Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद।तपाईंले प्रयोग गरिरहनुभएको ब्राउजर संस्करणमा सीमित CSS समर्थन छ।उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अपडेट गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम गर्नुहोस्)।यस बीचमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैली र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट रेन्डर गर्नेछौं।
एकै समयमा तीनवटा स्लाइडहरू देखाउने क्यारोसेल।अघिल्लो र अर्को बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि, वा अन्तमा स्लाइडर बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि।
हालै, कृत्रिम पानी न्यानोस्ट्रक्चर (EWNS) को प्रयोग गरेर नानो टेक्नोलोजीमा आधारित एक रासायनिक मुक्त एन्टिमाइक्रोबियल प्लेटफर्म विकसित गरिएको छ।EWNS मा उच्च सतह चार्ज छ र प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू (ROS) संग संतृप्त छन् जसले खाद्यजनित रोगजनकहरू सहित धेरै सूक्ष्मजीवहरूसँग अन्तरक्रिया र निष्क्रिय गर्न सक्छ।यहाँ यो देखाइएको छ कि संश्लेषणको क्रममा तिनीहरूको गुणहरू राम्रोसँग मिलाउन सकिन्छ र तिनीहरूको एन्टिब्याक्टेरियल क्षमतालाई अझ बढाउन अनुकूलित गर्न सकिन्छ।EWNS प्रयोगशाला प्लेटफर्मलाई संश्लेषण प्यारामिटरहरू परिवर्तन गरेर EWNS को गुणहरू ठीक-ट्यून गर्न डिजाइन गरिएको थियो।आधुनिक विश्लेषणात्मक विधिहरू प्रयोग गरेर EWNS गुणहरू (आरओएसको चार्ज, साइज र सामग्री) को विशेषता।थप रूपमा, तिनीहरूको Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum र Saccharomyces cerevisiae जस्ता खाद्यजन्य सूक्ष्मजीवहरू विरुद्ध तिनीहरूको माइक्रोबियल निष्क्रियता क्षमताको लागि मूल्याङ्कन गरियो।यहाँ प्रस्तुत गरिएका नतिजाहरूले EWNS को गुणहरू संश्लेषणको क्रममा राम्रोसँग मिलाउन सकिन्छ भनी देखाउँछन्, जसले गर्दा निष्क्रियता दक्षतामा घातीय वृद्धि हुन्छ।विशेष गरी, सतह चार्ज चारको कारकले बढ्यो र प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू बढ्यो।माइक्रोबियल हटाउने दर माइक्रोबियल रूपमा निर्भर थियो र 40,000 #/cc EWNS को एरोसोल खुराकमा 45 मिनेट एक्सपोजर पछि 1.0 देखि 3.8 लग सम्मको थियो।
