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हाल ही में, कृत्रिम जल नैनोस्ट्रक्चर (ईडब्ल्यूएनएस) का उपयोग करके नैनो टेक्नोलॉजी पर आधारित एक रसायन मुक्त रोगाणुरोधी प्लेटफॉर्म विकसित किया गया है।ईडब्ल्यूएनएस में उच्च सतह चार्ज होता है और ये प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) से संतृप्त होते हैं जो खाद्य जनित रोगजनकों सहित कई सूक्ष्मजीवों के साथ बातचीत कर सकते हैं और उन्हें निष्क्रिय कर सकते हैं।यहां यह दिखाया गया है कि संश्लेषण के दौरान उनके गुणों को उनकी जीवाणुरोधी क्षमता को और बढ़ाने के लिए ठीक किया और 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 तरीकों का उपयोग करके ईडब्ल्यूएनएस गुणों (आरओएस का चार्ज, आकार और सामग्री) की विशेषता।इसके अलावा, एस्चेरिचिया कोली, साल्मोनेला एंटरिका, लिस्टेरिया इन्नोकस, माइकोबैक्टीरियम पैराएसिडेंटम और सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया जैसे खाद्य जनित सूक्ष्मजीवों के खिलाफ उनकी माइक्रोबियल निष्क्रियता क्षमता के लिए उनका मूल्यांकन किया गया था।यहां प्रस्तुत परिणाम दर्शाते हैं कि ईडब्ल्यूएनएस के गुणों को संश्लेषण के दौरान ठीक किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप निष्क्रियता दक्षता में तेजी से वृद्धि होगी।विशेष रूप से, सतह आवेश में चार गुना वृद्धि हुई और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों में वृद्धि हुई।माइक्रोबियल हटाने की दर माइक्रोबियल रूप से निर्भर थी और 40,000 #/सीसी ईडब्ल्यूएनएस की एयरोसोल खुराक के 45 मिनट के संपर्क के बाद 1.0 से 3.8 लॉग तक थी।
रोगाणुओं या उनके विषाक्त पदार्थों के अंतर्ग्रहण के कारण होने वाली खाद्य जनित बीमारी का मुख्य कारण माइक्रोबियल संदूषण है।अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में, खाद्य जनित बीमारी के कारण हर साल लगभग 76 मिलियन बीमारियाँ होती हैं, 325,000 अस्पताल में भर्ती होते हैं, और 5,000 मौतें होती हैं।इसके अलावा, संयुक्त राज्य अमेरिका के कृषि विभाग (यूएसडीए) 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 है।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 (सीडीसी) द्वारा प्रति वर्ष 15.6 बिलियन अमेरिकी डॉलर से अधिक है।
वर्तमान में, खाद्य सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए रासायनिक4, विकिरण5 और थर्मल6 रोगाणुरोधी हस्तक्षेप लगातार के बजाय उत्पादन श्रृंखला (आमतौर पर फसल के बाद और/या पैकेजिंग के दौरान) के साथ सीमित महत्वपूर्ण नियंत्रण बिंदुओं (सीसीपी) पर किए जाते हैं।इस प्रकार, उनमें परस्पर-संदूषण का खतरा होता है।7. खाद्य जनित बीमारी और भोजन के खराब होने के बेहतर नियंत्रण के लिए रोगाणुरोधी हस्तक्षेप की आवश्यकता होती है जिसे पर्यावरणीय प्रभाव और लागत को कम करते हुए संभावित रूप से फार्म-टू-टेबल सातत्य 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 (ईडब्ल्यूएनएस) का उपयोग करके सतह और वायुजनित बैक्टीरिया को निष्क्रिय कर सकता है।ईडब्ल्यूएनएस को दो समानांतर प्रक्रियाओं, इलेक्ट्रोस्प्रे और जल आयनीकरण (छवि 1 ए) का उपयोग करके संश्लेषित किया गया था।पिछले अध्ययनों से पता चला है कि ईडब्ल्यूएनएस में भौतिक और जैविक गुणों8,9,10 का एक अनूठा सेट है।ईडब्ल्यूएनएस में प्रति संरचना औसतन 10 इलेक्ट्रॉन होते हैं और औसत नैनोस्केल आकार 25 एनएम (छवि 1 बी, सी) 8,9,10 होता है।इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद (ईएसआर) से पता चला कि ईडब्ल्यूएनएस में बड़ी मात्रा में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां (आरओएस), मुख्य रूप से हाइड्रॉक्सिल (ओएच•) और सुपरऑक्साइड (ओ2-) रेडिकल्स (चित्र 1सी)8 शामिल हैं।ईवीएनएस लंबे समय तक हवा में रहता है और हवा में निलंबित और सतह पर मौजूद सूक्ष्मजीवों से टकरा सकता है, जिससे उनका आरओएस पेलोड निकल जाता है और सूक्ष्मजीव निष्क्रिय हो जाते हैं (चित्र 1डी)।इन शुरुआती अध्ययनों से यह भी पता चला है कि ईडब्ल्यूएनएस सतहों और हवा में माइकोबैक्टीरिया सहित विभिन्न ग्राम-नकारात्मक और ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया के साथ बातचीत कर सकता है और उन्हें निष्क्रिय कर सकता है।ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी से पता चला कि निष्क्रियता कोशिका झिल्ली के विघटन के कारण हुई थी।इसके अलावा, तीव्र अंतःश्वसन अध्ययनों से पता चला है कि ईडब्ल्यूएनएस की उच्च खुराक से फेफड़ों को नुकसान या सूजन 8 नहीं होती है।
(ए) इलेक्ट्रोस्प्रे तब होता है जब तरल युक्त केशिका ट्यूब और काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच एक उच्च वोल्टेज लगाया जाता है।(बी) उच्च दबाव के अनुप्रयोग के परिणामस्वरूप दो अलग-अलग घटनाएं होती हैं: (i) पानी का इलेक्ट्रोस्प्रेइंग और (ii) ईडब्ल्यूएनएस में फंसी प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आयनों) का निर्माण।(सी) ईडब्ल्यूएनएस की अनूठी संरचना।(डी) अपनी नैनोस्केल प्रकृति के कारण, ईडब्ल्यूएनएस अत्यधिक गतिशील हैं और वायुजनित रोगजनकों के साथ बातचीत कर सकते हैं।
ताजा भोजन की सतह पर खाद्य जनित सूक्ष्मजीवों को निष्क्रिय करने के लिए ईडब्ल्यूएनएस रोगाणुरोधी मंच की क्षमता का भी हाल ही में प्रदर्शन किया गया है।यह भी दिखाया गया है कि विद्युत क्षेत्र के साथ संयोजन में ईडब्ल्यूएनएस के सतह चार्ज का उपयोग लक्षित वितरण प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है।इसके अलावा, लगभग 50,000 #/सेमी3 के ईडब्ल्यूएनएस पर 90 मिनट के एक्सपोजर के बाद जैविक टमाटरों के लिए प्रारंभिक परिणाम उत्साहजनक थे, जिसमें ई. कोली और लिस्टेरिया 11 जैसे विभिन्न खाद्य जनित सूक्ष्मजीव देखे गए थे।इसके अलावा, प्रारंभिक ऑर्गेनोलेप्टिक परीक्षणों में नियंत्रित टमाटरों की तुलना में कोई संवेदी प्रभाव नहीं दिखा।हालाँकि ये प्रारंभिक निष्क्रियता परिणाम 50,000#/सीसी की बहुत कम ईडब्ल्यूएनएस खुराक पर भी खाद्य सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए उत्साहजनक हैं।देखिए, यह स्पष्ट है कि उच्च निष्क्रियता क्षमता संक्रमण और क्षति के जोखिम को और कम करने के लिए अधिक फायदेमंद होगी।
यहां, हम ईडब्ल्यूएनएस जेनरेशन प्लेटफॉर्म के विकास पर अपने शोध पर ध्यान केंद्रित करेंगे ताकि उनकी जीवाणुरोधी क्षमता को बढ़ाने के लिए संश्लेषण मापदंडों को ठीक किया जा सके और ईडब्ल्यूएनएस के भौतिक रासायनिक गुणों का अनुकूलन किया जा सके।विशेष रूप से, अनुकूलन ने उनके सतह चार्ज (लक्षित वितरण में सुधार करने के लिए) और आरओएस सामग्री (निष्क्रियता दक्षता में सुधार करने के लिए) बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित किया है।आधुनिक विश्लेषणात्मक तरीकों का उपयोग करके अनुकूलित भौतिक-रासायनिक गुणों (आकार, चार्ज और आरओएस सामग्री) को चिह्नित करें और ई जैसे सामान्य खाद्य सूक्ष्मजीवों का उपयोग करें।
