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हाल ही में, कृत्रिम जल नैनोस्ट्रक्चर (EWNS) का उपयोग करके नैनो तकनीक पर आधारित एक रसायन-मुक्त रोगाणुरोधी प्लेटफ़ॉर्म विकसित किया गया है। EWNS में उच्च सतही आवेश होता है और वे प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (ROS) से संतृप्त होते हैं जो खाद्य जनित रोगजनकों सहित कई सूक्ष्मजीवों के साथ बातचीत कर सकते हैं और उन्हें निष्क्रिय कर सकते हैं। यहाँ यह दिखाया गया है कि संश्लेषण के दौरान उनके गुणों को ठीक किया जा सकता है और उनकी जीवाणुरोधी क्षमता को और बढ़ाने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। EWNS प्रयोगशाला प्लेटफ़ॉर्म को संश्लेषण मापदंडों को बदलकर EWNS के गुणों को ठीक करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। आधुनिक विश्लेषणात्मक विधियों का उपयोग करके EWNS गुणों (आरओएस का आवेश, आकार और सामग्री) का लक्षण वर्णन। इसके अलावा, उन्हें एस्चेरिचिया कोली, साल्मोनेला एंटरिका, लिस्टेरिया इनोक्यूस, माइकोबैक्टीरियम पैराएक्सिडेंटम और सैक्रोमाइसिस सेरेविसिया जैसे खाद्य जनित सूक्ष्मजीवों के खिलाफ उनकी माइक्रोबियल निष्क्रियता क्षमता के लिए मूल्यांकन किया गया था। यहाँ प्रस्तुत परिणाम प्रदर्शित करते हैं कि संश्लेषण के दौरान EWNS के गुणों को ठीक किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप निष्क्रियता दक्षता में तेजी से वृद्धि होती है। विशेष रूप से, सतही आवेश में चार गुना वृद्धि हुई और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ बढ़ीं। सूक्ष्मजीवी निष्कासन दर सूक्ष्मजीवी रूप से निर्भर थी और 40,000 #/cc EWNS की एरोसोल खुराक के 45 मिनट के संपर्क के बाद 1.0 से 3.8 लॉग तक थी।
सूक्ष्मजीव संदूषण रोगजनकों या उनके विषाक्त पदार्थों के अंतर्ग्रहण के कारण होने वाली खाद्य जनित बीमारी का मुख्य कारण है। अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में, खाद्य जनित बीमारी हर साल लगभग 76 मिलियन बीमारियों, 325,000 अस्पताल में भर्ती होने और 5,000 मौतों का कारण बनती है1। इसके अलावा, संयुक्त राज्य अमेरिका के कृषि विभाग (USDA) का अनुमान है कि संयुक्त राज्य अमेरिका में रिपोर्ट की गई सभी खाद्य जनित बीमारियों में से 48% के लिए ताजा उपज की बढ़ी हुई खपत जिम्मेदार है2। संयुक्त राज्य अमेरिका में खाद्य जनित रोगजनकों के कारण होने वाली बीमारी और मृत्यु की लागत बहुत अधिक है, जिसका अनुमान रोग नियंत्रण और रोकथाम केंद्र (CDC) द्वारा प्रति वर्ष US$15.6 बिलियन से अधिक लगाया गया है3।
वर्तमान में, खाद्य सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए रासायनिक4, विकिरण5 और तापीय6 रोगाणुरोधी हस्तक्षेप अधिकतर उत्पादन श्रृंखला (आमतौर पर फसल कटाई के बाद और/या पैकेजिंग के दौरान) के साथ सीमित महत्वपूर्ण नियंत्रण बिंदुओं (सीसीपी) पर किए जाते हैं, न कि निरंतर। इस प्रकार, वे क्रॉस-संदूषण के लिए प्रवण होते हैं। 7. खाद्य जनित बीमारी और खाद्य खराब होने पर बेहतर नियंत्रण के लिए रोगाणुरोधी हस्तक्षेप की आवश्यकता होती है, जिसे पर्यावरणीय प्रभाव और लागत को कम करते हुए खेत से लेकर मेज तक की निरंतरता में लागू किया जा सकता है।