माइक्रोबियल प्रदूषण रोगजनक वा तिनीहरूको विषाक्त पदार्थहरूको सेवनबाट हुने खाद्यजन्य रोगको मुख्य कारण हो।संयुक्त राज्य अमेरिकामा मात्र, खानाजन्य रोगले लगभग 76 मिलियन रोगहरू, 325,000 अस्पताल भर्ना, र प्रत्येक वर्ष 5,000 मृत्युहरू निम्त्याउँछ।थप रूपमा, संयुक्त राज्य अमेरिकाको कृषि विभाग (USDA) ले ताजा उत्पादनको बढ्दो उपभोग संयुक्त राज्यमा 48% रिपोर्ट गरिएको खाद्यजन्य रोगहरूको लागि जिम्मेवार रहेको अनुमान गरेको छ।संयुक्त राज्यमा खानाबाट हुने रोगजनकहरूको कारणले हुने रोग र मृत्युको लागत धेरै उच्च छ, रोग नियन्त्रण र रोकथाम केन्द्र (CDC) द्वारा प्रति वर्ष 15.6 बिलियन अमेरिकी डलर भन्दा बढी अनुमान गरिएको छ।
हाल, खाद्य सुरक्षा सुनिश्चित गर्न रासायनिक4, विकिरण5 र थर्मल6 एन्टिमाइक्रोबियल हस्तक्षेपहरू प्राय: उत्पादन श्रृंखला (सामान्यतया फसल पछि र/वा प्याकेजिङको समयमा) को साथ सीमित क्रिटिकल कन्ट्रोल पोइन्टहरू (CCPs) मा गरिन्छ।यसरी, तिनीहरू क्रस-प्रदूषणको खतरामा छन्।7. खाद्यजन्य रोग र खाना बिगार्नेको राम्रो नियन्त्रणको लागि एन्टिमाइक्रोबियल हस्तक्षेपहरू आवश्यक पर्दछ जुन वातावरणीय प्रभाव र लागतहरू कम गर्दै फार्म-टु-टेबल कन्टिन्युममा सम्भावित रूपमा लागू गर्न सकिन्छ।
हालै, एक रासायनिक-रहित, न्यानो टेक्नोलोजीमा आधारित एन्टिमाइक्रोबियल प्लेटफर्म विकसित गरिएको छ जसले कृत्रिम पानी न्यानोस्ट्रक्चर (EWNS) को प्रयोग गरेर सतह र हावामा हुने ब्याक्टेरियालाई निष्क्रिय पार्न सक्छ।EWNS दुई समानान्तर प्रक्रियाहरू, इलेक्ट्रोस्प्रे र पानी ionization (चित्र 1a) प्रयोग गरेर संश्लेषित गरिएको थियो।अघिल्लो अध्ययनहरूले देखाएको छ कि EWNS सँग भौतिक र जैविक गुणहरूको एक अद्वितीय सेट छ 8,9,10।EWNS सँग प्रति संरचना 10 इलेक्ट्रोनहरू र 25 nm (चित्र 1b,c) 8,9,10 को औसत नानोस्केल आकार छ।थप रूपमा, इलेक्ट्रोन स्पिन रेजोनान्स (ESR) ले EWNS मा धेरै मात्रामा प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू (ROS), मुख्यतया हाइड्रोक्सिल (OH•) र सुपरअक्साइड (O2-) रेडिकलहरू (चित्र 1c) 8 रहेको देखाएको छ।EVNS लामो समयसम्म हावामा रहन्छ र हावामा निलम्बित सूक्ष्मजीवहरूसँग टकराउन सक्छ र सतहमा उपस्थित हुन्छ, तिनीहरूको ROS पेलोड प्रदान गर्दछ र सूक्ष्मजीवहरूको निष्क्रियताको कारण बनाउँछ (चित्र 1d)।यी प्रारम्भिक अध्ययनहरूले यो पनि देखाए कि EWNS ले सतह र हावामा माइकोब्याक्टेरिया सहित विभिन्न ग्राम-नकारात्मक र ग्राम-पॉजिटिभ ब्याक्टेरियासँग अन्तरक्रिया र निष्क्रिय पार्न सक्छ।ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपीले देखायो कि निष्क्रियता कोशिका झिल्लीको अवरोधको कारणले भएको थियो।थप रूपमा, तीव्र इन्हेलेसन अध्ययनहरूले देखाएको छ कि EWNS को उच्च खुराकले फोक्सोको क्षति वा सूजन 8 लाई कारण गर्दैन।
