Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीला मर्यादित CSS सपोर्ट आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अपडेटेड ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कंपॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). दरम्यान, सतत सपोर्ट सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही साइटला स्टाईल आणि जावास्क्रिप्टशिवाय रेंडर करू.
अलिकडेच, कृत्रिम पाण्याच्या नॅनोस्ट्रक्चर्स (EWNS) वापरून नॅनोटेक्नॉलॉजीवर आधारित एक रसायनमुक्त अँटीमायक्रोबियल प्लॅटफॉर्म विकसित करण्यात आला आहे. EWNS मध्ये उच्च पृष्ठभाग चार्ज असतो आणि ते रिअ‍ॅक्टिव्ह ऑक्सिजन प्रजाती (ROS) ने भरलेले असतात जे अन्नजन्य रोगजनकांसह अनेक सूक्ष्मजीवांशी संवाद साधू शकतात आणि निष्क्रिय करू शकतात. येथे असे दर्शविले आहे की संश्लेषणादरम्यान त्यांचे गुणधर्म सूक्ष्मजीवविरोधी क्षमता वाढविण्यासाठी बारीक-ट्यून आणि ऑप्टिमाइझ केले जाऊ शकतात. EWNS प्रयोगशाळेचे प्लॅटफॉर्म संश्लेषण पॅरामीटर्स बदलून EWNS च्या गुणधर्मांना बारीक-ट्यून करण्यासाठी डिझाइन केले गेले होते. आधुनिक विश्लेषणात्मक पद्धतींचा वापर करून EWNS गुणधर्मांचे (आरओएसचे चार्ज, आकार आणि सामग्री) वैशिष्ट्यीकरण. याव्यतिरिक्त, एस्चेरिचिया कोलाई, साल्मोनेला एन्टरिका, लिस्टेरिया निरुपद्रवी, मायकोबॅक्टेरियम पॅराअक्सिडेंटम आणि सॅकॅरोमायसेस सेरेव्हिसिया सारख्या अन्नजन्य सूक्ष्मजीवांविरुद्ध त्यांच्या सूक्ष्मजीव निष्क्रियतेच्या क्षमतेसाठी त्यांचे मूल्यांकन केले गेले. येथे सादर केलेले निकाल दर्शवितात की संश्लेषणादरम्यान EWNS चे गुणधर्म बारीक-ट्यून केले जाऊ शकतात, परिणामी निष्क्रियतेच्या कार्यक्षमतेत घातांकीय वाढ होते. विशेषतः, पृष्ठभागावरील चार्ज चार पट वाढला आणि प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती वाढल्या. सूक्ष्मजीव काढून टाकण्याचा दर सूक्ष्मजीवांवर अवलंबून होता आणि 40,000 #/cc EWNS च्या एरोसोल डोसच्या 45 मिनिटांच्या संपर्कानंतर 1.0 ते 3.8 लॉग पर्यंत होता.
सूक्ष्मजीव दूषित होणे हे रोगजनकांच्या किंवा त्यांच्या विषारी पदार्थांच्या सेवनामुळे होणाऱ्या अन्नजन्य आजाराचे मुख्य कारण आहे. एकट्या युनायटेड स्टेट्समध्ये, अन्नजन्य आजारामुळे दरवर्षी सुमारे ७६ दशलक्ष आजार होतात, ३२५,००० रुग्णालयात दाखल होतात आणि ५,००० मृत्यू होतात. याव्यतिरिक्त, युनायटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ अॅग्रीकल्चर (USDA) चा अंदाज आहे की ताज्या उत्पादनांचा वाढता वापर युनायटेड स्टेट्समध्ये नोंदवलेल्या सर्व अन्नजन्य आजारांपैकी ४८% साठी जबाबदार आहे. युनायटेड स्टेट्समध्ये अन्नजन्य रोगजनकांमुळे होणारे रोग आणि मृत्यूचा खर्च खूप जास्त आहे, असा अंदाज रोग नियंत्रण आणि प्रतिबंध केंद्रे (CDC) ने दरवर्षी १५.६ अब्ज अमेरिकन डॉलर्सपेक्षा जास्त असल्याचे अनुमान केले आहे.
सध्या, अन्न सुरक्षा सुनिश्चित करण्यासाठी रासायनिक, रेडिएशन आणि थर्मल अँटीमायक्रोबियल हस्तक्षेप हे बहुतेकदा उत्पादन साखळीतील मर्यादित गंभीर नियंत्रण बिंदूंवर (CCPs) (सामान्यतः कापणीनंतर आणि/किंवा पॅकेजिंग दरम्यान) सतत करण्याऐवजी केले जातात. त्यामुळे, ते क्रॉस-दूषित होण्याची शक्यता असते. ७. अन्नजन्य आजार आणि अन्न खराब होण्याचे चांगले नियंत्रण करण्यासाठी अँटीमायक्रोबियल हस्तक्षेप आवश्यक आहेत जे पर्यावरणीय प्रभाव आणि खर्च कमी करताना शेती ते टेबल सातत्य मध्ये लागू केले जाऊ शकतात.