हाल ही में, एक रसायन-मुक्त, नैनो-प्रौद्योगिकी-आधारित रोगाणुरोधी प्लेटफ़ॉर्म विकसित किया गया है जो कृत्रिम जल नैनोस्ट्रक्चर (EWNS) का उपयोग करके सतह और हवा में मौजूद बैक्टीरिया को निष्क्रिय कर सकता है। EWNS को दो समानांतर प्रक्रियाओं, इलेक्ट्रोस्प्रे और जल आयनीकरण (चित्र 1a) का उपयोग करके संश्लेषित किया गया था। पिछले अध्ययनों से पता चला है कि EWNS में भौतिक और जैविक गुणों का एक अनूठा सेट है8,9,10। EWNS में प्रति संरचना औसतन 10 इलेक्ट्रॉन होते हैं और औसत नैनोस्केल आकार 25 एनएम (चित्र 1b,c)8,9,10 होता है। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद (ESR) ने दिखाया कि EWNS में बड़ी मात्रा में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ (ROS), मुख्य रूप से हाइड्रॉक्सिल (OH•) और सुपरऑक्साइड (O2-) रेडिकल (चित्र 1c)8 होते हैं। EVNS लंबे समय तक हवा में रहता है और हवा में निलंबित और सतह पर मौजूद सूक्ष्मजीवों से टकरा सकता है, जिससे उनका ROS पेलोड पहुँचता है और सूक्ष्मजीव निष्क्रिय हो जाते हैं (चित्र 1d)। इन शुरुआती अध्ययनों से यह भी पता चला कि EWNS सतहों और हवा में माइकोबैक्टीरिया सहित विभिन्न ग्राम-नेगेटिव और ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया के साथ बातचीत कर उन्हें निष्क्रिय कर सकता है। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी से पता चला कि निष्क्रियता कोशिका झिल्ली के विघटन के कारण हुई थी। इसके अलावा, तीव्र साँस लेना अध्ययनों से पता चला है कि EWNS की उच्च खुराक फेफड़ों को नुकसान या सूजन का कारण नहीं बनती है 8 ।
(क) इलेक्ट्रोस्प्रे तब होता है जब तरल युक्त केशिका ट्यूब और काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच एक उच्च वोल्टेज लगाया जाता है। (ख) उच्च दबाव के आवेदन के परिणामस्वरूप दो अलग-अलग घटनाएं होती हैं: (i) पानी का इलेक्ट्रोस्प्रेइंग और (ii) ईडब्ल्यूएनएस में फंसे प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आयनों) का गठन। (ग) ईडब्ल्यूएनएस की अनूठी संरचना। (घ) उनके नैनोस्केल प्रकृति के कारण, ईडब्ल्यूएनएस अत्यधिक गतिशील होते हैं और हवा में मौजूद रोगाणुओं के साथ बातचीत कर सकते हैं।
ताजे भोजन की सतह पर खाद्य जनित सूक्ष्मजीवों को निष्क्रिय करने के लिए EWNS रोगाणुरोधी प्लेटफ़ॉर्म की क्षमता का भी हाल ही में प्रदर्शन किया गया है। यह भी दिखाया गया है कि विद्युत क्षेत्र के संयोजन में EWNS के सतही आवेश का उपयोग लक्षित वितरण को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, लगभग 50,000 #/cm3 के EWNS पर 90 मिनट के एक्सपोजर के बाद जैविक टमाटरों के लिए प्रारंभिक परिणाम उत्साहजनक थे, जिसमें ई. कोलाई और लिस्टेरिया 11 जैसे विभिन्न खाद्य जनित सूक्ष्मजीव देखे गए। इसके अलावा, प्रारंभिक ऑर्गेनोलेप्टिक परीक्षणों ने नियंत्रण टमाटरों की तुलना में कोई संवेदी प्रभाव नहीं दिखाया। हालांकि ये प्रारंभिक निष्क्रियता परिणाम 50,000#/cc की बहुत कम EWNS खुराक पर भी खाद्य सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए उत्साहजनक हैं,
यहाँ, हम संश्लेषण मापदंडों की बारीक ट्यूनिंग और EWNS के भौतिक-रासायनिक गुणों के अनुकूलन को सक्षम करने के लिए एक EWNS पीढ़ी मंच के विकास पर अपने शोध पर ध्यान केंद्रित करेंगे ताकि उनकी जीवाणुरोधी क्षमता को बढ़ाया जा सके। विशेष रूप से, अनुकूलन ने उनके सतही आवेश (लक्षित वितरण में सुधार करने के लिए) और ROS सामग्री (निष्क्रियता दक्षता में सुधार करने के लिए) को बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित किया है। आधुनिक विश्लेषणात्मक तरीकों का उपयोग करके अनुकूलित भौतिक-रासायनिक गुणों (आकार, आवेश और ROS सामग्री) को चिह्नित करें और ई. जैसे सामान्य खाद्य सूक्ष्मजीवों का उपयोग करें।