(a) इलेक्ट्रोस्प्रे तब हुन्छ जब तरल र काउन्टर इलेक्ट्रोड युक्त केशिका ट्यूब बीच उच्च भोल्टेज लागू हुन्छ।(b) उच्च चापको प्रयोगले दुई फरक घटनाहरूमा परिणाम दिन्छ: (i) पानीको इलेक्ट्रोस्प्रेइङ र (ii) EWNS मा फसेको प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजाति (आयन) को गठन।(c) EWNS को अद्वितीय संरचना।(d) तिनीहरूको नानोस्केल प्रकृतिको कारणले गर्दा, EWNS अत्यधिक गतिशील छन् र वायुजनित रोगजनकहरूसँग अन्तरक्रिया गर्न सक्छन्।
ताजा खानाको सतहमा खाद्यजन्य सूक्ष्मजीवहरूलाई निष्क्रिय पार्न EWNS एन्टिमाइक्रोबियल प्लेटफर्मको क्षमता पनि हालै प्रदर्शन गरिएको छ।यो पनि देखाइएको छ कि विद्युत क्षेत्र संग संयोजन मा EWNS को सतह चार्ज लक्षित डेलिभरी प्राप्त गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।यसबाहेक, लगभग 50,000 #/cm3 को EWNS मा 90 मिनेट एक्सपोजर पछि जैविक टमाटरहरूको लागि प्रारम्भिक नतिजाहरू उत्साहजनक थिए, विभिन्न खाद्यजन्य सूक्ष्मजीवहरू जस्तै E. coli र Listeria 11 अवलोकन गरियो।थप रूपमा, प्रारम्भिक अर्गानोलेप्टिक परीक्षणहरूले नियन्त्रण टमाटरको तुलनामा कुनै संवेदी प्रभावहरू देखाएनन्।यद्यपि यी प्रारम्भिक निष्क्रियता परिणामहरू 50,000#/cc को धेरै कम EWNS खुराकहरूमा पनि खाद्य सुरक्षा अनुप्रयोगहरूको लागि प्रोत्साहनजनक छन्।हेर्नुहोस्, यो स्पष्ट छ कि उच्च निष्क्रियता क्षमता संक्रमण र बिगार्न को जोखिम को कम गर्न को लागी अधिक लाभदायक हुनेछ।
यहाँ, हामी हाम्रो अनुसन्धानलाई EWNS जेनरेशन प्लेटफर्मको विकासमा ध्यान केन्द्रित गर्नेछौं ताकि संश्लेषण प्यारामिटरहरूको राम्रो ट्युनिङ सक्षम गर्न र EWNS को भौतिक रसायनिक गुणहरूलाई तिनीहरूको एन्टिब्याक्टेरियल क्षमता बढाउनको लागि अनुकूलन गर्न सक्षम पार्नुहोस्।विशेष गरी, अप्टिमाइजेसनले तिनीहरूको सतह चार्ज (लक्षित डेलिभरी सुधार गर्न) र ROS सामग्री (निष्क्रियता दक्षता सुधार गर्न) बढाउनमा ध्यान केन्द्रित गरेको छ।आधुनिक विश्लेषणात्मक विधिहरू प्रयोग गरेर अनुकूलित भौतिक-रासायनिक गुणहरू (आकार, चार्ज र ROS सामग्री) विशेषताहरू र सामान्य खाद्य सूक्ष्मजीवहरू जस्तै ई।
EVNS उच्च शुद्धता पानी (18 MΩ cm-1) को एक साथ इलेक्ट्रोस्प्रेइङ र ionization द्वारा संश्लेषित गरिएको थियो।बिजुली नेबुलाइजर 12 सामान्यतया तरल पदार्थको परमाणुकरण र पोलिमर र सिरेमिक कण 13 र नियन्त्रित आकारको फाइबर 14 को संश्लेषणको लागि प्रयोग गरिन्छ।