अलिकडेच, एक रसायनमुक्त, नॅनोटेक्नॉलॉजी-आधारित अँटीमायक्रोबियल प्लॅटफॉर्म विकसित करण्यात आला आहे जो कृत्रिम पाण्याच्या नॅनोस्ट्रक्चर्स (EWNS) वापरून पृष्ठभागावरील आणि हवेतील जीवाणूंना निष्क्रिय करू शकतो. इलेक्ट्रोस्प्रे आणि वॉटर आयनीकरण (आकृती 1a) या दोन समांतर प्रक्रिया वापरून EWNS चे संश्लेषण केले गेले. मागील अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की EWNS मध्ये भौतिक आणि जैविक गुणधर्मांचा एक अद्वितीय संच आहे8,9,10. EWNS मध्ये प्रत्येक संरचनेसाठी सरासरी 10 इलेक्ट्रॉन असतात आणि सरासरी नॅनोस्केल आकार 25 nm असतो (आकृती 1b,c)8,9,10. याव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रॉन स्पिन रेझोनान्स (ESR) ने दर्शविले की EWNS मध्ये मोठ्या प्रमाणात प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS) असतात, प्रामुख्याने हायड्रॉक्सिल (OH•) आणि सुपरऑक्साइड (O2-) रेडिकल (आकृती 1c)8. EVNS बराच काळ हवेत असतो आणि हवेत लटकलेल्या आणि पृष्ठभागावर उपस्थित असलेल्या सूक्ष्मजीवांशी टक्कर देऊ शकतो, त्यांचे ROS पेलोड वितरीत करू शकतो आणि सूक्ष्मजीवांना निष्क्रिय करू शकतो (आकृती 1d). या सुरुवातीच्या अभ्यासातून असेही दिसून आले की EWNS पृष्ठभागावर आणि हवेत मायकोबॅक्टेरियासह विविध ग्राम-नकारात्मक आणि ग्राम-पॉझिटिव्ह बॅक्टेरियाशी संवाद साधू शकते आणि त्यांना निष्क्रिय करू शकते. ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीने दर्शविले की निष्क्रियता पेशी पडद्याच्या व्यत्ययामुळे होते. याव्यतिरिक्त, तीव्र इनहेलेशन अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की EWNS च्या उच्च डोसमुळे फुफ्फुसांचे नुकसान किंवा जळजळ होत नाही 8.
(अ) द्रव असलेल्या केशिका नळी आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमध्ये उच्च व्होल्टेज लागू केल्यावर इलेक्ट्रोस्प्रे होतो. (ब) उच्च दाबाच्या वापरामुळे दोन वेगवेगळ्या घटना घडतात: (i) पाण्याचे इलेक्ट्रोस्प्रेइंग आणि (ii) EWNS मध्ये अडकलेल्या प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (आयन) तयार होणे. (c) EWNS ची अद्वितीय रचना. (d) त्यांच्या नॅनोस्केल स्वरूपामुळे, EWNS अत्यंत गतिमान असतात आणि हवेतील रोगजनकांशी संवाद साधू शकतात.
ताज्या अन्नाच्या पृष्ठभागावर अन्नजन्य सूक्ष्मजीवांना निष्क्रिय करण्यासाठी EWNS अँटीमायक्रोबियल प्लॅटफॉर्मची क्षमता देखील अलीकडेच सिद्ध झाली आहे. हे देखील सिद्ध झाले आहे की विद्युत क्षेत्रासह एकत्रितपणे EWNS च्या पृष्ठभागावरील चार्जचा वापर लक्ष्यित वितरण साध्य करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. शिवाय, सुमारे 50,000 #/cm3 च्या EWNS वर 90 मिनिटांच्या प्रदर्शनानंतर सेंद्रिय टोमॅटोसाठी प्राथमिक निकाल उत्साहवर्धक होते, ज्यामध्ये E. coli आणि Listeria 11 सारख्या विविध अन्नजन्य सूक्ष्मजीवांचे निरीक्षण केले गेले. याव्यतिरिक्त, प्राथमिक ऑर्गनोलेप्टिक चाचण्यांमध्ये नियंत्रण टोमॅटोच्या तुलनेत कोणतेही संवेदी प्रभाव दिसून आले नाहीत. जरी हे प्रारंभिक निष्क्रियता परिणाम 50,000 #/cc च्या अगदी कमी EWNS डोसवर देखील अन्न सुरक्षा अनुप्रयोगांसाठी उत्साहवर्धक आहेत. पहा, हे स्पष्ट आहे की संसर्ग आणि खराब होण्याचा धोका कमी करण्यासाठी उच्च निष्क्रियता क्षमता अधिक फायदेशीर ठरेल.
येथे, आम्ही EWNS जनरेशन प्लॅटफॉर्मच्या विकासावर आमचे संशोधन केंद्रित करू जेणेकरून संश्लेषण पॅरामीटर्सचे बारीक ट्यूनिंग आणि EWNS च्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांचे ऑप्टिमायझेशन शक्य होईल जेणेकरून त्यांची जीवाणूरोधी क्षमता वाढेल. विशेषतः, ऑप्टिमायझेशनने त्यांचे पृष्ठभाग शुल्क (लक्ष्यित वितरण सुधारण्यासाठी) आणि ROS सामग्री (निष्क्रियता कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी) वाढविण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे. आधुनिक विश्लेषणात्मक पद्धती वापरून ऑप्टिमाइझ केलेले भौतिक-रासायनिक गुणधर्म (आकार, चार्ज आणि ROS सामग्री) वैशिष्ट्यीकृत करा आणि E. सारख्या सामान्य अन्न सूक्ष्मजीवांचा वापर करा.
उच्च शुद्धतेच्या पाण्याचे (१८ MΩ सेमी–१) एकाच वेळी इलेक्ट्रोस्प्रेइंग आणि आयनीकरण करून EVNS चे संश्लेषण केले गेले. इलेक्ट्रिक नेब्युलायझर १२ हे सामान्यतः द्रवांचे अणुकरण आणि नियंत्रित आकाराचे पॉलिमर आणि सिरेमिक कण १३ आणि तंतू १४ च्या संश्लेषणासाठी वापरले जाते.