EVNS को उच्च शुद्धता वाले पानी (18 MΩ cm–1) के एक साथ इलेक्ट्रोस्प्रेइंग और आयनीकरण द्वारा संश्लेषित किया गया था। इलेक्ट्रिक नेबुलाइज़र 12 का उपयोग आम तौर पर तरल पदार्थों के परमाणुकरण और नियंत्रित आकार के पॉलिमर और सिरेमिक कणों 13 और फाइबर 14 के संश्लेषण के लिए किया जाता है।
जैसा कि पिछले प्रकाशनों 8, 9, 10, 11 में विस्तार से बताया गया है, एक सामान्य प्रयोग में, एक धातु केशिका और एक ग्राउंडेड काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच एक उच्च वोल्टेज लगाया गया था। इस प्रक्रिया के दौरान, दो अलग-अलग घटनाएँ होती हैं: i) इलेक्ट्रोस्प्रे और ii) पानी का आयनीकरण। दो इलेक्ट्रोड के बीच एक मजबूत विद्युत क्षेत्र संघनित पानी की सतह पर नकारात्मक आवेशों के निर्माण का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप टेलर शंकु का निर्माण होता है। नतीजतन, अत्यधिक आवेशित पानी की बूंदें बनती हैं, जो रेले सिद्धांत16 की तरह छोटे कणों में टूटती रहती हैं। उसी समय, मजबूत विद्युत क्षेत्र कुछ पानी के अणुओं को विभाजित करने और इलेक्ट्रॉनों को अलग करने (आयनित) का कारण बनते हैं, जिससे बड़ी मात्रा में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ (ROS)17 बनती हैं। एक साथ उत्पन्न ROS18 को EWNS (चित्र 1c) में समाहित किया गया था।
चित्र 2a में इस अध्ययन में EWNS संश्लेषण में विकसित और उपयोग की गई EWNS पीढ़ी प्रणाली को दिखाया गया है। एक बंद बोतल में संग्रहित शुद्ध पानी को एक टेफ्लॉन ट्यूब (2 मिमी आंतरिक व्यास) के माध्यम से 30G स्टेनलेस स्टील की सुई (धातु केशिका) में डाला गया था। पानी का प्रवाह बोतल के अंदर हवा के दबाव से नियंत्रित होता है, जैसा कि चित्र 2b में दिखाया गया है। सुई को टेफ्लॉन कंसोल पर रखा गया है और इसे काउंटर इलेक्ट्रोड से एक निश्चित दूरी पर मैन्युअल रूप से समायोजित किया जा सकता है। काउंटर इलेक्ट्रोड एक पॉलिश एल्यूमीनियम डिस्क है जिसमें नमूना लेने के लिए केंद्र में एक छेद होता है। काउंटर इलेक्ट्रोड के नीचे एक एल्यूमीनियम सैंपलिंग फ़नल होता है, जो एक सैंपलिंग पोर्ट (चित्र 2b) के माध्यम से प्रयोगात्मक सेटअप के बाकी हिस्सों से जुड़ा होता है
(ए) इंजीनियर्ड वाटर नैनोस्ट्रक्चर जेनरेशन सिस्टम (ईडब्ल्यूएनएस)। (बी) सैंपलर और इलेक्ट्रोस्प्रे का क्रॉस-सेक्शन, जो सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर दिखाता है। (सी) बैक्टीरिया निष्क्रियता के लिए प्रायोगिक सेटअप।
ऊपर वर्णित EWNS जनरेशन सिस्टम EWNS गुणों की बारीक ट्यूनिंग की सुविधा के लिए प्रमुख ऑपरेटिंग मापदंडों को बदलने में सक्षम है। EWNS विशेषताओं को ठीक करने के लिए लागू वोल्टेज (V), सुई और काउंटर इलेक्ट्रोड (L) के बीच की दूरी और केशिका के माध्यम से पानी के प्रवाह (φ) को समायोजित करें। विभिन्न संयोजनों को दर्शाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला प्रतीक: [V (kV), L (सेमी)]। एक निश्चित सेट [V, L] का एक स्थिर टेलर कोन प्राप्त करने के लिए पानी के प्रवाह को समायोजित करें। इस अध्ययन के उद्देश्यों के लिए, काउंटर इलेक्ट्रोड (D) का एपर्चर व्यास 0.5 इंच (1.29 सेमी) रखा गया था।
