Nature.com സന്ദർശിച്ചതിന് നന്ദി. പരിമിതമായ CSS പിന്തുണയുള്ള ഒരു ബ്രൗസർ പതിപ്പാണ് നിങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. മികച്ച അനുഭവത്തിനായി, അപ്ഡേറ്റ് ചെയ്ത ഒരു ബ്രൗസർ ഉപയോഗിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു (അല്ലെങ്കിൽ ഇന്റർനെറ്റ് എക്സ്പ്ലോററിൽ കോംപാറ്റിബിലിറ്റി മോഡ് പ്രവർത്തനരഹിതമാക്കുക). കൂടാതെ, തുടർച്ചയായ പിന്തുണ ഉറപ്പാക്കാൻ, സ്റ്റൈലുകളും ജാവാസ്ക്രിപ്റ്റും ഇല്ലാതെ ഞങ്ങൾ സൈറ്റ് കാണിക്കുന്നു.
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 സമ്പന്നമാണ്. സിന്തസിസ് സമയത്ത് അവയുടെ ഗുണങ്ങളെ 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. EWNS ഗുണങ്ങളുടെ (ചാർജ്, വലുപ്പം, ROS ഉള്ളടക്കം) സ്വഭാവം ആധുനിക വിശകലന രീതികൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് നടത്തിയത്. കൂടാതെ, Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, Saccharomyces cerevisiae തുടങ്ങിയ ഭക്ഷ്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കളെ ജൈവ മുന്തിരി തക്കാളിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ കുത്തിവച്ച് അവയുടെ സൂക്ഷ്മജീവ നിഷ്ക്രിയത്വ സാധ്യത വിലയിരുത്തി. ഇവിടെ അവതരിപ്പിച്ച ഫലങ്ങൾ തെളിയിക്കുന്നത്, സിന്തസിസ് സമയത്ത് EWNS-ന്റെ ഗുണങ്ങളെ ഫൈൻ-ട്യൂൺ ചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്നും, ഇത് നിഷ്ക്രിയത്വ കാര്യക്ഷമതയിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകുമെന്നും ആണ്. പ്രത്യേകിച്ച്, ഉപരിതല ചാർജ് നാലിരട്ടിയായി വർദ്ധിച്ചു, ROS ഉള്ളടക്കം വർദ്ധിച്ചു. സൂക്ഷ്മജീവികളെ നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള നിരക്ക് സൂക്ഷ്മജീവികളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, 40,000 #/cm3 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 ഓരോ വർഷവും ഏകദേശം 76 ദശലക്ഷം രോഗങ്ങൾക്കും, 325,000 ആശുപത്രികൾക്കും, 5,000 മരണങ്ങൾക്കും ഭക്ഷ്യജന്യ രോഗങ്ങൾ കാരണമാകുന്നു. കൂടാതെ, യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സ് ഡിപ്പാർട്ട്മെന്റ് ഓഫ് അഗ്രികൾച്ചർ (യുഎസ്ഡിഎ) കണക്കാക്കുന്നത് യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിൽ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെടുന്ന എല്ലാ ഭക്ഷ്യജന്യ രോഗങ്ങളുടെയും 48 ശതമാനത്തിനും പുതിയ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ വർദ്ധിച്ച ഉപഭോഗം കാരണമാകുമെന്നാണ്2. യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെ 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 പ്രധാനമായും ഉൽ‌പാദന ശൃംഖലയിലെ പരിമിതമായ നിർണായക നിയന്ത്രണ പോയിന്റുകളിലാണ് (സിസിപി) നടപ്പിലാക്കുന്നത് (സാധാരണയായി വിളവെടുപ്പിനു ശേഷവും/അല്ലെങ്കിൽ പാക്കേജിംഗ് സമയത്തും), പുതിയ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ ക്രോസ്-മലിനീകരണത്തിന് വിധേയമാകുന്ന രീതിയിൽ തുടർച്ചയായി നടപ്പിലാക്കുന്നതിനുപകരം 7. ഭക്ഷ്യജന്യ രോഗങ്ങളും ഭക്ഷ്യവസ്തുക്കൾ കേടുവരുന്നതും മികച്ച രീതിയിൽ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന് ആന്റിമൈക്രോബയൽ ഇടപെടലുകൾ ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ ഫാമിൽ നിന്ന് മേശയിലേക്ക് തുടർച്ചയായി പ്രയോഗിക്കാനുള്ള സാധ്യതയുമുണ്ട്. കുറഞ്ഞ ആഘാതവും ചെലവും.
കൃത്രിമ ജല നാനോസ്ട്രക്ചറുകൾ (EWNS) ഉപയോഗിച്ച് ഉപരിതലങ്ങളിലും വായുവിലുമുള്ള ബാക്ടീരിയകളെ നിർജ്ജീവമാക്കുന്നതിനായി നാനോ ടെക്നോളജി അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു രാസ-രഹിത ആന്റിമൈക്രോബയൽ പ്ലാറ്റ്ഫോം അടുത്തിടെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. EVNS ന്റെ സമന്വയത്തിനായി, രണ്ട് സമാന്തര പ്രക്രിയകൾ ഉപയോഗിച്ചു: ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ, ജല അയോണൈസേഷൻ (ചിത്രം 1a). EWNS ന് ഒരു സവിശേഷമായ ഭൗതികവും ജൈവപരവുമായ ഗുണങ്ങളുണ്ടെന്ന് മുമ്പ് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്8,9,10. EWNS ന് ഓരോ ഘടനയിലും ശരാശരി 10 ഇലക്ട്രോണുകളും ശരാശരി 25 nm നാനോമീറ്റർ വലുപ്പവുമുണ്ട് (ചിത്രം 1b,c)8,9,10. കൂടാതെ, ഇലക്ട്രോൺ സ്പിൻ റെസൊണൻസ് (ESR) EWNS-ൽ വലിയ അളവിൽ റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകൾ (ROS), പ്രധാനമായും ഹൈഡ്രോക്സൈൽ (OH•), സൂപ്പർഓക്സൈഡ് (O2-) റാഡിക്കലുകൾ (ചിത്രം 1c) എന്നിവ അടങ്ങിയിട്ടുണ്ടെന്ന് കാണിച്ചു. EWNS വളരെക്കാലം വായുവിൽ തന്നെ തുടർന്നു, വായുവിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്തിരിക്കുന്ന സൂക്ഷ്മാണുക്കളുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുകയും അവയുടെ ROS പേലോഡ് നൽകുകയും സൂക്ഷ്മജീവികളുടെ നിഷ്ക്രിയത്വത്തിന് കാരണമാവുകയും ചെയ്യും (ചിത്രം 1d). മൈക്കോബാക്ടീരിയ ഉൾപ്പെടെയുള്ള പൊതുജനാരോഗ്യ പ്രാധാന്യമുള്ള വിവിധ ഗ്രാം-നെഗറ്റീവ്, ഗ്രാം-പോസിറ്റീവ് ബാക്ടീരിയകളുമായി ഉപരിതലങ്ങളിലും വായുവിലും EWNS ഇടപഴകാനും നിർജ്ജീവമാക്കാനും കഴിയുമെന്ന് ഈ മുൻ പഠനങ്ങൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്8,9. ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി കാണിക്കുന്നത് കോശ സ്തരത്തിന്റെ തടസ്സം മൂലമാണ് നിഷ്ക്രിയത്വം സംഭവിച്ചതെന്ന്. കൂടാതെ, ഉയർന്ന അളവിലുള്ള EWNS ശ്വാസകോശത്തിന് കേടുപാടുകൾ വരുത്തുകയോ വീക്കമോ ഉണ്ടാക്കുന്നില്ലെന്ന് അക്യൂട്ട് ഇൻഹാലേഷൻ പഠനങ്ങൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്8.
