Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही मर्यादित CSS समर्थनासह ब्राउझरची आवृत्ती वापरत आहात. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कॉम्पॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). याव्यतिरिक्त, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही ही साइट स्टाईल्स आणि जावास्क्रिप्टशिवाय दाखवतो.
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) समृद्ध 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. EWNS च्या गुणधर्मांचे (चार्ज, आकार आणि ROS सामग्री) वैशिष्ट्यीकरण आधुनिक विश्लेषणात्मक पद्धती वापरून केले गेले. याव्यतिरिक्त, एशेरिकिया कोलाय, साल्मोनेला एंटेरिका, लिस्टेरिया इनोकुआ, मायकोबॅक्टेरियम पॅरा फोर्टिटम आणि सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसिया यांसारखे अन्न सूक्ष्मजीव सेंद्रिय द्राक्ष टोमॅटोच्या पृष्ठभागावर त्यांच्या सूक्ष्मजीव निष्क्रिय करण्याच्या क्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी संक्रमित केले गेले. येथे सादर केलेले निष्कर्ष हे दर्शवतात की संश्लेषणादरम्यान EWNS चे गुणधर्म सूक्ष्मपणे समायोजित केले जाऊ शकतात, ज्यामुळे निष्क्रियीकरण कार्यक्षमतेत घातांकीय वाढ होते. विशेषतः, पृष्ठभागावरील विद्युत प्रभार चार पटीने वाढला आणि ROS चे प्रमाणही वाढले. सूक्ष्मजीव काढून टाकण्याचा दर हा सूक्ष्मजीवांवर अवलंबून होता आणि ४०,००० #/cm³ EWNS च्या एरोसोल डोसच्या संपर्कात ४५ मिनिटांनंतर 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 दरवर्षी अन्नजन्य आजारांमुळे 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 टक्के 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, ताज्या उत्पादनात क्रॉस-कंटॅमिनेशन ७ चा धोका निर्माण होईल अशा प्रकारे सातत्याने राबवण्याऐवजी, प्रामुख्याने उत्पादन साखळीतील मर्यादित महत्त्वाच्या नियंत्रण बिंदूंवर (CCPs) (सहसा काढणीनंतर आणि/किंवा पॅकेजिंग दरम्यान) लागू केल्या जातात. अन्नजन्य आजार आणि अन्न नासाडीवर अधिक चांगल्या प्रकारे नियंत्रण ठेवण्यासाठी प्रतिजैविक उपाययोजनांची आवश्यकता आहे आणि त्या शेतापासून ते ताटापर्यंतच्या संपूर्ण प्रक्रियेत लागू करण्याची क्षमता आहे. कमी परिणाम आणि कमी खर्च.
पृष्ठभागांवर आणि हवेतील जीवाणूंना निष्क्रिय करण्यासाठी, कृत्रिम जल नॅनोसंरचना (EWNS) वापरण्याकरिता, नॅनोतंत्रज्ञानावर आधारित एक रसायन-मुक्त प्रतिजैविक प्लॅटफॉर्म अलीकडेच विकसित करण्यात आला आहे. EVNS च्या संश्लेषणासाठी, दोन समांतर प्रक्रिया वापरल्या गेल्या: इलेक्ट्रोस्प्रे आणि जल आयनीकरण (आकृती 1a). EWNS मध्ये भौतिक आणि जैविक गुणधर्मांचा एक अद्वितीय संच असल्याचे पूर्वी दाखवून दिले गेले आहे8,9,10. EWNS मध्ये प्रति संरचना सरासरी 10 इलेक्ट्रॉन आणि सरासरी 25 nm नॅनोमीटर आकार 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 दीर्घकाळ हवेत टिकून राहतात आणि हवेत तरंगणाऱ्या व पृष्ठभागांवर असलेल्या सूक्ष्मजीवांशी टक्कर देऊ शकतात, ज्यामुळे त्यांचा ROS भार पोहोचून सूक्ष्मजीव निष्क्रिय होतात (आकृती 1d). या पूर्वीच्या अभ्यासातून असेही दिसून आले आहे की EWNS पृष्ठभागांवर आणि हवेतील मायकोबॅक्टेरियासह, सार्वजनिक आरोग्याच्या दृष्टीने महत्त्वाच्या असलेल्या विविध ग्रॅम-निगेटिव्ह आणि ग्रॅम-पॉझिटिव्ह जीवाणूंशी संवाद साधून त्यांना निष्क्रिय करू शकते8,9. ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीने दाखवले की हे निष्क्रियीकरण पेशीपटलाच्या विघटनामुळे झाले होते. याव्यतिरिक्त, तीव्र श्वसन अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की EWNS च्या उच्च डोसमुळे फुफ्फुसांचे नुकसान किंवा दाह होत नाही8.