ईवीएनएस को एक साथ इलेक्ट्रोस्प्रेइंग और उच्च शुद्धता वाले पानी (18 एमΩ सेमी-1) के आयनीकरण द्वारा संश्लेषित किया गया था।इलेक्ट्रिक नेब्युलाइज़र 12 का उपयोग आमतौर 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 प्रकाशन 8, 9, 10, 11 में बताया गया है, एक विशिष्ट प्रयोग में, एक धातु केशिका और एक ग्राउंडेड काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच एक उच्च वोल्टेज लागू किया गया था।इस प्रक्रिया के दौरान, दो अलग-अलग घटनाएं घटित होती हैं: i) इलेक्ट्रोस्प्रे और ii) जल आयनीकरण।दो इलेक्ट्रोडों के बीच एक मजबूत विद्युत क्षेत्र संघनित पानी की सतह पर नकारात्मक चार्ज का निर्माण करता है, जिसके परिणामस्वरूप टेलर शंकु का निर्माण होता है।परिणामस्वरूप, अत्यधिक आवेशित पानी की बूंदें बनती हैं, जो छोटे कणों में टूटती रहती हैं, जैसा कि रेले सिद्धांत16 में है।उसी समय, मजबूत विद्युत क्षेत्र के कारण कुछ पानी के अणु विभाजित हो जाते हैं और इलेक्ट्रॉनों को अलग कर देते हैं (आयनीकृत हो जाते हैं), जिससे बड़ी मात्रा में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां (आरओएस)17 का निर्माण होता है।इसके साथ ही उत्पन्न ROS18 को EWNS (चित्र 1c) में समाहित किया गया था।
अंजीर पर.2ए इस अध्ययन में ईडब्ल्यूएनएस संश्लेषण में विकसित और उपयोग की गई ईडब्ल्यूएनएस पीढ़ी प्रणाली को दर्शाता है।एक बंद बोतल में संग्रहीत शुद्ध पानी को टेफ्लॉन ट्यूब (2 मिमी आंतरिक व्यास) के माध्यम से 30G स्टेनलेस स्टील सुई (धातु केशिका) में डाला गया था।पानी का प्रवाह बोतल के अंदर हवा के दबाव से नियंत्रित होता है, जैसा चित्र 2बी में दिखाया गया है।सुई को टेफ्लॉन कंसोल पर लगाया जाता 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 जिसके केंद्र में नमूना लेने के लिए एक छेद होता है।काउंटर इलेक्ट्रोड के नीचे एक एल्यूमीनियम सैंपलिंग फ़नल है, जो एक सैंपलिंग पोर्ट (छवि 2 बी) के माध्यम से बाकी प्रायोगिक सेटअप से जुड़ा हुआ है।चार्ज बिल्ड-अप से बचने के लिए जो सैंपलर ऑपरेशन को बाधित कर सकता है, सभी सैंपलर घटकों को विद्युत रूप से ग्राउंडेड किया जाता है।
(ए) इंजीनियर्ड वॉटर नैनोस्ट्रक्चर जेनरेशन सिस्टम (ईडब्ल्यूएनएस)।(बी) सैंपलर और इलेक्ट्रोस्प्रे का क्रॉस-सेक्शन, सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर दिखाता है।(सी) बैक्टीरिया निष्क्रियता के लिए प्रायोगिक सेटअप।
ऊपर वर्णित ईडब्ल्यूएनएस पीढ़ी प्रणाली ईडब्ल्यूएनएस गुणों की फाइन ट्यूनिंग की सुविधा के लिए प्रमुख ऑपरेटिंग मापदंडों को बदलने में सक्षम है।ईडब्ल्यूएनएस विशेषताओं को ठीक करने के लिए लागू वोल्टेज (वी), सुई और काउंटर इलेक्ट्रोड (एल) के बीच की दूरी, और केशिका के माध्यम से पानी के प्रवाह (φ) को समायोजित करें।विभिन्न संयोजनों को दर्शाने के लिए प्रयुक्त प्रतीक: [वी (केवी), एल (सेमी)]।एक निश्चित सेट [वी, एल] का स्थिर टेलर शंकु प्राप्त करने के लिए जल प्रवाह को समायोजित करें।इस अध्ययन के प्रयोजनों के लिए, काउंटर इलेक्ट्रोड (डी) 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 है।इसके बजाय, विद्युत क्षेत्र की गणना के लिए क्विकफील्ड™ सॉफ्टवेयर (स्वेन्डबोर्ग, डेनमार्क)19 का उपयोग किया गया था।विद्युत क्षेत्र एक समान नहीं है, इसलिए केशिका की नोक पर विद्युत क्षेत्र का मान विभिन्न विन्यासों के लिए संदर्भ मान के रूप में उपयोग किया गया था।
अध्ययन के दौरान, टेलर शंकु गठन, टेलर शंकु स्थिरता, ईडब्ल्यूएनएस उत्पादन स्थिरता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता के संदर्भ में सुई और काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज और दूरी के कई संयोजनों का मूल्यांकन किया गया था।पूरक तालिका S1 में विभिन्न संयोजन दिखाए गए हैं।