(എ) ഒരു കാപ്പിലറി അടങ്ങിയ ദ്രാവകത്തിനും ഒരു കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിനും ഇടയിൽ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ സംഭവിക്കുന്നു. (ബി) ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിക്കുന്നത് രണ്ട് വ്യത്യസ്ത പ്രതിഭാസങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു: (i) ജലത്തിന്റെ ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ, (ii) EWNS-ൽ കുടുങ്ങിയ റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകളുടെ (അയോണുകൾ) ഉത്പാദനം. (സി) EWNS-ന്റെ അതുല്യമായ ഘടന. (ഡി) നാനോസ്കെയിൽ സ്വഭാവം കാരണം EWNS വളരെ ചലനാത്മകമാണ്, കൂടാതെ വായുവിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന രോഗകാരികളുമായി ഇടപഴകാനും കഴിയും.
പുതിയ ഭക്ഷണത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഭക്ഷ്യജന്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കളെ നിർജ്ജീവമാക്കാൻ EWNS ആന്റിമൈക്രോബയൽ പ്ലാറ്റ്‌ഫോമിന്റെ കഴിവ് അടുത്തിടെ തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. EWNS ഉപരിതല ചാർജ് ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലവുമായി സംയോജിച്ച് ലക്ഷ്യബോധമുള്ള ഡെലിവറിക്ക് ഉപയോഗിക്കാമെന്നും തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. ഏറ്റവും പ്രധാനമായി, E. coli, Listeria തുടങ്ങിയ വിവിധ ഭക്ഷ്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കൾക്കെതിരായ ജൈവ തക്കാളി പ്രവർത്തനത്തിൽ ഏകദേശം 1.4 ലോഗ് കുറവ് ഉണ്ടാകുമെന്ന പ്രതീക്ഷ നൽകുന്ന പ്രാരംഭ ഫലം, ഏകദേശം 50,000#/cm311 സാന്ദ്രതയിൽ EWNS-ന് വിധേയമായതിന് 90 മിനിറ്റിനുള്ളിൽ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു. കൂടാതെ, പ്രാഥമിക ഓർഗാനോലെപ്റ്റിക് മൂല്യനിർണ്ണയ പരിശോധനകൾ നിയന്ത്രണ തക്കാളിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഒരു ഓർഗാനോലെപ്റ്റിക് ഫലവും കാണിച്ചില്ല. ഈ പ്രാരംഭ നിർജ്ജീവീകരണ ഫലങ്ങൾ 50,000#/cc എന്ന വളരെ കുറഞ്ഞ EWNS ഡോസുകളിൽ പോലും ഭക്ഷ്യ സുരക്ഷ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നുണ്ടെങ്കിലും. കാണുക, അണുബാധയ്ക്കും കേടുപാടുകൾക്കും സാധ്യത കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഉയർന്ന നിർജ്ജീവീകരണ സാധ്യത കൂടുതൽ ഗുണം ചെയ്യുമെന്ന് വ്യക്തമാണ്.
ഇവിടെ, സിന്തസിസ് പാരാമീറ്ററുകൾ മികച്ചതാക്കുന്നതിനും EWNS-ന്റെ ആൻറി ബാക്ടീരിയൽ സാധ്യത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് അവയുടെ ഭൗതിക-രാസ ഗുണങ്ങൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിനുമുള്ള 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 ഉപയോഗിച്ചും E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae, M. parafortuitum പോലുള്ള സാധാരണ ഭക്ഷ്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കൾ ഉപയോഗിച്ചും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ഭൗതിക-രാസ ഗുണങ്ങളുടെ (വലുപ്പം, ചാർജ്, ROS ഉള്ളടക്കം) സ്വഭാവം.
ഉയർന്ന ശുദ്ധിയുള്ള വെള്ളത്തിന്റെ (18 MΩ cm–1) ഒരേസമയം ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ ചെയ്തും അയോണൈസേഷൻ ചെയ്തുമാണ് EVNS സമന്വയിപ്പിച്ചത്. നിയന്ത്രിത വലുപ്പത്തിലുള്ള ദ്രാവകങ്ങളെയും സിന്തറ്റിക് പോളിമറിനെയും സെറാമിക് കണികകളെയും [13], നാരുകളെ [14] ആറ്റോമൈസ് ചെയ്യാൻ ഇലക്ട്രിക് ആറ്റോമൈസർ 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 പ്രയോഗിക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയിൽ, രണ്ട് വ്യത്യസ്ത പ്രതിഭാസങ്ങൾ സംഭവിക്കുന്നു: 1) ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ, 2) ജലത്തിന്റെ 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 സിദ്ധാന്തം 16 അനുസരിച്ച് ചെറിയ കണികകളായി വിഘടിക്കുന്നത് തുടരുന്നു. അതേസമയം, ശക്തമായ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം ചില ജല തന്മാത്രകളെ വിഘടിപ്പിക്കുകയും ഇലക്ട്രോണുകൾ നീക്കം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു (അയോണൈസേഷൻ), അതുവഴി വലിയ അളവിൽ റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകൾ (ROS) 17 സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഒരേസമയം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ROS18 പാക്കറ്റുകൾ EWNS-ൽ പൊതിഞ്ഞു (ചിത്രം 1c).