सीमित ज्यामिति और विषमता के कारण, विद्युत क्षेत्र की ताकत की गणना पहले सिद्धांतों से नहीं की जा सकती। इसके बजाय, विद्युत क्षेत्र की गणना करने के लिए क्विकफील्ड™ सॉफ्टवेयर (स्वेन्डबोर्ग, डेनमार्क)19 का उपयोग किया गया। विद्युत क्षेत्र एकसमान नहीं है, इसलिए केशिका की नोक पर विद्युत क्षेत्र के मूल्य को विभिन्न विन्यासों के लिए संदर्भ मान के रूप में उपयोग किया गया था।
अध्ययन के दौरान, टेलर कोन गठन, टेलर कोन स्थिरता, ईडब्ल्यूएनएस उत्पादन स्थिरता और पुनरुत्पादनशीलता के संदर्भ में सुई और काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज और दूरी के कई संयोजनों का मूल्यांकन किया गया। विभिन्न संयोजन पूरक तालिका S1 में दिखाए गए हैं।
ईडब्ल्यूएनएस उत्पादन प्रणाली का आउटपुट कण संख्या सांद्रता माप के लिए स्कैनिंग मोबिलिटी पार्टिकल साइज एनालाइजर (एसएमपीएस, मॉडल 3936, टीएसआई, शोरव्यू, एमएन) के साथ-साथ एरोसोल फैराडे इलेक्ट्रोमीटर (टीएसआई, मॉडल 3068बी, शोरव्यू, एमएन) से सीधे जुड़ा था। ) एरोसोल धाराओं के लिए हमारे पिछले प्रकाशन में वर्णित अनुसार मापा गया था। एसएमपीएस और एरोसोल इलेक्ट्रोमीटर दोनों ने 0.5 एल/मिनट (कुल नमूना प्रवाह 1 एल/मिनट) की प्रवाह दर पर नमूना लिया। कणों की संख्या सांद्रता और एरोसोल प्रवाह को 120 सेकंड के लिए मापा गया। माप को 30 बार दोहराया गया है। वर्तमान माप के आधार पर, कुल एरोसोल चार्ज की गणना की जाती है
जहाँ IEl मापी गई धारा है, NSMPS SMPS के साथ मापी गई डिजिटल सांद्रता है, और φEl प्रति इलेक्ट्रोमीटर प्रवाह दर है।
क्योंकि सापेक्ष आर्द्रता (RH) सतह के आवेश को प्रभावित करती है, इसलिए प्रयोग के दौरान तापमान और (RH) को क्रमशः 21°C और 45% पर स्थिर रखा गया।
ईडब्ल्यूएनएस के आकार और जीवनकाल को मापने के लिए एटॉमिक फोर्स माइक्रोस्कोपी (एएफएम), एसाइलम एमएफपी-3डी (एसाइलम रिसर्च, सांता बारबरा, सीए) और एसी260टी जांच (ओलंपस, टोक्यो, जापान) का उपयोग किया गया। एएफएम स्कैनिंग आवृत्ति 1 हर्ट्ज थी, स्कैनिंग क्षेत्र 5 माइक्रोन × 5 माइक्रोन था, और 256 स्कैन लाइनें थीं। सभी छवियों को एसाइलम सॉफ़्टवेयर (मास्क रेंज 100 एनएम, थ्रेशोल्ड 100 पीएम) का उपयोग करके 1 ऑर्डर इमेज अलाइनमेंट के अधीन किया गया था।
परीक्षण कीप को हटा दिया गया और अभ्रक की सतह को काउंटर इलेक्ट्रोड से 2.0 सेमी की दूरी पर 120 सेकंड के औसत समय के लिए रखा गया ताकि अभ्रक की सतह पर कणों का जमाव और अनियमित बूंदों का निर्माण न हो। EWNS को सीधे ताजे कटे हुए अभ्रक की सतह पर छिड़का गया (टेड पेला, रेडिंग, सीए)। एएफएम स्पटरिंग के तुरंत बाद अभ्रक की सतह की छवि। ताजे कटे हुए असंशोधित अभ्रक की सतह का संपर्क कोण 0° के करीब होता है, इसलिए EVNS एक गुंबद के रूप में अभ्रक की सतह पर वितरित होता है। फैलने वाली बूंदों का व्यास (a) और ऊंचाई (h) सीधे AFM स्थलाकृति से मापा गया और हमारे पहले से मान्य विधि का उपयोग करके EWNS गुंबददार प्रसार मात्रा की गणना करने के लिए उपयोग किया गया।
हमारी पहले से विकसित विधि के आधार पर, EWNS में अल्पकालिक रेडिकल मध्यवर्ती की उपस्थिति का पता लगाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन स्पिन प्रतिध्वनि (ESR) स्पिन ट्रैप का उपयोग किया गया था। एरोसोल को 650 μm मिडगेट स्पार्गर (ऐस ग्लास, विनलैंड, NJ) के माध्यम से बुदबुदाया गया जिसमें DEPMPO(5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (ऑक्सिस इंटरनेशनल इंक.) का 235 mM घोल था। पोर्टलैंड, ओरेगन)। सभी ESR माप एक ब्रुकर EMX स्पेक्ट्रोमीटर (ब्रूकर इंस्ट्रूमेंट्स इंक. बिलरिका, MA, USA) और एक फ्लैट पैनल सेल का उपयोग करके किए गए थे। डेटा एकत्र करने और उसका विश्लेषण करने के लिए एक्विसिट सॉफ्टवेयर (ब्रूकर इंस्ट्रूमेंट्स इंक. बिलरिका, MA, USA) का उपयोग किया गया था। प्रभावक में EWNS हानियों को ध्यान में रखने के बाद SMPS का उपयोग करके EWNS सांद्रता को मापा गया।
