Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझरच्या आवृत्तीमध्ये CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कॉम्पॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). यादरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही ही साइट स्टाईल्स आणि जावास्क्रिप्टशिवाय प्रस्तुत करू.
अलीकडेच, कृत्रिम जल नॅनोसंरचना (EWNS) वापरून नॅनोतंत्रज्ञानावर आधारित एक रसायन-मुक्त प्रतिजैविक प्लॅटफॉर्म विकसित करण्यात आला आहे. EWNS वर उच्च पृष्ठभागीय चार्ज असतो आणि ते क्रियाशील ऑक्सिजन प्रजातींनी (ROS) संतृप्त असतात, जे अन्नजन्य रोगजनकांसह अनेक सूक्ष्मजीवांशी संवाद साधून त्यांना निष्क्रिय करू शकतात. येथे असे दाखवले आहे की, त्यांच्या प्रतिजैविक क्षमतेत आणखी वाढ करण्यासाठी, संश्लेषणादरम्यान त्यांचे गुणधर्म सूक्ष्मपणे समायोजित आणि अनुकूलित केले जाऊ शकतात. संश्लेषणाचे मापदंड बदलून EWNS चे गुणधर्म सूक्ष्मपणे समायोजित करण्यासाठी EWNS प्रयोगशाळा प्लॅटफॉर्मची रचना करण्यात आली होती. आधुनिक विश्लेषणात्मक पद्धती वापरून EWNS च्या गुणधर्मांचे (चार्ज, आकार आणि ROS चे प्रमाण) वैशिष्ट्यीकरण करण्यात आले. याव्यतिरिक्त, एशेरिकिया कोलाय, साल्मोनेला एंटेरिका, लिस्टेरिया इनोकुअस, मायकोबॅक्टेरियम पॅराअ‍ॅक्सिडेंटम आणि सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसिया यांसारख्या अन्नजन्य सूक्ष्मजीवांविरुद्ध त्यांच्या सूक्ष्मजीव निष्क्रिय करण्याच्या क्षमतेचे मूल्यांकन करण्यात आले. येथे सादर केलेले परिणाम असे दर्शवतात की, संश्लेषणादरम्यान EWNS चे गुणधर्म सूक्ष्मपणे समायोजित केले जाऊ शकतात, ज्यामुळे निष्क्रिय करण्याच्या कार्यक्षमतेत घातांकीय वाढ होते. विशेषतः, पृष्ठभागावरील विद्युत प्रभार चार पटीने वाढला आणि क्रियाशील ऑक्सिजन प्रजातींमध्ये वाढ झाली. सूक्ष्मजीवांद्वारे काढून टाकण्याचा दर हा सूक्ष्मजीवांवर अवलंबून होता आणि ४०,००० #/cc EWNS च्या एरोसोल डोसच्या ४५ मिनिटांच्या संपर्कात आल्यानंतर तो १.० ते ३.८ लॉग इतका होता.
रोगकारक किंवा त्यांच्या विषारी पदार्थांच्या सेवनामुळे होणाऱ्या अन्नजन्य आजारांचे मुख्य कारण सूक्ष्मजंतूजन्य संसर्ग आहे. केवळ युनायटेड स्टेट्समध्येच, अन्नजन्य आजारामुळे दरवर्षी सुमारे ७६ दशलक्ष लोक आजारी पडतात, ३,२५,००० लोकांना रुग्णालयात दाखल करावे लागते आणि ५,००० लोकांचा मृत्यू होतो¹. याव्यतिरिक्त, युनायटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ ॲग्रीकल्चरच्या (USDA) अंदाजानुसार, युनायटेड स्टेट्समध्ये नोंदवलेल्या एकूण अन्नजन्य आजारांपैकी ४८% आजारांसाठी ताज्या फळभाज्यांचा वाढलेला वापर जबाबदार आहे². युनायटेड स्टेट्समध्ये अन्नजन्य रोगकारकांमुळे होणाऱ्या आजार आणि मृत्यूचा खर्च खूप जास्त आहे, सेंटर्स फॉर डिसीज कंट्रोल अँड प्रिव्हेंशनच्या (CDC) अंदाजानुसार हा खर्च दरवर्षी १५.६ अब्ज अमेरिकन डॉलर्सपेक्षा जास्त आहे³.
सध्या, अन्न सुरक्षा सुनिश्चित करण्यासाठी रासायनिक⁴, किरणोत्सर्ग⁵ आणि औष्णिक⁶ प्रतिजैविक उपाययोजना सातत्याने करण्याऐवजी, त्या बहुतेक करून उत्पादन साखळीतील मर्यादित महत्त्वाच्या नियंत्रण बिंदूंवर (CCPs) (सहसा काढणीनंतर आणि/किंवा पॅकेजिंग दरम्यान) केल्या जातात. त्यामुळे, त्यांमध्ये क्रॉस-कंटॅमिनेशनचा (परस्पर दूषित होण्याचा) धोका असतो.⁷ अन्नजन्य आजार आणि अन्न नासाडीवर अधिक चांगल्या नियंत्रणासाठी अशा प्रतिजैविक उपाययोजनांची आवश्यकता आहे, ज्या शेतापासून ते ताटापर्यंतच्या संपूर्ण प्रक्रियेत लागू करता येतील आणि त्याच वेळी पर्यावरणीय परिणाम व खर्च कमी करता येतील.