अघिल्लो प्रकाशनहरू 8, 9, 10, 11 मा विस्तृत रूपमा, एक सामान्य प्रयोगमा, धातु केशिका र ग्राउन्डेड काउन्टर इलेक्ट्रोडको बीचमा उच्च भोल्टेज लागू गरिएको थियो।यस प्रक्रियाको क्रममा, दुई फरक घटनाहरू हुन्छन्: i) इलेक्ट्रोस्प्रे र ii) पानी आयनीकरण।दुई इलेक्ट्रोडहरू बीचको बलियो बिजुली क्षेत्रले कन्डेन्स्ड पानीको सतहमा नकारात्मक चार्जहरू निम्त्याउँछ, जसको परिणामस्वरूप टेलर कोनहरू बन्छन्।नतिजाको रूपमा, अत्यधिक चार्ज गरिएका पानीका थोपाहरू बन्छन्, जुन साना कणहरूमा विभाजित हुन जारी रहन्छ, जस्तै Rayleigh Theory16 मा।एकै समयमा, बलियो बिजुली क्षेत्रहरूले केही पानीको अणुहरूलाई विभाजन गर्न र इलेक्ट्रोनहरू (आयनाइज) बन्द गर्न निम्त्याउँछ, जसले ठूलो मात्रामा प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू (ROS) 17 को गठन गर्दछ।एकै साथ उत्पन्न ROS18 EWNS (चित्र 1c) मा समेटिएको थियो।
अंजीर मा।2a ले यस अध्ययनमा EWNS संश्लेषणमा विकसित र प्रयोग गरिएको EWNS पुस्ता प्रणाली देखाउँछ।बन्द बोतलमा भण्डारण गरिएको शुद्ध पानीलाई टेफ्लोन ट्यूब (२ मिमी भित्री व्यास) मार्फत ३०G स्टेनलेस स्टील सुई (धातु केशिका) मा खुवाइन्छ।पानीको प्रवाहलाई बोतल भित्रको हावाको चापद्वारा नियन्त्रण गरिन्छ, जस्तै चित्र 2b मा देखाइएको छ।सुई एक Teflon कन्सोल मा माउन्ट गरिएको छ र म्यानुअल रूपमा काउन्टर इलेक्ट्रोड देखि एक निश्चित दूरी मा समायोजित गर्न सकिन्छ।काउन्टर इलेक्ट्रोड नमूनाको लागि केन्द्रमा प्वाल भएको पालिश गरिएको एल्युमिनियम डिस्क हो।काउन्टर इलेक्ट्रोडको तल एउटा एल्युमिनियम नमूना फनेल छ, जुन नमूना पोर्ट (चित्र 2b) मार्फत बाँकी प्रयोगात्मक सेटअपसँग जोडिएको छ।नमूना सञ्चालनमा बाधा पुर्‍याउन सक्ने चार्ज निर्माणबाट बच्नको लागि, सबै नमूना घटकहरू विद्युतीय रूपमा ग्राउन्ड गरिएका छन्।
(a) इन्जिनियर गरिएको वाटर नैनोस्ट्रक्चर जेनेरेशन सिस्टम (EWNS)।(b) नमूना र इलेक्ट्रोस्प्रेको क्रस-सेक्शन, सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण प्यारामिटरहरू देखाउँदै।(c) ब्याक्टेरिया निष्क्रियताको लागि प्रयोगात्मक सेटअप।
माथि वर्णन गरिएको EWNS जेनेरेसन प्रणालीले EWNS गुणहरूको राम्रो ट्यूनिंग सुविधाको लागि प्रमुख अपरेटिङ प्यारामिटरहरू परिवर्तन गर्न सक्षम छ।लागू भोल्टेज (V), सुई र काउन्टर इलेक्ट्रोड (L) बीचको दूरी, र केशिका मार्फत पानीको प्रवाह (φ) EWNS विशेषताहरूलाई राम्रोसँग मिलाउनुहोस्।विभिन्न संयोजनहरू प्रतिनिधित्व गर्न प्रयोग गरिएको प्रतीक: [V (kV), L (cm)]।निश्चित सेट [V, L] को स्थिर टेलर कोन प्राप्त गर्न पानीको प्रवाह समायोजन गर्नुहोस्।यस अध्ययनको उद्देश्यका लागि, काउन्टर इलेक्ट्रोड (डी) को एपर्चर व्यास ०.५ इन्च (१.२९ सेमी) मा राखिएको थियो।