ओजोन के स्तर की निगरानी 205 डुअल बीम ओजोन मॉनिटर™ (2बी टेक्नोलॉजीज, बोल्डर, को.)8,9,10 का उपयोग करके की गई।
सभी EWNS गुणों के लिए, औसत मान को माप मान के रूप में उपयोग किया जाता है, और मानक विचलन को माप त्रुटि के रूप में उपयोग किया जाता है। अनुकूलित EWNS विशेषताओं के मानों की तुलना आधार EWNS के संगत मानों से करने के लिए T-परीक्षण किए गए।
चित्र 2c एक पहले से विकसित और विशेषता वाले इलेक्ट्रोस्टैटिक अवक्षेपण (EPES) "पुल" सिस्टम को दर्शाता है जिसका उपयोग सतह पर EWNS की लक्षित डिलीवरी के लिए किया जा सकता है। EPES EVNS चार्ज का उपयोग करता है जिसे एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में सीधे लक्ष्य की सतह पर "निर्देशित" किया जा सकता है। EPES सिस्टम का विवरण Pyrgiotakis et al. 11 के एक हालिया प्रकाशन में प्रस्तुत किया गया है। इस प्रकार, EPES में एक 3D प्रिंटेड PVC चैंबर होता है जिसके सिरे पतले होते हैं और इसमें केंद्र में 15.24 cm की दूरी पर दो समानांतर स्टेनलेस स्टील (304 स्टेनलेस स्टील, मिरर कोटेड) धातु की प्लेट होती हैं। बोर्ड एक बाहरी उच्च वोल्टेज स्रोत (बर्ट्रान 205B-10R, स्पेलमैन, हाउपॉज, NY) से जुड़े थे कक्ष में एक सीलबंद फ्रंट लोडिंग दरवाजा है जो परीक्षण सतहों को प्लास्टिक स्टैंड पर रखने की अनुमति देता है जो उच्च वोल्टेज हस्तक्षेप से बचने के लिए उन्हें नीचे की धातु की प्लेट से ऊपर उठाता है।
ईपीईएस में ईडब्ल्यूएनएस की जमाव दक्षता की गणना पहले से विकसित प्रोटोकॉल के अनुसार की गई थी, जिसका विवरण पूरक चित्र एस111 में दिया गया है।
नियंत्रण कक्ष के रूप में, एक दूसरा बेलनाकार प्रवाह कक्ष EPES प्रणाली से श्रृंखला में जुड़ा हुआ था, जिसमें EWNS को हटाने के लिए एक मध्यवर्ती HEPA फ़िल्टर का उपयोग किया गया था। जैसा कि चित्र 2c में दिखाया गया है, EWNS एरोसोल को दो अंतर्निर्मित कक्षों के माध्यम से पंप किया गया था। नियंत्रण कक्ष और EPES के बीच फ़िल्टर किसी भी शेष EWNS को हटा देता है जिसके परिणामस्वरूप समान तापमान (T), सापेक्ष आर्द्रता (RH) और ओजोन स्तर होते हैं।
ताजे खाद्य पदार्थों को संदूषित करने वाले महत्वपूर्ण खाद्यजनित सूक्ष्मजीव पाए गए हैं, जैसे ई. कोली (एटीसीसी #27325), मल सूचक, साल्मोनेला एंटरिका (एटीसीसी #53647), खाद्यजनित रोगाणु, लिस्टेरिया हार्मलेस (एटीसीसी #33090), रोगजनक लिस्टेरिया मोनोसाइटोजेन्स का प्रतिनिधि, जो एटीसीसी (मानासास, वीए) सैचरोमाइसिस सेरेविसिया (एटीसीसी #4098) से उत्पन्न हुआ है, जो स्पॉइलेज यीस्ट का एक विकल्प है, और एक अधिक प्रतिरोधी निष्क्रिय जीवाणु, माइकोबैक्टीरियम पैरालकी (एटीसीसी #19686)।
अपने स्थानीय बाजार से ऑर्गेनिक अंगूर टमाटर के बेतरतीब डिब्बे खरीदें और उपयोग होने तक (3 दिन तक) 4°C पर फ्रिज में रखें। प्रयोग में लाए गए टमाटर सभी एक ही आकार के थे, जिनका व्यास लगभग 1/2 इंच था।
