Nature.com സന്ദർശിച്ചതിന് നന്ദി. നിങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ബ്രൗസർ പതിപ്പിന് പരിമിതമായ CSS പിന്തുണ മാത്രമേ ഉള്ളൂ. മികച്ച അനുഭവത്തിനായി, നിങ്ങൾ ഒരു അപ്ഡേറ്റ് ചെയ്ത ബ്രൗസർ ഉപയോഗിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു (അല്ലെങ്കിൽ ഇന്റർനെറ്റ് എക്സ്പ്ലോററിൽ കോംപാറ്റിബിലിറ്റി മോഡ് പ്രവർത്തനരഹിതമാക്കുക). അതേസമയം, തുടർച്ചയായ പിന്തുണ ഉറപ്പാക്കാൻ, സ്റ്റൈലുകളും ജാവാസ്ക്രിപ്റ്റും ഇല്ലാതെ ഞങ്ങൾ സൈറ്റ് റെൻഡർ ചെയ്യും.
അടുത്തിടെ, കൃത്രിമ ജല നാനോസ്ട്രക്ചറുകൾ (EWNS) ഉപയോഗിച്ചുള്ള നാനോ ടെക്നോളജി അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു രാസ-രഹിത ആന്റിമൈക്രോബയൽ പ്ലാറ്റ്ഫോം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. EWNS-കൾക്ക് ഉയർന്ന ഉപരിതല ചാർജ് ഉണ്ട്, കൂടാതെ ഭക്ഷണത്തിലൂടെ പകരുന്ന രോഗകാരികൾ ഉൾപ്പെടെ നിരവധി സൂക്ഷ്മാണുക്കളുമായി ഇടപഴകാനും നിർജ്ജീവമാക്കാനും കഴിയുന്ന റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകൾ (ROS) കൊണ്ട് പൂരിതമാകുന്നു. സിന്തസിസ് സമയത്ത് അവയുടെ ഗുണങ്ങൾ ഫൈൻ-ട്യൂൺ ചെയ്യാനും അവയുടെ ആൻറി ബാക്ടീരിയൽ സാധ്യത കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാനും കഴിയുമെന്ന് ഇവിടെ കാണിക്കുന്നു. സിന്തസിസ് പാരാമീറ്ററുകൾ മാറ്റിക്കൊണ്ട് EWNS-ന്റെ ഗുണങ്ങളെ ഫൈൻ-ട്യൂൺ ചെയ്യുന്നതിനാണ് EWNS ലബോറട്ടറി പ്ലാറ്റ്ഫോം രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. ആധുനിക വിശകലന രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് EWNS ഗുണങ്ങളുടെ (ചാർജ്, വലുപ്പം, ROS-ന്റെ ഉള്ളടക്കം) സ്വഭാവം. കൂടാതെ, Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum, Saccharomyces cerevisiae തുടങ്ങിയ ഭക്ഷ്യജന്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കൾക്കെതിരായ അവയുടെ സൂക്ഷ്മജീവ നിഷ്ക്രിയത്വ സാധ്യതയ്ക്കായി അവയെ വിലയിരുത്തി. ഇവിടെ അവതരിപ്പിച്ച ഫലങ്ങൾ തെളിയിക്കുന്നത്, സിന്തസിസ് സമയത്ത് EWNS-ന്റെ ഗുണങ്ങൾ ഫൈൻ-ട്യൂൺ ചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്നും, ഇത് നിഷ്ക്രിയത്വ കാര്യക്ഷമതയിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകുമെന്നും ആണ്. പ്രത്യേകിച്ച്, ഉപരിതല ചാർജ് നാലിരട്ടിയായി വർദ്ധിക്കുകയും റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകൾ വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്തു. സൂക്ഷ്മജീവികളെ ആശ്രയിച്ചുള്ളതായിരുന്നു സൂക്ഷ്മജീവി നീക്കം ചെയ്യൽ നിരക്ക്, 40,000 #/cc EWNS എന്ന എയറോസോൾ ഡോസിലേക്ക് 45 മിനിറ്റ് എക്സ്പോഷർ ചെയ്തതിനുശേഷം 1.0 മുതൽ 3.8 ലോഗ് വരെയായിരുന്നു.
രോഗകാരികളോ അവയുടെ വിഷവസ്തുക്കളോ കഴിക്കുന്നതിലൂടെ ഉണ്ടാകുന്ന ഭക്ഷ്യജന്യ രോഗങ്ങളുടെ പ്രധാന കാരണം സൂക്ഷ്മജീവികളുടെ മലിനീകരണമാണ്. യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിൽ മാത്രം, ഭക്ഷ്യജന്യ രോഗങ്ങൾ ഏകദേശം 76 ദശലക്ഷം രോഗങ്ങൾക്കും, 325,000 പേരെ ആശുപത്രിയിൽ പ്രവേശിപ്പിക്കുന്നതിനും, 5,000 മരണങ്ങൾക്കും കാരണമാകുന്നു. കൂടാതെ, യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെ കാർഷിക വകുപ്പ് (യുഎസ്ഡിഎ) കണക്കാക്കുന്നത്, യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിൽ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെടുന്ന എല്ലാ ഭക്ഷ്യജന്യ രോഗങ്ങളുടെയും 48% ത്തിനും പുതിയ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ വർദ്ധിച്ച ഉപഭോഗം കാരണമാകുമെന്നാണ്2. യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിൽ ഭക്ഷ്യജന്യ രോഗകാരികൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന രോഗങ്ങളുടെയും മരണത്തിന്റെയും ചെലവ് വളരെ ഉയർന്നതാണെന്ന് രോഗ നിയന്ത്രണത്തിനും പ്രതിരോധത്തിനുമുള്ള കേന്ദ്രങ്ങൾ (സിഡിസി) കണക്കാക്കുന്നു, പ്രതിവർഷം 15.6 ബില്യൺ യുഎസ് ഡോളറിലധികം3.
നിലവിൽ, ഭക്ഷ്യസുരക്ഷ ഉറപ്പാക്കുന്നതിനുള്ള കെമിക്കൽ4, റേഡിയേഷൻ5, തെർമൽ6 ആന്റിമൈക്രോബയൽ ഇടപെടലുകൾ തുടർച്ചയായി നടത്തുന്നതിനുപകരം, ഉൽപ്പാദന ശൃംഖലയിലെ പരിമിതമായ നിർണായക നിയന്ത്രണ പോയിന്റുകളിലാണ് (CCP-കൾ) (സാധാരണയായി വിളവെടുപ്പിനു ശേഷവും/അല്ലെങ്കിൽ പാക്കേജിംഗ് സമയത്തും) നടത്തുന്നത്. അതിനാൽ, അവ ക്രോസ്-കണ്ടമിനേഷന് സാധ്യതയുണ്ട്. 7. ഭക്ഷ്യജന്യ രോഗങ്ങളുടെയും ഭക്ഷ്യവസ്തുക്കൾ കേടുവരുന്നതിന്റെയും മികച്ച നിയന്ത്രണത്തിന്, പരിസ്ഥിതി ആഘാതവും ചെലവും കുറയ്ക്കുന്നതിനൊപ്പം, ഫാം-ടു-ടേബിൾ തുടർച്ചയിലുടനീളം പ്രയോഗിക്കാൻ സാധ്യതയുള്ള ആന്റിമൈക്രോബയൽ ഇടപെടലുകൾ ആവശ്യമാണ്.