ईडब्ल्यूएनएस पीढ़ी प्रणाली का आउटपुट कण संख्या एकाग्रता माप के लिए स्कैनिंग मोबिलिटी कण आकार विश्लेषक (एसएमपीएस, मॉडल 3936, टीएसआई, शोरव्यू, एमएन) के साथ-साथ एक एयरोसोल फैराडे इलेक्ट्रोमीटर (टीएसआई, मॉडल 3068 बी, शोरव्यू, एमएन) से सीधे जुड़ा हुआ था।) एरोसोल धाराओं के लिए हमारे पिछले प्रकाशन में वर्णित अनुसार मापा गया था।एसएमपीएस और एरोसोल इलेक्ट्रोमीटर दोनों का नमूना 0.5 एल/मिनट (कुल नमूना प्रवाह 1 एल/मिनट) की प्रवाह दर पर लिया गया।कणों की संख्या सांद्रता और एरोसोल प्रवाह को 120 सेकंड तक मापा गया।माप 30 बार दोहराया जाता है।वर्तमान माप के आधार पर, कुल एयरोसोल चार्ज की गणना की जाती है और चयनित ईडब्ल्यूएनएस कणों की दी गई कुल संख्या के लिए औसत ईडब्ल्यूएनएस चार्ज का अनुमान लगाया जाता है।EWNS की औसत लागत की गणना समीकरण (1) का उपयोग करके की जा सकती है:
जहां IEl मापा गया करंट है, NSMPS SMPS से मापी गई डिजिटल सांद्रता है, और φEl प्रति इलेक्ट्रोमीटर प्रवाह दर है।
क्योंकि सापेक्षिक आर्द्रता (आरएच) सतह आवेश को प्रभावित करती है, प्रयोग के दौरान तापमान और (आरएच) को क्रमशः 21 डिग्री सेल्सियस और 45% पर स्थिर रखा गया था।
ईडब्ल्यूएनएस के आकार और जीवनकाल को मापने के लिए परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम), एसाइलम एमएफपी-3डी (एसाइलम रिसर्च, सांता बारबरा, सीए) और एसी260टी जांच (ओलंपस, टोक्यो, जापान) का उपयोग किया गया था।एएफएम स्कैनिंग आवृत्ति 1 हर्ट्ज थी, स्कैनिंग क्षेत्र 5 μm × 5 μm और 256 स्कैन लाइनें थीं।सभी छवियों को एसाइलम सॉफ्टवेयर (मास्क रेंज 100 एनएम, थ्रेशोल्ड 100 अपराह्न) का उपयोग करके प्रथम क्रम छवि संरेखण के अधीन किया गया था।
परीक्षण फ़नल को हटा दिया गया था और अभ्रक सतह पर कण संचय और अनियमित बूंदों के गठन से बचने के लिए अभ्रक सतह को 120 सेकंड के औसत समय के लिए काउंटर इलेक्ट्रोड से 2.0 सेमी की दूरी पर रखा गया था।ईडब्ल्यूएनएस को सीधे ताजे कटे अभ्रक (टेड पेला, रेडिंग, सीए) की सतह पर छिड़का गया था।एएफएम स्पटरिंग के तुरंत बाद अभ्रक सतह की छवि।ताजा कटे असंशोधित अभ्रक की सतह का संपर्क कोण 0° के करीब होता है, इसलिए ईवीएनएस एक गुंबद के रूप में अभ्रक सतह पर वितरित होता है।फैलती बूंदों का व्यास (ए) और ऊंचाई (एच) सीधे एएफएम स्थलाकृति से मापा गया था और हमारी पहले से मान्य विधि का उपयोग करके ईडब्ल्यूएनएस गुंबददार प्रसार मात्रा की गणना करने के लिए उपयोग किया गया था।यह मानते हुए कि ऑनबोर्ड ईडब्ल्यूएनएस का आयतन समान है, समतुल्य व्यास की गणना समीकरण (2) का उपयोग करके की जा सकती है:
हमारी पहले से विकसित पद्धति के आधार पर, ईडब्ल्यूएनएस में अल्पकालिक कट्टरपंथी मध्यवर्ती की उपस्थिति का पता लगाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद (ईएसआर) स्पिन जाल का उपयोग किया गया था।एरोसोल को 650 μm मिडगेट स्पैगर (ऐस ग्लास, विनलैंड, एनजे) के माध्यम से बुलबुला किया गया था जिसमें DEPMPO (5- (डाइथोक्सीफॉस्फोरिल) -5-मिथाइल-1-पाइरोलिन-एन-ऑक्साइड) (ऑक्सिस इंटरनेशनल इंक) का 235 मिमी समाधान था।पोर्टलैंड, ऑरेगॉन)।सभी ईएसआर माप ब्रुकर ईएमएक्स स्पेक्ट्रोमीटर (ब्रूकर इंस्ट्रूमेंट्स इंक. बिलेरिका, एमए, यूएसए) और एक फ्लैट पैनल सेल का उपयोग करके किए गए थे।डेटा एकत्र करने और उसका विश्लेषण करने के लिए एक्विजिट सॉफ़्टवेयर (ब्रूकर इंस्ट्रूमेंट्स इंक. बिलेरिका, एमए, यूएसए) का उपयोग किया गया था।आरओएस की विशेषताओं का निर्धारण केवल परिचालन स्थितियों के एक सेट [-6.5 केवी, 4.0 सेमी] के लिए किया गया था।प्रभावकारक में ईडब्ल्यूएनएस हानियों को ध्यान में रखने के बाद एसएमपीएस का उपयोग करके ईडब्ल्यूएनएस सांद्रता को मापा गया।