अलीकडेच, कृत्रिम जल नॅनोसंरचना (EWNS) वापरून पृष्ठभागावरील आणि हवेतील जीवाणूंना निष्क्रिय करू शकणारे, रसायन-मुक्त, नॅनोतंत्रज्ञान-आधारित प्रतिजैविक प्लॅटफॉर्म विकसित करण्यात आले आहे. इलेक्ट्रोस्प्रे आणि जल आयनीकरण (आकृती 1a) या दोन समांतर प्रक्रिया वापरून EWNS चे संश्लेषण करण्यात आले. मागील अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की EWNS मध्ये भौतिक आणि जैविक गुणधर्मांचा एक अद्वितीय संच असतो8,9,10. EWNS मध्ये प्रति संरचना सरासरी 10 इलेक्ट्रॉन असतात आणि त्यांचा सरासरी नॅनोस्केल आकार 25 nm असतो (आकृती 1b,c)8,9,10. याव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रॉन स्पिन रेझोनन्स (ESR) ने दाखवले की EWNS मध्ये मोठ्या प्रमाणात क्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS), प्रामुख्याने हायड्रॉक्सिल (OH•) आणि सुपरऑक्साइड (O2-) रॅडिकल्स असतात (आकृती 1c)8. EWNS बराच काळ हवेत राहते आणि हवेत तरंगणाऱ्या व पृष्ठभागावर असलेल्या सूक्ष्मजीवांशी टक्कर देऊ शकते, ज्यामुळे ते ROS चा भार पोहोचवतात आणि सूक्ष्मजीव निष्क्रिय होतात (आकृती 1d). या सुरुवातीच्या अभ्यासातून असेही दिसून आले की EWNS पृष्ठभागांवर आणि हवेतील मायकोबॅक्टेरियासह विविध ग्रॅम-निगेटिव्ह आणि ग्रॅम-पॉझिटिव्ह बॅक्टेरियाशी संवाद साधू शकते आणि त्यांना निष्क्रिय करू शकते. ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीने दाखवले की हे निष्क्रियीकरण पेशी पडद्याच्या विघटनामुळे झाले होते. याव्यतिरिक्त, तीव्र श्वसन अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की EWNS च्या उच्च डोसमुळे फुफ्फुसांचे नुकसान किंवा दाह होत नाही 8.
(अ) जेव्हा द्रव असलेल्या केशिका नलिकेमध्ये आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमध्ये उच्च व्होल्टेज लावले जाते, तेव्हा इलेक्ट्रोस्प्रे होतो. (ब) उच्च दाब लावल्याने दोन वेगवेगळ्या घटना घडतात: (i) पाण्याचे इलेक्ट्रोस्प्रेइंग आणि (ii) EWNS मध्ये अडकलेल्या क्रियाशील ऑक्सिजन प्रजातींची (आयन्सची) निर्मिती. (क) EWNS ची अद्वितीय रचना. (ड) त्यांच्या नॅनोस्केल स्वरूपामुळे, EWNS अत्यंत गतिशील असतात आणि हवेतील रोगजनकांशी संवाद साधू शकतात.
ताज्या अन्नाच्या पृष्ठभागावरील अन्नजन्य सूक्ष्मजीवांना निष्क्रिय करण्याची EWNS अँटीमायक्रोबियल प्लॅटफॉर्मची क्षमता अलीकडेच सिद्ध झाली आहे. हे देखील दाखवून देण्यात आले आहे की, EWNS चा पृष्ठभागावरील चार्ज विद्युत क्षेत्राच्या संयोगाने लक्ष्यित वितरणासाठी वापरला जाऊ शकतो. शिवाय, सेंद्रिय टोमॅटोंना सुमारे ५०,००० #/cm³ इतक्या EWNS च्या संपर्कात ९० मिनिटे ठेवल्यानंतर मिळालेले प्राथमिक परिणाम उत्साहवर्धक होते, ज्यात ई. कोलाय आणि लिस्टेरिया ११ सारखे विविध अन्नजन्य सूक्ष्मजीव आढळले. याव्यतिरिक्त, प्राथमिक ऑर्गॅनोलेप्टिक चाचण्यांमध्ये कंट्रोल टोमॅटोंच्या तुलनेत कोणताही संवेदी परिणाम दिसून आला नाही. जरी हे सुरुवातीचे निष्क्रियीकरणाचे परिणाम अन्न सुरक्षेच्या अनुप्रयोगांसाठी ५०,००० #/cc इतक्या कमी EWNS डोसवर देखील उत्साहवर्धक असले तरी, हे स्पष्ट आहे की संसर्ग आणि नासाडीचा धोका आणखी कमी करण्यासाठी उच्च निष्क्रियीकरण क्षमता अधिक फायदेशीर ठरेल.
येथे, आम्ही EWNS निर्मिती प्लॅटफॉर्मच्या विकासावर आमचे संशोधन केंद्रित करणार आहोत, जेणेकरून संश्लेषणाच्या मापदंडांमध्ये सूक्ष्म बदल करणे आणि EWNS च्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांचे अनुकूलन करून त्यांची जिवाणूविरोधी क्षमता वाढवता येईल. विशेषतः, अनुकूलनामध्ये त्यांचा पृष्ठभागावरील विद्युतभार (लक्ष्यित वितरण सुधारण्यासाठी) आणि ROS चे प्रमाण (निष्क्रियीकरण कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी) वाढवण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे. आधुनिक विश्लेषणात्मक पद्धती वापरून अनुकूलित भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांचे (आकार, विद्युतभार आणि ROS चे प्रमाण) वैशिष्ट्यीकरण करणे आणि E. सारखे सामान्य खाद्य सूक्ष्मजीव वापरणे.
उच्च शुद्धतेच्या पाण्याचे (18 MΩ cm–1) एकाच वेळी इलेक्ट्रोस्प्रेइंग आणि आयनीकरण करून EVNS चे संश्लेषण केले गेले. इलेक्ट्रिक नेब्युलायझर 12 चा वापर सामान्यतः द्रवांच्या अणूकरणासाठी आणि नियंत्रित आकाराच्या पॉलिमर आणि सिरॅमिक कण 13 आणि तंतू 14 च्या संश्लेषणासाठी केला जातो.