അടുത്തിടെ, കൃത്രിമ ജല നാനോസ്ട്രക്ചറുകൾ (EWNS) ഉപയോഗിച്ച് ഉപരിതല, വായു ബാക്ടീരിയകളെ നിർജ്ജീവമാക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു രാസവസ്തു രഹിത, നാനോ ടെക്നോളജി അധിഷ്ഠിത ആന്റിമൈക്രോബയൽ പ്ലാറ്റ്ഫോം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ, ജല അയോണൈസേഷൻ എന്നീ രണ്ട് സമാന്തര പ്രക്രിയകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് EWNS സമന്വയിപ്പിച്ചത് (ചിത്രം 1a). മുൻ പഠനങ്ങൾ EWNS-ന് സവിശേഷമായ ഭൗതികവും ജൈവപരവുമായ ഗുണങ്ങളുണ്ടെന്ന് തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്8,9,10. EWNS-ന് ഓരോ ഘടനയിലും ശരാശരി 10 ഇലക്ട്രോണുകളും ശരാശരി 25 nm നാനോസ്കെയിൽ വലുപ്പവുമുണ്ട് (ചിത്രം 1b,c)8,9,10. കൂടാതെ, ഇലക്ട്രോൺ സ്പിൻ റെസൊണൻസ് (ESR) കാണിക്കുന്നത് EWNS-ൽ വലിയ അളവിൽ റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകൾ (ROS), പ്രധാനമായും ഹൈഡ്രോക്സൈൽ (OH•), സൂപ്പർഓക്സൈഡ് (O2-) റാഡിക്കലുകൾ (ചിത്രം 1c)8 എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു എന്നാണ്. EVNS വളരെക്കാലം വായുവിലുണ്ട്, കൂടാതെ വായുവിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്തിരിക്കുന്നതും ഉപരിതലത്തിൽ ഉള്ളതുമായ സൂക്ഷ്മാണുക്കളുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുകയും അവയുടെ ROS പേലോഡ് നൽകുകയും സൂക്ഷ്മാണുക്കളുടെ നിഷ്ക്രിയത്വത്തിന് കാരണമാവുകയും ചെയ്യും (ചിത്രം 1d). മൈക്കോബാക്ടീരിയ ഉൾപ്പെടെയുള്ള വിവിധ ഗ്രാം-നെഗറ്റീവ്, ഗ്രാം-പോസിറ്റീവ് ബാക്ടീരിയകളുമായി ഉപരിതലത്തിലും വായുവിലും EWNS ഇടപഴകാനും നിർജ്ജീവമാക്കാനും കഴിയുമെന്ന് ഈ ആദ്യകാല പഠനങ്ങൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്. ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി കാണിക്കുന്നത് കോശ സ്തരത്തിന്റെ തടസ്സം മൂലമാണ് നിഷ്ക്രിയത്വം സംഭവിച്ചതെന്ന്. കൂടാതെ, ഉയർന്ന അളവിലുള്ള EWNS ശ്വാസകോശത്തിന് കേടുപാടുകൾ വരുത്തുന്നതോ വീക്കമോ ഉണ്ടാക്കുന്നില്ലെന്ന് അക്യൂട്ട് ഇൻഹാലേഷൻ പഠനങ്ങൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട് 8 .
(എ) ദ്രാവകം അടങ്ങിയ ഒരു കാപ്പിലറി ട്യൂബിനും ഒരു കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിനും ഇടയിൽ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ സംഭവിക്കുന്നു. (ബി) ഉയർന്ന മർദ്ദം പ്രയോഗിക്കുന്നത് രണ്ട് വ്യത്യസ്ത പ്രതിഭാസങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു: (i) ജലത്തിന്റെ ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ, (ii) EWNS-ൽ കുടുങ്ങിയ റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകളുടെ (അയോണുകൾ) രൂപീകരണം. (സി) EWNS-ന്റെ അതുല്യമായ ഘടന. (ഡി) അവയുടെ നാനോസ്കെയിൽ സ്വഭാവം കാരണം, EWNS-കൾ വളരെ ചലനാത്മകമാണ്, വായുവിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന രോഗകാരികളുമായി ഇടപഴകാൻ കഴിയും.
പുതിയ ഭക്ഷണത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഭക്ഷ്യജന്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കളെ നിർജ്ജീവമാക്കാൻ EWNS ആന്റിമൈക്രോബയൽ പ്ലാറ്റ്‌ഫോമിന്റെ കഴിവ് അടുത്തിടെ തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലവുമായി സംയോജിപ്പിച്ച് EWNS ന്റെ ഉപരിതല ചാർജ് ലക്ഷ്യ ഡെലിവറി കൈവരിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാമെന്നും തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. മാത്രമല്ല, ഏകദേശം 50,000 #/cm3 EWNS-ൽ 90 മിനിറ്റ് എക്സ്പോഷർ ചെയ്തതിനുശേഷം ജൈവ തക്കാളിയുടെ പ്രാഥമിക ഫലങ്ങൾ പ്രോത്സാഹജനകമായിരുന്നു, E. coli, Listeria 11 പോലുള്ള വിവിധ ഭക്ഷ്യജന്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കൾ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു. കൂടാതെ, നിയന്ത്രണ തക്കാളിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ പ്രാഥമിക ഓർഗാനോലെപ്റ്റിക് പരിശോധനകൾ ഒരു സെൻസറി ഇഫക്റ്റും കാണിച്ചില്ല. 50,000 #/cc എന്ന വളരെ കുറഞ്ഞ EWNS ഡോസുകളിൽ പോലും ഭക്ഷ്യ സുരക്ഷാ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ഈ പ്രാരംഭ നിഷ്ക്രിയ ഫലങ്ങൾ പ്രോത്സാഹജനകമാണെങ്കിലും. കാണുക, അണുബാധയ്ക്കും കേടുപാടുകൾക്കും സാധ്യത കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഉയർന്ന നിഷ്ക്രിയത്വ സാധ്യത കൂടുതൽ ഗുണം ചെയ്യുമെന്ന് വ്യക്തമാണ്.
ഇവിടെ, സിന്തസിസ് പാരാമീറ്ററുകളുടെ സൂക്ഷ്മമായ ട്യൂണിംഗ് പ്രാപ്തമാക്കുന്നതിനും EWNS-ന്റെ ഭൗതിക-രാസ ഗുണങ്ങളുടെ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ വഴി അവയുടെ ആൻറി ബാക്ടീരിയൽ സാധ്യത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും പ്രാപ്തമാക്കുന്ന ഒരു EWNS ജനറേഷൻ പ്ലാറ്റ്‌ഫോമിന്റെ വികസനത്തിൽ ഞങ്ങൾ ഞങ്ങളുടെ ഗവേഷണം കേന്ദ്രീകരിക്കും. പ്രത്യേകിച്ചും, അവയുടെ ഉപരിതല ചാർജ് (ലക്ഷ്യമിടുന്ന ഡെലിവറി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്) വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിലും ROS ഉള്ളടക്കത്തിലും (നിഷ്‌ക്രിയമാക്കൽ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്) ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ആധുനിക വിശകലന രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ഭൗതിക-രാസ ഗുണങ്ങളെ (വലുപ്പം, ചാർജ്, ROS ഉള്ളടക്കം) ചിത്രീകരിക്കുകയും E. പോലുള്ള സാധാരണ ഭക്ഷ്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കളെ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുക.
ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള വെള്ളത്തിന്റെ (18 MΩ cm–1) ഒരേസമയം ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ ചെയ്തും അയോണൈസേഷൻ ചെയ്തുമാണ് EVNS സമന്വയിപ്പിച്ചത്. ദ്രാവകങ്ങളുടെ ആറ്റോമൈസേഷനും നിയന്ത്രിത വലുപ്പത്തിലുള്ള പോളിമർ, സെറാമിക് കണികകൾ 13, നാരുകൾ 14 എന്നിവയുടെ സമന്വയത്തിനും ഇലക്ട്രിക് നെബുലൈസർ 12 സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
മുൻ പ്രസിദ്ധീകരണങ്ങൾ 8, 9, 10, 11 എന്നിവയിൽ വിശദീകരിച്ചതുപോലെ, ഒരു സാധാരണ പരീക്ഷണത്തിൽ, ഒരു ലോഹ കാപ്പിലറിക്കും ഒരു ഗ്രൗണ്ടഡ് കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിനും ഇടയിൽ ഒരു ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിച്ചു. ഈ പ്രക്രിയയിൽ, രണ്ട് വ്യത്യസ്ത പ്രതിഭാസങ്ങൾ സംഭവിക്കുന്നു: i) ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ, ii) ജല അയോണൈസേഷൻ. രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകൾക്കിടയിലുള്ള ശക്തമായ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഘനീഭവിച്ച ജലത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ നെഗറ്റീവ് ചാർജുകൾ അടിഞ്ഞുകൂടാൻ കാരണമാകുന്നു, ഇത് ടെയ്‌ലർ കോണുകളുടെ രൂപീകരണത്തിന് കാരണമാകുന്നു. തൽഫലമായി, ഉയർന്ന ചാർജുള്ള ജലത്തുള്ളികൾ രൂപം കൊള്ളുന്നു, അവ റെയ്‌ലീ സിദ്ധാന്തത്തിലെന്നപോലെ ചെറിയ കണികകളായി വിഘടിക്കുന്നത് തുടരുന്നു. അതേ സമയം, ശക്തമായ വൈദ്യുത മണ്ഡലങ്ങൾ ചില ജല തന്മാത്രകളെ വിഭജിക്കാനും ഇലക്ട്രോണുകളെ നീക്കം ചെയ്യാനും (അയോണൈസ്) കാരണമാകുന്നു, ഇത് വലിയ അളവിൽ റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകളുടെ (ROS) രൂപീകരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു17. ഒരേസമയം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെട്ട ROS18 EWNS-ൽ ഉൾപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട് (ചിത്രം 1c).
ചിത്രം 2a-യിൽ, ഈ പഠനത്തിൽ EWNS സിന്തസിസിൽ വികസിപ്പിച്ചതും ഉപയോഗിച്ചതുമായ EWNS ജനറേഷൻ സിസ്റ്റം കാണിക്കുന്നു. അടച്ച കുപ്പിയിൽ സംഭരിച്ചിരിക്കുന്ന ശുദ്ധീകരിച്ച വെള്ളം ഒരു ടെഫ്ലോൺ ട്യൂബ് (2 മില്ലീമീറ്റർ ആന്തരിക വ്യാസം) വഴി 30G സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ സൂചിയിലേക്ക് (ലോഹ കാപ്പിലറി) നൽകി. ചിത്രം 2b-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, കുപ്പിക്കുള്ളിലെ വായു മർദ്ദം ഉപയോഗിച്ചാണ് വെള്ളത്തിന്റെ ഒഴുക്ക് നിയന്ത്രിക്കുന്നത്. സൂചി ഒരു ടെഫ്ലോൺ കൺസോളിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിൽ നിന്ന് ഒരു നിശ്ചിത ദൂരത്തേക്ക് സ്വമേധയാ ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും. കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡ് സാമ്പിളിംഗിനായി മധ്യഭാഗത്ത് ഒരു ദ്വാരമുള്ള ഒരു മിനുക്കിയ അലുമിനിയം ഡിസ്കാണ്. കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിന് താഴെ ഒരു അലുമിനിയം സാമ്പിൾ ഫണൽ ഉണ്ട്, ഇത് ഒരു സാമ്പിൾ പോർട്ട് വഴി പരീക്ഷണ സജ്ജീകരണത്തിന്റെ ബാക്കി ഭാഗങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു (ചിത്രം 2b). സാമ്പിളർ പ്രവർത്തനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്ന ചാർജ് ബിൽഡ്-അപ്പ് ഒഴിവാക്കാൻ, എല്ലാ സാമ്പിൾ ഘടകങ്ങളും വൈദ്യുതമായി ഗ്രൗണ്ട് ചെയ്തിരിക്കുന്നു.
(എ) എഞ്ചിനീയേർഡ് വാട്ടർ നാനോസ്ട്രക്ചർ ജനറേഷൻ സിസ്റ്റം (ഇഡബ്ല്യുഎൻഎസ്). (ബി) ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട പാരാമീറ്ററുകൾ കാണിക്കുന്ന സാമ്പിളറിന്റെയും ഇലക്ട്രോസ്പ്രേയുടെയും ക്രോസ്-സെക്ഷൻ. (സി) ബാക്ടീരിയ നിഷ്ക്രിയമാക്കുന്നതിനുള്ള പരീക്ഷണാത്മക സജ്ജീകരണം.
മുകളിൽ വിവരിച്ച EWNS ജനറേഷൻ സിസ്റ്റത്തിന് EWNS ഗുണങ്ങളുടെ സൂക്ഷ്മ ട്യൂണിംഗ് സുഗമമാക്കുന്നതിന് പ്രധാന പ്രവർത്തന പാരാമീറ്ററുകൾ മാറ്റാൻ കഴിയും. EWNS സ്വഭാവസവിശേഷതകളെ സൂക്ഷ്മമായി ക്രമീകരിക്കുന്നതിന് പ്രയോഗിച്ച വോൾട്ടേജ് (V), സൂചിക്കും കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിനും (L) ഇടയിലുള്ള ദൂരം, കാപ്പിലറിയിലൂടെയുള്ള ജലപ്രവാഹം (φ) എന്നിവ ക്രമീകരിക്കുക. വ്യത്യസ്ത കോമ്പിനേഷനുകളെ പ്രതിനിധീകരിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ചിഹ്നം: [V (kV), L (cm)]. ഒരു നിശ്ചിത സെറ്റിന്റെ [V, L] സ്ഥിരതയുള്ള ടെയ്‌ലർ കോൺ ലഭിക്കുന്നതിന് ജലപ്രവാഹം ക്രമീകരിക്കുക. ഈ പഠനത്തിന്റെ ഉദ്ദേശ്യങ്ങൾക്കായി, കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിന്റെ (D) അപ്പർച്ചർ വ്യാസം 0.5 ഇഞ്ചിൽ (1.29 സെ.മീ) നിലനിർത്തി.
പരിമിതമായ ജ്യാമിതിയും അസമമിതിയും കാരണം, വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി ആദ്യ തത്വങ്ങളിൽ നിന്ന് കണക്കാക്കാൻ കഴിയില്ല. പകരം, വൈദ്യുത മണ്ഡലം കണക്കാക്കാൻ QuickField™ സോഫ്റ്റ്‌വെയർ (Svendborg, Denmark)19 ഉപയോഗിച്ചു. വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഏകതാനമല്ല, അതിനാൽ കാപ്പിലറിയുടെ അഗ്രത്തിലുള്ള വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ മൂല്യം വിവിധ കോൺഫിഗറേഷനുകൾക്ക് ഒരു റഫറൻസ് മൂല്യമായി ഉപയോഗിച്ചു.
പഠനത്തിനിടെ, ടെയ്‌ലർ കോൺ രൂപീകരണം, ടെയ്‌ലർ കോൺ സ്ഥിരത, EWNS ഉൽ‌പാദന സ്ഥിരത, പുനരുൽപാദനക്ഷമത എന്നിവയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ സൂചിക്കും കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിനും ഇടയിലുള്ള വോൾട്ടേജിന്റെയും ദൂരത്തിന്റെയും നിരവധി കോമ്പിനേഷനുകൾ വിലയിരുത്തി. വിവിധ കോമ്പിനേഷനുകൾ അനുബന്ധ പട്ടിക S1 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.