मागील प्रकाशन 8, 9, 10, 11 मध्ये तपशीलवार सांगितल्याप्रमाणे, एका सामान्य प्रयोगात, धातूच्या केशिका आणि ग्राउंडेड काउंटर इलेक्ट्रोडमध्ये उच्च व्होल्टेज लागू केले गेले. या प्रक्रियेदरम्यान, दोन भिन्न घटना घडतात: i) इलेक्ट्रोस्प्रे आणि ii) पाण्याचे आयनीकरण. दोन इलेक्ट्रोडमधील एक मजबूत विद्युत क्षेत्र घनरूप पाण्याच्या पृष्ठभागावर नकारात्मक शुल्क तयार करण्यास कारणीभूत ठरते, ज्यामुळे टेलर शंकू तयार होतात. परिणामी, उच्च चार्ज केलेले पाण्याचे थेंब तयार होतात, जे रेले सिद्धांत 16 प्रमाणे लहान कणांमध्ये विभाजित होत राहतात. त्याच वेळी, मजबूत विद्युत क्षेत्रांमुळे काही पाण्याचे रेणू विभाजित होतात आणि इलेक्ट्रॉन काढून टाकतात (आयनीकरण), ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS)17 तयार होतात. एकाच वेळी तयार केलेले ROS18 EWNS मध्ये कॅप्सूल केले गेले (आकृती 1c).
आकृती २अ मध्ये या अभ्यासात EWNS संश्लेषणात विकसित आणि वापरलेली EWNS जनरेशन सिस्टम दाखवली आहे. बंद बाटलीत साठवलेले शुद्ध पाणी टेफ्लॉन ट्यूब (२ मिमी आतील व्यास) द्वारे ३०G स्टेनलेस स्टील सुई (धातूची केशिका) मध्ये टाकले गेले. आकृती २ब मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, पाण्याचा प्रवाह बाटलीतील हवेच्या दाबाने नियंत्रित केला जातो. सुई टेफ्लॉन कन्सोलवर बसवली जाते आणि काउंटर इलेक्ट्रोडपासून एका विशिष्ट अंतरावर मॅन्युअली समायोजित केली जाऊ शकते. काउंटर इलेक्ट्रोड हा एक पॉलिश केलेला अॅल्युमिनियम डिस्क आहे ज्यामध्ये सॅम्पलिंगसाठी मध्यभागी एक छिद्र आहे. काउंटर इलेक्ट्रोडच्या खाली एक अॅल्युमिनियम सॅम्पलिंग फनेल आहे, जो सॅम्पलिंग पोर्टद्वारे उर्वरित प्रायोगिक सेटअपशी जोडलेला आहे (आकृती २ब). सॅम्पलर ऑपरेशनमध्ये व्यत्यय आणू शकणारे चार्ज बिल्ड-अप टाळण्यासाठी, सर्व सॅम्पलर घटक इलेक्ट्रिकली ग्राउंड केले जातात.
(अ) इंजिनिअर्ड वॉटर नॅनोस्ट्रक्चर जनरेशन सिस्टम (EWNS). (ब) सॅम्पलर आणि इलेक्ट्रोस्प्रेचा क्रॉस-सेक्शन, सर्वात महत्वाचे पॅरामीटर्स दर्शवितो. (क) बॅक्टेरिया निष्क्रियतेसाठी प्रायोगिक सेटअप.
वर वर्णन केलेली EWNS जनरेशन सिस्टम EWNS गुणधर्मांचे बारीक ट्यूनिंग सुलभ करण्यासाठी प्रमुख ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स बदलण्यास सक्षम आहे. EWNS वैशिष्ट्ये बारीक-ट्यून करण्यासाठी लागू केलेला व्होल्टेज (V), सुई आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमधील अंतर (L) आणि केशिकामधून पाण्याचा प्रवाह (φ) समायोजित करा. वेगवेगळ्या संयोजनांचे प्रतिनिधित्व करण्यासाठी वापरले जाणारे चिन्ह: [V (kV), L (सेमी)]. एका विशिष्ट संचाचा स्थिर टेलर शंकू मिळविण्यासाठी पाण्याचा प्रवाह समायोजित करा [V, L]. या अभ्यासाच्या उद्देशाने, काउंटर इलेक्ट्रोड (D) चा छिद्र व्यास 0.5 इंच (1.29 सेमी) ठेवण्यात आला होता.
मर्यादित भूमिती आणि विषमतेमुळे, विद्युत क्षेत्राची ताकद पहिल्या तत्त्वांवरून मोजता येत नाही. त्याऐवजी, विद्युत क्षेत्राची गणना करण्यासाठी QuickField™ सॉफ्टवेअर (Svendborg, Denmark)19 वापरण्यात आले. विद्युत क्षेत्र एकसमान नाही, म्हणून केशिकाच्या टोकावरील विद्युत क्षेत्राचे मूल्य विविध कॉन्फिगरेशनसाठी संदर्भ मूल्य म्हणून वापरले गेले.
अभ्यासादरम्यान, टेलर शंकू निर्मिती, टेलर शंकू स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता आणि पुनरुत्पादनक्षमता या दृष्टीने व्होल्टेज आणि सुई आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमधील अंतराचे अनेक संयोजन मूल्यांकन केले गेले. पूरक तक्ता S1 मध्ये विविध संयोजने दर्शविली आहेत.