मागील प्रकाशने 8, 9, 10, 11 मध्ये सविस्तरपणे सांगितल्याप्रमाणे, एका सामान्य प्रयोगात, धातूच्या केशिका आणि भू-संलग्नित प्रति-इलेक्ट्रोड यांच्यामध्ये उच्च व्होल्टेज लावले गेले. या प्रक्रियेदरम्यान, दोन वेगवेगळ्या घटना घडतात: i) इलेक्ट्रोस्प्रे आणि ii) पाण्याचे आयनीकरण. दोन इलेक्ट्रोडमधील तीव्र विद्युत क्षेत्रामुळे संघनित पाण्याच्या पृष्ठभागावर ऋण प्रभार जमा होतो, ज्यामुळे टेलर शंकू तयार होतात. परिणामी, उच्च प्रभारित पाण्याचे थेंब तयार होतात, जे रेलेच्या सिद्धांतानुसार¹⁶ लहान कणांमध्ये विभागले जात राहतात. त्याच वेळी, तीव्र विद्युत क्षेत्रामुळे पाण्याचे काही रेणू विभाजित होतात आणि इलेक्ट्रॉन काढून घेतात (आयनीकरण), ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात क्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS)¹⁷ तयार होतात. एकाच वेळी तयार झालेल्या ROS¹⁸ ला EWNS मध्ये बंदिस्त केले गेले (आकृती 1c).
आकृती २अ मध्ये या अभ्यासात EWNS संश्लेषणासाठी विकसित केलेली आणि वापरलेली EWNS निर्मिती प्रणाली दर्शविली आहे. एका बंद बाटलीत साठवलेले शुद्ध पाणी एका टेफ्लॉन नळीद्वारे (२ मिमी आतील व्यास) ३०G स्टेनलेस स्टीलच्या सुईमध्ये (धातूची केशिका) सोडले जाते. आकृती २ब मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, बाटलीतील हवेच्या दाबाने पाण्याचा प्रवाह नियंत्रित केला जातो. ही सुई एका टेफ्लॉन कन्सोलवर बसवलेली आहे आणि तिला काउंटर इलेक्ट्रोडपासून एका विशिष्ट अंतरावर हाताने समायोजित करता येते. काउंटर इलेक्ट्रोड ही एक पॉलिश केलेली ॲल्युमिनियमची चकती असून, नमुना घेण्यासाठी तिच्या मध्यभागी एक छिद्र आहे. काउंटर इलेक्ट्रोडच्या खाली एक ॲल्युमिनियमचे सॅम्पलिंग फनेल आहे, जे एका सॅम्पलिंग पोर्टद्वारे (आकृती २ब) उर्वरित प्रायोगिक सेटअपला जोडलेले आहे. सॅम्पलरच्या कार्यात व्यत्यय आणू शकणारा विद्युतभार जमा होणे टाळण्यासाठी, सॅम्पलरचे सर्व घटक विद्युतदृष्ट्या ग्राउंड केलेले आहेत.
(अ) अभियांत्रिकीकृत जल नॅनोसंरचना निर्मिती प्रणाली (EWNS). (ब) सॅम्पलर आणि इलेक्ट्रोस्प्रेचा आडवा छेद, ज्यात सर्वात महत्त्वाचे मापदंड दर्शविले आहेत. (क) जीवाणू निष्क्रिय करण्यासाठी प्रायोगिक मांडणी.
वर वर्णन केलेली EWNS निर्मिती प्रणाली, EWNS गुणधर्मांचे सूक्ष्म समायोजन सुलभ करण्यासाठी मुख्य कार्यकारी मापदंड बदलण्यास सक्षम आहे. EWNS वैशिष्ट्यांचे सूक्ष्म समायोजन करण्यासाठी लागू केलेले व्होल्टेज (V), सुई आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमधील अंतर (L), आणि केशिकेमधून जाणारा पाण्याचा प्रवाह (φ) समायोजित करा. विविध संयोग दर्शवण्यासाठी वापरलेले चिन्ह: [V (kV), L (cm)]. एका विशिष्ट संच [V, L] चा स्थिर टेलर कोन मिळवण्यासाठी पाण्याचा प्रवाह समायोजित करा. या अभ्यासाच्या उद्देशासाठी, काउंटर इलेक्ट्रोडच्या छिद्राचा व्यास (D) 0.5 इंच (1.29 सेमी) ठेवण्यात आला होता.
मर्यादित भूमिती आणि असममितीमुळे, विद्युत क्षेत्राची तीव्रता मूलभूत तत्त्वांनुसार मोजता येत नाही. त्याऐवजी, विद्युत क्षेत्राची गणना करण्यासाठी क्विकफील्ड™ सॉफ्टवेअर (स्वेंडबोर्ग, डेन्मार्क)¹⁹ वापरण्यात आले. विद्युत क्षेत्र एकसमान नसल्यामुळे, विविध रचनांसाठी केशिकेच्या टोकावरील विद्युत क्षेत्राचे मूल्य संदर्भ मूल्य म्हणून वापरण्यात आले.
अभ्यासादरम्यान, टेलर कोन निर्मिती, टेलर कोन स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता आणि पुनरुत्पादकता या संदर्भात व्होल्टेज आणि सुई व काउंटर इलेक्ट्रोडमधील अंतराच्या अनेक संयोजनांचे मूल्यांकन करण्यात आले. विविध संयोजने परिशिष्ट सारणी S1 मध्ये दर्शविली आहेत.