ചിത്രം 2a-യിൽ, ഈ പഠനത്തിലെ 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 ജലപ്രവാഹം നിയന്ത്രിക്കുന്നു. കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിൽ നിന്ന് ഒരു നിശ്ചിത ദൂരത്തേക്ക് സ്വമേധയാ ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ടെഫ്ലോൺ കൺസോളിൽ സൂചി ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. സാമ്പിളിംഗിനായി മധ്യത്തിൽ ഒരു ദ്വാരമുള്ള ഒരു മിനുക്കിയ അലുമിനിയം ഡിസ്കാണ് കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡ്. കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിന് താഴെ ഒരു അലുമിനിയം സാമ്പിൾ ഫണൽ ഉണ്ട്, ഇത് ഒരു സാമ്പിൾ പോർട്ട് വഴി പരീക്ഷണ സജ്ജീകരണത്തിന്റെ ബാക്കി ഭാഗങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു (ചിത്രം 2b). കണിക സാമ്പിളിനെ തരംതാഴ്ത്താൻ സാധ്യതയുള്ള ചാർജ് ബിൽഡ്-അപ്പ് ഒഴിവാക്കാൻ എല്ലാ സാമ്പിൾ ഘടകങ്ങളും വൈദ്യുതമായി ഗ്രൗണ്ട് ചെയ്തിരിക്കുന്നു.
(എ) എഞ്ചിനീയേർഡ് വാട്ടർ നാനോസ്ട്രക്ചർ ജനറേഷൻ സിസ്റ്റം (ഇഡബ്ല്യുഎൻഎസ്). (ബി) ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട പാരാമീറ്ററുകൾ കാണിക്കുന്ന സാമ്പിളറിന്റെയും ഇലക്ട്രോസ്പ്രേ യൂണിറ്റിന്റെയും 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 സൂചിപ്പിക്കാൻ [V (kV), L (cm)] ചിഹ്നങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു നിശ്ചിത സെറ്റിന്റെ [V, L] സ്ഥിരതയുള്ള ടെയ്‌ലർ കോൺ ലഭിക്കുന്നതിന് ജലപ്രവാഹം ക്രമീകരിക്കുക. ഈ പഠനത്തിന്റെ ഉദ്ദേശ്യങ്ങൾക്കായി, കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിന്റെ (D) അപ്പർച്ചർ 0.5 ഇഞ്ച് (1.29 സെ.മീ) ആയി സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.
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 സൈസറുമായി (SMPS, മോഡൽ 3936, TSI, ഷോർവ്യൂ, മിനസോട്ട) നേരിട്ട് ബന്ധിപ്പിച്ചിരുന്നു, കൂടാതെ ഞങ്ങളുടെ മുൻ പ്രസിദ്ധീകരണത്തിൽ വിവരിച്ചതുപോലെ, എയറോസോൾ ഫ്ലോകൾ അളക്കാൻ ഒരു ഫാരഡെ എയറോസോൾ ഇലക്ട്രോമീറ്റർ (TSI, മോഡൽ 3068B, ഷോർവ്യൂ, യുഎസ്എ) ഉപയോഗിച്ച് ഇത് ഉപയോഗിച്ചു. SMPS ഉം എയറോസോൾ ഇലക്ട്രോമീറ്ററും 0.5 L/min (മൊത്തം സാമ്പിൾ ഫ്ലോ 1 L/min) എന്ന ഫ്ലോ റേറ്റിൽ സാമ്പിൾ ചെയ്തു. കണിക സാന്ദ്രതകളും എയറോസോൾ ഫ്ലക്സുകളും 120 സെക്കൻഡ് അളന്നു. അളവ് 30 തവണ ആവർത്തിക്കുക. മൊത്തം എയറോസോൾ ചാർജ് നിലവിലെ അളവുകളിൽ നിന്ന് കണക്കാക്കുന്നു, കൂടാതെ ശരാശരി EWNS ചാർജ് സാമ്പിൾ ചെയ്ത EWNS കണങ്ങളുടെ ആകെ എണ്ണത്തിൽ നിന്ന് കണക്കാക്കുന്നു. EWNS ന്റെ ശരാശരി ചെലവ് സമവാക്യം (1) ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:
ഇവിടെ IEl എന്നത് അളന്ന വൈദ്യുതധാരയാണ്, NSMPS എന്നത് SMPS ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്ന സംഖ്യാ സാന്ദ്രതയാണ്, φEl എന്നത് ഇലക്ട്രോമീറ്ററിലേക്കുള്ള ഒഴുക്ക് നിരക്കാണ്.
ആപേക്ഷിക ആർദ്രത (RH) ഉപരിതല ചാർജിനെ ബാധിക്കുന്നതിനാൽ, പരീക്ഷണ സമയത്ത് താപനിലയും (RH) ഉം യഥാക്രമം 21°C ഉം 45% ഉം ആയി 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 സ്കാൻ നിരക്ക് 1 Hz ഉം സ്കാൻ ഏരിയ 5 µm×5 µm ഉം ആണ്, 256 സ്കാൻ ലൈനുകൾ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. എല്ലാ ചിത്രങ്ങളും അസൈലം സോഫ്റ്റ്‌വെയർ (100 nm പരിധിയും 100 pm പരിധിയുമുള്ള മാസ്ക്) ഉപയോഗിച്ച് ഫസ്റ്റ് ഓർഡർ ഇമേജ് അലൈൻമെന്റിന് വിധേയമാക്കി.