EWNS जनरेशन सिस्टमचे आउटपुट कण संख्या एकाग्रता मोजण्यासाठी स्कॅनिंग मोबिलिटी पार्टिकल साईज अॅनालायझर (SMPS, मॉडेल 3936, TSI, शोरव्ह्यू, MN) शी थेट जोडलेले होते, तसेच एरोसोल करंट्ससाठी एरोसोल फॅराडे इलेक्ट्रोमीटर (TSI, मॉडेल 3068B, शोरव्ह्यू, MN) शी जोडलेले होते. आमच्या मागील प्रकाशनात वर्णन केल्याप्रमाणे मोजले गेले. SMPS आणि एरोसोल इलेक्ट्रोमीटर दोन्ही 0.5 L/मिनिट (एकूण नमुना प्रवाह 1 L/मिनिट) च्या प्रवाह दराने नमुना घेतले गेले. कणांची संख्या एकाग्रता आणि एरोसोल प्रवाह 120 सेकंदांसाठी मोजले गेले. मापन 30 वेळा पुनरावृत्ती होते. वर्तमान मोजमापांवर आधारित, एकूण एरोसोल चार्ज मोजला जातो आणि निवडलेल्या EWNS कणांच्या दिलेल्या एकूण संख्येसाठी सरासरी EWNS चार्ज अंदाजित केला जातो. EWNS ची सरासरी किंमत समीकरण (1) वापरून मोजता येते:
जिथे IEl हा मोजलेला प्रवाह आहे, NSMPS हा SMPS वापरून मोजलेला डिजिटल सांद्रता आहे आणि φEl हा प्रति इलेक्ट्रोमीटर प्रवाह दर आहे.
सापेक्ष आर्द्रता (RH) पृष्ठभागावरील चार्जवर परिणाम करत असल्याने, प्रयोगादरम्यान तापमान आणि (RH) अनुक्रमे २१°C आणि ४५% वर स्थिर ठेवण्यात आले.
EWNS चा आकार आणि आयुष्य मोजण्यासाठी अणुशक्ती सूक्ष्मदर्शक यंत्र (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) आणि AC260T प्रोब (ऑलिंपस, टोकियो, जपान) वापरण्यात आले. AFM स्कॅनिंग वारंवारता 1 Hz होती, स्कॅनिंग क्षेत्र 5 μm × 5 μm होते आणि 256 स्कॅन लाईन्स होत्या. Asylum सॉफ्टवेअर (मास्क रेंज 100 nm, थ्रेशोल्ड 100 pm) वापरून सर्व प्रतिमा पहिल्या ऑर्डर इमेज अलाइनमेंटच्या अधीन होत्या.
चाचणी फनेल काढून टाकण्यात आली आणि अभ्रकाच्या पृष्ठभागावर कणांचे संचय आणि अभ्रकाच्या पृष्ठभागावर अनियमित थेंब तयार होऊ नयेत म्हणून काउंटर इलेक्ट्रोडपासून २.० सेमी अंतरावर सरासरी १२० सेकंदांसाठी अभ्रकाचा पृष्ठभाग ठेवण्यात आला. ताज्या कापलेल्या अभ्रकाच्या पृष्ठभागावर थेट EWNS फवारण्यात आले (टेड पेला, रेडिंग, सीए). AFM स्पटरिंगनंतर लगेचच अभ्रकाच्या पृष्ठभागाची प्रतिमा. ताज्या कापलेल्या अभ्रकाच्या पृष्ठभागाचा संपर्क कोन ०° च्या जवळ आहे, म्हणून EVNS घुमटाच्या स्वरूपात अभ्रकाच्या पृष्ठभागावर वितरित केला जातो. विरघळणाऱ्या थेंबांचा व्यास (a) आणि उंची (h) थेट AFM स्थलाकृतिवरून मोजण्यात आला आणि आमच्या पूर्वी प्रमाणित पद्धतीचा वापर करून EWNS घुमट प्रसार आकारमान मोजण्यासाठी वापरला गेला. ऑनबोर्ड EWNS चे आकारमान समान आहे असे गृहीत धरून, समीकरण (२) वापरून समतुल्य व्यास मोजता येतो:
आमच्या पूर्वी विकसित केलेल्या पद्धतीवर आधारित, EWNS मध्ये अल्पायुषी रॅडिकल इंटरमीडिएट्सची उपस्थिती शोधण्यासाठी इलेक्ट्रॉन स्पिन रेझोनान्स (ESR) स्पिन ट्रॅप वापरण्यात आला. DEPMPO(5-(डायथॉक्सीफॉस्फोरील)-5-मिथाइल-1-पायरोलिन-एन-ऑक्साइड) (ऑक्सिस इंटरनॅशनल इंक.) चे 235 मिमी द्रावण असलेल्या 650 μm मिजेट स्पार्गर (Ace Glass, Vineland, NJ) द्वारे एरोसोल बबल केले गेले. सर्व ESR मोजमाप ब्रुकर EMX स्पेक्ट्रोमीटर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेंट्स इंक. बिलेरिका, MA, USA) आणि फ्लॅट पॅनेल सेल वापरून केले गेले. डेटा गोळा करण्यासाठी आणि विश्लेषण करण्यासाठी Acquisit सॉफ्टवेअर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेंट्स इंक. बिलेरिका, MA, USA) वापरले गेले. ROS च्या वैशिष्ट्यांचे निर्धारण फक्त ऑपरेटिंग परिस्थितीच्या संचासाठी केले गेले [-6.5 kV, 4.0 सेमी]. इम्पॅक्टरमधील EWNS नुकसानाची गणना केल्यानंतर SMPS वापरून EWNS सांद्रता मोजण्यात आली.
२०५ ड्युअल बीम ओझोन मॉनिटर™ (२बी टेक्नॉलॉजीज, बोल्डर, कंपनी)८,९,१० वापरून ओझोन पातळीचे निरीक्षण केले गेले.