सीमित ज्यामिति र विषमताको कारणले, पहिलो सिद्धान्तहरूबाट विद्युतीय क्षेत्रको शक्ति गणना गर्न सकिँदैन।यसको सट्टा, QuickField™ सफ्टवेयर (Svendborg, डेनमार्क) 19 बिजुली क्षेत्र गणना गर्न प्रयोग गरिएको थियो।बिजुली क्षेत्र एकसमान छैन, त्यसैले केशिका को टिप मा विद्युत क्षेत्र को मान विभिन्न कन्फिगरेसन को लागी एक सन्दर्भ मान को रूप मा प्रयोग गरिएको थियो।
अध्ययनको क्रममा, भोल्टेज र सुई र काउन्टर इलेक्ट्रोड बीचको दूरीको धेरै संयोजनहरू टेलर कोन गठन, टेलर कोन स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता, र प्रजनन क्षमताको सन्दर्भमा मूल्याङ्कन गरियो।विभिन्न संयोजनहरू पूरक तालिका S1 मा देखाइएको छ।
EWNS जेनेरेशन प्रणालीको आउटपुट सिधै स्क्यानिङ मोबिलिटी पार्टिकल साइज एनालाइजर (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) मा कण संख्याको एकाग्रता मापनको लागि, साथै एयरोसोल फराडे इलेक्ट्रोमिटर (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN) मा जडान गरिएको थियो।) एयरोसोल धाराहरूको लागि हाम्रो अघिल्लो प्रकाशनमा वर्णन गरिए अनुसार मापन गरिएको थियो।दुबै SMPS र एरोसोल इलेक्ट्रोमिटर 0.5 L/min को प्रवाह दरमा नमूना (कुल नमूना प्रवाह 1 L/min)।कणहरूको संख्या एकाग्रता र एरोसोल प्रवाह 120 सेकेन्डको लागि मापन गरियो।मापन 30 पटक दोहोर्याइएको छ।हालको मापनको आधारमा, कुल एरोसोल चार्ज गणना गरिन्छ र चयन गरिएको EWNS कणहरूको कुल संख्याको लागि औसत EWNS शुल्क अनुमान गरिएको छ।EWNS को औसत लागत समीकरण (1) को प्रयोग गरेर गणना गर्न सकिन्छ:
जहाँ IEl मापन गरिएको वर्तमान हो, NSMPS डिजिटल एकाग्रता हो जुन SMPS मार्फत मापन गरिन्छ, र φEl प्रति इलेक्ट्रोमिटर प्रवाह दर हो।
किनभने सापेक्षिक आर्द्रता (RH) ले सतह चार्जलाई असर गर्छ, तापमान र (RH) क्रमशः 21 डिग्री सेल्सियस र 45% मा प्रयोगको क्रममा स्थिर राखिएको थियो।
EWNS को आकार र जीवनकाल मापन गर्न एटोमिक फोर्स माइक्रोस्कोपी (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) र AC260T प्रोब (Olympus, Tokyo, Japan) को प्रयोग गरियो।AFM स्क्यानिङ फ्रिक्वेन्सी 1 Hz थियो, स्क्यानिङ क्षेत्र 5 μm × 5 μm थियो, र 256 स्क्यान लाइनहरू।सबै छविहरू एसाइलम सफ्टवेयर (मास्क दायरा 100 एनएम, थ्रेसहोल्ड 100 बजे) प्रयोग गरेर पहिलो अर्डर छवि पङ्क्तिबद्धताको अधीनमा थिए।