ओजोन स्तर की निगरानी 205 डुअल बीम ओजोन मॉनिटर™ (2बी टेक्नोलॉजीज, बोल्डर, कंपनी)8,9,10 का उपयोग करके की गई।
सभी ईडब्ल्यूएनएस गुणों के लिए, औसत मान का उपयोग माप मान के रूप में किया जाता है, और मानक विचलन का उपयोग माप त्रुटि के रूप में किया जाता है।आधार ईडब्ल्यूएनएस के संबंधित मूल्यों के साथ अनुकूलित ईडब्ल्यूएनएस विशेषताओं के मूल्यों की तुलना करने के लिए टी-परीक्षण किए गए थे।
चित्र 2सी पहले से विकसित और विशिष्ट इलेक्ट्रोस्टैटिक वर्षा (ईपीईएस) "पुल" प्रणाली को दर्शाता है जिसका उपयोग सतह पर ईडब्ल्यूएनएस की लक्षित डिलीवरी के लिए किया जा सकता है।ईपीईएस ईवीएनएस चार्ज का उपयोग करता है जिसे एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में सीधे लक्ष्य की सतह पर "निर्देशित" किया जा सकता है।ईपीईएस प्रणाली का विवरण पिर्गियोटाकिस एट अल द्वारा हाल के प्रकाशन में प्रस्तुत किया गया है।11 ।इस प्रकार, ईपीईएस में पतले सिरों वाला एक 3डी मुद्रित पीवीसी कक्ष होता है और इसमें केंद्र में 15.24 सेमी की दूरी पर दो समानांतर स्टेनलेस स्टील (304 स्टेनलेस स्टील, मिरर लेपित) धातु की प्लेटें होती हैं।बोर्ड एक बाहरी उच्च वोल्टेज स्रोत (बर्ट्रान 205बी-10आर, स्पेलमैन, हाउपॉज, एनवाई) से जुड़े थे, नीचे की प्लेट हमेशा सकारात्मक वोल्टेज से जुड़ी थी, और शीर्ष प्लेट हमेशा जमीन (फ्लोटिंग ग्राउंड) से जुड़ी थी।कक्ष की दीवारें एल्यूमीनियम पन्नी से ढकी हुई हैं, जो कण हानि को रोकने के लिए विद्युत रूप से ग्राउंडेड है।चैम्बर 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 पूरक चित्र एस111 में विस्तृत पहले से विकसित प्रोटोकॉल के अनुसार की गई थी।
एक नियंत्रण कक्ष के रूप में, एक दूसरा बेलनाकार प्रवाह कक्ष ईपीईएस प्रणाली से श्रृंखला में जुड़ा हुआ था, जिसमें ईडब्ल्यूएनएस को हटाने के लिए एक मध्यवर्ती HEPA फ़िल्टर का उपयोग किया गया था।जैसा कि चित्र 2सी में दिखाया गया है, ईडब्ल्यूएनएस एयरोसोल को दो अंतर्निर्मित कक्षों के माध्यम से पंप किया गया था।नियंत्रण कक्ष और ईपीईएस के बीच फ़िल्टर किसी भी शेष ईडब्ल्यूएनएस को हटा देता है जिसके परिणामस्वरूप तापमान (टी), सापेक्ष आर्द्रता (आरएच) और ओजोन स्तर समान हो जाते हैं।
महत्वपूर्ण खाद्य जनित सूक्ष्मजीव ताजा खाद्य पदार्थों को दूषित करते पाए गए हैं जैसे ई. कोली (एटीसीसी #27325), फेकल इंडिकेटर, साल्मोनेला एंटरिका (एटीसीसी #53647), खाद्य जनित रोगज़नक़, लिस्टेरिया हानिरहित (एटीसीसी #33090), एटीसीसी (मानसस, वीए) से प्राप्त रोगजनक लिस्टेरिया मोनोसाइटोजेन्स के लिए सरोगेट, सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया (एटीसीसी #4098), खराब खमीर का विकल्प, और एक अधिक प्रतिरोधी निष्क्रिय जीवाणु, माइकोबैक्टीरियम पैरालुकी (एटीसीसी #19686)।
अपने स्थानीय बाजार से जैविक अंगूर टमाटर के यादृच्छिक बक्से खरीदें और उपयोग होने तक (3 दिन तक) 4°C पर रेफ्रिजरेटर में रखें।सभी प्रयोगात्मक टमाटर एक ही आकार के, लगभग 1/2 इंच व्यास के थे।