सर्व EWNS गुणधर्मांसाठी, सरासरी मूल्य मापन मूल्य म्हणून वापरले जाते आणि मानक विचलन मापन त्रुटी म्हणून वापरले जाते. ऑप्टिमाइझ केलेल्या EWNS गुणधर्मांच्या मूल्यांची बेस EWNS च्या संबंधित मूल्यांशी तुलना करण्यासाठी T-चाचण्या केल्या गेल्या.
आकृती २क मध्ये पूर्वी विकसित आणि वैशिष्ट्यीकृत इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रीपिझिटेशन (EPES) "पुल" प्रणाली दर्शविली आहे जी पृष्ठभागावर EWNS च्या लक्ष्यित वितरणासाठी वापरली जाऊ शकते. EPES EVNS शुल्क वापरते जे एका मजबूत विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली लक्ष्याच्या पृष्ठभागावर थेट "मार्गदर्शित" केले जाऊ शकते. EPES प्रणालीची तपशीलवार माहिती पिरगिओटाकिस आणि इतरांच्या अलीकडील प्रकाशनात सादर केली आहे. ११. अशाप्रकारे, EPES मध्ये एक ३D प्रिंटेड पीव्हीसी चेंबर असतो ज्यामध्ये टॅपर्ड टोके असतात आणि त्यात १५.२४ सेमी अंतरावर मध्यभागी दोन समांतर स्टेनलेस स्टील (३०४ स्टेनलेस स्टील, मिरर लेपित) धातूच्या प्लेट असतात. बोर्ड बाह्य उच्च व्होल्टेज स्त्रोताशी जोडलेले होते (बर्ट्रान २०५बी-१०आर, स्पेलमन, हॉपपॉज, एनवाय), खालची प्लेट नेहमीच पॉझिटिव्ह व्होल्टेजशी जोडलेली होती आणि वरची प्लेट नेहमीच जमिनीशी (फ्लोटिंग ग्राउंड) जोडलेली होती. चेंबरच्या भिंती अॅल्युमिनियम फॉइलने झाकलेल्या असतात, जे कणांचे नुकसान टाळण्यासाठी इलेक्ट्रिकली ग्राउंड केलेले असते. चेंबरमध्ये एक सीलबंद फ्रंट लोडिंग दरवाजा आहे जो चाचणी पृष्ठभागांना प्लास्टिक स्टँडवर ठेवण्याची परवानगी देतो जे उच्च व्होल्टेज हस्तक्षेप टाळण्यासाठी त्यांना खालच्या धातूच्या प्लेटच्या वर उचलतात.
EPES मध्ये EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता पूरक आकृती S111 मध्ये तपशीलवार वर्णन केलेल्या पूर्वी विकसित प्रोटोकॉलनुसार मोजली गेली.
नियंत्रण कक्ष म्हणून, दुसरा दंडगोलाकार प्रवाह कक्ष EPES प्रणालीशी मालिकेत जोडला गेला होता, ज्यामध्ये EWNS काढून टाकण्यासाठी एक मध्यवर्ती HEPA फिल्टर वापरला गेला होता. आकृती 2c मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, EWNS एरोसोल दोन बिल्ट-इन चेंबर्समधून पंप केला गेला. नियंत्रण कक्ष आणि EPES मधील फिल्टर उर्वरित EWNS काढून टाकतो ज्यामुळे समान तापमान (T), सापेक्ष आर्द्रता (RH) आणि ओझोन पातळी निर्माण होते.
महत्वाचे अन्नजन्य सूक्ष्मजीव ताज्या अन्नांना दूषित करत असल्याचे आढळून आले आहे जसे की ई. कोलाई (ATCC #27325), मल निर्देशक, साल्मोनेला एन्टरिका (ATCC #53647), अन्नजन्य रोगजनक, लिस्टेरिया हानीरहित (ATCC #33090), रोगजनक लिस्टेरिया मोनोसाइटोजेन्ससाठी सरोगेट, ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), बिघडवणाऱ्या यीस्टचा पर्याय आणि अधिक प्रतिरोधक निष्क्रिय जीवाणू, मायकोबॅक्टेरियम पॅरालकी (ATCC #19686).
तुमच्या स्थानिक बाजारातून सेंद्रिय द्राक्ष टोमॅटोचे यादृच्छिक बॉक्स खरेदी करा आणि वापर होईपर्यंत (३ दिवसांपर्यंत) ४°C वर रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवा. प्रायोगिक टोमॅटो सर्व एकाच आकाराचे होते, सुमारे १/२ इंच व्यासाचे.
कल्चर, इनोक्युलेशन, एक्सपोजर आणि कॉलनी काउंट प्रोटोकॉल आमच्या मागील प्रकाशनात आणि सप्लिमेंटरी डेटामध्ये तपशीलवार दिले आहेत. इनोक्युलेटेड टोमॅटो 40,000 #/cm3 वर 45 मिनिटांसाठी उघड करून EWNS ची प्रभावीता मूल्यांकन करण्यात आली. थोडक्यात, t = 0 मिनिटांच्या वेळेस जिवंत सूक्ष्मजीवांचे मूल्यांकन करण्यासाठी तीन टोमॅटो वापरले गेले. तीन टोमॅटो EPES मध्ये ठेवण्यात आले आणि 40,000 #/cc वर EWNS च्या संपर्कात आणण्यात आले (EWNS एक्सपोजर टोमॅटो) आणि उर्वरित तीन कंट्रोल चेंबरमध्ये ठेवण्यात आले (कंट्रोल टोमॅटो). दोन्ही गटांमध्ये टोमॅटोची अतिरिक्त प्रक्रिया केली गेली नाही. EWNS च्या परिणामाचे मूल्यांकन करण्यासाठी EWNS-एक्सपोजर टोमॅटो आणि कंट्रोल टोमॅटो 45 मिनिटांनंतर काढून टाकण्यात आले.