EWNS ജനറേഷൻ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഔട്ട്‌പുട്ട്, കണിക സംഖ്യ സാന്ദ്രത അളക്കുന്നതിനായി ഒരു സ്കാനിംഗ് മൊബിലിറ്റി പാർട്ടിക്കിൾ സൈസ് അനലൈസറുമായി (SMPS, മോഡൽ 3936, TSI, ഷോർവ്യൂ, MN) നേരിട്ട് ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, അതുപോലെ തന്നെ എയറോസോൾ വൈദ്യുതധാരകൾക്കായുള്ള ഒരു എയറോസോൾ ഫാരഡെ ഇലക്ട്രോമീറ്ററുമായും (TSI, മോഡൽ 3068B, ഷോർവ്യൂ, MN). ഞങ്ങളുടെ മുൻ പ്രസിദ്ധീകരണത്തിൽ വിവരിച്ചതുപോലെയാണ് ഇത് അളന്നത്. 0.5 L/min (മൊത്തം സാമ്പിൾ ഫ്ലോ 1 L/min) എന്ന ഫ്ലോ റേറ്റിൽ സാമ്പിൾ ചെയ്ത SMPS ഉം എയറോസോൾ ഇലക്ട്രോമീറ്ററും. കണങ്ങളുടെ എണ്ണ സാന്ദ്രതയും എയറോസോൾ ഫ്ലോയും 120 സെക്കൻഡ് നേരത്തേക്ക് അളന്നു. അളവ് 30 തവണ ആവർത്തിക്കുന്നു. നിലവിലെ അളവുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, മൊത്തം എയറോസോൾ ചാർജ് കണക്കാക്കുകയും തിരഞ്ഞെടുത്ത EWNS കണങ്ങളുടെ ആകെ എണ്ണത്തിന് ശരാശരി EWNS ചാർജ് കണക്കാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സമവാക്യം (1) ഉപയോഗിച്ച് EWNS ന്റെ ശരാശരി ചെലവ് കണക്കാക്കാം:
ഇവിടെ IEl എന്നത് അളന്ന വൈദ്യുതധാരയാണ്, NSMPS എന്നത് SMPS ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്ന ഡിജിറ്റൽ സാന്ദ്രതയാണ്, φEl എന്നത് ഇലക്ട്രോമീറ്ററിലെ ഫ്ലോ റേറ്റ് ആണ്.
ആപേക്ഷിക ആർദ്രത (RH) ഉപരിതല ചാർജിനെ ബാധിക്കുന്നതിനാൽ, പരീക്ഷണ സമയത്ത് താപനിലയും (RH) യഥാക്രമം 21°C ലും 45% ലും സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തി.
EWNS ന്റെ വലിപ്പവും ആയുസ്സും അളക്കാൻ ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്കോപ്പി (AFM), അസൈലം MFP-3D (അസൈലം റിസർച്ച്, സാന്താ ബാർബറ, CA), AC260T പ്രോബ് (ഒളിമ്പസ്, ടോക്കിയോ, ജപ്പാൻ) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചു. AFM സ്കാനിംഗ് ഫ്രീക്വൻസി 1 Hz ആയിരുന്നു, സ്കാനിംഗ് ഏരിയ 5 μm × 5 μm ആയിരുന്നു, 256 സ്കാൻ ലൈനുകൾ ഉണ്ടായിരുന്നു. അസൈലം സോഫ്റ്റ്‌വെയർ (മാസ്ക് റേഞ്ച് 100 nm, ത്രെഷോൾഡ് 100 pm) ഉപയോഗിച്ച് എല്ലാ ചിത്രങ്ങളും ഫസ്റ്റ് ഓർഡർ ഇമേജ് അലൈൻമെന്റിന് വിധേയമാക്കി.
മൈക്ക പ്രതലത്തിൽ കണികകളുടെ സംയോജനവും ക്രമരഹിതമായ തുള്ളികളുടെ രൂപീകരണവും ഒഴിവാക്കാൻ ടെസ്റ്റ് ഫണൽ നീക്കം ചെയ്യുകയും മൈക്ക പ്രതലം കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിൽ നിന്ന് ശരാശരി 120 സെക്കൻഡ് അകലെ സ്ഥാപിക്കുകയും ചെയ്തു. പുതുതായി മുറിച്ച മൈക്കയുടെ (ടെഡ് പെല്ല, റെഡ്ഡിംഗ്, CA) ഉപരിതലത്തിലേക്ക് EWNS നേരിട്ട് സ്പ്രേ ചെയ്തു. AFM സ്പട്ടറിംഗ് കഴിഞ്ഞയുടനെ മൈക്ക പ്രതലത്തിന്റെ ചിത്രം. പുതുതായി മുറിച്ച പരിഷ്ക്കരിക്കാത്ത മൈക്കയുടെ ഉപരിതലത്തിന്റെ കോൺടാക്റ്റ് ആംഗിൾ 0° ന് അടുത്താണ്, അതിനാൽ EVNS ഒരു ഡോമിന്റെ രൂപത്തിൽ മൈക്ക പ്രതലത്തിൽ വിതരണം ചെയ്യുന്നു. ഡിഫ്യൂസിംഗ് ഡ്രോപ്ലെറ്റുകളുടെ വ്യാസം (a) ഉം ഉയരവും (h) ഉം AFM ടോപ്പോഗ്രാഫിയിൽ നിന്ന് നേരിട്ട് അളക്കുകയും മുമ്പ് സാധൂകരിച്ച രീതി ഉപയോഗിച്ച് EWNS ഡോംഡ് ഡിഫ്യൂഷൻ വോളിയം കണക്കാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്തു. ഓൺബോർഡ് EWNS-ന് ഒരേ വോളിയം ഉണ്ടെന്ന് കരുതുക, സമവാക്യം (2) ഉപയോഗിച്ച് തുല്യ വ്യാസം കണക്കാക്കാം:
മുമ്പ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത രീതിയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, EWNS-ൽ ഹ്രസ്വകാല റാഡിക്കൽ ഇന്റർമീഡിയറ്റുകളുടെ സാന്നിധ്യം കണ്ടെത്താൻ ഒരു ഇലക്ട്രോൺ സ്പിൻ റെസൊണൻസ് (ESR) സ്പിൻ ട്രാപ്പ് ഉപയോഗിച്ചു. DEPMPO(5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.) യുടെ 235 mM ലായനി അടങ്ങിയ 650 μm മിഡ്‌ജെറ്റ് സ്പാർജറിലൂടെ (Ace Glass, Vineland, NJ) എയറോസോളുകൾ ബബിൾ ചെയ്തു. പോർട്ട്‌ലാൻഡ്, ഒറിഗോൺ). എല്ലാ ESR അളവുകളും ഒരു ബ്രൂക്കർ EMX സ്പെക്ട്രോമീറ്ററും (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ഒരു ഫ്ലാറ്റ് പാനൽ സെല്ലും ഉപയോഗിച്ചാണ് നടത്തിയത്. ഡാറ്റ ശേഖരിക്കുന്നതിനും വിശകലനം ചെയ്യുന്നതിനും Acquisit സോഫ്റ്റ്‌വെയർ (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ഉപയോഗിച്ചു. ROS-ന്റെ സവിശേഷതകൾ നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ഒരു കൂട്ടം പ്രവർത്തന സാഹചര്യങ്ങൾക്ക് [-6.5 kV, 4.0 cm] വേണ്ടി മാത്രമാണ്. ഇംപാക്ടറിലെ EWNS നഷ്ടങ്ങൾ കണക്കാക്കിയ ശേഷം SMPS ഉപയോഗിച്ച് EWNS സാന്ദ്രത അളന്നു.
205 ഡ്യുവൽ ബീം ഓസോൺ മോണിറ്റർ™ (2B ടെക്നോളജീസ്, ബൗൾഡർ, കോ)8,9,10 ഉപയോഗിച്ച് ഓസോൺ അളവ് നിരീക്ഷിച്ചു.
എല്ലാ EWNS പ്രോപ്പർട്ടികൾക്കും, ശരാശരി മൂല്യം അളക്കൽ മൂല്യമായും, സ്റ്റാൻഡേർഡ് ഡീവിയേഷൻ അളക്കൽ പിശകായും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത EWNS ആട്രിബ്യൂട്ടുകളുടെ മൂല്യങ്ങളെ അടിസ്ഥാന EWNS ന്റെ അനുബന്ധ മൂല്യങ്ങളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യാൻ ടി-ടെസ്റ്റുകൾ നടത്തി.