संस्कृति, टीकाकरण, एक्सपोजर और कॉलोनी गणना प्रोटोकॉल हमारे पिछले प्रकाशन में विस्तृत हैं और पूरक डेटा में विस्तृत हैं। EWNS की प्रभावशीलता का मूल्यांकन 45 मिनट के लिए 40,000 #/cm3 के संपर्क में टीका लगाए गए टमाटरों को रखकर किया गया। संक्षेप में, तीन टमाटरों का उपयोग समय t = 0 मिनट पर जीवित सूक्ष्मजीवों का मूल्यांकन करने के लिए किया गया था। तीन टमाटरों को EPES में रखा गया और 40,000 #/cc (EWNS एक्सपोज़्ड टमाटर) पर EWNS के संपर्क में लाया गया और शेष तीन को नियंत्रण कक्ष (नियंत्रण टमाटर) में रखा गया। दोनों समूहों में टमाटरों की अतिरिक्त प्रोसेसिंग नहीं की गई। EWNS के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए EWNS-एक्सपोज़्ड टमाटर और नियंत्रण टमाटरों को 45 मिनट के बाद हटा दिया गया।
प्रत्येक प्रयोग तीन प्रतियों में किया गया। डेटा विश्लेषण अनुपूरक डेटा में वर्णित प्रोटोकॉल के अनुसार किया गया।
निष्क्रियता तंत्र का मूल्यांकन उजागर ईडब्ल्यूएनएस नमूनों (40,000 #/सेमी3 ईडब्ल्यूएनएस एरोसोल सांद्रता पर 45 मिनट) और हानिरहित बैक्टीरिया ई. कोली, साल्मोनेला एंटरिका और लैक्टोबैसिलस के गैर-विकिरणित नमूनों के अवसादन द्वारा किया गया। कणों को 2.5% ग्लूटाराल्डिहाइड, 1.25% पैराफॉर्मलडिहाइड और 0.03% पिक्रिक एसिड में 0.1 एम सोडियम कैकोडाइलेट बफर (पीएच 7.4) में 2 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर स्थिर किया गया था। धोने के बाद, 1% ऑस्मियम टेट्रोक्साइड (OsO4)/1.5% पोटेशियम फेरोसाइनाइड (KFeCN6) के साथ 2 घंटे के लिए पोस्ट-फिक्स करें, पानी में 3 बार धोएँ और 1% यूरेनिल एसीटेट में 1 घंटे के लिए इनक्यूबेट करें, फिर पानी में दो बार धोएँ, फिर 50%, 70%, 90%, 100% अल्कोहल में 10 मिनट के लिए निर्जलित करें। फिर नमूनों को 1 घंटे के लिए प्रोपलीन ऑक्साइड में रखा गया और प्रोपलीन ऑक्साइड और TAAP एपोन (मैरीवैक कनाडा इंक. सेंट लॉरेंट, CA) के 1:1 मिश्रण के साथ लगाया गया। नमूनों को TAAB एपोन में एम्बेड किया गया और 48 घंटों के लिए 60°C पर पॉलीमराइज़ किया गया। ठीक किए गए दानेदार राल को एक पारंपरिक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप JEOL 1200EX (JEOL, टोक्यो, जापान) का उपयोग करके TEM द्वारा काटा और देखा गया, जो AMT 2k CCD कैमरा (एडवांस्ड माइक्रोस्कोपी टेक्निक्स, कॉर्पोरेशन, वोबर्न, मैसाचुसेट्स, यूएसए) से सुसज्जित था।
सभी प्रयोग तीन प्रतियों में किए गए। प्रत्येक समय बिंदु के लिए, जीवाणु धुलाई को तीन प्रतियों में बोया गया, जिसके परिणामस्वरूप प्रति बिंदु कुल नौ डेटा बिंदु प्राप्त हुए, जिनमें से औसत का उपयोग उस विशेष सूक्ष्मजीव के लिए जीवाणु सांद्रता के रूप में किया गया। मानक विचलन का उपयोग माप त्रुटि के रूप में किया गया। सभी बिंदुओं की गणना की जाती है।
t = 0 मिनट की तुलना में बैक्टीरिया की सांद्रता में कमी का लघुगणक निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके गणना किया गया:
जहां C0 समय 0 पर नियंत्रण नमूने में बैक्टीरिया की सांद्रता है (अर्थात सतह के सूखने के बाद लेकिन कक्ष में रखे जाने से पहले) और Cn एक्सपोजर के n मिनट के बाद सतह पर बैक्टीरिया की सांद्रता है।
45 मिनट के एक्सपोजर के दौरान बैक्टीरिया के प्राकृतिक क्षरण को ध्यान में रखते हुए, 45 मिनट के बाद नियंत्रण की तुलना में लॉग रिडक्शन की गणना भी निम्नानुसार की गई:
जहाँ Cn समय n पर नियंत्रण नमूने में बैक्टीरिया की सांद्रता है और Cn-नियंत्रण समय n पर नियंत्रण बैक्टीरिया की सांद्रता है। डेटा को नियंत्रण (कोई EWNS जोखिम नहीं) की तुलना में लॉग कमी के रूप में प्रस्तुत किया जाता है।