EWNS निर्मिती प्रणालीचे आउटपुट कणांच्या संख्या घनतेच्या मापनासाठी थेट स्कॅनिंग मोबिलिटी पार्टिकल साईझ अॅनालायझर (SMPS, मॉडेल 3936, TSI, शोरव्ह्यू, MN) ला, तसेच एरोसोल फॅराडे इलेक्ट्रोमीटर (TSI, मॉडेल 3068B, शोरव्ह्यू, MN) ला जोडले होते. एरोसोल प्रवाहाचे मापन आमच्या मागील प्रकाशनात वर्णन केल्याप्रमाणे केले गेले. SMPS आणि एरोसोल इलेक्ट्रोमीटर दोन्ही 0.5 L/min च्या प्रवाह दराने नमुना घेत होते (एकूण नमुना प्रवाह 1 L/min). कणांची संख्या घनता आणि एरोसोल प्रवाह 120 सेकंदांसाठी मोजले गेले. हे मापन 30 वेळा पुनरावृत्त केले जाते. प्रवाहाच्या मापनांवर आधारित, एकूण एरोसोल चार्जची गणना केली जाते आणि निवडलेल्या EWNS कणांच्या दिलेल्या एकूण संख्येसाठी सरासरी EWNS चार्जचा अंदाज लावला जातो. EWNS चा सरासरी खर्च समीकरण (1) वापरून मोजला जाऊ शकतो:
येथे IEl म्हणजे मोजलेला विद्युत प्रवाह, NSMPS म्हणजे SMPS ने मोजलेली डिजिटल सांद्रता आणि φEl म्हणजे प्रति इलेक्ट्रोमीटर प्रवाह दर.
सापेक्ष आर्द्रता (RH) पृष्ठभागावरील चार्जवर परिणाम करत असल्यामुळे, प्रयोगादरम्यान तापमान आणि (RH) अनुक्रमे 21°C आणि 45% वर स्थिर ठेवण्यात आले.
ईडब्ल्यूएनएसचा (EWNS) आकार आणि आयुर्मान मोजण्यासाठी ॲटॉमिक फोर्स मायक्रोस्कोपी (AFM), असायलम एमएफपी-३डी (Asylum MFP-3D) (असायलम रिसर्च, सांता बार्बरा, सीए) आणि एसी२६०टी प्रोब (AC260T probe) (ऑलिंपस, टोकियो, जपान) यांचा वापर करण्यात आला. एएफएमची स्कॅनिंग वारंवारता १ हर्ट्झ, स्कॅनिंग क्षेत्र ५ मायक्रॉन × ५ मायक्रॉन आणि २५६ स्कॅन लाईन्स होत्या. असायलम सॉफ्टवेअर वापरून सर्व प्रतिमांचे प्रथम श्रेणी प्रतिमा संरेखन (1st order image alignment) करण्यात आले (मास्क रेंज १०० एनएम, थ्रेशोल्ड १०० मायक्रॉन).
कणांचे एकत्रीकरण आणि अभ्रकाच्या पृष्ठभागावर अनियमित थेंबांची निर्मिती टाळण्यासाठी, चाचणी फनेल काढून टाकण्यात आले आणि अभ्रकाचा पृष्ठभाग काउंटर इलेक्ट्रोडपासून २.० सेमी अंतरावर १२० सेकंदांच्या सरासरी वेळेसाठी ठेवण्यात आला. EWNS थेट ताज्या कापलेल्या अभ्रकाच्या (टेड पेला, रेडिंग, सीए) पृष्ठभागावर फवारण्यात आले. AFM स्पटरिंगनंतर लगेचच अभ्रकाच्या पृष्ठभागाची प्रतिमा. ताज्या कापलेल्या अपरिवर्तित अभ्रकाच्या पृष्ठभागाचा संपर्क कोन ०° च्या जवळ असतो, त्यामुळे EVNS अभ्रकाच्या पृष्ठभागावर घुमटाच्या स्वरूपात वितरित होते. पसरणाऱ्या थेंबांचा व्यास (a) आणि उंची (h) थेट AFM टोपोग्राफीवरून मोजण्यात आले आणि आमच्या पूर्वी प्रमाणित केलेल्या पद्धतीचा वापर करून EWNS च्या घुमटाकार प्रसाराचे आकारमान मोजण्यासाठी वापरण्यात आले. ऑनबोर्ड EWNS चे आकारमान समान आहे असे गृहीत धरून, समीकरण (२) वापरून समतुल्य व्यासाची गणना केली जाऊ शकते:
आमच्या पूर्वी विकसित केलेल्या पद्धतीवर आधारित, EWNS मध्ये अल्पायुषी रॅडिकल इंटरमीडिएटची उपस्थिती शोधण्यासाठी इलेक्ट्रॉन स्पिन रेझोनन्स (ESR) स्पिन ट्रॅपचा वापर करण्यात आला. DEPMPO(5-(डायइथॉक्सीफॉस्फोरिल)-5-मिथाइल-1-पायरोलिन-N-ऑक्साइड) (ऑक्सिस इंटरनॅशनल इंक., पोर्टलँड, ओरेगॉन) च्या 235 mM द्रावणाने भरलेल्या 650 μm मिजेट स्पार्जरमधून (एस ग्लास, वाइनलँड, एनजे) एरोसोल बुडबुडवले गेले. सर्व ESR मापन ब्रुकर EMX स्पेक्ट्रोमीटर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेंट्स इंक., बिलरिका, एमए, यूएसए) आणि फ्लॅट पॅनेल सेल वापरून केले गेले. डेटा गोळा करण्यासाठी आणि त्याचे विश्लेषण करण्यासाठी अक्विझिट सॉफ्टवेअर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेंट्स इंक., बिलरिका, एमए, यूएसए) वापरले गेले. ROS च्या वैशिष्ट्यांचे निर्धारण केवळ [-6.5 kV, 4.0 cm] या ऑपरेटिंग परिस्थितींच्या संचासाठी केले गेले. इम्पॅक्टरमधील EWNS च्या नुकसानीचा हिशोब केल्यानंतर, SMPS वापरून EWNS ची सांद्रता मोजण्यात आली.
205 ड्युअल बीम ओझोन मॉनिटर™ (2B टेक्नॉलॉजीज, बोल्डर, को)8,9,10 वापरून ओझोनच्या पातळीचे निरीक्षण केले गेले.