ചിത്രം 2c, മുമ്പ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതും സ്വഭാവ സവിശേഷതയുള്ളതുമായ ഒരു ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് അവക്ഷിപ്തം (EPES) "പുൾ" സിസ്റ്റം കാണിക്കുന്നു, ഇത് ഉപരിതലത്തിൽ EWNS ലക്ഷ്യമിടുന്ന ഡെലിവറിക്ക് ഉപയോഗിക്കാം. ശക്തമായ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ സ്വാധീനത്തിൽ ലക്ഷ്യത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് നേരിട്ട് "ഗൈഡ്" ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന EPES EVNS ചാർജുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. Pyrgiotakis et al. 11 ന്റെ സമീപകാല പ്രസിദ്ധീകരണത്തിൽ EPES സിസ്റ്റത്തിന്റെ വിശദാംശങ്ങൾ അവതരിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. അങ്ങനെ, EPES-ൽ ടേപ്പർ ചെയ്ത അറ്റങ്ങളുള്ള ഒരു 3D പ്രിന്റ് ചെയ്ത PVC ചേമ്പർ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ 15.24 സെന്റീമീറ്റർ അകലത്തിൽ മധ്യഭാഗത്ത് രണ്ട് സമാന്തര സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ (304 സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ, മിറർ കോട്ടഡ്) മെറ്റൽ പ്ലേറ്റുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ബോർഡുകൾ ഒരു ബാഹ്യ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് സ്രോതസ്സുമായി (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, താഴത്തെ പ്ലേറ്റ് എല്ലായ്പ്പോഴും പോസിറ്റീവ് വോൾട്ടേജുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, മുകളിലെ പ്ലേറ്റ് എല്ലായ്പ്പോഴും നിലവുമായി (ഫ്ലോട്ടിംഗ് ഗ്രൗണ്ട്) ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. അറയുടെ ചുവരുകൾ അലുമിനിയം ഫോയിൽ കൊണ്ട് മൂടിയിരിക്കുന്നു, ഇത് കണിക നഷ്ടം തടയാൻ വൈദ്യുതമായി ഗ്രൗണ്ട് ചെയ്തിരിക്കുന്നു. ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് ഇടപെടൽ ഒഴിവാക്കാൻ ടെസ്റ്റ് പ്രതലങ്ങൾ താഴെയുള്ള മെറ്റൽ പ്ലേറ്റിന് മുകളിൽ ഉയർത്തുന്ന പ്ലാസ്റ്റിക് സ്റ്റാൻഡുകളിൽ സ്ഥാപിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്ന ഒരു സീൽ ചെയ്ത മുൻവശത്തെ ലോഡിംഗ് വാതിൽ ചേമ്പറിനുണ്ട്.
സപ്ലിമെന്ററി ചിത്രം S111-ൽ വിശദമാക്കിയിട്ടുള്ള മുമ്പ് വികസിപ്പിച്ച ഒരു പ്രോട്ടോക്കോൾ അനുസരിച്ചാണ് EPES-ലെ EWNS-ന്റെ നിക്ഷേപ കാര്യക്ഷമത കണക്കാക്കിയത്.
ഒരു കൺട്രോൾ ചേമ്പർ എന്ന നിലയിൽ, രണ്ടാമത്തെ സിലിണ്ടർ ഫ്ലോ ചേമ്പർ EPES സിസ്റ്റവുമായി പരമ്പരയിൽ ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, അതിൽ EWNS നീക്കം ചെയ്യാൻ ഒരു ഇന്റർമീഡിയറ്റ് HEPA ഫിൽട്ടർ ഉപയോഗിച്ചു. ചിത്രം 2c-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, EWNS എയറോസോൾ രണ്ട് ബിൽറ്റ്-ഇൻ ചേമ്പറുകളിലൂടെ പമ്പ് ചെയ്തു. കൺട്രോൾ റൂമിനും EPES-നും ഇടയിലുള്ള ഫിൽട്ടർ ശേഷിക്കുന്ന EWNS-നെ നീക്കം ചെയ്യുന്നു, അതിന്റെ ഫലമായി ഒരേ താപനില (T), ആപേക്ഷിക ആർദ്രത (RH), ഓസോൺ അളവ് എന്നിവ ഉണ്ടാകുന്നു.
ഭക്ഷ്യജന്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കൾ പുതിയ ഭക്ഷണങ്ങളെ മലിനമാക്കുന്നതായി കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്, ഉദാഹരണത്തിന് ഇ. കോളി (ATCC #27325), ഫെക്കൽ ഇൻഡിക്കേറ്റർ, സാൽമൊണെല്ല എന്ററിക്ക (ATCC #53647), ഫുഡ്ബോൺ രോഗകാരി, ലിസ്റ്റീരിയ ഹാൻറിഫുൾ (ATCC #33090), രോഗകാരിയായ ലിസ്റ്റീരിയ മോണോസൈറ്റോജീനുകൾക്ക് പകരമായി, ATCC (മനസ്സാസ്, VA) സാക്കറോമൈസിസ് സെറെവിസിയ (ATCC #4098), കേടാകുന്ന യീസ്റ്റിന് പകരമുള്ളത്, കൂടുതൽ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള നിർജ്ജീവമായ ബാക്ടീരിയ, മൈകോബാക്ടീരിയം പാരലക്കി (ATCC #19686) എന്നിവയിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞത്.
നിങ്ങളുടെ പ്രാദേശിക മാർക്കറ്റിൽ നിന്ന് ഓർഗാനിക് മുന്തിരി തക്കാളി പെട്ടികൾ വാങ്ങി 4°C-ൽ റഫ്രിജറേറ്ററിൽ ഉപയോഗിക്കുക (3 ദിവസം വരെ). പരീക്ഷണാടിസ്ഥാനത്തിൽ ഉപയോഗിച്ച തക്കാളികളെല്ലാം ഒരേ വലിപ്പത്തിലായിരുന്നു, ഏകദേശം 1/2 ഇഞ്ച് വ്യാസം.
കൾച്ചർ, ഇനോക്കുലേഷൻ, എക്സ്പോഷർ, കോളനി കൗണ്ട് പ്രോട്ടോക്കോളുകൾ എന്നിവ ഞങ്ങളുടെ മുൻ പ്രസിദ്ധീകരണത്തിലും സപ്ലിമെന്ററി ഡാറ്റയിലും വിശദമായി പ്രതിപാദിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഇനോക്കുലേറ്റഡ് തക്കാളിയെ 40,000 #/cm3 അളവിൽ 45 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് എക്സ്പോഷർ ചെയ്തുകൊണ്ടാണ് EWNS ന്റെ ഫലപ്രാപ്തി വിലയിരുത്തിയത്. ചുരുക്കത്തിൽ, t = 0 മിനിറ്റിൽ അതിജീവിച്ച സൂക്ഷ്മാണുക്കളെ വിലയിരുത്താൻ മൂന്ന് തക്കാളി ഉപയോഗിച്ചു. മൂന്ന് തക്കാളി EPES-ൽ സ്ഥാപിച്ച് 40,000 #/cc (EWNS എക്സ്പോഷർ ചെയ്ത തക്കാളി) എന്ന നിരക്കിൽ EWNS-ന് വിധേയമാക്കി, ബാക്കിയുള്ള മൂന്നെണ്ണം കൺട്രോൾ ചേമ്പറിൽ (കൺട്രോൾ തക്കാളി) സ്ഥാപിച്ചു. രണ്ട് ഗ്രൂപ്പുകളിലെയും തക്കാളിയുടെ അധിക പ്രോസസ്സിംഗ് നടത്തിയില്ല. EWNS-ന്റെ പ്രഭാവം വിലയിരുത്തുന്നതിനായി 45 മിനിറ്റിനുശേഷം EWNS-എക്സ്പോസ് ചെയ്ത തക്കാളിയും കൺട്രോൾ തക്കാളിയും നീക്കം ചെയ്തു.