(अ) जेव्हा द्रव असलेल्या केशिका आणि काउंटर इलेक्ट्रोड यांच्यामध्ये उच्च व्होल्टेज लावले जाते, तेव्हा इलेक्ट्रोस्प्रे होतो. (ब) उच्च व्होल्टेज लावल्याने दोन वेगवेगळ्या घटना घडतात: (i) पाण्याचे इलेक्ट्रोस्प्रेइंग आणि (ii) EWNS मध्ये अडकलेल्या क्रियाशील ऑक्सिजन प्रजातींची (आयन्सची) निर्मिती. (क) EWNS ची अद्वितीय रचना. (ड) EWNS त्यांच्या नॅनोस्केल स्वरूपामुळे 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, लक्ष्यित वितरणासाठी EWNS पृष्ठभागावरील चार्जचा वापर इलेक्ट्रिक फील्डच्या संयोगाने केला जाऊ शकतो. अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, सुमारे ५०,०००#/cm³¹¹ या सांद्रतेमध्ये EWNS च्या संपर्कात आल्यानंतर ९० मिनिटांच्या आत, ई. कोलाय आणि लिस्टेरियासारख्या विविध अन्न सूक्ष्मजीवांविरुद्ध सेंद्रिय टोमॅटोच्या क्रियेत सुमारे १.४ लॉग घट झाल्याचा एक आशादायक प्रारंभिक परिणाम दिसून आला. याव्यतिरिक्त, प्राथमिक ऑर्गॅनोलेप्टिक मूल्यांकन चाचण्यांमध्ये कंट्रोल टोमॅटोच्या तुलनेत कोणताही ऑर्गॅनोलेप्टिक परिणाम दिसून आला नाही. जरी हे प्रारंभिक निष्क्रियतेचे परिणाम ५०,०००#/cc. इतक्या कमी EWNS डोसवरही अन्न सुरक्षेचे आश्वासन देत असले तरी, हे स्पष्ट आहे की संसर्ग आणि नासाडीचा धोका आणखी कमी करण्यासाठी उच्च निष्क्रियता क्षमता अधिक फायदेशीर ठरेल.
येथे, आम्ही EWNS निर्मिती प्लॅटफॉर्मच्या विकासावर आमचे संशोधन केंद्रित करणार आहोत, जेणेकरून संश्लेषणाचे मापदंड अचूकपणे जुळवून घेता येतील आणि EWNS चे भौतिक-रासायनिक गुणधर्म अनुकूलित 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. अनुकूलित भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांचे (आकार, विद्युतभार आणि ROS चे प्रमाण) वैशिष्ट्यीकरण आधुनिक विश्लेषणात्मक पद्धती वापरून आणि ई. कोलाय, एस. एंटेरिका, एल. इनोकुआ, एस. सेरेव्हिसिया आणि एम. पॅराफोर्टुइटम यांसारख्या सामान्य खाद्य सूक्ष्मजीवांचा वापर करून केले जाईल.
उच्च शुद्धतेच्या पाण्याचे (18 MΩ cm–1) एकाच वेळी इलेक्ट्रोस्प्रेइंग आणि आयनीकरण करून EVNS चे संश्लेषण करण्यात आले. इलेक्ट्रिक अॅटोमायझर 12 चा उपयोग सामान्यतः द्रव आणि नियंत्रित आकाराचे कृत्रिम पॉलिमर आणि सिरॅमिक कण 13 आणि तंतू 14 यांचे अणूकरण करण्यासाठी केला जातो.