सर्व EWNS गुणधर्मांसाठी, सरासरी मूल्य हे मापन मूल्य म्हणून आणि मानक विचलन हे मापन त्रुटी म्हणून वापरले जाते. ऑप्टिमाइझ केलेल्या EWNS गुणधर्मांच्या मूल्यांची मूळ EWNS च्या संबंधित मूल्यांशी तुलना करण्यासाठी टी-चाचण्या घेण्यात आल्या.
आकृती २क मध्ये पूर्वी विकसित आणि वैशिष्ट्यीकृत केलेली एक इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेसिपिटेशन (EPES) “पुल” प्रणाली दर्शविली आहे, जी पृष्ठभागावर EWNS च्या लक्ष्यित वितरणासाठी वापरली जाऊ शकते. EPES मध्ये EVNS चार्जेसचा वापर केला जातो, जे एका तीव्र विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली थेट लक्ष्याच्या पृष्ठभागावर “मार्गदर्शित” केले जाऊ शकतात. EPES प्रणालीचे तपशील पिर्गिओटाकिस आणि इतरांच्या अलीकडील प्रकाशनात सादर केले आहेत. ११. अशाप्रकारे, EPES मध्ये निमुळत्या टोकांसह एक ३डी प्रिंटेड पीव्हीसी चेंबर असतो आणि त्याच्या मध्यभागी १५.२४ सेमी अंतरावर दोन समांतर स्टेनलेस स्टील (३०४ स्टेनलेस स्टील, मिरर कोटेड) धातूच्या प्लेट्स असतात. या प्लेट्स एका बाह्य उच्च व्होल्टेज स्रोताला (बर्ट्रान २०५बी-१०आर, स्पेलमन, हॉपाउज, एनवाय) जोडलेल्या होत्या, खालची प्लेट नेहमी पॉझिटिव्ह व्होल्टेजला आणि वरची प्लेट नेहमी ग्राउंडला (फ्लोटिंग ग्राउंड) जोडलेली होती. कणांचे नुकसान टाळण्यासाठी चेंबरच्या भिंती ॲल्युमिनियम फॉइलने झाकलेल्या आहेत, जे विद्युतदृष्ट्या ग्राउंड केलेले आहे. चेंबरला एक सीलबंद समोरचा दरवाजा आहे, ज्यामुळे चाचणी पृष्ठभाग प्लास्टिकच्या स्टँडवर ठेवता येतात. हे स्टँड त्यांना खालच्या धातूच्या प्लेटपेक्षा वर उचलतात, ज्यामुळे उच्च व्होल्टेजचा व्यत्यय टाळता येतो.
पूरक आकृती S111 मध्ये तपशीलवार वर्णन केलेल्या पूर्वी विकसित केलेल्या प्रोटोकॉलनुसार EPES मध्ये EWNS च्या निक्षेपण कार्यक्षमतेची गणना करण्यात आली.
नियंत्रण कक्ष म्हणून, दुसरा दंडगोलाकार प्रवाह कक्ष EPES प्रणालीला मालिकेत जोडण्यात आला होता, ज्यामध्ये EWNS काढून टाकण्यासाठी एक मध्यवर्ती HEPA फिल्टर वापरण्यात आला. आकृती 2c मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, EWNS एरोसोल दोन अंगभूत कक्षांमधून पंप करण्यात आला. नियंत्रण कक्ष आणि EPES मधील फिल्टर उर्वरित EWNS काढून टाकतो, ज्यामुळे तापमान (T), सापेक्ष आर्द्रता (RH) आणि ओझोनची पातळी समान राहते.
ताजे अन्न दूषित करणारे महत्त्वाचे अन्नजन्य सूक्ष्मजीव आढळले आहेत जसे की ई. कोलाय (ATCC #27325), विष्ठेचा सूचक, साल्मोनेला एंटेरिका (ATCC #53647), अन्नजन्य रोगकारक, लिस्टेरिया हार्मलेस (ATCC #33090), रोगकारक लिस्टेरिया मोनोसाइटोजेन्सचा पर्याय, जो ATCC (मनासास, VA) पासून मिळवला जातो, सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसिया (ATCC #4098), जो अन्न खराब करणाऱ्या यीस्टचा पर्याय आहे, आणि एक अधिक प्रतिरोधक निष्क्रिय जिवाणू, मायकोबॅक्टेरियम पॅरालकी (ATCC #19686).
तुमच्या स्थानिक बाजारातून सेंद्रिय द्राक्ष टोमॅटोचे कोणतेही बॉक्स खरेदी करा आणि वापरापर्यंत (३ दिवसांपर्यंत) ४°C तापमानावर रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवा. प्रयोगासाठी वापरलेले टोमॅटो सर्व एकाच आकाराचे, सुमारे १/२ इंच व्यासाचे होते.
कल्चर, इनोक्युलेशन, एक्सपोजर आणि कॉलनी काउंट प्रोटोकॉल आमच्या मागील प्रकाशनात आणि सप्लिमेंटरी डेटामध्ये तपशीलवार दिले आहेत. EWNS ची परिणामकारकता तपासण्यासाठी, इनोक्युलेटेड टोमॅटोंना ४५ मिनिटांसाठी ४०,००० #/cm³ इतक्या तीव्रतेच्या संपर्कात ठेवण्यात आले. थोडक्यात, t = ० मिनिट या वेळी जिवंत असलेल्या सूक्ष्मजीवांचे मूल्यांकन करण्यासाठी तीन टोमॅटो वापरण्यात आले. तीन टोमॅटो EPES मध्ये ठेवून त्यांना ४०,००० #/cc तीव्रतेच्या EWNS च्या संपर्कात ठेवण्यात आले (EWNS च्या संपर्कात आलेले टोमॅटो) आणि उरलेले तीन कंट्रोल चेंबरमध्ये ठेवण्यात आले (कंट्रोल टोमॅटो). दोन्ही गटांतील टोमॅटोंवर कोणतीही अतिरिक्त प्रक्रिया करण्यात आली नाही. EWNS चा परिणाम तपासण्यासाठी, ४५ मिनिटांनंतर EWNS च्या संपर्कात आलेले टोमॅटो आणि कंट्रोल टोमॅटो बाहेर काढण्यात आले.