ഓരോ പരീക്ഷണവും മൂന്ന് തവണയായി നടത്തി. സപ്ലിമെന്ററി ഡാറ്റയിൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്ന പ്രോട്ടോക്കോൾ അനുസരിച്ച് ഡാറ്റ വിശകലനം നടത്തി.
തുറന്നുകാണിച്ച EWNS സാമ്പിളുകളുടെ അവശിഷ്ടീകരണം (40,000 #/cm3 EWNS എയറോസോൾ സാന്ദ്രതയിൽ 45 മിനിറ്റ്), E. coli, Salmonella enterica, Lactobacillus എന്നീ നിരുപദ്രവകാരികളായ ബാക്ടീരിയകളുടെ വികിരണം ചെയ്യാത്ത സാമ്പിളുകളുടെ അവശിഷ്ടീകരണം വഴിയാണ് നിഷ്ക്രിയത്വ സംവിധാനങ്ങൾ വിലയിരുത്തിയത്. കണികകൾ 2.5% ഗ്ലൂട്ടറാൾഡിഹൈഡ്, 1.25% പാരാഫോർമാൽഡിഹൈഡ്, 0.03% പിക്റിക് ആസിഡ് എന്നിവയിൽ 0.1 M സോഡിയം കക്കോഡിലേറ്റ് ബഫറിൽ (pH 7.4) 2 മണിക്കൂർ മുറിയിലെ താപനിലയിൽ ഉറപ്പിച്ചു. കഴുകിയ ശേഷം, 1% ഓസ്മിയം ടെട്രോക്സൈഡ് (OsO4)/1.5% പൊട്ടാസ്യം ഫെറോസയനൈഡ് (KFeCN6) ഉപയോഗിച്ച് 2 മണിക്കൂർ പോസ്റ്റ്-ഫിക്സ് ചെയ്യുക, 3 തവണ വെള്ളത്തിൽ കഴുകുക, 1% യുറാനൈൽ അസറ്റേറ്റിൽ 1 മണിക്കൂർ ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്യുക, തുടർന്ന് രണ്ടുതവണ വെള്ളത്തിൽ കഴുകുക, തുടർന്ന് 50%, 70%, 90%, 100% ആൽക്കഹോൾ എന്നിവയിൽ 10 മിനിറ്റ് ഡീഹൈഡ്രേറ്റ് ചെയ്യുക. പിന്നീട് സാമ്പിളുകൾ പ്രൊപിലീൻ ഓക്സൈഡിൽ 1 മണിക്കൂർ വയ്ക്കുകയും പ്രൊപിലീൻ ഓക്സൈഡിന്റെയും TAAP Epon (മാരിവാക് കാനഡ ഇൻ‌കോർപ്പറേറ്റഡ്. സെന്റ് ലോറന്റ്, CA) യുടെയും 1:1 മിശ്രിതം ഉപയോഗിച്ച് പൂരിതമാക്കുകയും ചെയ്തു. സാമ്പിളുകൾ TAAB Epon-ൽ ഉൾച്ചേർത്ത് 60°C-ൽ 48 മണിക്കൂർ പോളിമറൈസ് ചെയ്തു. AMT 2k CCD ക്യാമറ (അഡ്വാൻസ്ഡ് മൈക്രോസ്കോപ്പി ടെക്നിക്സ്, കോർപ്പ്, വോബേൺ, മസാച്യുസെറ്റ്സ്, യുഎസ്എ) ഘടിപ്പിച്ച ഒരു പരമ്പരാഗത ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് JEOL 1200EX (JEOL, ടോക്കിയോ, ജപ്പാൻ) ഉപയോഗിച്ച് TEM ക്യൂർ ചെയ്ത ഗ്രാനുലാർ റെസിൻ മുറിച്ച് ദൃശ്യവൽക്കരിച്ചു.
എല്ലാ പരീക്ഷണങ്ങളും മൂന്ന് തവണയായി നടത്തി. ഓരോ സമയ പോയിന്റിനും, ബാക്ടീരിയൽ വാഷുകൾ മൂന്ന് തവണയായി വിത്ത് നൽകി, ഓരോ പോയിന്റിലും ആകെ ഒമ്പത് ഡാറ്റ പോയിന്റുകൾ ലഭിച്ചു, അതിന്റെ ശരാശരി ആ പ്രത്യേക സൂക്ഷ്മാണുക്കളുടെ ബാക്ടീരിയ സാന്ദ്രതയായി ഉപയോഗിച്ചു. അളക്കൽ പിശകായി സ്റ്റാൻഡേർഡ് ഡീവിയേഷൻ ഉപയോഗിച്ചു. എല്ലാ പോയിന്റുകളും കണക്കാക്കുന്നു.
t = 0 മിനിറ്റുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ബാക്ടീരിയയുടെ സാന്ദ്രതയിലെ കുറവിന്റെ ലോഗരിതം ഇനിപ്പറയുന്ന ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കി:
ഇവിടെ C0 എന്നത് നിയന്ത്രണ സാമ്പിളിലെ 0 സമയത്ത് (അതായത് പ്രതലം ഉണങ്ങിയതിനുശേഷം പക്ഷേ ചേമ്പറിൽ വയ്ക്കുന്നതിന് മുമ്പ്) ബാക്ടീരിയകളുടെ സാന്ദ്രതയാണ്, കൂടാതെ Cn എന്നത് എക്സ്പോഷർ ചെയ്തതിന് ശേഷം n മിനിറ്റിനുശേഷം ഉപരിതലത്തിലെ ബാക്ടീരിയകളുടെ സാന്ദ്രതയാണ്.
45 മിനിറ്റ് എക്സ്പോഷർ സമയത്ത് ബാക്ടീരിയയുടെ സ്വാഭാവിക നശീകരണം കണക്കാക്കാൻ, 45 മിനിറ്റിനു ശേഷമുള്ള നിയന്ത്രണവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ലോഗ് റിഡക്ഷൻ ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ കണക്കാക്കി:
ഇവിടെ Cn എന്നത് n സമയത്തെ നിയന്ത്രണ സാമ്പിളിലെ ബാക്ടീരിയകളുടെ സാന്ദ്രതയാണ്, Cn-Control എന്നത് n സമയത്തെ നിയന്ത്രണ ബാക്ടീരിയകളുടെ സാന്ദ്രതയാണ്. നിയന്ത്രണവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഡാറ്റ ലോഗ് റിഡക്ഷൻ ആയി അവതരിപ്പിക്കുന്നു (EWNS എക്സ്പോഷർ ഇല്ല).