संस्कृति, टीकाकरण, एक्सपोज़र और कॉलोनी गिनती प्रोटोकॉल हमारे पिछले प्रकाशन में विस्तृत हैं और पूरक डेटा में विस्तृत हैं।ईडब्ल्यूएनएस की प्रभावशीलता का मूल्यांकन 45 मिनट के लिए टीका लगाए गए टमाटरों को 40,000 #/सेमी3 पर 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 ईपीईएस में रखा गया और 40,000 #/सीसी (ईडब्ल्यूएनएस उजागर टमाटर) पर ईडब्ल्यूएनएस के संपर्क में रखा गया और शेष तीन को नियंत्रण कक्ष (नियंत्रण टमाटर) में रखा गया।दोनों समूहों में टमाटर का अतिरिक्त प्रसंस्करण नहीं किया गया।EWNS के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए EWNS-उजागर टमाटर और नियंत्रण टमाटर को 45 मिनट के बाद हटा दिया गया।
प्रत्येक प्रयोग तीन प्रतियों में किया गया।पूरक डेटा में वर्णित प्रोटोकॉल के अनुसार डेटा विश्लेषण किया गया था।
निष्क्रियता तंत्र का मूल्यांकन उजागर ईडब्ल्यूएनएस नमूनों (40,000 #/सेमी3 ईडब्ल्यूएनएस एयरोसोल एकाग्रता पर 45 मिनट) और हानिरहित बैक्टीरिया ई. कोली, साल्मोनेला एंटरिका और लैक्टोबैसिलस के गैर-विकिरणित नमूनों के अवसादन द्वारा किया गया था।कणों को कमरे के तापमान पर 2 घंटे के लिए 2.5% ग्लूटाराल्डिहाइड, 1.25% पैराफॉर्मलडिहाइड और 0.03% पिक्रिक एसिड में 0.1 एम सोडियम कैकोडायलेट बफर (पीएच 7.4) में तय किया गया था।धोने के बाद, 2 घंटे के लिए 1% ऑस्मियम टेट्रोक्साइड (OsO4)/1.5% पोटेशियम फेरोसाइनाइड (KFeCN6) के साथ पोस्ट-फिक्स करें, पानी में 3 बार धोएं और 1% यूरेनिल एसीटेट में 1 घंटे के लिए इनक्यूबेट करें, फिर पानी में दो बार धोएं, 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 टीएएपी एपोन (मैरिवैक कनाडा इंक. सेंट लॉरेंट, सीए) के 1:1 मिश्रण के साथ संसेचित किया गया।नमूनों को टीएएबी एपोन में एम्बेड किया गया और 48 घंटों के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर पॉलिमराइज़ किया गया।ठीक किए गए दानेदार राल को टीईएम द्वारा एक पारंपरिक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप जेईओएल 1200EX (जेईओएल, टोक्यो, जापान) का उपयोग करके एएमटी 2k सीसीडी कैमरा (उन्नत माइक्रोस्कोपी तकनीक, कार्पोरेशन, वोबर्न, मैसाचुसेट्स, यूएसए) से सुसज्जित किया गया था।
सभी प्रयोगों को तीन प्रतियों में किया गया था।प्रत्येक समय बिंदु के लिए, बैक्टीरियल वॉश को तीन प्रतियों में डाला गया, जिसके परिणामस्वरूप प्रति बिंदु कुल नौ डेटा बिंदु प्राप्त हुए, जिनमें से औसत का उपयोग उस विशेष सूक्ष्मजीव के लिए बैक्टीरिया एकाग्रता के रूप में किया गया था।माप त्रुटि के रूप में मानक विचलन का उपयोग किया गया था।सभी अंक मायने रखते हैं.
टी = 0 मिनट की तुलना में बैक्टीरिया की सांद्रता में कमी के लघुगणक की गणना निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके की गई थी:
जहां C0 समय 0 पर नियंत्रण नमूने में बैक्टीरिया की सांद्रता है (यानी सतह सूखने के बाद लेकिन कक्ष में रखे जाने से पहले) और Cn एक्सपोज़र के n मिनट के बाद सतह पर बैक्टीरिया की सांद्रता है।
45 मिनट के एक्सपोज़र के दौरान बैक्टीरिया के प्राकृतिक क्षरण को ध्यान में रखते हुए, 45 मिनट के बाद नियंत्रण की तुलना में लॉग कमी की गणना भी निम्नानुसार की गई थी:
जहां Cn समय n पर नियंत्रण नमूने में बैक्टीरिया की सांद्रता है और Cn-नियंत्रण समय n पर नियंत्रण नमूने में बैक्टीरिया की सांद्रता है।डेटा को नियंत्रण की तुलना में लॉग कमी के रूप में प्रस्तुत किया जाता है (कोई ईडब्ल्यूएनएस एक्सपोज़र नहीं)।