परीक्षण फनेल हटाइयो र काउन्टर इलेक्ट्रोडबाट 2.0 सेन्टीमिटरको दूरीमा 120 सेकेन्डको औसत समयको लागि अभ्रक सतहमा कणहरूको जमघट र अनियमित थोपाहरूको गठनबाट बच्न मीका सतहलाई राखिएको थियो।EWNS लाई सिधै ताजा काटिएको अभ्रक (टेड पेला, रेडिङ, CA) को सतहमा स्प्रे गरिएको थियो।AFM sputtering पछि तुरुन्तै अभ्रक सतह को छवि।भर्खरै काटिएको अपरिवर्तित अभ्रकको सतहको सम्पर्क कोण ०° को नजिक छ, त्यसैले EVNS अभ्रक सतहमा गुम्बजको रूपमा वितरण गरिन्छ।डिफ्युजिङ थोपाहरूको व्यास (a) र उचाइ (h) लाई AFM टोपोग्राफीबाट सीधा मापन गरिएको थियो र हाम्रो पहिले प्रमाणित विधि प्रयोग गरेर EWNS गुंबद फैलिएको भोल्युम गणना गर्न प्रयोग गरियो।अनबोर्ड EWNS सँग समान भोल्युम छ भनी मान्दै, समीकरण (२) को प्रयोग गरेर समतुल्य व्यास गणना गर्न सकिन्छ:
हाम्रो पहिले विकसित विधिको आधारमा, EWNS मा अल्पकालीन कट्टरपन्थी मध्यवर्तीहरूको उपस्थिति पत्ता लगाउन इलेक्ट्रोन स्पिन रेजोनान्स (ESR) स्पिन ट्र्याप प्रयोग गरिएको थियो।Aerosols 650 μm Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) मार्फत बबल गरिएको थियो जसमा DEPMPO (5-(डाइटोक्साइफोस्फोरिल)-5-मिथाइल-1-पाइरोलाइन-एन-अक्साइड) (Oxis International Inc.) को 235 mM समाधान समावेश थियो।पोर्टल्यान्ड, ओरेगन)।सबै ESR मापनहरू Bruker EMX स्पेक्ट्रोमिटर (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) र एक फ्ल्याट प्यानल सेल प्रयोग गरेर प्रदर्शन गरिएको थियो।Acquisit सफ्टवेयर (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) डाटा सङ्कलन र विश्लेषण गर्न प्रयोग गरिएको थियो।ROS को विशेषताहरूको निर्धारण मात्र सञ्चालन अवस्था [-6.5 kV, 4.0 cm] को लागि गरिएको थियो।प्रभावकर्तामा EWNS घाटाको लागि लेखांकन पछि SMPS प्रयोग गरेर EWNS एकाग्रता मापन गरियो।
205 डुअल बीम ओजोन मोनिटर™ (2B टेक्नोलोजी, बोल्डर, को) 8,9,10 प्रयोग गरेर ओजोन स्तरहरू अनुगमन गरिएको थियो।
सबै EWNS गुणहरूको लागि, औसत मान मापन मानको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, र मानक विचलन मापन त्रुटिको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।T-परीक्षणहरू आधार EWNS को अनुरूप मानहरूसँग अनुकूलित EWNS विशेषताहरूको मानहरू तुलना गर्न प्रदर्शन गरिएको थियो।
चित्र 2c ले पहिले विकसित र विशेषता इलेक्ट्रोस्टेटिक वर्षा (EPES) "पुल" प्रणाली देखाउँछ जुन सतहमा EWNS को लक्षित डेलिभरीको लागि प्रयोग गर्न सकिन्छ।EPES ले EVNS चार्जहरू प्रयोग गर्दछ जुन बलियो बिजुली क्षेत्रको प्रभावमा लक्ष्यको सतहमा सीधा "निर्देशित" हुन सक्छ।EPES प्रणालीको विवरणहरू Pyrgiotakis et al द्वारा हालैको प्रकाशनमा प्रस्तुत गरिएको छ।११।