പഠനത്തിനിടെ, ടെയ്‌ലർ കോൺ രൂപീകരണം, ടെയ്‌ലർ കോൺ സ്ഥിരത, EWNS ഉൽ‌പാദന സ്ഥിരത, പുനരുൽപാദനക്ഷമത എന്നിവയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ സൂചിക്കും കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിനും ഇടയിലുള്ള വോൾട്ടേജിന്റെയും ദൂരത്തിന്റെയും നിരവധി കോമ്പിനേഷനുകൾ വിലയിരുത്തി. വിവിധ കോമ്പിനേഷനുകൾ സപ്ലിമെന്ററി ടേബിൾ S1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. സ്ഥിരതയുള്ളതും പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്നതുമായ ഗുണങ്ങൾ (ടെയ്‌ലർ കോൺ, EWNS ജനറേഷൻ, കാലക്രമേണ സ്ഥിരത) കാണിക്കുന്ന രണ്ട് കേസുകൾ സമഗ്രമായ പഠനത്തിനായി തിരഞ്ഞെടുത്തു. ചിത്രം 3. രണ്ട് കേസുകളിലെയും ROS-ന്റെ ചാർജ്, വലുപ്പം, ഉള്ളടക്കം എന്നിവയുടെ ഫലങ്ങൾ ചിത്രം 3 കാണിക്കുന്നു. ഫലങ്ങൾ പട്ടിക 1-ലും സംഗ്രഹിച്ചിരിക്കുന്നു. റഫറൻസിനായി, ചിത്രം 3, പട്ടിക 1 എന്നിവയിൽ മുമ്പ് സമന്വയിപ്പിച്ച നോൺ-ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത EWNS8, 9, 10, 11 (ബേസ്‌ലൈൻ-EWNS) ന്റെ ഗുണങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു. രണ്ട്-ടെയിൽഡ് ടി-ടെസ്റ്റ് ഉപയോഗിച്ചുള്ള സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കൽ പ്രാധാന്യ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ സപ്ലിമെന്ററി ടേബിൾ S2-ൽ പുനഃപ്രസിദ്ധീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, അധിക ഡാറ്റയിൽ കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡ് സാമ്പിൾ ഹോൾ വ്യാസം (D) യുടെ ഫലത്തെയും ഗ്രൗണ്ട് ഇലക്ട്രോഡിനും ടിപ്പിനും ഇടയിലുള്ള ദൂരത്തെയും കുറിച്ചുള്ള പഠനങ്ങളും ഉൾപ്പെടുന്നു (സപ്ലിമെന്ററി ഫിഗറുകൾ S2, S3).
(ac) AFM അളക്കുന്ന വലുപ്പ വിതരണം. (df) ഉപരിതല ചാർജ് സ്വഭാവം. (g) EPR ന്റെ ROS സ്വഭാവം.
മുകളിൽ പറഞ്ഞ എല്ലാ സാഹചര്യങ്ങളിലും, അളന്ന അയോണൈസേഷൻ കറന്റ് 2 നും 6 μA നും ഇടയിലും വോൾട്ടേജ് -3.8 നും -6.5 kV നും ഇടയിലുമായിരുന്നു എന്നതും ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്, ഇത് ഈ ഒറ്റ EWNS ജനറേഷൻ കോൺടാക്റ്റ് മൊഡ്യൂളിന് 50 mW-ൽ താഴെ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗത്തിന് കാരണമായി. ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിലാണ് EWNS സമന്വയിപ്പിച്ചതെങ്കിലും, ഓസോൺ അളവ് വളരെ കുറവായിരുന്നു, ഒരിക്കലും 60 ppb കവിയുന്നില്ല.
സപ്ലിമെന്ററി ചിത്രം S4 [-6.5 kV, 4.0 cm], [-3.8 kV, 0.5 cm] എന്നീ സാഹചര്യങ്ങൾക്കായുള്ള സിമുലേറ്റഡ് ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡുകൾ യഥാക്രമം കാണിക്കുന്നു. [-6.5 kV, 4.0 cm], [-3.8 kV, 0.5 cm] എന്നീ സാഹചര്യങ്ങൾക്ക്, ഫീൽഡ് കണക്കുകൂട്ടലുകൾ യഥാക്രമം 2 × 105 V/m ഉം 4.7 × 105 V/m ഉം ആണ്. രണ്ടാമത്തെ സാഹചര്യത്തിൽ വോൾട്ടേജ്-ദൂര അനുപാതം വളരെ കൂടുതലായതിനാൽ ഇത് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.
ചിത്രം 3a-യിൽ, b AFM8 ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്ന EWNS വ്യാസം കാണിക്കുന്നു. [-6.5 kV, 4.0 cm], [-3.8 kV, 0.5 cm] സ്കീമുകൾക്ക് കണക്കാക്കിയ ശരാശരി EWNS വ്യാസങ്ങൾ യഥാക്രമം 27 nm ഉം 19 nm ഉം ആയിരുന്നു. [-6.5 kV, 4.0 cm], [-3.8 kV, 0.5 cm] എന്നീ സാഹചര്യങ്ങൾക്ക്, വിതരണങ്ങളുടെ ജ്യാമിതീയ സ്റ്റാൻഡേർഡ് വ്യതിയാനങ്ങൾ യഥാക്രമം 1.41 ഉം 1.45 ഉം ആണ്, ഇത് ഒരു ഇടുങ്ങിയ വലുപ്പ വിതരണത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ശരാശരി വലുപ്പവും ജ്യാമിതീയ സ്റ്റാൻഡേർഡ് വ്യതിയാനവും യഥാക്രമം 25 nm ഉം 1.41 ഉം ആയ അടിസ്ഥാന EWNS-ന് വളരെ അടുത്താണ്. ചിത്രം 3c-യിൽ, അതേ വ്യവസ്ഥകളിൽ ഒരേ രീതി ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്ന അടിസ്ഥാന EWNS-ന്റെ വലുപ്പ വിതരണം കാണിക്കുന്നു.
ചിത്രം 3d-യിൽ, ചാർജ് സ്വഭാവരൂപീകരണത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ e കാണിക്കുന്നു. ഡാറ്റ 30 ഒരേസമയം ഏകാഗ്രത (#/cm3) യുടെയും കറന്റ് (I) യുടെയും ശരാശരി അളവുകളാണ്. വിശകലനം കാണിക്കുന്നത് EWNS-ലെ ശരാശരി ചാർജ് യഥാക്രമം 22 ± 6 e- ഉം [-6.5 kV, 4.0 cm] ഉം [-3.8 kV, 0.5 cm] ഉം ആണെന്നാണ്. അടിസ്ഥാന EWNS-നെ അപേക്ഷിച്ച് അവയ്ക്ക് ഉപരിതല ചാർജുകൾ ഗണ്യമായി കൂടുതലാണ് (10 ± 2 e-), [-6.5 kV, 4.0 cm] സാഹചര്യത്തേക്കാൾ രണ്ട് മടങ്ങ് കൂടുതലും [-3 .8 kV, 0.5 cm] നേക്കാൾ നാല് മടങ്ങ് കൂടുതലുമാണ്. ചിത്രം 3f ബേസ്‌ലൈൻ-EWNS-നുള്ള ചാർജ് ഡാറ്റ കാണിക്കുന്നു.
EWNS നമ്പറിന്റെ കോൺസൺട്രേഷൻ മാപ്പുകളിൽ നിന്ന് (സപ്ലിമെന്ററി ഫിഗേഴ്സ് S5 ഉം S6 ഉം), [-6.5 kV, 4.0 cm] സിനാരിയോയിൽ [-3.8 kV, 0.5 cm] സിനാരിയോയേക്കാൾ ഗണ്യമായി കൂടുതൽ കണികകൾ ഉണ്ടെന്ന് കാണാൻ കഴിയും. EWNS നമ്പർ കോൺസൺട്രേഷൻ 4 മണിക്കൂർ വരെ നിരീക്ഷിച്ചു എന്നതും ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ് (സപ്ലിമെന്ററി ഫിഗേഴ്സ് S5 ഉം S6 ഉം), അവിടെ EWNS ജനറേഷൻ സ്ഥിരത രണ്ട് സാഹചര്യങ്ങളിലും കണികാ നമ്പർ കോൺസൺട്രേഷന്റെ ഒരേ അളവ് കാണിച്ചു.
ചിത്രം 3g-ൽ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത EWNS നിയന്ത്രണം (പശ്ചാത്തലം) [-6.5 kV, 4.0 cm] കുറച്ചതിനുശേഷം EPR സ്പെക്ട്രം കാണിക്കുന്നു. മുമ്പ് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു കൃതിയിൽ ROS സ്പെക്ട്രയെ ബേസ്‌ലൈൻ-EWNS സാഹചര്യവുമായി താരതമ്യം ചെയ്തു. സ്പിൻ ട്രാപ്പുകളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്ന EWNS-കളുടെ എണ്ണം 7.5 × 104 EWNS/s ആയി കണക്കാക്കി, ഇത് മുമ്പ് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ബേസ്‌ലൈൻ-EWNS8-ന് സമാനമാണ്. EPR സ്പെക്ട്ര രണ്ട് തരം ROS-കളുടെ സാന്നിധ്യം വ്യക്തമായി കാണിച്ചു, O2- ആണ് പ്രബലമായ സ്പീഷീസ്, OH• കുറവാണ്. കൂടാതെ, പീക്ക് തീവ്രതകളുടെ നേരിട്ടുള്ള താരതമ്യം, ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത EWNS-ന് അടിസ്ഥാന EWNS-നെ അപേക്ഷിച്ച് ഗണ്യമായി ഉയർന്ന ROS ഉള്ളടക്കം ഉണ്ടെന്ന് കാണിച്ചു.