സാമ്പിൾ ഫണൽ നീക്കം ചെയ്ത് മൈക്ക ഉപരിതലം കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിൽ നിന്ന് ശരാശരി 120 സെക്കൻഡ് അകലെ വയ്ക്കുക, അങ്ങനെ കണികകളുടെ സംയോജനവും മൈക്ക പ്രതലത്തിൽ ക്രമരഹിതമായ തുള്ളികൾ ഉണ്ടാകുന്നതും ഒഴിവാക്കാം. പുതുതായി മുറിച്ച മൈക്ക പ്രതലങ്ങളിൽ (ടെഡ് പെല്ല, റെഡ്ഡിംഗ്, CA) EWNS നേരിട്ട് പ്രയോഗിച്ചു. സ്പട്ടറിംഗ് കഴിഞ്ഞയുടനെ, AFM ഉപയോഗിച്ച് മൈക്ക ഉപരിതലം ദൃശ്യവൽക്കരിച്ചു. പുതുതായി മുറിച്ച പരിഷ്ക്കരിക്കാത്ത മൈക്കയുടെ ഉപരിതല സമ്പർക്ക കോൺ 0° യോട് അടുത്താണ്, അതിനാൽ EWNS മൈക്ക ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു താഴികക്കുടത്തിന്റെ ആകൃതിയിൽ വ്യാപിക്കുന്നു20. വ്യാപിക്കുന്ന തുള്ളികളുടെ വ്യാസം (a) ഉം ഉയരവും (h) AFM ടോപ്പോഗ്രാഫിയിൽ നിന്ന് നേരിട്ട് അളക്കുകയും മുമ്പ് സാധൂകരിച്ച രീതി ഉപയോഗിച്ച് EWNS ന്റെ താഴികക്കുട വ്യാപ്തി കണക്കാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്തു8. ഓൺബോർഡ് EVNS ന് ഒരേ വോള്യം ഉണ്ടെന്ന് കരുതുക, തുല്യ വ്യാസം സമവാക്യം (2) ൽ നിന്ന് കണക്കാക്കാം:
മുമ്പ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ഞങ്ങളുടെ രീതിക്ക് അനുസൃതമായി, EWNS-ൽ ഹ്രസ്വകാല റാഡിക്കൽ ഇന്റർമീഡിയറ്റുകളുടെ സാന്നിധ്യം കണ്ടെത്താൻ ഒരു ഇലക്ട്രോൺ സ്പിൻ റെസൊണൻസ് (ESR) സ്പിൻ ട്രാപ്പ് ഉപയോഗിച്ചു. 235 mM DEPMPO (5-(ഡൈത്തോക്സിഫോസ്ഫോറിൽ)-5-മീഥൈൽ-1-പൈറോലിൻ-എൻ-ഓക്സൈഡ്) (ഓക്സിസ് ഇന്റർനാഷണൽ ഇൻകോർപ്പറേറ്റഡ്, പോർട്ട്ലാൻഡ്, ഒറിഗോൺ) അടങ്ങിയ ഒരു ലായനിയിലൂടെ എയറോസോളുകൾ കടത്തിവിട്ടു. എല്ലാ EPR അളവുകളും ഒരു ബ്രൂക്കർ EMX സ്പെക്ട്രോമീറ്ററും (ബ്രൂക്കർ ഇൻസ്ട്രുമെന്റ്സ് ഇൻകോർപ്പറേറ്റഡ് ബില്ലെറിക്ക, MA, USA) ഫ്ലാറ്റ് സെൽ അറേകളും ഉപയോഗിച്ചാണ് നടത്തിയത്. ഡാറ്റ ശേഖരിക്കുന്നതിനും വിശകലനം ചെയ്യുന്നതിനും അക്വിസിറ്റ് സോഫ്റ്റ്‌വെയർ (ബ്രൂക്കർ ഇൻസ്ട്രുമെന്റ്സ് ഇൻകോർപ്പറേറ്റഡ് ബില്ലെറിക്ക, MA, USA) ഉപയോഗിച്ചു. ROS സ്വഭാവരൂപീകരണം ഒരു കൂട്ടം പ്രവർത്തന സാഹചര്യങ്ങൾക്ക് [-6.5 kV, 4.0 cm] മാത്രമേ നടത്തിയിട്ടുള്ളൂ. ഇംപാക്ടറിലെ EWNS-ന്റെ നഷ്ടം കണക്കിലെടുത്ത ശേഷം SMPS ഉപയോഗിച്ച് EWNS സാന്ദ്രത അളന്നു.
205 ഡ്യുവൽ ബീം ഓസോൺ മോണിറ്റർ™ (2B ടെക്നോളജീസ്, ബൗൾഡർ, കോ)8,9,10 ഉപയോഗിച്ച് ഓസോൺ അളവ് നിരീക്ഷിച്ചു.
എല്ലാ EWNS ഗുണങ്ങൾക്കും, അളവുകളുടെ ശരാശരിയാണ് അളക്കൽ മൂല്യം, കൂടാതെ അളവെടുപ്പ് പിശക് സ്റ്റാൻഡേർഡ് ഡീവിയേഷനുമാണ്. ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത EWNS ആട്രിബ്യൂട്ടിന്റെ മൂല്യവും അടിസ്ഥാന EWNS ന്റെ അനുബന്ധ മൂല്യവും താരതമ്യം ചെയ്യാൻ ഒരു ടി-ടെസ്റ്റ് നടത്തി.