मागील प्रकाशने 8, 9, 10, 11 मध्ये सविस्तरपणे सांगितल्याप्रमाणे, एका सामान्य प्रयोगात, धातूच्या केशिका आणि भू-संलग्नित प्रति-इलेक्ट्रोड यांच्यामध्ये उच्च व्होल्टेज लावला जातो. या प्रक्रियेदरम्यान, दोन वेगवेगळ्या घटना घडतात: 1) इलेक्ट्रोस्प्रे आणि 2) 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 जातात. त्याच वेळी, तीव्र विद्युत क्षेत्रामुळे पाण्याचे काही रेणू विभाजित होतात आणि इलेक्ट्रॉन काढून घेतात (आयनीकरण), ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात क्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS)¹⁷ निर्माण होतात. एकाच वेळी निर्माण झालेले ROS¹⁸ पॅकेट्स 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 कन्सोलला जोडलेली आहे, जी काउंटर इलेक्ट्रोडपासून एका विशिष्ट अंतरावर हाताने समायोजित केली जाऊ शकते. 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 सॅम्पलिंग पोर्टद्वारे (आकृती २ब) उर्वरित प्रायोगिक सेटअपला जोडलेले आहे. कणांच्या सॅम्पलिंगमध्ये अडथळा आणू शकणारा चार्ज जमा होणे टाळण्यासाठी सॅम्पलरचे सर्व घटक विद्युतदृष्ट्या ग्राउंड केलेले आहेत.
(अ) अभियांत्रिकीकृत जल नॅनोसंरचना निर्मिती प्रणाली (EWNS). (ब) सॅम्पलर आणि इलेक्ट्रोस्प्रे युनिटचा 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. [V (kV), L (cm)] ही चिन्हे विविध संयोजने दर्शवण्यासाठी वापरली जातात. एका विशिष्ट संच [V, L] चा स्थिर टेलर कोन मिळवण्यासाठी पाण्याचा प्रवाह समायोजित करा. या अभ्यासाच्या उद्देशासाठी, काउंटर इलेक्ट्रोडचे छिद्र (D) 0.5 इंच (1.29 सेमी) वर सेट केले होते.
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 थेट स्कॅनिंग मोबिलिटी पार्टिकल सायझर (SMPS, मॉडेल 3936, TSI, शोरव्ह्यू, मिनेसोटा) ला जोडले होते, जेणेकरून कणांची संख्या घनता मोजता येईल आणि एरोसोल प्रवाह मोजण्यासाठी फॅराडे एरोसोल इलेक्ट्रोमीटर (TSI, मॉडेल 3068B, शोरव्ह्यू, यूएसए) सोबत वापरले गेले, जसे आमच्या मागील प्रकाशन9 मध्ये वर्णन केले आहे. SMPS आणि एरोसोल इलेक्ट्रोमीटर दोन्ही 0.5 L/min च्या प्रवाह दराने नमुना घेत होते (एकूण नमुना प्रवाह 1 L/min). कणांची घनता आणि एरोसोल प्रवाह 120 सेकंदांसाठी मोजले गेले. हे मोजमाप 30 वेळा पुन्हा करा. एकूण एरोसोल चार्ज वर्तमान मोजमापांवरून मोजला जातो आणि सरासरी EWNS चार्ज नमुना घेतलेल्या एकूण EWNS कणांच्या संख्येवरून अंदाजित केला जातो. EWNS चा सरासरी खर्च समीकरण (1) वापरून मोजला जाऊ शकतो:
येथे IEl म्हणजे मोजलेला विद्युत प्रवाह, NSMPS म्हणजे SMPS ने मोजलेली संख्या घनता आणि φEl म्हणजे इलेक्ट्रोमीटरला जाणारा 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. एएफएमचा स्कॅन दर १ हर्ट्झ (Hz) असून स्कॅन क्षेत्र ५ µm×५ µm आहे, ज्यात २५६ स्कॅन लाईन्स आहेत. असायलम सॉफ्टवेअर वापरून सर्व प्रतिमांचे प्रथम श्रेणी प्रतिमा संरेखन (first order image alignment) करण्यात आले (१०० एनएमच्या रेंजचा मास्क आणि १०० पीएमचा थ्रेशोल्ड).