प्रत्येक प्रयोग तीन प्रतींमध्ये करण्यात आला. पूरक डेटामध्ये वर्णन केलेल्या प्रोटोकॉलनुसार डेटा विश्लेषण केले गेले.
निष्क्रियता यंत्रणेचे मूल्यांकन उघड झालेल्या EWNS नमुन्यांचे अवसादन (४०,००० #/सेमी३ EWNS एरोसोल एकाग्रतेवर ४५ मिनिटे) आणि निरुपद्रवी बॅक्टेरिया ई. कोलाय, साल्मोनेला एन्टरिका आणि लॅक्टोबॅसिलसच्या विकिरणित नसलेल्या नमुन्यांद्वारे केले गेले. खोलीच्या तपमानावर २ तासांसाठी ०.१ एम सोडियम कॅकोडायलेट बफरमध्ये (पीएच ७.४) २.५% ग्लुटारल्डिहाइड, १.२५% पॅराफॉर्मल्डिहाइड आणि ०.०३% पिक्रिक अॅसिडमध्ये कण निश्चित केले गेले. धुतल्यानंतर, १% ऑस्मियम टेट्रोक्साइड (OsO4)/१.५% पोटॅशियम फेरोसायनाइड (KFeCN6) सह २ तासांसाठी पोस्ट-फिक्स करा, पाण्यात ३ वेळा धुवा आणि १% युरेनिल एसीटेटमध्ये १ तासासाठी उबवा, नंतर पाण्यात दोनदा धुवा, नंतर ५०%, ७०%, ९०%, १००% अल्कोहोलमध्ये १० मिनिटे डिहायड्रेट करा. त्यानंतर नमुने प्रोपीलीन ऑक्साईडमध्ये १ तासासाठी ठेवण्यात आले आणि प्रोपीलीन ऑक्साईड आणि TAAP एपॉन (मारिव्हॅक कॅनडा इंक. सेंट लॉरेंट, सीए) च्या १:१ मिश्रणाने भिजवले गेले. नमुने TAAB एपॉनमध्ये एम्बेड केले गेले आणि ४८ तासांसाठी ६०°C वर पॉलिमराइज केले गेले. AMT 2k CCD कॅमेरा (अ‍ॅडव्हान्स्ड मायक्रोस्कोपी टेक्निक, कॉर्प., वोबर्न, मॅसॅच्युसेट्स, यूएसए) ने सुसज्ज असलेल्या पारंपारिक ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप JEOL 1200EX (JEOL, टोकियो, जपान) वापरून TEM द्वारे बरे केलेले ग्रॅन्युलर रेझिन कापले गेले आणि दृश्यमान केले गेले.
सर्व प्रयोग तीन प्रतींमध्ये केले गेले. प्रत्येक वेळेच्या बिंदूसाठी, बॅक्टेरिया वॉश तीन प्रतींमध्ये सीड केले गेले, परिणामी प्रत्येक बिंदूमध्ये एकूण नऊ डेटा पॉइंट्स मिळाले, ज्याची सरासरी त्या विशिष्ट सूक्ष्मजीवासाठी बॅक्टेरियाच्या एकाग्रतेसाठी वापरली गेली. मापन त्रुटी म्हणून मानक विचलन वापरले गेले. सर्व बिंदू मोजले जातात.
t = 0 मिनिटाच्या तुलनेत बॅक्टेरियाच्या एकाग्रतेत घट झाल्याचा लॉगॅरिथम खालील सूत्र वापरून मोजला गेला:
जिथे C0 म्हणजे 0 च्या वेळी (म्हणजे पृष्ठभाग सुकल्यानंतर परंतु चेंबरमध्ये ठेवण्यापूर्वी) नियंत्रण नमुन्यातील जीवाणूंची एकाग्रता आणि Cn म्हणजे n मिनिटांच्या संपर्कानंतर पृष्ठभागावरील जीवाणूंची एकाग्रता.
४५ मिनिटांच्या प्रदर्शनादरम्यान जीवाणूंच्या नैसर्गिक ऱ्हासाची गणना करण्यासाठी, ४५ मिनिटांनंतर नियंत्रणाच्या तुलनेत लॉग कपात देखील खालीलप्रमाणे मोजली गेली:
जिथे Cn म्हणजे n वेळेला नियंत्रण नमुन्यातील जीवाणूंची सांद्रता आणि Cn-कंट्रोल म्हणजे n वेळेला नियंत्रण जीवाणूंची सांद्रता. डेटा नियंत्रणाच्या तुलनेत लॉग रिडक्शन म्हणून सादर केला जातो (EWNS एक्सपोजर नाही).