प्रत्येक प्रयोग तीन वेळा करण्यात आला. पूरक माहितीमध्ये वर्णन केलेल्या कार्यपद्धतीनुसार माहितीचे विश्लेषण करण्यात आले.
निष्क्रियीकरण यंत्रणांचे मूल्यांकन, उघड्यावर ठेवलेल्या EWNS नमुन्यांच्या (४०,००० #/cm³ EWNS एरोसोल सांद्रतेवर ४५ मिनिटे) आणि निरुपद्रवी जीवाणू ई. कोलाय, साल्मोनेला एंटेरिका व लॅक्टोबॅसिलसच्या अविकिरणित नमुन्यांच्या अवसादनाद्वारे करण्यात आले. हे कण खोलीच्या तापमानावर २ तासांसाठी ०.१ M सोडियम कॅकोडायलेट बफर (pH ७.४) मधील २.५% ग्लुटाराल्डिहाइड, १.२५% पॅराफॉर्मल्डिहाइड आणि ०.०३% पिक्रिक ॲसिडमध्ये स्थिर करण्यात आले. धुतल्यानंतर, १% ऑस्मियम टेट्रॉक्साइड (OsO₄)/१.५% पोटॅशियम फेरोसायनाइड (KFeCN₆) वापरून २ तासांसाठी पोस्ट-फिक्सिंग करण्यात आले, पाण्यात ३ वेळा धुऊन १% युरॅनिल ॲसिटेटमध्ये १ तासासाठी इनक्युबेट करण्यात आले, त्यानंतर पाण्यात दोनदा धुऊन, ५०%, ७०%, ९०%, १००% अल्कोहोलमध्ये १० मिनिटांसाठी निर्जलीकरण करण्यात आले. नंतर नमुने १ तासासाठी प्रोपिलीन ऑक्साईडमध्ये ठेवण्यात आले आणि प्रोपिलीन ऑक्साईड व टीएएबी इपॉन (मॅरिव्हॅक कॅनडा इंक. सेंट लॉरेंट, सीए) यांच्या १:१ मिश्रणाने भिजवण्यात आले. नमुने टीएएबी इपॉनमध्ये एम्बेड करण्यात आले आणि ६०°C तापमानावर ४८ तासांसाठी पॉलिमराइझ करण्यात आले. क्युअर झालेला दाणेदार रेझिन कापण्यात आला आणि एएमटी २के सीसीडी कॅमेरा (ॲडव्हान्स्ड मायक्रोस्कोपी टेक्निक्स, कॉर्प., वोबर्न, मॅसॅच्युसेट्स, यूएसए) असलेल्या जेओएल १२००ईएक्स (जेओएल, टोकियो, जपान) या पारंपरिक ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपचा वापर करून टीईएमद्वारे त्याचे निरीक्षण करण्यात आले.
सर्व प्रयोग तीन वेळा करण्यात आले. प्रत्येक वेळेच्या टप्प्यासाठी, जिवाणूंचे नमुने तीन वेळा पेरण्यात आले, ज्यामुळे प्रत्येक टप्प्यासाठी एकूण नऊ डेटा पॉइंट्स मिळाले. या डेटा पॉइंट्सची सरासरी त्या विशिष्ट सूक्ष्मजीवासाठी जिवाणूंची संहती म्हणून वापरण्यात आली. प्रमाणित विचलन हे मापनातील त्रुटी म्हणून वापरण्यात आले. सर्व पॉइंट्स ग्राह्य धरले जातात.
t = 0 मिनिटांच्या तुलनेत जिवाणूंच्या सांद्रतेतील घटीचा लॉगरिथम खालील सूत्राचा वापर करून काढण्यात आला:
येथे C0 म्हणजे नियंत्रण नमुन्यातील बॅक्टेरियाची वेळ 0 (म्हणजे पृष्ठभाग सुकल्यानंतर परंतु चेंबरमध्ये ठेवण्यापूर्वी) असलेली एकाग्रता आहे आणि Cn म्हणजे n मिनिटांच्या संपर्कात आल्यानंतर पृष्ठभागावरील बॅक्टेरियाची एकाग्रता आहे.
४५ मिनिटांच्या संपर्कादरम्यान जीवाणूंचा होणारा नैसर्गिक ऱ्हास विचारात घेण्यासाठी, ४५ मिनिटांनंतर नियंत्रणाच्या तुलनेत झालेली लॉग घट खालीलप्रमाणे मोजण्यात आली:
येथे Cn म्हणजे n वेळेस नियंत्रण नमुन्यातील जिवाणूंची सांद्रता आणि Cn-Control म्हणजे n वेळेस नियंत्रण जिवाणूंची सांद्रता आहे. डेटा नियंत्रणाच्या तुलनेत (EWNS संपर्काशिवाय) लॉग घट म्हणून सादर केला आहे.