कणांचे एकत्रीकरण आणि अभ्रकाच्या पृष्ठभागावर अनियमित थेंबांची निर्मिती टाळण्यासाठी, सॅम्पलिंग फनेल काढून टाका आणि अभ्रकाचा पृष्ठभाग काउंटर इलेक्ट्रोडपासून सरासरी 120 सेकंदांसाठी 2.0 सेमी अंतरावर ठेवा. EWNS थेट ताज्या कापलेल्या अभ्रकाच्या पृष्ठभागांवर (टेड पेला, रेडिंग, सीए) लागू केले गेले. स्पटरिंगनंतर लगेचच, AFM वापरून अभ्रकाचा पृष्ठभाग पाहिला गेला. ताज्या कापलेल्या अपरिवर्तित अभ्रकाचा पृष्ठभाग संपर्क कोन 0° च्या जवळ असतो, त्यामुळे EWNS अभ्रकाच्या पृष्ठभागावर घुमटाकार आकारात पसरते²⁰. पसरणाऱ्या थेंबांचा व्यास (a) आणि उंची (h) थेट AFM टोपोग्राफीमधून मोजली गेली आणि आमच्या पूर्वी प्रमाणित केलेल्या पद्धती⁸ चा वापर करून EWNS च्या घुमटाकार प्रसाराचे आकारमान मोजण्यासाठी वापरली गेली. ऑनबोर्ड EVNS चे आकारमान समान आहे असे गृहीत धरून, समीकरण (2) वरून समतुल्य व्यास मोजला जाऊ शकतो:
आमच्या पूर्वी विकसित केलेल्या पद्धतीनुसार, EWNS मध्ये अल्पायुषी रॅडिकल इंटरमीडिएटची उपस्थिती शोधण्यासाठी इलेक्ट्रॉन स्पिन रेझोनन्स (ESR) स्पिन ट्रॅपचा वापर करण्यात आला. एरोसोल 235 mM DEPMPO (5-(डायइथॉक्सीफॉस्फोरिल)-5-मिथाइल-1-पायरोलिन-N-ऑक्साइड) (ऑक्सिस इंटरनॅशनल इंक., पोर्टलँड, ओरेगॉन) असलेल्या द्रावणातून प्रवाहित करण्यात आले. सर्व EPR मापन ब्रुकर EMX स्पेक्ट्रोमीटर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेंट्स इंक. बिलरिका, एमए, यूएसए) आणि फ्लॅट सेल अॅरे वापरून करण्यात आले. डेटा गोळा करण्यासाठी आणि त्याचे विश्लेषण करण्यासाठी अॅक्विझिट सॉफ्टवेअर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेंट्स इंक. बिलरिका, एमए, यूएसए) वापरण्यात आले. ROS वैशिष्ट्यीकरण केवळ [-6.5 kV, 4.0 cm] या ऑपरेटिंग परिस्थितींच्या संचासाठी करण्यात आले. इम्पॅक्टरमधील EWNS चे नुकसान विचारात घेतल्यानंतर SMPS वापरून EWNS सांद्रता मोजण्यात आली.
205 ड्युअल बीम ओझोन मॉनिटर™ (2B टेक्नॉलॉजीज, बोल्डर, को)8,9,10 वापरून ओझोनच्या पातळीचे निरीक्षण केले गेले.
सर्व EWNS गुणधर्मांसाठी, मोजमाप मूल्य हे मोजमापांची सरासरी आहे आणि मोजमाप त्रुटी हे मानक विचलन आहे. ऑप्टिमाइझ केलेल्या EWNS गुणधर्माच्या मूल्याची मूळ EWNS च्या संबंधित मूल्याशी तुलना करण्यासाठी टी-टेस्ट करण्यात आली.
आकृती २क मध्ये पूर्वी विकसित आणि वैशिष्ट्यीकृत केलेली इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेसिपिटेशन पास थ्रू सिस्टीम (EPES) दर्शविली आहे, जिचा उपयोग EWNS11 ला पृष्ठभागांवर लक्ष्य करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. EPES, लक्ष्याच्या पृष्ठभागावर थेट 'निर्देशित' करण्यासाठी, एका तीव्र विद्युत क्षेत्राच्या संयोगाने EWNS चार्जचा वापर करते. EPES प्रणालीचे तपशील पिर्गिओटाकिस आणि इतरांच्या अलीकडील प्रकाशनात सादर केले आहेत.11 अशाप्रकारे, EPES मध्ये एक ३डी प्रिंटेड पीव्हीसी चेंबर असतो, ज्याची टोके निमुळती असतात आणि त्याच्या मध्यभागी १५.२४ सेमी अंतरावर दोन समांतर स्टेनलेस स्टील (३०४ स्टेनलेस स्टील, आरशासारखे चकचकीत) धातूच्या प्लेट्स असतात. या प्लेट्स एका बाह्य उच्च व्होल्टेज स्रोताला (बर्ट्रान २०५बी-१०आर, स्पेलमन, हॉपाउज, एनवाय) जोडलेल्या होत्या; खालची प्लेट नेहमी पॉझिटिव्ह आणि वरची प्लेट नेहमी ग्राउंडेड (फ्लोटिंग) होती. कणांचे नुकसान टाळण्यासाठी चेंबरच्या भिंती ॲल्युमिनियम फॉइलने झाकलेल्या आहेत, जी विद्युतदृष्ट्या ग्राउंडेड आहे. चेंबरला एक सीलबंद समोरून उघडणारा दरवाजा आहे, ज्यामुळे चाचणी पृष्ठभाग प्लास्टिकच्या रॅकवर ठेवता येतात आणि उच्च व्होल्टेज हस्तक्षेप टाळण्यासाठी त्यांना खालच्या धातूच्या प्लेटपासून वर उचलले जाते.