ചിത്രം 2c, മുമ്പ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതും സ്വഭാവ സവിശേഷതകളുള്ളതുമായ ഒരു ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് പ്രിസിപിറ്റേഷൻ പാസ് ത്രൂ സിസ്റ്റം (EPES) കാണിക്കുന്നു, ഇത് EWNS11 നെ പ്രതലങ്ങളിലേക്ക് ലക്ഷ്യം വയ്ക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാം. EPES ഒരു EWNS ചാർജ് ഉപയോഗിച്ച് ശക്തമായ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഉപയോഗിച്ച് ലക്ഷ്യത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് നേരിട്ട് "പോയിന്റ്" ചെയ്യുന്നു. Pyrgiotakis et al.11 ന്റെ സമീപകാല പ്രസിദ്ധീകരണത്തിൽ EPES സിസ്റ്റത്തിന്റെ വിശദാംശങ്ങൾ അവതരിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. അങ്ങനെ, EPES-ൽ 15.24 സെന്റീമീറ്റർ അകലത്തിൽ മധ്യഭാഗത്ത് രണ്ട് സമാന്തര സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ (304 സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ, മിറർ പോളിഷ് ചെയ്ത) മെറ്റൽ പ്ലേറ്റുകൾ അടങ്ങിയ ടേപ്പർഡ് അറ്റങ്ങളുള്ള ഒരു 3D പ്രിന്റഡ് PVC ചേമ്പർ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ബോർഡുകൾ ഒരു ബാഹ്യ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് സ്രോതസ്സുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), താഴത്തെ ബോർഡ് എല്ലായ്പ്പോഴും പോസിറ്റീവ് ആയിരുന്നു, മുകളിലെ ബോർഡ് എല്ലായ്പ്പോഴും ഗ്രൗണ്ട് ചെയ്തു (ഫ്ലോട്ടിംഗ്). കണിക നഷ്ടം തടയാൻ ചേമ്പറിന്റെ ചുവരുകൾ അലുമിനിയം ഫോയിൽ കൊണ്ട് മൂടിയിരിക്കുന്നു, ഇത് വൈദ്യുതമായി ഗ്രൗണ്ട് ചെയ്തിരിക്കുന്നു. ചേമ്പറിൽ ഒരു സീൽ ചെയ്ത ഫ്രണ്ട് ലോഡിംഗ് വാതിൽ ഉണ്ട്, അത് ടെസ്റ്റ് ഉപരിതലങ്ങൾ പ്ലാസ്റ്റിക് റാക്കുകളിൽ സ്ഥാപിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു, ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് ഇടപെടൽ ഒഴിവാക്കാൻ താഴെയുള്ള മെറ്റൽ പ്ലേറ്റിൽ നിന്ന് അവയെ ഉയർത്തുന്നു.
സപ്ലിമെന്ററി ചിത്രം S111-ൽ വിശദമാക്കിയിട്ടുള്ള മുമ്പ് വികസിപ്പിച്ച ഒരു പ്രോട്ടോക്കോൾ അനുസരിച്ചാണ് EPES-ലെ EWNS-ന്റെ നിക്ഷേപ കാര്യക്ഷമത കണക്കാക്കിയത്.
ഒരു നിയന്ത്രണ അറ എന്ന നിലയിൽ, സിലിണ്ടർ അറയിലൂടെയുള്ള രണ്ടാമത്തെ പ്രവാഹം EWNS നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി ഒരു ഇന്റർമീഡിയറ്റ് HEPA ഫിൽട്ടർ ഉപയോഗിച്ച് EPES സിസ്റ്റവുമായി പരമ്പരയിൽ ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ചിത്രം 2c-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, EWNS എയറോസോൾ പരമ്പരയിൽ ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന രണ്ട് അറകളിലൂടെ പമ്പ് ചെയ്തു. നിയന്ത്രണ മുറിക്കും EPES-നും ഇടയിലുള്ള ഫിൽട്ടർ ശേഷിക്കുന്ന ഏതെങ്കിലും EWNS നീക്കം ചെയ്യുന്നു, അതിന്റെ ഫലമായി ഒരേ താപനില (T), ആപേക്ഷിക ആർദ്രത (RH), ഓസോൺ അളവ് എന്നിവ ഉണ്ടാകുന്നു.
ഭക്ഷ്യജന്യ സൂക്ഷ്മാണുക്കൾ പുതിയ ഉൽപ്പന്നങ്ങളെ മലിനമാക്കുന്നതായി കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്, ഉദാഹരണത്തിന് മല സൂചകമായ എസ്ഷെറിച്ചിയ കോളി (ATCC #27325), ഭക്ഷ്യജന്യ രോഗകാരിയായ സാൽമൊണെല്ല എന്ററിക്ക (ATCC #53647), രോഗകാരിയായ ലിസ്റ്റീരിയ മോണോസൈറ്റോജീനുകൾക്ക് പകരമുള്ള ലിസ്റ്റീരിയ ഇന്നോക്കുവ (ATCC #33090), കേടാകുന്ന യീസ്റ്റിന് പകരമുള്ള സാക്കറോമൈസിസ് സെറെവിസിയ (ATCC #4098), കൂടുതൽ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള ലൈവ് ബാക്ടീരിയയായ മൈകോബാക്ടീരിയം പാരാഫോർച്യുറ്റസ് (ATCC #19686) എന്നിവ ATCC (മനസ്സാസ്, വിർജീനിയ) യിൽ നിന്ന് വാങ്ങി.
നിങ്ങളുടെ പ്രാദേശിക വിപണിയിൽ നിന്ന് ക്രമരഹിതമായി ജൈവ മുന്തിരി തക്കാളി പെട്ടികൾ വാങ്ങി, ഉപയോഗിക്കുന്നതുവരെ (3 ദിവസം വരെ) 4°C-ൽ റഫ്രിജറേറ്ററിൽ വയ്ക്കുക. ഏകദേശം 1/2 ഇഞ്ച് വ്യാസമുള്ള ഒരു വലുപ്പത്തിൽ പരീക്ഷിക്കാൻ തക്കാളി തിരഞ്ഞെടുക്കുക.
ഇൻകുബേഷൻ, ഇനോക്കുലേഷൻ, എക്സ്പോഷർ, കോളനി കൗണ്ടിംഗ് എന്നിവയ്ക്കുള്ള പ്രോട്ടോക്കോളുകൾ ഞങ്ങളുടെ മുൻ പ്രസിദ്ധീകരണങ്ങളിൽ വിശദമായി പ്രതിപാദിച്ചിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ സപ്ലിമെന്ററി ഡാറ്റ 11 ൽ വിശദമായി വിശദീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഇനോക്കുലേറ്റഡ് തക്കാളിയെ 40,000 #/cm3 ലേക്ക് 45 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് തുറന്നുകാട്ടിയാണ് EWNS പ്രകടനം വിലയിരുത്തിയത്. ചുരുക്കത്തിൽ, t = 0 മിനിറ്റിൽ, അതിജീവിച്ച സൂക്ഷ്മാണുക്കളെ വിലയിരുത്താൻ മൂന്ന് തക്കാളി ഉപയോഗിച്ചു. മൂന്ന് തക്കാളി EPES-ൽ സ്ഥാപിക്കുകയും 40,000 #/cc (EWNS എക്സ്പോഷർ ചെയ്ത തക്കാളി) എന്ന അളവിൽ EWNS-ന് വിധേയമാക്കുകയും ചെയ്തു, മറ്റ് മൂന്ന് തക്കാളി കൺട്രോൾ ചേമ്പറിൽ (കൺട്രോൾ തക്കാളി) സ്ഥാപിക്കുകയും ചെയ്തു. തക്കാളി ഗ്രൂപ്പുകളൊന്നും അധിക പ്രോസസ്സിംഗിന് വിധേയമാക്കിയില്ല. EWNS-ന്റെ പ്രഭാവം വിലയിരുത്തുന്നതിന് 45 മിനിറ്റിനുശേഷം EWNS-ന് വിധേയമാക്കിയ തക്കാളിയും നിയന്ത്രണങ്ങളും നീക്കം ചെയ്തു.