अध्ययन के दौरान, टेलर शंकु गठन, टेलर शंकु स्थिरता, ईडब्ल्यूएनएस उत्पादन स्थिरता और पुनरुत्पादन के संदर्भ में सुई और काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज और दूरी के कई संयोजनों का मूल्यांकन किया गया था। विभिन्न संयोजनों को पूरक तालिका एस 1 में दिखाया गया है। स्थिर और पुनरुत्पादनीय गुणों (टेलर शंकु, ईडब्ल्यूएनएस पीढ़ी, और समय के साथ स्थिरता) दिखाने वाले दो मामलों को व्यापक अध्ययन के लिए चुना गया था। चित्र में। चित्र 3 दोनों मामलों में आरओएस के चार्ज, आकार और सामग्री के परिणाम दिखाता है। परिणामों को तालिका 1 में भी संक्षेपित किया गया है। संदर्भ के लिए, चित्रा 3 और तालिका 1 दोनों में पहले से संश्लेषित गैर-अनुकूलित ईडब्ल्यूएनएस 8, 9, 10, 11 (बेसलाइन-ईडब्ल्यूएनएस) के गुण शामिल हैं। दो-पूंछ वाले टी-परीक्षण का उपयोग करके सांख्यिकीय महत्व की गणना
(एसी) एएफएम द्वारा मापा गया आकार वितरण। (डीएफ) सतही आवेश विशेषता। (जी) ईपीआर का आरओएस लक्षण वर्णन।
यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि उपरोक्त सभी स्थितियों के लिए, मापी गई आयनीकरण धारा 2 और 6 μA के बीच थी और वोल्टेज -3.8 और -6.5 kV के बीच थी, जिसके परिणामस्वरूप इस एकल EWNS पीढ़ी संपर्क मॉड्यूल के लिए 50 mW से कम बिजली की खपत हुई। हालाँकि EWNS को उच्च दबाव में संश्लेषित किया गया था, लेकिन ओजोन का स्तर बहुत कम था, कभी भी 60 पीपीबी से अधिक नहीं हुआ।
पूरक चित्र S4 में क्रमशः [-6.5 kV, 4.0 cm] और [-3.8 kV, 0.5 cm] परिदृश्यों के लिए सिम्युलेटेड विद्युत क्षेत्र दिखाए गए हैं। [-6.5 kV, 4.0 cm] और [-3.8 kV, 0.5 cm] परिदृश्यों के लिए, क्षेत्र गणना क्रमशः 2 × 105 V/m और 4.7 × 105 V/m है। यह अपेक्षित है, क्योंकि दूसरे मामले में वोल्टेज-दूरी अनुपात बहुत अधिक है।
चित्र 3a,b में AFM8 से मापे गए EWNS व्यास को दिखाया गया है। [-6.5 kV, 4.0 cm] और [-3.8 kV, 0.5 cm] योजनाओं के लिए गणना किए गए औसत EWNS व्यास क्रमशः 27 nm और 19 nm थे। [-6.5 kV, 4.0 cm] और [-3.8 kV, 0.5 cm] परिदृश्यों के लिए, वितरण के ज्यामितीय मानक विचलन क्रमशः 1.41 और 1.45 हैं, जो एक संकीर्ण आकार वितरण को दर्शाता है। औसत आकार और ज्यामितीय मानक विचलन दोनों ही बेसलाइन EWNS के बहुत करीब हैं, क्रमशः 25 nm और 1.41 पर। चित्र 3c में समान परिस्थितियों में समान विधि का उपयोग करके मापे गए बेस EWNS के आकार वितरण को दिखाया गया है।
चित्र 3d,e में आवेश अभिलक्षण के परिणाम दिखाए गए हैं। डेटा सांद्रता (#/cm3) और धारा (I) के 30 समकालिक मापों के औसत माप हैं। विश्लेषण से पता चलता है कि EWNS पर औसत आवेश क्रमशः [-6.5 kV, 4.0 cm] और [-3.8 kV, 0.5 cm] के लिए 22 ± 6 e- और 44 ± 6 e- है। बेसलाइन EWNS (10 ± 2 e-) की तुलना में उनके पास काफी अधिक सतही आवेश हैं, जो [-6.5 kV, 4.0 cm] परिदृश्य से दो गुना अधिक और [-3 .8 kV, 0.5 cm] से चार गुना अधिक है। चित्र 3f बेसलाइन-EWNS के लिए आवेश डेटा दिखाता है।
ईडब्ल्यूएनएस संख्या (पूरक चित्र एस5 और एस6) के सांद्रता मानचित्रों से, यह देखा जा सकता है कि [-6.5 केवी, 4.0 सेमी] परिदृश्य में [-3.8 केवी, 0.5 सेमी] परिदृश्य की तुलना में काफी अधिक कण हैं। यह भी ध्यान देने योग्य है कि ईडब्ल्यूएनएस संख्या सांद्रता की निगरानी 4 घंटे तक की गई थी (पूरक चित्र एस5 और एस6), जहां ईडब्ल्यूएनएस पीढ़ी स्थिरता ने दोनों मामलों में कण संख्या सांद्रता के समान स्तर दिखाए।