पूरक आकृती S111 मध्ये तपशीलवार वर्णन केलेल्या पूर्वी विकसित केलेल्या प्रोटोकॉलनुसार EPES मध्ये EWNS च्या निक्षेपण कार्यक्षमतेची गणना करण्यात आली.
नियंत्रण कक्ष म्हणून, EWNS काढून टाकण्यासाठी दंडगोलाकार कक्षामधून जाणारा दुसरा प्रवाह एका मध्यवर्ती HEPA फिल्टरचा वापर करून EPES प्रणालीसोबत मालिकेत जोडलेला असतो. आकृती २क मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, EWNS एरोसोल मालिकेत जोडलेल्या दोन कक्षांमधून पंप केला गेला. नियंत्रण कक्ष आणि EPES मधील फिल्टर कोणताही शिल्लक राहिलेला EWNS काढून टाकतो, ज्यामुळे तापमान (T), सापेक्ष आर्द्रता (RH) आणि ओझोनची पातळी समान राहते.
ताज्या उत्पादनांना दूषित करणारे महत्त्वाचे अन्नजन्य सूक्ष्मजीव आढळले आहेत, जसे की एशेरिचिया कोलाय (ATCC #27325), जो विष्ठेचा सूचक आहे, साल्मोनेला एंटेरिका (ATCC #53647), जो अन्नजन्य रोगकारक आहे, लिस्टेरिया इनोकुआ (ATCC #33090), जो रोगकारक लिस्टेरिया मोनोसाइटोजेन्सला पर्याय आहे, सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसिया (ATCC #4098), जो नासाडी करणाऱ्या यीस्टला पर्याय आहे, आणि मायकोबॅक्टेरियम पॅराफोर्टुइटस (ATCC #19686), जे अधिक प्रतिरोधक जिवंत जिवाणू आहेत, हे ATCC (मनासास, व्हर्जिनिया) कडून खरेदी करण्यात आले.
तुमच्या स्थानिक बाजारातून सेंद्रिय द्राक्ष टोमॅटोचे बॉक्स अंदाजे खरेदी करा आणि वापरापर्यंत (३ दिवसांपर्यंत) ४°C तापमानावर रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवा. प्रयोगासाठी सुमारे १/२ इंच व्यासाचे एकाच आकाराचे टोमॅटो निवडा.
उष्मायन, संरोपण, संपर्क आणि वसाहत मोजणीसाठीचे प्रोटोकॉल आमच्या मागील प्रकाशनांमध्ये तपशीलवार दिले आहेत आणि पूरक डेटा ११ मध्ये सविस्तरपणे स्पष्ट केले आहेत. संरोपित टोमॅटोंना ४५ मिनिटांसाठी ४०,००० #/cm³ इतक्या तीव्रतेच्या संपर्कात ठेवून EWNS च्या कामगिरीचे मूल्यांकन करण्यात आले. थोडक्यात, t = ० मिनिटाला, जिवंत सूक्ष्मजीवांचे मूल्यांकन करण्यासाठी तीन टोमॅटो वापरण्यात आले. तीन टोमॅटो EPES मध्ये ठेवून त्यांना ४०,००० #/cc तीव्रतेच्या EWNS च्या संपर्कात ठेवण्यात आले (EWNS संपर्कात ठेवलेले टोमॅटो) आणि इतर तीन टोमॅटो नियंत्रण कक्षात ठेवण्यात आले (नियंत्रित टोमॅटो). टोमॅटोच्या कोणत्याही गटावर कोणतीही अतिरिक्त प्रक्रिया केली गेली नाही. EWNS चा परिणाम तपासण्यासाठी ४५ मिनिटांनंतर EWNS च्या संपर्कात ठेवलेले टोमॅटो आणि नियंत्रित टोमॅटो बाहेर काढण्यात आले.
प्रत्येक प्रयोग तीन वेळा करण्यात आला. पूरक माहितीमध्ये वर्णन केलेल्या कार्यपद्धतीनुसार माहितीचे विश्लेषण करण्यात आले.
