر دو قسم کے ROS کی موجودگی کی نشاندہی کی، جہاں O2- غالب تھا، جبکہ OH• تھوڑی مقدار میں موجود تھا۔ اس کے علاوہ، چوٹی کی شدت کے براہ راست موازنہ سے پتہ چلتا ہے کہ اصلاح شدہ EWNS میں بنیادی لائن EWNS کے مقابلے ROS کا مواد نمایاں طور پر زیادہ تھا۔
انجیر پر۔ 4 EPES میں EWNS کی جمع کرنے کی کارکردگی کو ظاہر کرتا ہے۔ ڈیٹا کا خلاصہ ٹیبل I میں بھی کیا گیا ہے اور اس کا موازنہ اصل EWNS ڈیٹا سے کیا گیا ہے۔ EUNS کے دونوں معاملات میں، 3.0 kV کے کم وولٹیج پر بھی جمع 100% کے قریب تھا۔ عام طور پر، 3.0 kV سطح چارج کی تبدیلی سے قطع نظر 100% جمع حاصل کرنے کے لیے کافی ہے۔ انہی حالات میں، کم چارج (اوسط 10 الیکٹران فی EWNS) کی وجہ سے بیس لائن-EWNS کی جمع کرنے کی کارکردگی صرف 56% تھی۔
شکل 5 اور جدول 2 ٹماٹروں کی سطح پر 45 منٹ تک تقریباً 40,000 #/cm3 EWNS کی نمائش کے بعد زیادہ سے زیادہ منظر [-6.5 kV, 4.0 cm] کے لیے ٹیکے لگائے گئے مائکروجنزموں کے غیر فعال ہونے کی ڈگری کا خلاصہ کرتا ہے۔ انوکولیڈ ای کولی اور ایل انوکوا نے 45 منٹ کی نمائش کے بعد 3.8 لاگ کی نمایاں کمی ظاہر کی۔ انہی حالات کے تحت، S. enterica نے 2.2 لاگز کی کم لاگ کمی ظاہر کی، جبکہ S. cerevisiae اور M. parafortuitum نے 1.0 لاگ کی کمی دکھائی۔
الیکٹران مائیکرو گرافس (شکل 6) EWNS کی طرف سے E. coli، Salmonella enterica، اور L. innocua خلیات میں جسمانی تبدیلیوں کی عکاسی کرتے ہیں جو غیر فعال ہونے کا باعث بنتے ہیں۔ کنٹرول بیکٹیریا نے برقرار سیل جھلیوں کو دکھایا، جبکہ بے نقاب بیکٹیریا نے بیرونی جھلیوں کو نقصان پہنچایا.
کنٹرول اور بے نقاب بیکٹیریا کی الیکٹران مائکروسکوپک امیجنگ نے جھلی کے نقصان کا انکشاف کیا۔
آپٹمائزڈ EWNS کی فزیکو کیمیکل خصوصیات پر ڈیٹا اجتماعی طور پر ظاہر کرتا ہے کہ EWNS خصوصیات (سطح کا چارج اور ROS مواد) پہلے شائع شدہ EWNS بیس لائن ڈیٹا8,9,10,11 کے مقابلے میں نمایاں طور پر بہتر ہوئے تھے۔ دوسری طرف، ان کا سائز نینو میٹر کی حد میں رہا، جو پہلے شائع شدہ نتائج سے بہت ملتا جلتا ہے، جس سے وہ طویل عرصے تک ہوا میں رہ سکتے ہیں۔ مشاہدہ شدہ پولی ڈسپرسٹی کی وضاحت سطح کے چارج میں ہونے والی تبدیلیوں سے کی جا سکتی ہے، جو Rayleigh اثر کی شدت، بے ترتیب پن، اور EWNS کے ممکنہ انضمام کا تعین کرتی ہے۔ تاہم، جیسا کہ Nielsen et al.22 نے تفصیل سے بتایا ہے، اعلی سطحی چارج پانی کے قطرے کی سطحی توانائی/تناؤ کو مؤثر طریقے سے بڑھا کر بخارات کو کم کرتا ہے۔ اس نظریہ کی تجرباتی طور پر ہماری پچھلی اشاعت8 میں مائکروڈروپلیٹس 22 اور EWNS کے لیے تصدیق کی گئی تھی۔ اوور ٹائم کا نقصان بھی سائز کو متاثر کر سکتا ہے اور مشاہدہ شدہ سائز کی تقسیم میں حصہ ڈال سکتا ہے۔
اس کے علاوہ، حالات پر منحصر ہے، فی ڈھانچہ چارج تقریباً 22–44 e- ہے، جو بنیادی EWNS کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ ہے، جس کا اوسطاً چارج 10 ± 2 الیکٹران فی ڈھانچہ ہے۔ تاہم، یہ واضح رہے کہ یہ EWNS کا اوسط چارج ہے۔ سیٹو وغیرہ۔ یہ دکھایا گیا ہے کہ چارج یکساں نہیں ہے اور لاگ نارمل تقسیم 21 کی پیروی کرتا ہے۔ ہمارے پچھلے کام کے مقابلے، سطحی چارج کو دوگنا کرنے سے EPES سسٹم میں جمع کرنے کی کارکردگی تقریباً 100%11 ہو جاتی ہے۔