अभ्यासादरम्यान, टेलर शंकू निर्मिती, टेलर शंकू स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता आणि पुनरुत्पादनक्षमता या दृष्टीने व्होल्टेज आणि सुई आणि काउंटर इलेक्ट्रोडमधील अंतराचे अनेक संयोजन मूल्यांकन केले गेले. पूरक तक्ता S1 मध्ये विविध संयोजने दर्शविली आहेत. स्थिर आणि पुनरुत्पादनक्षम गुणधर्म दर्शविणारी दोन प्रकरणे (टेलर शंकू, EWNS निर्मिती आणि कालांतराने स्थिरता) व्यापक अभ्यासासाठी निवडली गेली. आकृती 3 मध्ये दोन्ही प्रकरणांमध्ये ROS च्या चार्ज, आकार आणि सामग्रीसाठी निकाल दर्शविले आहेत. निकाल सारणी 1 मध्ये देखील सारांशित केले आहेत. संदर्भासाठी, आकृती 3 आणि सारणी 1 मध्ये पूर्वी संश्लेषित नॉन-ऑप्टिमाइझ केलेल्या EWNS8, 9, 10, 11 (बेसलाइन-EWNS) चे गुणधर्म समाविष्ट आहेत. दोन-पुच्छ टी-चाचणी वापरून सांख्यिकीय महत्त्व गणना पूरक तक्ता S2 मध्ये पुन्हा प्रकाशित केल्या आहेत. याव्यतिरिक्त, अतिरिक्त डेटामध्ये काउंटर इलेक्ट्रोड सॅम्पलिंग होल व्यास (D) आणि ग्राउंड इलेक्ट्रोड आणि टिप (L) मधील अंतर (पूरक आकृत्या S2 आणि S3) च्या प्रभावाचा अभ्यास समाविष्ट आहे.
(ac) AFM द्वारे मोजलेले आकार वितरण. (df) पृष्ठभाग शुल्क वैशिष्ट्य. (g) EPR चे ROS वैशिष्ट्यीकरण.
हे देखील लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की वरील सर्व परिस्थितींसाठी, मोजलेला आयनीकरण प्रवाह 2 ते 6 μA आणि व्होल्टेज -3.8 ते -6.5 kV दरम्यान होता, ज्यामुळे या एकाच EWNS जनरेशन संपर्क मॉड्यूलसाठी 50 मेगावॅटपेक्षा कमी वीज वापर झाला. जरी EWNS उच्च दाबाखाली संश्लेषित केले गेले असले तरी, ओझोन पातळी खूप कमी होती, कधीही 60 ppb पेक्षा जास्त नव्हती.
पूरक आकृती S4 मध्ये अनुक्रमे [-6.5 kV, 4.0 cm] आणि [-3.8 kV, 0.5 cm] परिस्थितींसाठी सिम्युलेटेड विद्युत क्षेत्रे दाखवली आहेत. [-6.5 kV, 4.0 cm] आणि [-3.8 kV, 0.5 cm] परिस्थितींसाठी, क्षेत्र गणना अनुक्रमे 2 × 105 V/m आणि 4.7 × 105 V/m आहे. हे अपेक्षित आहे, कारण दुसऱ्या प्रकरणात व्होल्टेज-अंतर गुणोत्तर खूप जास्त आहे.
आकृती ३अ,ब मध्ये AFM8 वापरून मोजलेला EWNS व्यास दाखवला आहे. [-६.५ kV, ४.० सेमी] आणि [-३.८ kV, ०.५ सेमी] योजनांसाठी गणना केलेला सरासरी EWNS व्यास अनुक्रमे २७ nm आणि १९ nm होता. [-६.५ kV, ४.० सेमी] आणि [-३.८ kV, ०.५ सेमी] परिस्थितींसाठी, वितरणांचे भौमितिक मानक विचलन अनुक्रमे १.४१ आणि १.४५ आहेत, जे अरुंद आकार वितरण दर्शवितात. सरासरी आकार आणि भौमितिक मानक विचलन दोन्ही अनुक्रमे २५ nm आणि १.४१ वर बेसलाइन EWNS च्या अगदी जवळ आहेत. आकृती ३क मध्ये समान परिस्थितीत समान पद्धती वापरून मोजलेल्या बेस EWNS चे आकार वितरण दाखवले आहे.
आकृती ३d, e मध्ये चार्ज कॅरेक्टरायझेशनचे परिणाम दाखवले आहेत. डेटा एकाग्रता (#/cm3) आणि करंट (I) च्या ३० एकाचवेळी मोजमापांचे सरासरी मापन आहे. विश्लेषण दर्शविते की EWNS वरील सरासरी चार्ज अनुक्रमे [-६.५ kV, ४.० सेमी] आणि [-३.८ kV, ०.५ सेमी] साठी २२ ± ६ e- आणि ४४ ± ६ e- आहे. बेसलाइन EWNS (१० ± २ e-) च्या तुलनेत त्यांच्याकडे पृष्ठभागावरील चार्ज लक्षणीयरीत्या जास्त आहेत, जे [-६.५ kV, ४.० सेमी] परिस्थितीपेक्षा दुप्पट आणि [-३ .८ kV, ०.५ सेमी] पेक्षा चार पट जास्त आहेत. आकृती ३f मध्ये बेसलाइन-EWNS साठी चार्ज डेटा दाखवला आहे.
EWNS क्रमांकाच्या एकाग्रता नकाशांवरून (पूरक आकृत्या S5 आणि S6), असे दिसून येते की [-6.5 kV, 4.0 cm] परिस्थितीत [-3.8 kV, 0.5 cm] परिस्थितीत लक्षणीयरीत्या जास्त कण आहेत. हे देखील लक्षात घेण्यासारखे आहे की EWNS क्रमांकाच्या एकाग्रतेचे निरीक्षण 4 तासांपर्यंत केले गेले (पूरक आकृत्या S5 आणि S6), जिथे EWNS निर्मिती स्थिरतेने दोन्ही प्रकरणांमध्ये कण संख्येच्या एकाग्रतेचे समान स्तर दर्शविले.