ചിത്രം 4-ൽ EPES-ൽ EWNS-ന്റെ നിക്ഷേപ കാര്യക്ഷമത കാണിക്കുന്നു. ഡാറ്റ പട്ടിക I-ലും സംഗ്രഹിച്ചിരിക്കുന്നു, യഥാർത്ഥ EWNS ഡാറ്റയുമായി താരതമ്യം ചെയ്തിരിക്കുന്നു. EUNS-ന്റെ രണ്ട് സാഹചര്യങ്ങളിലും, 3.0 kV എന്ന കുറഞ്ഞ വോൾട്ടേജിൽ പോലും നിക്ഷേപം 100%-ന് അടുത്താണ്. സാധാരണയായി, ഉപരിതല ചാർജ് മാറ്റം പരിഗണിക്കാതെ, 100% നിക്ഷേപത്തിന് 3.0 kV മതിയാകും. അതേ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, ബേസ്‌ലൈൻ-EWNS-ന്റെ നിക്ഷേപ കാര്യക്ഷമത അവയുടെ കുറഞ്ഞ ചാർജ് കാരണം 56% മാത്രമായിരുന്നു (ഓരോ EWNS-നും ശരാശരി 10 ഇലക്ട്രോണുകൾ).
ചിത്രം 5 ലും പട്ടിക 2 ലും, ഒപ്റ്റിമൽ മോഡിൽ [-6.5 kV, 4.0 cm] ഏകദേശം 40,000 #/cm3 EWNS 45 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് എക്സ്പോഷർ ചെയ്തതിനുശേഷം തക്കാളിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ കുത്തിവയ്ക്കപ്പെട്ട സൂക്ഷ്മാണുക്കളുടെ നിഷ്ക്രിയത്വ മൂല്യം സംഗ്രഹിക്കുന്നു. 45 മിനിറ്റ് എക്സ്പോഷറിൽ കുത്തിവയ്ക്കപ്പെട്ട ഇ. കോളി, ലാക്ടോബാസിലസ് ഇന്നൊക്യൂസ് എന്നിവയ്ക്ക് 3.8 ലോഗുകളുടെ ഗണ്യമായ കുറവ് കാണിച്ചു. അതേ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, എസ്. എന്ററിക്കയ്ക്ക് 2.2-ലോഗ് കുറവുണ്ടായപ്പോൾ, എസ്. സെറിവിസിയയ്ക്കും എം. പാരഫോർട്ടൂട്ടത്തിനും 1.0-ലോഗ് കുറവുണ്ടായി.
ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോഗ്രാഫുകൾ (ചിത്രം 6) നിരുപദ്രവകരമായ എഷെറിച്ചിയ കോളി, സ്ട്രെപ്റ്റോകോക്കസ്, ലാക്ടോബാസിലസ് കോശങ്ങളിൽ EWNS പ്രേരിപ്പിക്കുന്ന ഭൗതിക മാറ്റങ്ങൾ അവയുടെ നിഷ്ക്രിയത്വത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നതായി ചിത്രീകരിക്കുന്നു. നിയന്ത്രണ ബാക്ടീരിയകൾക്ക് കേടുകൂടാത്ത കോശ സ്തരങ്ങളുണ്ടായിരുന്നു, അതേസമയം തുറന്നുകാണിക്കപ്പെട്ട ബാക്ടീരിയകൾ പുറം സ്തരങ്ങൾക്ക് കേടുപാടുകൾ വരുത്തി.
നിയന്ത്രണ ബാക്ടീരിയകളുടെയും തുറന്നുകാണിക്കപ്പെട്ട ബാക്ടീരിയകളുടെയും ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിക് ഇമേജിംഗ് മെംബ്രൺ കേടുപാടുകൾ വെളിപ്പെടുത്തി.
ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത EWNS-ന്റെ ഭൗതിക രാസ ഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ഡാറ്റ, മുമ്പ് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച EWNS അടിസ്ഥാന ഡാറ്റയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ EWNS-ന്റെ ഗുണങ്ങൾ (സർഫസ് ചാർജും ROS ഉള്ളടക്കവും) ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെട്ടുവെന്ന് കാണിക്കുന്നു8,9,10,11. മറുവശത്ത്, അവയുടെ വലുപ്പം നാനോമീറ്റർ ശ്രേണിയിൽ തുടർന്നു, മുമ്പ് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്ത ഫലങ്ങളുമായി വളരെ സാമ്യമുള്ളതിനാൽ അവ ദീർഘനേരം വായുവിൽ തുടരാൻ അനുവദിച്ചു. EWNS-ന്റെ വലുപ്പം, റെയ്‌ലീ ഇഫക്റ്റിന്റെ ക്രമരഹിതത, സാധ്യതയുള്ള കോൾസെൻസ് എന്നിവ നിർണ്ണയിക്കുന്ന ഉപരിതല ചാർജ് മാറ്റങ്ങളിലൂടെ നിരീക്ഷിച്ച പോളിഡിസ്പെർസിറ്റി വിശദീകരിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, നീൽസൺ തുടങ്ങിയവർ വിശദീകരിച്ചതുപോലെ. 22, ഉയർന്ന ഉപരിതല ചാർജ് ജലത്തുള്ളിയുടെ ഉപരിതല ഊർജ്ജം/പിരിമുറുക്കം ഫലപ്രദമായി വർദ്ധിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് ബാഷ്പീകരണം കുറയ്ക്കുന്നു. ഞങ്ങളുടെ മുൻ പ്രസിദ്ധീകരണം8-ൽ മൈക്രോഡ്രോപ്ലെറ്റുകൾ 22, EWNS എന്നിവയ്‌ക്കായി ഈ സിദ്ധാന്തം പരീക്ഷണാത്മകമായി സ്ഥിരീകരിച്ചു. ഓവർടൈം സമയത്ത് ചാർജ് നഷ്ടപ്പെടുന്നത് വലുപ്പത്തെയും ബാധിക്കുകയും നിരീക്ഷിച്ച വലുപ്പ വിതരണത്തിന് കാരണമാവുകയും ചെയ്യും.
കൂടാതെ, ഓരോ ഘടനയ്ക്കും ചാർജ് ഏകദേശം 22-44 e- ആണ്, സാഹചര്യത്തെ ആശ്രയിച്ച്, ഇത് അടിസ്ഥാന EWNS നെ അപേക്ഷിച്ച് വളരെ കൂടുതലാണ്, കാരണം ഓരോ ഘടനയ്ക്കും ശരാശരി 10 ± 2 ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചാർജ് ഉണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ഇത് EWNS ന്റെ ശരാശരി ചാർജാണെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. സെറ്റോ തുടങ്ങിയവർ. ചാർജ് അസമമാണെന്നും ലോഗ്-നോർമൽ ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ പിന്തുടരുന്നുവെന്നും കാണിച്ചിട്ടുണ്ട്21. ഞങ്ങളുടെ മുൻ പ്രവർത്തനവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഉപരിതല ചാർജ് ഇരട്ടിയാക്കുന്നത് EPES സിസ്റ്റത്തിലെ നിക്ഷേപ കാര്യക്ഷമതയെ ഏകദേശം 100%11 ആയി ഇരട്ടിയാക്കുന്നു.