निष्क्रियीकरणाच्या यंत्रणांचे मूल्यांकन करण्यासाठी, EWNS (४५ मिनिटे, EWNS एरोसोलची घनता ४०,००० #/cm³) च्या संपर्कात आलेले आणि न आलेले ई. कोलाय, एंटेरोबॅक्टर आणि एल. इनोकुआ जिवाणूंचे नमुने गोळा करण्यात आले. हा अवक्षेप खोलीच्या तापमानावर २ तासांसाठी ०.१ M सोडियम कॅकोडायलेट द्रावणात (पीएच ७.४) २.५% ग्लुटाराल्डिहाइड, १.२५% पॅराफॉर्मल्डिहाइड आणि ०.०३% पिक्रिक ॲसिडच्या फिक्सेटिव्हसह स्थिर करण्यात आला. धुतल्यानंतर, ते १% ऑस्मियम टेट्रॉक्साइड (OsO₄)/१.५% पोटॅशियम फेरोसायनाइड (KFeCN₆) मध्ये २ तासांसाठी स्थिर करण्यात आले, पाण्याने ३ वेळा धुतले आणि १% युरॅनिल ॲसिटेटमध्ये १ तासासाठी ठेवले, त्यानंतर पाण्याने दोनदा धुतले. त्यानंतर ५०%, ७०%, ९०%, १००% अल्कोहोलमध्ये प्रत्येकी १० मिनिटांसाठी निर्जलीकरण करण्यात आले. नंतर नमुने १ तासासाठी प्रोपिलीन ऑक्साईडमध्ये ठेवण्यात आले आणि प्रोपिलीन ऑक्साईड व टीएएपी एपॉन (मॅरिव्हॅक कॅनडा इंक. सेंट लॉरेंट, सीए) यांच्या १:१ मिश्रणाने भिजवण्यात आले. नमुने टीएएबी एपॉनमध्ये एम्बेड करण्यात आले आणि ६०°C तापमानावर ४८ तासांसाठी पॉलिमराइझ करण्यात आले. क्युअर झालेला दाणेदार रेझिन कापण्यात आला आणि जेईओएल १२००ईएक्स (जेईओएल, टोकियो, जपान) या पारंपरिक ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपचा वापर करून टीईएमद्वारे पाहण्यात आला, जो एएमटी २के सीसीडी कॅमेऱ्याने (ॲडव्हान्स्ड मायक्रोस्कोपी टेक्निक्स, कॉर्प., वोबर्न, एमए, यूएसए) सुसज्ज होता.
सर्व प्रयोग तीन वेळा करण्यात आले. प्रत्येक वेळेच्या टप्प्यासाठी, जिवाणूंचे द्रावण तीन वेळा प्लेटवर पसरवण्यात आले, ज्यामुळे प्रत्येक टप्प्यासाठी एकूण नऊ डेटा पॉइंट्स मिळाले. या डेटा पॉइंट्सची सरासरी त्या विशिष्ट जीवाणूची 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 संपर्काच्या कालावधीत जीवाणूंचा होणारा नैसर्गिक ऱ्हास विचारात घेण्यासाठी, ४५ मिनिटांनी नियंत्रणाच्या तुलनेत लॉग-रिडक्शनची गणना देखील खालीलप्रमाणे करण्यात 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 उत्पादन आणि कालांतराने स्थिरता) दर्शविणाऱ्या संपूर्ण अभ्यासासाठी दोन प्रकरणे निवडण्यात आली. आकृती ३ मध्ये दोन प्रकरणांसाठी ROS चा चार्ज, आकार आणि सामग्रीचे परिणाम दर्शविले आहेत. हे परिणाम सारणी १ मध्ये देखील सारांशित केले आहेत. संदर्भासाठी, आकृती ३ आणि सारणी १ मध्ये पूर्वी संश्लेषित केलेल्या नॉन-ऑप्टिमाइझ्ड EWNS8, 9, 10, 11 (बेसलाइन-EWNS) चे गुणधर्म समाविष्ट आहेत. टू-टेल्ड टी-टेस्ट वापरून सांख्यिकीय महत्त्वपूर्णतेची गणना पूरक सारणी S2 मध्ये पुन्हा प्रकाशित केली आहे. याव्यतिरिक्त, अतिरिक्त डेटामध्ये काउंटर इलेक्ट्रोड सॅम्पलिंग होलचा व्यास (D) आणि ग्राउंड इलेक्ट्रोड व सुईच्या टोकामधील अंतर (L) यांच्या परिणामावरील अभ्यास समाविष्ट आहेत (पूरक आकृत्या S2 आणि S3).