ഓരോ പരീക്ഷണവും മൂന്ന് തവണയായി നടത്തി. സപ്ലിമെന്ററി ഡാറ്റയിൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്ന പ്രോട്ടോക്കോൾ അനുസരിച്ച് ഡാറ്റ വിശകലനം നടത്തി.
EWNS (45 മിനിറ്റ്, EWNS എയറോസോൾ സാന്ദ്രത 40,000 #/cm3) യുമായി സമ്പർക്കത്തിൽ വന്നതും തുറന്നുകാട്ടപ്പെടാത്തതുമായ E. coli, Enterobacter, L. innocua ബാക്ടീരിയൽ സാമ്പിളുകൾ നിഷ്ക്രിയ സംവിധാനങ്ങൾ വിലയിരുത്തുന്നതിനായി പെല്ലറ്റ് ചെയ്തു. 0.1 M സോഡിയം കക്കോഡിലേറ്റ് ലായനിയിൽ (pH 7.4) 2.5% ഗ്ലൂട്ടറാൾഡിഹൈഡ്, 1.25% പാരാഫോർമാൽഡിഹൈഡ്, 0.03% പിക്റിക് ആസിഡ് എന്നിവയുടെ ഫിക്സേറ്റീവ് ഉപയോഗിച്ച് മുറിയിലെ താപനിലയിൽ അവശിഷ്ടം 2 മണിക്കൂർ ഉറപ്പിച്ചു. കഴുകിയ ശേഷം, അവ 1% ഓസ്മിയം ടെട്രോക്സൈഡ് (OsO4)/1.5% പൊട്ടാസ്യം ഫെറോസയനൈഡ് (KFeCN6) ഉപയോഗിച്ച് 2 മണിക്കൂർ ഉറപ്പിച്ചു, 3 തവണ വെള്ളത്തിൽ കഴുകി 1% യുറാനൈൽ അസറ്റേറ്റിൽ 1 മണിക്കൂർ ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്തു, തുടർന്ന് രണ്ടുതവണ വെള്ളത്തിൽ കഴുകി. തുടർന്നുള്ള നിർജ്ജലീകരണം 50%, 70%, 90%, 100% ആൽക്കഹോൾ എന്നിവയുടെ 10 മിനിറ്റ് വീതം. 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 ഘടിപ്പിച്ച ഒരു പരമ്പരാഗത ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പായ JEOL 1200EX (JEOL, ടോക്കിയോ, ജപ്പാൻ) ഉപയോഗിച്ച് TEM, ക്യൂർ ചെയ്ത ഗ്രാനുലാർ റെസിൻ മുറിച്ച് ദൃശ്യവൽക്കരിച്ചു (അഡ്വാൻസ്ഡ് മൈക്രോസ്കോപ്പി ടെക്നിക്സ്, കോർപ്പ്, വോബേൺ, MA, USA).
എല്ലാ പരീക്ഷണങ്ങളും മൂന്ന് തവണയായി നടത്തി. ഓരോ സമയ പോയിന്റിനും, ബാക്ടീരിയൽ വാഷുകൾ മൂന്ന് തവണയായി പൂശി, ഓരോ പോയിന്റിലും ആകെ ഒമ്പത് ഡാറ്റ പോയിന്റുകൾ ലഭിച്ചു, അതിന്റെ ശരാശരി ആ പ്രത്യേക ജീവിയുടെ ബാക്ടീരിയൽ 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 കാലയളവിൽ ബാക്ടീരിയയുടെ സ്വാഭാവിക നശീകരണം കണക്കാക്കാൻ, 45 മിനിറ്റിലെ 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, സൂചിക്കും കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിനും ഇടയിലുള്ള വോൾട്ടേജിന്റെയും ദൂരത്തിന്റെയും നിരവധി കോമ്പിനേഷനുകൾ ടെയ്‌ലർ കോൺ രൂപീകരണം, ടെയ്‌ലർ കോൺ സ്ഥിരത, EWNS ഉൽപ്പാദന സ്ഥിരത, പുനരുൽപ്പാദനക്ഷമത എന്നിവയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ വിലയിരുത്തി. വിവിധ കോമ്പിനേഷനുകൾ സപ്ലിമെന്ററി ടേബിൾ S1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. സ്ഥിരതയുള്ളതും പുനരുൽപ്പാദനക്ഷമവുമായ ഗുണങ്ങൾ (ടെയ്‌ലർ കോൺ, EWNS ഉൽപ്പാദനം, കാലക്രമേണ സ്ഥിരത) കാണിക്കുന്ന ഒരു പൂർണ്ണ പഠനത്തിനായി രണ്ട് കേസുകൾ തിരഞ്ഞെടുത്തു. ചിത്രം 3-ൽ രണ്ട് കേസുകൾക്കായുള്ള ROS-ന്റെ ചാർജ്, വലുപ്പം, ഉള്ളടക്കം എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള ഫലങ്ങൾ 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, കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡ് സാമ്പിൾ ഹോൾ വ്യാസം (D) യുടെ ഫലത്തെയും ഗ്രൗണ്ട് ഇലക്ട്രോഡിനും സൂചിയുടെ അഗ്രത്തിനും ഇടയിലുള്ള ദൂരത്തിനും (L) (സപ്ലിമെന്ററി ഫിഗറുകൾ S2, S3) എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനങ്ങളും അധിക ഡാറ്റയിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.