चित्र 3जी में [-6.5 kV, 4.0 cm] पर अनुकूलित EWNS नियंत्रण (पृष्ठभूमि) को घटाने के बाद EPR स्पेक्ट्रम दिखाया गया है। ROS स्पेक्ट्रा की तुलना पहले प्रकाशित कार्य में बेसलाइन-EWNS परिदृश्य के साथ भी की गई थी। स्पिन ट्रैप के साथ प्रतिक्रिया करने वाले EWNS की संख्या की गणना 7.5 × 104 EWNS/s के रूप में की गई थी, जो पहले प्रकाशित बेसलाइन-EWNS8 के समान है। EPR स्पेक्ट्रा ने दो प्रकार के ROS की उपस्थिति को स्पष्ट रूप से दिखाया, जिसमें O2- प्रमुख प्रजाति थी और OH• कम प्रचुर मात्रा में थी। इसके अलावा, शिखर तीव्रता की एक सीधी तुलना से पता चला कि अनुकूलित EWNS में बेसलाइन EWNS की तुलना में ROS सामग्री काफी अधिक थी।
चित्र 4 में EPES में EWNS की जमाव दक्षता दिखाई गई है। डेटा को तालिका I में भी सारांशित किया गया है और मूल EWNS डेटा के साथ तुलना की गई है। EUNS के दोनों मामलों के लिए, 3.0 kV के कम वोल्टेज पर भी जमाव 100% के करीब है। आम तौर पर, 3.0 kV 100% जमाव के लिए पर्याप्त है, चाहे सतह के आवेश में कोई भी बदलाव क्यों न हो। समान परिस्थितियों में, बेसलाइन-EWNS की जमाव दक्षता उनके कम आवेश (प्रति EWNS औसत 10 इलेक्ट्रॉन) के कारण केवल 56% थी।
चित्र 5 और तालिका 2 में इष्टतम मोड [-6.5 kV, 4.0 cm] पर 45 मिनट के लिए लगभग 40,000 #/cm3 EWNS के संपर्क में आने के बाद टमाटर की सतह पर टीका लगाए गए सूक्ष्मजीवों के निष्क्रियता मूल्य का सारांश दिया गया है। टीका लगाए गए ई. कोली और लैक्टोबैसिलस इनोक्यूअस ने 45 मिनट के संपर्क के दौरान 3.8 लॉग की महत्वपूर्ण कमी दिखाई। समान परिस्थितियों में, एस. एंटेरिका में 2.2-लॉग की कमी आई, जबकि एस. सेरेविसिया और एम. पैराफोर्टुटम में 1.0-लॉग की कमी आई।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ (चित्र 6) हानिरहित एस्चेरिचिया कोली, स्ट्रेप्टोकोकस और लैक्टोबैसिलस कोशिकाओं पर ईडब्ल्यूएनएस द्वारा प्रेरित भौतिक परिवर्तनों को दर्शाते हैं, जिसके कारण वे निष्क्रिय हो जाते हैं। नियंत्रित बैक्टीरिया में कोशिका झिल्ली बरकरार थी, जबकि उजागर बैक्टीरिया में बाहरी झिल्ली क्षतिग्रस्त थी।
नियंत्रित और उजागर बैक्टीरिया की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपिक इमेजिंग से झिल्ली क्षति का पता चला।
अनुकूलित EWNS के भौतिक-रासायनिक गुणों पर डेटा सामूहिक रूप से दिखाता है कि EWNS के गुणों (सतह चार्ज और ROS सामग्री) में पहले प्रकाशित EWNS बेसलाइन डेटा8,9,10,11 की तुलना में काफी सुधार हुआ था। दूसरी ओर, उनका आकार नैनोमीटर रेंज में रहा, जो पहले रिपोर्ट किए गए परिणामों के समान था, जिससे वे लंबे समय तक हवा में रह सकते थे। देखी गई पॉलीडिस्पर्सिटी को सतह चार्ज परिवर्तनों द्वारा समझाया जा सकता है जो EWNS के आकार, रेले प्रभाव की यादृच्छिकता और संभावित संलयन को निर्धारित करते हैं। हालांकि, जैसा कि नीलसन एट अल। 22 द्वारा विस्तृत किया गया है, उच्च सतह चार्ज पानी की बूंद की सतह ऊर्जा/तनाव को प्रभावी रूप से बढ़ाकर वाष्पीकरण को कम करता है
इसके अलावा, प्रति संरचना चार्ज लगभग 22-44 ई- है, जो स्थिति पर निर्भर करता है, जो कि मूल ईडब्ल्यूएनएस की तुलना में काफी अधिक है, जिसमें प्रति संरचना 10 ± 2 इलेक्ट्रॉन का औसत चार्ज होता है। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह ईडब्ल्यूएनएस का औसत चार्ज है। सेटो एट अल। यह दिखाया गया है कि चार्ज विषम है और लॉग-नॉर्मल वितरण21 का पालन करता है। हमारे पिछले काम की तुलना में, सतह चार्ज को दोगुना करने से ईपीईएस प्रणाली में जमाव दक्षता लगभग 100%11 हो जाती है।