(अ–क) एएफएम आकार वितरण. (ड – फ) पृष्ठभागावरील विद्युत प्रभाराचे वैशिष्ट्य. (ग) आरओएस आणि ईएसआरचे वैशिष्ट्यीकरण.
हे देखील लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की, वरील सर्व परिस्थितींमध्ये, मोजलेले आयनीकरण प्रवाह २-६ µA च्या श्रेणीत होते आणि व्होल्टेज -३.८ ते -६.५ kV च्या श्रेणीत होते, परिणामी या सिंगल-टर्मिनल EWNS जनरेशन मॉड्यूलचा 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 परिस्थितींनुसार क्षेत्रे अनुक्रमे 2 × 10⁵ V/m आणि 4.7 × 10⁵ V/m अशी मोजली गेली आहेत. हे अपेक्षितच आहे, कारण दुसऱ्या परिस्थितीत व्होल्टेज आणि 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 परिस्थितींसाठी सरासरी EWNS व्यास अनुक्रमे २७ nm आणि १९ nm मोजण्यात आले. [-६.५ kV, ४.० cm] आणि [-३.८ kV, ०.५ cm] या प्रकरणांसाठी वितरणाचे भौमितिक मानक विचलन अनुक्रमे १.४१ आणि १.४५ आहे, जे एक अरुंद आकार वितरण दर्शवते. सरासरी आकार आणि भौमितिक मानक विचलन दोन्ही बेसलाइन-EWNS च्या खूप जवळ आहेत, जे अनुक्रमे २५ nm आणि १.४१ आहेत. आकृती ३क मध्ये त्याच परिस्थितीत आणि त्याच पद्धतीने मोजलेल्या बेसलाइन 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 [-६.५ kV, ४.० cm] साठी २२ ± ६ e- आणि [-३.८ kV, ०.५ cm] साठी ४४ ± ६ e- आहे. बेसलाइन-EWNS (१० ± २ e-) च्या तुलनेत, त्यांचा पृष्ठभागावरील चार्ज लक्षणीयरीत्या जास्त आहे, जो [-६.५ kV, ४.० cm] परिस्थितीच्या दुप्पट आणि [-३.८ kV, ०.५ cm] परिस्थितीच्या चौपट आहे. आकृती ३f मध्ये मूलभूत EWNS पेमेंट डेटा दाखवला आहे.
EWNS संख्या सांद्रता नकाशांवरून (पूरक आकृत्या S5 आणि S6), असे दिसून येते की [-6.5 kV, 4.0 cm] दृश्यामध्ये [-3.8 kV, 0.5 cm] दृश्यापेक्षा कणांची संख्या लक्षणीयरीत्या जास्त आहे. हे देखील लक्षात घ्यावे की EWNS संख्या सांद्रतेचे ४ तासांपर्यंत निरीक्षण केले गेले (पूरक आकृत्या S5 आणि S6), ज्यामध्ये EWNS निर्मिती स्थिरतेने दोन्ही प्रकरणांमध्ये कण संख्या सांद्रतेची समान पातळी दर्शविली.
आकृती ३g मध्ये [-६.५ kV, ४.० cm] वर ऑप्टिमाइझ केलेल्या EWNS साठी कंट्रोल (बॅकग्राउंड) वजाबाकीनंतरचा EPR स्पेक्ट्रम दाखवला आहे. ROS स्पेक्ट्रमची तुलना पूर्वी प्रकाशित झालेल्या एका शोधनिबंधातील EWNS बेसलाइनशी देखील केली आहे. स्पिन ट्रॅपशी अभिक्रिया करणाऱ्या EWNS ची गणना केलेली संख्या ७.५ × १०⁴ EWNS/s आहे, जी पूर्वी प्रकाशित झालेल्या बेसलाइन-EWNS८ शी मिळतेजुळते आहे. EPR स्पेक्ट्रमने दोन प्रकारच्या ROS ची उपस्थिती स्पष्टपणे दर्शवली, ज्यात O²⁻ चे प्रमाण अधिक होते, तर OH• कमी प्रमाणात उपस्थित होते. याव्यतिरिक्त, पीक तीव्रतेच्या थेट तुलनेवरून असे दिसून आले की, बेसलाइन EWNS च्या तुलनेत ऑप्टिमाइझ केलेल्या EWNS मध्ये ROS चे प्रमाण लक्षणीयरीत्या जास्त होते.