आकृती ३g मध्ये [-६.५ kV, ४.० सेमी] वर ऑप्टिमाइज्ड EWNS नियंत्रण (पार्श्वभूमी) वजा केल्यानंतर EPR स्पेक्ट्रम दाखवले आहे. पूर्वी प्रकाशित केलेल्या कामात ROS स्पेक्ट्राची तुलना बेसलाइन-EWNS परिस्थितीशी देखील केली गेली. स्पिन ट्रॅप्ससह प्रतिक्रिया देणाऱ्या EWNS ची संख्या ७.५ × १०४ EWNS/s मोजण्यात आली, जी पूर्वी प्रकाशित झालेल्या बेसलाइन-EWNS८ सारखीच आहे. EPR स्पेक्ट्राने दोन प्रकारच्या ROS ची उपस्थिती स्पष्टपणे दर्शविली, ज्यामध्ये O2- ही प्रमुख प्रजाती होती आणि OH• कमी प्रमाणात होती. याव्यतिरिक्त, पीक तीव्रतेची थेट तुलना केल्याने असे दिसून आले की ऑप्टिमाइज्ड EWNS मध्ये बेसलाइन EWNS च्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त ROS सामग्री होती.
आकृती ४ मध्ये EPES मध्ये EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता दर्शविली आहे. डेटा सारणी I मध्ये देखील सारांशित केला आहे आणि मूळ EWNS डेटाशी तुलना केली आहे. EUNS च्या दोन्ही प्रकरणांमध्ये, 3.0 kV च्या कमी व्होल्टेजवर देखील निक्षेपण 100% च्या जवळ आहे. सामान्यतः, पृष्ठभागावरील चार्ज बदलाकडे दुर्लक्ष करून, 100% निक्षेपणासाठी 3.0 kV पुरेसे आहे. त्याच परिस्थितीत, बेसलाइन-EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता त्यांच्या कमी चार्जमुळे (सरासरी 10 इलेक्ट्रॉन प्रति EWNS) फक्त 56% होती.
आकृती ५ आणि तक्ता २ मध्ये टोमॅटोच्या पृष्ठभागावर सुमारे ४०,००० #/cm3 EWNS च्या संपर्कात आल्यानंतर इष्टतम मोड [-६.५ kV, ४.० सेमी] ४५ मिनिटे लसीकरण केल्यानंतर सूक्ष्मजीवांच्या निष्क्रियतेचे मूल्य सारांशित केले आहे. ४५ मिनिटांच्या संपर्कात असताना लसीकरण केलेल्या E. coli आणि Lactobacillus innocuous मध्ये ३.८ लॉगची लक्षणीय घट दिसून आली. त्याच परिस्थितीत, S. enterica मध्ये २.२-लॉग घट झाली, तर S. cerevisiae आणि M. parafortutum मध्ये १.०-लॉग घट झाली.
इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ (आकृती 6) मध्ये EWNS द्वारे निरुपद्रवी एस्चेरिचिया कोलाई, स्ट्रेप्टोकोकस आणि लॅक्टोबॅसिलस पेशींवर होणारे भौतिक बदल दर्शविले आहेत ज्यामुळे ते निष्क्रिय होतात. नियंत्रण जीवाणूंमध्ये अखंड पेशी पडदा होता, तर उघड झालेल्या जीवाणूंमध्ये बाह्य पडदा खराब झाला होता.
नियंत्रणाचे इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपिक इमेजिंग आणि उघड झालेल्या बॅक्टेरियामुळे पडद्याचे नुकसान दिसून आले.
ऑप्टिमाइज्ड EWNS च्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांवरील डेटा एकत्रितपणे दर्शवितो की पूर्वी प्रकाशित झालेल्या EWNS बेसलाइन डेटा 8,9,10,11 च्या तुलनेत EWNS चे गुणधर्म (पृष्ठभाग चार्ज आणि ROS सामग्री) लक्षणीयरीत्या सुधारले आहेत. दुसरीकडे, त्यांचा आकार नॅनोमीटर श्रेणीत राहिला, जो पूर्वी नोंदवलेल्या निकालांसारखाच होता, ज्यामुळे ते दीर्घकाळ हवेत राहू शकले. निरीक्षण केलेले पॉलीडिस्पर्सिटी हे पृष्ठभागाच्या चार्ज बदलांद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते जे EWNS चा आकार, रेले प्रभावाची यादृच्छिकता आणि संभाव्य एकत्रीकरण निश्चित करतात. तथापि, निल्सन आणि इतरांनी तपशीलवार सांगितल्याप्रमाणे. 22, उच्च पृष्ठभाग चार्ज पाण्याच्या थेंबाची पृष्ठभागाची ऊर्जा/ताण प्रभावीपणे वाढवून बाष्पीभवन कमी करते. आमच्या मागील प्रकाशनात 8 या सिद्धांताची प्रायोगिकरित्या मायक्रोड्रॉपलेट्स 22 आणि EWNS साठी पुष्टी करण्यात आली होती. ओव्हरटाइम दरम्यान चार्ज कमी होणे देखील आकारावर परिणाम करू शकते आणि निरीक्षण केलेल्या आकार वितरणात योगदान देऊ शकते.
याव्यतिरिक्त, परिस्थितीनुसार प्रति संरचनेचा चार्ज सुमारे २२-४४ ई- आहे, जो मूलभूत EWNS च्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त आहे, ज्यामध्ये प्रति संरचनेचा सरासरी चार्ज १० ± २ इलेक्ट्रॉन आहे. तथापि, हे लक्षात घेतले पाहिजे की हा EWNS चा सरासरी चार्ज आहे. सेटो आणि इतर. हे दाखवून दिले आहे की चार्ज एकसमान नाही आणि लॉग-सामान्य वितरणाचे अनुसरण करतो21. आमच्या मागील कामाच्या तुलनेत, पृष्ठभागाचा चार्ज दुप्पट केल्याने EPES प्रणालीमध्ये निक्षेपण कार्यक्षमता जवळजवळ १००%११ पर्यंत वाढते.