अभ्यासादरम्यान, टेलर कोन निर्मिती, टेलर कोन स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता आणि पुनरुत्पादकता या संदर्भात व्होल्टेज आणि सुई व काउंटर इलेक्ट्रोडमधील अंतराच्या अनेक संयोजनांचे मूल्यांकन करण्यात आले. विविध संयोजने पूरक सारणी S1 मध्ये दर्शविली आहेत. स्थिर आणि पुनरुत्पादक गुणधर्म (टेलर कोन, EWNS निर्मिती आणि कालांतराने स्थिरता) दर्शविणारी दोन प्रकरणे सखोल अभ्यासासाठी निवडण्यात आली. आकृती ३ मध्ये दोन्ही प्रकरणांमधील चार्ज, आकार आणि ROS च्या प्रमाणाचे परिणाम दर्शविले आहेत. हे परिणाम सारणी १ मध्ये देखील सारांशित केले आहेत. संदर्भासाठी, आकृती ३ आणि सारणी १ या दोन्हींमध्ये पूर्वी संश्लेषित केलेल्या नॉन-ऑप्टिमाइझ्ड EWNS8, 9, 10, 11 (बेसलाइन-EWNS) चे गुणधर्म समाविष्ट आहेत. टू-टेल्ड टी-टेस्ट वापरून केलेल्या सांख्यिकीय महत्त्वपूर्णतेच्या गणना पूरक सारणी S2 मध्ये पुन्हा प्रकाशित केल्या आहेत. याव्यतिरिक्त, अतिरिक्त डेटामध्ये काउंटर इलेक्ट्रोड सॅम्पलिंग होलचा व्यास (D) आणि ग्राउंड इलेक्ट्रोड व टीपमधील अंतर (L) यांच्या परिणामाचा अभ्यास समाविष्ट आहे (पूरक आकृत्या S2 आणि S3).
(अक) एएफएम द्वारे मोजलेले आकार वितरण. (डफ) पृष्ठभागावरील विद्युत प्रभाराचे वैशिष्ट्य. (ग) ईपीआरचे आरओएस वैशिष्ट्यीकरण.
हे देखील लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की, वरील सर्व परिस्थितींमध्ये, मोजलेला आयनीकरण प्रवाह २ ते ६ μA दरम्यान आणि व्होल्टेज -३.८ ते -६.५ kV दरम्यान होता, ज्यामुळे या एका EWNS निर्मिती संपर्क मॉड्यूलसाठी वीज वापर ५० mW पेक्षा कमी होता. जरी EWNS चे संश्लेषण उच्च दाबाखाली केले गेले असले तरी, ओझोनची पातळी खूप कमी होती, जी कधीही ६० ppb पेक्षा जास्त झाली नाही.
पूरक आकृती S4 मध्ये अनुक्रमे [-6.5 kV, 4.0 cm] आणि [-3.8 kV, 0.5 cm] या परिस्थितींसाठी सिम्युलेटेड विद्युत क्षेत्रे दर्शविली आहेत. [-6.5 kV, 4.0 cm] आणि [-3.8 kV, 0.5 cm] या परिस्थितींसाठी, क्षेत्राची गणना अनुक्रमे 2 × 10⁵ V/m आणि 4.7 × 10⁵ V/m आहे. हे अपेक्षित आहे, कारण दुसऱ्या परिस्थितीत व्होल्टेज-अंतराचे गुणोत्तर खूप जास्त आहे.
आकृती ३अ,ब मध्ये AFM8 ने मोजलेला EWNS व्यास दाखवला आहे. [-६.५ kV, ४.० cm] आणि [-३.८ kV, ०.५ cm] या योजनांसाठी, गणना केलेले सरासरी EWNS व्यास अनुक्रमे २७ nm आणि १९ nm होते. [-६.५ kV, ४.० cm] आणि [-३.८ kV, ०.५ cm] या परिस्थितींसाठी, वितरणाचे भौमितिक मानक विचलन अनुक्रमे १.४१ आणि १.४५ आहे, जे एक अरुंद आकार वितरण दर्शवते. सरासरी आकार आणि भौमितिक मानक विचलन दोन्ही, अनुक्रमे २५ nm आणि १.४१, हे बेसलाइन EWNS च्या खूप जवळ आहेत. आकृती ३क मध्ये, त्याच परिस्थितीत आणि त्याच पद्धतीने मोजलेल्या मूळ EWNS चे आकार वितरण दाखवले आहे.
आकृती ३d,e मध्ये चार्ज कॅरॅक्टरायझेशनचे परिणाम दाखवले आहेत. हा डेटा कॉन्सन्ट्रेशन (#/cm3) आणि करंट (I) च्या एकाच वेळी घेतलेल्या ३० मोजमापांची सरासरी आहे. विश्लेषणानुसार, EWNS वरील सरासरी चार्ज [-6.5 kV, 4.0 cm] साठी २२ ± ६ e- आणि [-3.8 kV, 0.5 cm] साठी ४४ ± ६ e- आहे. बेसलाइन EWNS (१० ± २ e-) च्या तुलनेत त्यांच्या पृष्ठभागावर लक्षणीयरीत्या जास्त चार्ज आहे, जो [-6.5 kV, 4.0 cm] परिस्थितीपेक्षा दुप्पट आणि [-3.8 kV, 0.5 cm] परिस्थितीपेक्षा चौपट जास्त आहे. आकृती ३f मध्ये बेसलाइन-EWNS साठी चार्ज डेटा दाखवला आहे.
EWNS संख्येच्या सांद्रता नकाशांवरून (पूरक आकृत्या S5 आणि S6), असे दिसून येते की [-6.5 kV, 4.0 cm] परिस्थितीत [-3.8 kV, 0.5 cm] परिस्थितीपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त कण आहेत. हे देखील लक्षात घेण्यासारखे आहे की EWNS संख्या सांद्रतेचे ४ तासांपर्यंत निरीक्षण केले गेले (पूरक आकृत्या S5 आणि S6), ज्यामध्ये EWNS निर्मितीच्या स्थिरतेने दोन्ही प्रकरणांमध्ये कण संख्या सांद्रतेची समान पातळी दर्शविली.