(a–c) AFM വലുപ്പ വിതരണം. (d – f) ഉപരിതല ചാർജ് സ്വഭാവം. (g) ROS, ESR എന്നിവയുടെ സ്വഭാവം.
മുകളിൽ പറഞ്ഞ എല്ലാ സാഹചര്യങ്ങളിലും, അളന്ന അയോണൈസേഷൻ വൈദ്യുതധാരകൾ 2-6 µA പരിധിയിലായിരുന്നുവെന്നും വോൾട്ടേജുകൾ -3.8 മുതൽ -6.5 kV വരെയായിരുന്നുവെന്നും, അതിന്റെ ഫലമായി ഈ സിംഗിൾ-ടെർമിനൽ EWNS-ന് 50 mW-ൽ താഴെയുള്ള വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം ഉണ്ടായി എന്നും ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. ജനറേഷൻ മൊഡ്യൂൾ. 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 സാഹചര്യങ്ങൾക്കനുസരിച്ചുള്ള ഫീൽഡുകൾ യഥാക്രമം 2 × 105 V/m ഉം 4.7 × 105 V/m ഉം ആയി കണക്കാക്കുന്നു. രണ്ടാമത്തെ സാഹചര്യത്തിൽ വോൾട്ടേജും ദൂരവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം വളരെ കൂടുതലായതിനാൽ ഇത് പ്രതീക്ഷിക്കാവുന്നതാണ്.
ചിത്രം 3a-യിൽ, b, AFM8 ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്ന EWNS വ്യാസം കാണിക്കുന്നു. [-6.5 kV, 4.0 cm], [-3.8 kV, 0.5 cm] എന്നീ സാഹചര്യങ്ങൾക്കായുള്ള ശരാശരി EWNS വ്യാസങ്ങൾ യഥാക്രമം 27 nm ഉം 19 nm ഉം ആയി കണക്കാക്കി. [-6.5 kV, 4.0 cm], [-3.8 kV, 0.5 cm] എന്നീ കേസുകൾക്കായുള്ള വിതരണങ്ങളുടെ ജ്യാമിതീയ സ്റ്റാൻഡേർഡ് വ്യതിയാനങ്ങൾ യഥാക്രമം 1.41 ഉം 1.45 ഉം ആണ്, ഇത് ഒരു ഇടുങ്ങിയ വലുപ്പ വിതരണത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ശരാശരി വലുപ്പവും ജ്യാമിതീയ സ്റ്റാൻഡേർഡ് വ്യതിയാനവും അടിസ്ഥാന-EWNS-ന് വളരെ അടുത്താണ്, യഥാക്രമം 25 nm ഉം 1.41 ഉം ആണ്. 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) ഉം കറന്റ് (I) ഉം അളക്കുന്നതിന്റെ 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. ബേസ്‌ലൈൻ-EWNS (10 ± 2 e-) നെ അപേക്ഷിച്ച്, അവയുടെ ഉപരിതല ചാർജ് ഗണ്യമായി കൂടുതലാണ്, [-6.5 kV, 4.0 cm] സാഹചര്യത്തിന്റെ ഇരട്ടിയും [-3 .8 kV, 0.5 cm] ന്റെ നാലിരട്ടിയും. 3f അടിസ്ഥാന EWNS പേയ്‌മെന്റ് ഡാറ്റ കാണിക്കുന്നു.
EWNS സംഖ്യാ സാന്ദ്രതാ ഭൂപടങ്ങളിൽ നിന്ന് (സപ്ലിമെന്ററി ഫിഗേഴ്സ് S5, S6), [-6.5 kV, 4.0 സെ.മീ] സീനിൽ [-3.8 kV, 0.5 സെ.മീ] സീനേക്കാൾ ഗണ്യമായി ഉയർന്ന കണികകളുടെ എണ്ണം ഉണ്ടെന്ന് കാണാൻ കഴിയും. EWNS സംഖ്യാ സാന്ദ്രത 4 മണിക്കൂർ വരെ നിരീക്ഷിച്ചു എന്നതും ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ് (സപ്ലിമെന്ററി ഫിഗേഴ്സ് S5, S6), അവിടെ EWNS ജനറേഷൻ സ്ഥിരത രണ്ട് സാഹചര്യങ്ങളിലും ഒരേ അളവിലുള്ള കണിക സംഖ്യാ സാന്ദ്രത കാണിച്ചു.
ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത EWNS-നുള്ള നിയന്ത്രണ (പശ്ചാത്തല) കുറയ്ക്കലിനു ശേഷമുള്ള EPR സ്പെക്ട്രം ചിത്രം 3g [-6.5 kV, 4.0 cm]-ൽ കാണിക്കുന്നു. മുമ്പ് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പ്രബന്ധത്തിൽ ROS സ്പെക്ട്രത്തെ EWNS അടിസ്ഥാനരേഖയുമായി താരതമ്യം ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. സ്പിൻ ട്രാപ്പുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്ന EWNS-കളുടെ കണക്കാക്കിയ എണ്ണം 7.5 × 104 EWNS/s ആണ്, ഇത് മുമ്പ് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ബേസ്‌ലൈൻ-EWNS8-ന് സമാനമാണ്. EPR സ്പെക്ട്ര രണ്ട് തരം ROS-കളുടെ സാന്നിധ്യം വ്യക്തമായി സൂചിപ്പിച്ചു, അവിടെ O2- പ്രബലമായിരുന്നു, അതേസമയം OH• ചെറിയ അളവിൽ ഉണ്ടായിരുന്നു. കൂടാതെ, പീക്ക് തീവ്രതകളുടെ നേരിട്ടുള്ള താരതമ്യം, ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത EWNS-ന് അടിസ്ഥാനരേഖ EWNS-നേക്കാൾ ഗണ്യമായി ഉയർന്ന ROS ഉള്ളടക്കം ഉണ്ടെന്ന് കാണിച്ചു.