अध्ययन के दौरान, टेलर शंकु गठन, टेलर शंकु स्थिरता, ईडब्ल्यूएनएस उत्पादन स्थिरता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता के संदर्भ में सुई और काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज और दूरी के कई संयोजनों का मूल्यांकन किया गया था।पूरक तालिका S1 में विभिन्न संयोजन दिखाए गए हैं।व्यापक अध्ययन के लिए स्थिर और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य गुण (टेलर कोन, ईडब्ल्यूएनएस पीढ़ी और समय के साथ स्थिरता) दिखाने वाले दो मामलों का चयन किया गया था।अंजीर पर.चित्र 3 दोनों मामलों में आरओएस के चार्ज, आकार और सामग्री के परिणाम दिखाता है।परिणाम तालिका 1 में भी दिखाए गए हैं। संदर्भ के लिए, चित्र 3 और तालिका 1 दोनों में पहले से संश्लेषित गैर-अनुकूलित ईडब्ल्यूएनएस8, 9, 10, 11 (बेसलाइन-ईडब्ल्यूएनएस) के गुण शामिल हैं।दो-पूंछ वाले टी-परीक्षण का उपयोग करके सांख्यिकीय महत्व की गणना पूरक तालिका एस2 में पुनः प्रकाशित की गई है।इसके अलावा, अतिरिक्त डेटा में काउंटर इलेक्ट्रोड सैंपलिंग होल व्यास (डी) और ग्राउंड इलेक्ट्रोड और टिप (एल) (पूरक आंकड़े एस 2 और एस 3) के बीच की दूरी के प्रभाव का अध्ययन शामिल है।
(एसी) एएफएम द्वारा मापा गया आकार वितरण।(डीएफ) सतही आवेश विशेषता।(जी) ईपीआर का आरओएस लक्षण वर्णन।
यह ध्यान रखना भी महत्वपूर्ण है कि उपरोक्त सभी स्थितियों के लिए, मापा गया आयनीकरण वर्तमान 2 और 6 μA के बीच था और वोल्टेज -3.8 और -6.5 kV के बीच था, जिसके परिणामस्वरूप इस एकल EWNS पीढ़ी संपर्क मॉड्यूल के लिए 50 mW से कम बिजली की खपत हुई।यद्यपि ईडब्ल्यूएनएस को उच्च दबाव में संश्लेषित किया गया था, ओजोन का स्तर बहुत कम था, कभी भी 60 पीपीबी से अधिक नहीं था।
अनुपूरक चित्र S4 क्रमशः [-6.5 केवी, 4.0 सेमी] और [-3.8 केवी, 0.5 सेमी] परिदृश्यों के लिए अनुरूपित विद्युत क्षेत्रों को दर्शाता है।[-6.5 केवी, 4.0 सेमी] और [-3.8 केवी, 0.5 सेमी] परिदृश्यों के लिए, फ़ील्ड गणना क्रमशः 2 × 105 वी/एम और 4.7 × 105 वी/एम है।यह अपेक्षित है, क्योंकि दूसरे मामले में वोल्टेज-दूरी अनुपात बहुत अधिक है।
अंजीर पर.3ए,बी एएफएम8 से मापा गया ईडब्ल्यूएनएस व्यास दिखाता है।[-6.5 केवी, 4.0 सेमी] और [-3.8 केवी, 0.5 सेमी] योजनाओं के लिए परिकलित औसत ईडब्ल्यूएनएस व्यास क्रमशः 27 एनएम और 19 एनएम थे।[-6.5 केवी, 4.0 सेमी] और [-3.8 केवी, 0.5 सेमी] परिदृश्यों के लिए, वितरण के ज्यामितीय मानक विचलन क्रमशः 1.41 और 1.45 हैं, जो एक संकीर्ण आकार के वितरण को दर्शाते हैं।माध्य आकार और ज्यामितीय मानक विचलन दोनों क्रमशः 25 एनएम और 1.41 पर बेसलाइन ईडब्ल्यूएनएस के बहुत करीब हैं।अंजीर पर.3सी समान परिस्थितियों में समान विधि का उपयोग करके मापा गया आधार ईडब्ल्यूएनएस का आकार वितरण दिखाता है।
अंजीर पर.3डी,ई चार्ज लक्षण वर्णन के परिणाम दिखाता है।डेटा सांद्रता (#/cm3) और करंट (I) के 30 एक साथ मापों का औसत माप है।विश्लेषण से पता चलता है कि ईडब्ल्यूएनएस पर औसत चार्ज क्रमशः [-6.5 केवी, 4.0 सेमी] और [-3.8 केवी, 0.5 सेमी] के लिए 22 ± 6 ई- और 44 ± 6 ई- है।बेसलाइन ईडब्ल्यूएनएस (10 ± 2 ई-) की तुलना में उनके पास काफी अधिक सतह शुल्क है, जो [-6.5 केवी, 4.0 सेमी] परिदृश्य से दो गुना अधिक है और [-3 .8 केवी, 0.5 सेमी] से चार गुना अधिक है।चित्र 3f आवेश को दर्शाता है।बेसलाइन-ईडब्ल्यूएनएस के लिए डेटा।
ईडब्ल्यूएनएस संख्या (पूरक आंकड़े एस5 और एस6) के एकाग्रता 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 एकाग्रता की निगरानी 4 घंटे तक की गई (पूरक आंकड़े एस5 और एस6), जहां ईडब्ल्यूएनएस पीढ़ी की स्थिरता ने दोनों मामलों में कण संख्या एकाग्रता का समान स्तर दिखाया।