आकृती ३g मध्ये [-६.५ kV, ४.० cm] येथील ऑप्टिमाइझ्ड EWNS कंट्रोल (बॅकग्राउंड) वजा केल्यानंतरचा EPR स्पेक्ट्रम दाखवला आहे. ROS स्पेक्ट्रमची तुलना पूर्वी प्रकाशित झालेल्या एका कामातील बेसलाइन-EWNS परिस्थितीशी देखील करण्यात आली. स्पिन ट्रॅप्ससोबत अभिक्रिया करणाऱ्या EWNS ची संख्या ७.५ × १०⁴ EWNS/s इतकी मोजण्यात आली, जी पूर्वी प्रकाशित झालेल्या बेसलाइन-EWNS⁸ शी मिळतीजुळती आहे. EPR स्पेक्ट्रमने दोन प्रकारच्या ROS ची उपस्थिती स्पष्टपणे दर्शवली, ज्यात O²⁻ ही प्रमुख प्रजाती होती आणि OH• कमी प्रमाणात होती. याव्यतिरिक्त, पीक तीव्रतेच्या थेट तुलनेवरून असे दिसून आले की, बेसलाइन EWNS च्या तुलनेत ऑप्टिमाइझ्ड EWNS मध्ये ROS चे प्रमाण लक्षणीयरीत्या जास्त होते.
आकृती ४ मध्ये EPES मध्ये EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता दर्शविली आहे. हा डेटा तक्ता I मध्ये सारांशित केला आहे आणि मूळ EWNS डेटाशी त्याची तुलना केली आहे. EUNS च्या दोन्ही बाबतीत, ३.० kV च्या कमी व्होल्टेजवरही निक्षेपण जवळजवळ १००% आहे. सामान्यतः, पृष्ठभागावरील चार्जमधील बदलाची पर्वा न करता, १००% निक्षेपणासाठी ३.० kV पुरेसे आहे. त्याच परिस्थितीत, बेसलाइन-EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता त्यांच्या कमी चार्जमुळे (सरासरी १० इलेक्ट्रॉन प्रति EWNS) केवळ ५६% होती.
आकृती ५ आणि तक्ता २ मध्ये, टोमॅटोच्या पृष्ठभागावर संरोपित केलेल्या सूक्ष्मजीवांना इष्टतम मोड [-६.५ kV, ४.० cm] वर ४५ मिनिटांसाठी सुमारे ४०,००० #/cm³ EWNS च्या संपर्कात ठेवल्यानंतर त्यांच्या निष्क्रियतेचे मूल्य सारांशित केले आहे. संरोपित ई. कोलाय आणि लॅक्टोबॅसिलस इनोकुअसमध्ये ४५ मिनिटांच्या संपर्कादरम्यान ३.८ लॉगची लक्षणीय घट दिसून आली. त्याच परिस्थितीत, एस. एंटेरिकाच्या संख्येत २.२-लॉग घट झाली, तर एस. सेरेव्हिसिया आणि एम. पॅराफोर्टुटमच्या संख्येत १.०-लॉग घट झाली.
इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ (आकृती ६) मध्ये EWNS मुळे निरुपद्रवी एशेरिकिया कोलाय, स्ट्रेप्टोकोकस आणि लॅक्टोबॅसिलस पेशींमध्ये होणारे भौतिक बदल दर्शविले आहेत, ज्यामुळे त्या निष्क्रिय होतात. नियंत्रण गटातील जीवाणूंचे पेशीपटल अखंड होते, तर संपर्कात आलेल्या जीवाणूंचे बाह्यपटल खराब झाले होते.
नियंत्रित आणि उघड्यावर ठेवलेल्या जीवाणूंच्या इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकीय प्रतिरूपणातून त्यांच्या पटलाचे नुकसान झाल्याचे दिसून आले.
ऑप्टिमाइझ केलेल्या EWNS च्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांवरील डेटा एकत्रितपणे दर्शवितो की, पूर्वी प्रकाशित झालेल्या EWNS बेसलाइन डेटा8,9,10,11 च्या तुलनेत EWNS चे गुणधर्म (पृष्ठभागावरील चार्ज आणि ROS सामग्री) लक्षणीयरीत्या सुधारले आहेत. दुसरीकडे, त्यांचा आकार नॅनोमीटर श्रेणीतच राहिला, जो पूर्वी नोंदवलेल्या परिणामांसारखाच आहे, ज्यामुळे ते दीर्घ काळासाठी हवेत राहू शकतात. निरीक्षित पॉलिडिस्पर्सिटीचे स्पष्टीकरण EWNS चा आकार निश्चित करणाऱ्या पृष्ठभागावरील चार्जमधील बदल, रेले परिणामाची यादृच्छिकता आणि संभाव्य एकत्रीकरण यांद्वारे दिले जाऊ शकते. तथापि, नील्सन आणि इतरांनी 22 तपशीलवार सांगितल्याप्रमाणे, उच्च पृष्ठभागावरील चार्ज पाण्याच्या थेंबाची पृष्ठ ऊर्जा/तणाव प्रभावीपणे वाढवून बाष्पीभवन कमी करतो. आमच्या मागील प्रकाशनात8, हा सिद्धांत सूक्ष्म थेंबांसाठी 22 आणि EWNS साठी प्रायोगिकरित्या सिद्ध झाला होता. कालांतराने चार्ज कमी झाल्याने देखील आकारावर परिणाम होऊ शकतो आणि निरीक्षित आकार वितरणात योगदान देऊ शकतो.
याव्यतिरिक्त, परिस्थितीनुसार प्रत्येक संरचनेवरील प्रभार सुमारे 22-44 e- असतो, जो मूलभूत EWNS च्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त आहे, ज्यामध्ये प्रत्येक संरचनेवर सरासरी 10 ± 2 इलेक्ट्रॉनचा प्रभार असतो. तथापि, हे लक्षात घेतले पाहिजे की हा EWNS चा सरासरी प्रभार आहे. सेतो आणि इतरांनी दाखवून दिले आहे की हा प्रभार विषम आहे आणि लॉग-नॉर्मल वितरणाचे अनुसरण करतो²¹. आमच्या मागील कामाच्या तुलनेत, पृष्ठभागावरील प्रभार दुप्पट केल्याने EPES प्रणालीमध्ये निक्षेपण कार्यक्षमता दुप्पट होऊन जवळजवळ 100% होते¹¹.