आकृती ४ मध्ये EPES मधील EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता दर्शविली आहे. हा डेटा तक्ता I मध्ये सारांशित केला आहे आणि मूळ EWNS डेटाशी त्याची तुलना केली आहे. दोन्ही EUNS प्रकरणांमध्ये, ३.० kV च्या कमी व्होल्टेजवरही निक्षेपण जवळजवळ १००% होते. सामान्यतः, पृष्ठभागावरील चार्जमधील बदलाची पर्वा न करता १००% निक्षेपण साध्य करण्यासाठी ३.० kV पुरेसे असते. त्याच परिस्थितीत, कमी चार्जमुळे (सरासरी १० इलेक्ट्रॉन प्रति EWNS) बेसलाइन-EWNS ची निक्षेपण कार्यक्षमता केवळ ५६% होती.
आकृती ५ आणि तक्ता २ मध्ये, सर्वोत्तम परिस्थितीत [-६.५ kV, ४.० cm] सुमारे ४०,००० #/cm³ EWNS च्या ४५ मिनिटांच्या संपर्कात ठेवल्यानंतर टोमॅटोच्या पृष्ठभागावर संरोपित केलेल्या सूक्ष्मजीवांच्या निष्क्रियतेची पातळी सारांशित केली आहे. संरोपित ई. कोलाय आणि एल. इनोकुआमध्ये ४५ मिनिटांच्या संपर्कात ठेवल्यानंतर ३.८ लॉगची लक्षणीय घट दिसून आली. त्याच परिस्थितीत, एस. एंटेरिकाने २.२ लॉगची कमी घट दर्शविली, तर एस. सेरेव्हिसिया आणि एम. पॅराफोर्टुइटममध्ये १.० लॉगची घट दिसून आली.
इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ (आकृती ६) मध्ये ई. कोलाय, साल्मोनेला एंटेरिका आणि एल. इनोकुआ पेशींमध्ये EWNS मुळे होणारे भौतिक बदल दर्शवले आहेत, ज्यामुळे त्या निष्क्रिय होतात. नियंत्रण गटातील जिवाणूंचे पेशीपटल अखंड होते, तर EWNS च्या संपर्कात आलेल्या जिवाणूंचे 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 डेटाच्या तुलनेत EWNS चे गुणधर्म (पृष्ठभागावरील चार्ज आणि ROS सामग्री) लक्षणीयरीत्या सुधारले आहेत8,9,10,11. दुसरीकडे, त्यांचा आकार नॅनोमीटर श्रेणीतच राहिला, जो पूर्वी प्रकाशित झालेल्या निष्कर्षांशी अगदी मिळताजुळता आहे, ज्यामुळे ते दीर्घकाळ हवेत राहू शकतात. निरीक्षित पॉलिडिस्पर्सिटीचे स्पष्टीकरण पृष्ठभागावरील चार्जमधील बदलांद्वारे दिले जाऊ शकते, जे रेले इफेक्टचे प्रमाण, यादृच्छिकता आणि EWNS चे संभाव्य विलीनीकरण निश्चित करतात. तथापि, नील्सन आणि इतरांनी22 सविस्तरपणे सांगितल्याप्रमाणे, उच्च पृष्ठभागावरील चार्ज पाण्याच्या थेंबाची पृष्ठ ऊर्जा/तणाव प्रभावीपणे वाढवून बाष्पीभवन कमी करतो. हा सिद्धांत सूक्ष्म थेंबांसाठी22 आणि आमच्या मागील प्रकाशनात8 EWNS साठी प्रायोगिकरित्या सिद्ध झाला होता. कालांतराने होणारी घट देखील आकारावर परिणाम करू शकते आणि निरीक्षित आकार वितरणात योगदान देऊ शकते.
याव्यतिरिक्त, परिस्थितीनुसार प्रत्येक संरचनेवरील प्रभार सुमारे २२-४४ e- असतो, जो मूलभूत EWNS च्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त आहे, ज्यामध्ये प्रत्येक संरचनेवर सरासरी १० ± २ इलेक्ट्रॉनचा प्रभार असतो. तथापि, हे लक्षात घेतले पाहिजे की हा EWNS चा सरासरी प्रभार आहे. सेतो आणि इतरांनी दाखवून दिले आहे की हा प्रभार एकसमान नसतो आणि लॉग-नॉर्मल वितरणाचे अनुसरण करतो²¹. आमच्या मागील कामाच्या तुलनेत, पृष्ठभागावरील प्रभार दुप्पट केल्याने EPES प्रणालीमध्ये निक्षेपण कार्यक्षमता दुप्पट होऊन जवळजवळ १००% होते¹¹.