अंजीर पर.3जी [-6.5 केवी, 4.0 सेमी] पर अनुकूलित ईडब्ल्यूएनएस नियंत्रण (पृष्ठभूमि) के घटाव के बाद ईपीआर स्पेक्ट्रम दिखाता है।पहले प्रकाशित कार्य में आरओएस स्पेक्ट्रा की तुलना बेसलाइन-ईडब्ल्यूएनएस परिदृश्य से भी की गई थी।स्पिन ट्रैप के साथ प्रतिक्रिया करने वाले ईडब्ल्यूएनएस की संख्या 7.5 × 104 ईडब्ल्यूएनएस/एस आंकी गई, जो पहले प्रकाशित बेसलाइन-ईडब्ल्यूएनएस8 के समान है।ईपीआर स्पेक्ट्रा ने स्पष्ट रूप से दो प्रकार के आरओएस की उपस्थिति को दिखाया, जिसमें O2- प्रमुख प्रजाति थी और OH• कम प्रचुर मात्रा में थी।इसके अलावा, चरम तीव्रता की प्रत्यक्ष तुलना से पता चला कि अनुकूलित ईडब्ल्यूएनएस में बेसलाइन ईडब्ल्यूएनएस की तुलना में काफी अधिक आरओएस सामग्री थी।
अंजीर पर.4 ईपीईएस में ईडब्ल्यूएनएस की जमाव दक्षता को दर्शाता है।डेटा को तालिका I में भी संक्षेपित किया गया है और मूल ईडब्ल्यूएनएस डेटा के साथ तुलना की गई है।ईयूएनएस के दोनों मामलों के लिए, 3.0 केवी के कम वोल्टेज पर भी जमाव 100% के करीब है।आमतौर पर, सतह चार्ज परिवर्तन की परवाह किए बिना, 100% जमाव के लिए 3.0 केवी पर्याप्त है।समान परिस्थितियों में, बेसलाइन-ईडब्ल्यूएनएस की जमाव दक्षता उनके कम चार्ज (प्रति ईडब्ल्यूएनएस औसत 10 इलेक्ट्रॉन) के कारण केवल 56% थी।
अंजीर पर.5 और तालिका में.2 इष्टतम मोड [-6.5 केवी, 4.0 सेमी] पर 45 मिनट के लिए लगभग 40,000 #/सेमी3 ईडब्ल्यूएनएस के संपर्क में आने के बाद टमाटर की सतह पर लगाए गए सूक्ष्मजीवों के निष्क्रियता मूल्य का सारांश देता है।टीका लगाए गए ई. कोली और लैक्टोबैसिलस इन्नोकस ने 45 मिनट के एक्सपोज़र के दौरान 3.8 लॉग की महत्वपूर्ण कमी देखी।समान परिस्थितियों में, एस. एंटरिका में 2.2-लॉग की कमी हुई, जबकि एस. सेरेविसिया और एम. पैराफोर्टुटम में 1.0-लॉग की कमी हुई।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ (चित्रा 6) हानिरहित एस्चेरिचिया कोली, स्ट्रेप्टोकोकस और लैक्टोबैसिलस कोशिकाओं पर ईडब्ल्यूएनएस द्वारा प्रेरित भौतिक परिवर्तनों को दर्शाते हैं जो उनके निष्क्रिय होने का कारण बनते हैं।नियंत्रण बैक्टीरिया में कोशिका झिल्ली बरकरार थी, जबकि उजागर बैक्टीरिया ने बाहरी झिल्ली को क्षतिग्रस्त कर दिया था।
नियंत्रण और उजागर बैक्टीरिया की इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म इमेजिंग से झिल्ली क्षति का पता चला।
अनुकूलित ईडब्ल्यूएनएस के भौतिक रासायनिक गुणों पर डेटा सामूहिक रूप से दिखाता है कि ईडब्ल्यूएनएस के गुणों (सतह चार्ज और आरओएस सामग्री) में पहले प्रकाशित ईडब्ल्यूएनएस बेसलाइन डेटा8,9,10,11 की तुलना में काफी सुधार हुआ था।दूसरी ओर, उनका आकार नैनोमीटर रेंज में रहा, जो पहले बताए गए परिणामों के समान था, जिससे वे लंबे समय तक हवा में रह सके।देखी गई बहुविभाजनता को सतह आवेश परिवर्तनों द्वारा समझाया जा सकता है जो ईडब्ल्यूएनएस का आकार, रेले प्रभाव की यादृच्छिकता और संभावित सहसंयोजन निर्धारित करते हैं।हालाँकि, जैसा कि नील्सन एट अल द्वारा विस्तृत किया गया है।22, उच्च सतह आवेश पानी की बूंद की सतह ऊर्जा/तनाव को प्रभावी ढंग से बढ़ाकर वाष्पीकरण को कम करता है।हमारे पिछले प्रकाशन8 में इस सिद्धांत की माइक्रोड्रॉपलेट्स 22 और ईडब्ल्यूएनएस के लिए प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी।ओवरटाइम के दौरान चार्ज की हानि भी आकार को प्रभावित कर सकती है और देखे गए आकार वितरण में योगदान कर सकती है।