ചിത്രം 4-ൽ EPES-ൽ EWNS-ന്റെ നിക്ഷേപ കാര്യക്ഷമത കാണിക്കുന്നു. ഡാറ്റ പട്ടിക I-ൽ സംഗ്രഹിച്ചിരിക്കുന്നു, യഥാർത്ഥ EWNS ഡാറ്റയുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുന്നു. രണ്ട് EUNS കേസുകളിലും, 3.0 kV യുടെ കുറഞ്ഞ വോൾട്ടേജിൽ പോലും നിക്ഷേപം 100% ന് അടുത്തായിരുന്നു. സാധാരണയായി, ഉപരിതല ചാർജ് മാറ്റം പരിഗണിക്കാതെ 100% നിക്ഷേപം നേടാൻ 3.0 kV മതിയാകും. അതേ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, കുറഞ്ഞ ചാർജ് (EWNS-ന് ശരാശരി 10 ഇലക്ട്രോണുകൾ) കാരണം ബേസ്‌ലൈൻ-EWNS-ന്റെ നിക്ഷേപ കാര്യക്ഷമത 56% മാത്രമായിരുന്നു.
ഒപ്റ്റിമൽ സാഹചര്യത്തിൽ [-6.5 kV, 4.0 cm] ഏകദേശം 40,000 #/cm3 EWNS 45 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് എക്സ്പോഷർ ചെയ്തതിനുശേഷം തക്കാളിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ കുത്തിവയ്ക്കപ്പെട്ട സൂക്ഷ്മാണുക്കളുടെ നിഷ്ക്രിയത്വത്തിന്റെ അളവ് ചിത്രം 5 ഉം പട്ടിക 2 ഉം സംഗ്രഹിക്കുന്നു. 45 മിനിറ്റ് എക്സ്പോഷറിന് ശേഷം കുത്തിവയ്ക്കപ്പെട്ട ഇ.കോളിയും എൽ. ഇന്നോക്കുവയും 3.8 ലോഗ് ഗണ്യമായ കുറവ് കാണിച്ചു. അതേ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, എസ്. എന്ററിക്ക 2.2 ലോഗ് കുറഞ്ഞ ലോഗ് കുറവ് കാണിച്ചു, അതേസമയം എസ്. സെറെവിസിയയും എം. പാരാഫോർട്ട്യൂട്ടവും 1.0 ലോഗ് കുറവ് കാണിച്ചു.
E. coli, Salmonella enterica, L. innocua കോശങ്ങളിൽ EWNS മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഭൗതിക മാറ്റങ്ങൾ നിഷ്ക്രിയത്വത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നതായി ചിത്രീകരിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോഗ്രാഫുകൾ (ചിത്രം 6). നിയന്ത്രണ ബാക്ടീരിയകൾ കേടുകൂടാത്ത കോശ സ്തരങ്ങൾ കാണിച്ചു, അതേസമയം തുറന്ന ബാക്ടീരിയകൾ പുറം ചർമ്മത്തിന് കേടുപാടുകൾ വരുത്തി.
നിയന്ത്രണ ബാക്ടീരിയകളുടെയും തുറന്നുകാണിക്കപ്പെട്ട ബാക്ടീരിയകളുടെയും ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിക് ഇമേജിംഗ് മെംബ്രൺ കേടുപാടുകൾ വെളിപ്പെടുത്തി.
ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത EWNS-ന്റെ ഭൗതിക രാസ ഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ഡാറ്റ മൊത്തത്തിൽ കാണിക്കുന്നത്, മുമ്പ് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച EWNS അടിസ്ഥാന ഡാറ്റയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ EWNS ഗുണങ്ങൾ (സർഫസ് ചാർജും ROS ഉള്ളടക്കവും) ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെന്നാണ്8,9,10,11. മറുവശത്ത്, അവയുടെ വലുപ്പം നാനോമീറ്റർ ശ്രേണിയിൽ തന്നെ തുടർന്നു, ഇത് മുമ്പ് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഫലങ്ങളുമായി വളരെ സാമ്യമുള്ളതാണ്, ഇത് വളരെക്കാലം വായുവിൽ തുടരാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഉപരിതല ചാർജിലെ മാറ്റങ്ങളിലൂടെ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ട പോളിഡിസ്പെർസിറ്റി വിശദീകരിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് EWNS-ന്റെ റെയ്‌ലീ പ്രഭാവത്തിന്റെ വ്യാപ്തി, ക്രമരഹിതത, സാധ്യതയുള്ള ലയനം എന്നിവ നിർണ്ണയിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, നീൽസൺ തുടങ്ങിയവർ വിശദീകരിച്ചതുപോലെ.22, ഉയർന്ന ഉപരിതല ചാർജ് ജലത്തുള്ളിയുടെ ഉപരിതല ഊർജ്ജം/പിരിമുറുക്കം ഫലപ്രദമായി വർദ്ധിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് ബാഷ്പീകരണം കുറയ്ക്കുന്നു. മൈക്രോഡ്രോപ്ലെറ്റുകൾ22, EWNS എന്നിവയ്‌ക്കായി ഈ സിദ്ധാന്തം പരീക്ഷണാത്മകമായി സ്ഥിരീകരിച്ചു8. ഓവർടൈമിന്റെ നഷ്ടം വലുപ്പത്തെയും ബാധിക്കുകയും നിരീക്ഷിച്ച വലുപ്പ വിതരണത്തിന് കാരണമാവുകയും ചെയ്യും.
കൂടാതെ, സാഹചര്യങ്ങൾക്കനുസരിച്ച്, ഓരോ ഘടനയ്ക്കും ചാർജ് ഏകദേശം 22–44 e- ആണ്, ഇത് അടിസ്ഥാന EWNS നെ അപേക്ഷിച്ച് വളരെ കൂടുതലാണ്, കാരണം ഓരോ ഘടനയ്ക്കും ശരാശരി 10 ± 2 ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചാർജ് ഉണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ഇത് EWNS ന്റെ ശരാശരി ചാർജ് ആണെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. സെറ്റോ തുടങ്ങിയവർ. ചാർജ് ഏകതാനമല്ലെന്നും ഒരു ലോഗ്-നോർമൽ ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ പിന്തുടരുന്നുവെന്നും കാണിച്ചിട്ടുണ്ട്21. ഞങ്ങളുടെ മുൻ പ്രവർത്തനവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഉപരിതല ചാർജ് ഇരട്ടിയാക്കുന്നത് EPES സിസ്റ്റത്തിലെ നിക്ഷേപ കാര്യക്ഷമതയെ ഏകദേശം 100%11 ആയി ഇരട്ടിയാക്കുന്നു.