यसरी, EPES मा 3D प्रिन्ट गरिएको PVC च्याम्बर छ जसको छेउ छेउछ र दुईवटा समानान्तर स्टेनलेस स्टील (304 स्टेनलेस स्टील, मिरर कोटेड) मेटल प्लेटहरू बीचमा 15.24 सेन्टिमिटर टाढा छन्।बोर्डहरू बाह्य उच्च भोल्टेज स्रोत (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) मा जडान गरिएको थियो, तलको प्लेट सधैं सकारात्मक भोल्टेजमा जोडिएको थियो, र शीर्ष प्लेट सधैं जमिन (फ्लोटिंग ग्राउन्ड) मा जोडिएको थियो।कक्षको भित्ताहरू एल्युमिनियम पन्नीले ढाकिएको छ, जुन कण हानि रोक्न विद्युतीय रूपमा ग्राउन्ड गरिएको छ।च्याम्बरमा सिल गरिएको अगाडि लोडिङ ढोका छ जसले परीक्षण सतहहरूलाई प्लास्टिक स्ट्यान्डहरूमा राख्न अनुमति दिन्छ जसले तिनीहरूलाई उच्च भोल्टेज हस्तक्षेपबाट बच्न तलको धातु प्लेट माथि उठाउँछ।
EPES मा EWNS को निक्षेप दक्षता पूरक चित्र S111 मा विस्तृत पहिले विकसित प्रोटोकल अनुसार गणना गरिएको थियो।
नियन्त्रण कक्षको रूपमा, दोस्रो बेलनाकार प्रवाह कक्ष EPES प्रणालीमा श्रृंखलामा जडान गरिएको थियो, जसमा EWNS हटाउनको लागि मध्यवर्ती HEPA फिल्टर प्रयोग गरिएको थियो।चित्र 2c मा देखाइए अनुसार, EWNS एयरोसोल दुई बिल्ट-इन चेम्बरहरू मार्फत पम्प गरिएको थियो।कन्ट्रोल रुम र EPES बीचको फिल्टरले उही तापक्रम (T), सापेक्षिक आर्द्रता (RH) र ओजोन स्तरहरूको परिणाम स्वरूप कुनै पनि बाँकी EWNS हटाउँछ।
ताजा खानाहरू जस्तै E. कोलाई (ATCC #27325), मल सूचक, साल्मोनेला इन्टरिका (ATCC #53647), फूडबोर्न रोगजनक, लिस्टेरिया हानिरहित (ATCC #33090), रोगजनक लिस्टेरिया मोनोसाइसेना, सेरोगेट (सरोगेट) जस्ता ताजा खानाहरू दूषित गर्न महत्त्वपूर्ण खाद्यजनित सूक्ष्मजीवहरू फेला परेका छन्। cerevisiae (ATCC #4098), खराब खमीर को एक विकल्प, र एक अधिक प्रतिरोधी निष्क्रिय ब्याक्टेरिया, माइकोब्याक्टेरियम paralucky (ATCC #19686)।
आफ्नो स्थानीय बजारबाट अर्गानिक अंगूरको टमाटरको अनियमित बक्सहरू किन्नुहोस् र प्रयोग नभएसम्म (३ दिनसम्म) ४ डिग्री सेल्सियसमा फ्रिज गर्नुहोस्।प्रयोगात्मक टमाटरहरू सबै एउटै आकारका थिए, व्यासमा लगभग 1/2 इन्च।
संस्कृति, टीकाकरण, एक्सपोजर, र कोलोनी गणना प्रोटोकलहरू हाम्रो अघिल्लो प्रकाशनमा विस्तृत छन् र पूरक डेटामा विस्तृत छन्।EWNS को प्रभावकारिता 45 मिनेटको लागि 40,000 #/cm3 मा इनोकुलेटेड टमाटर उजागर गरेर मूल्याङ्कन गरिएको थियो।संक्षेपमा, तीन टमाटरहरू समय t = 0 मिनेटमा जीवित सूक्ष्मजीवहरूको मूल्याङ्कन गर्न प्रयोग गरियो।तीनवटा टमाटरहरू EPES मा राखिएको थियो र EWNS मा 40,000 #/cc (EWNS exposed tomatoes) र बाँकी तीनवटा कन्ट्रोल चेम्बर (कन्ट्रोल टमाटर) मा राखिएको थियो।दुबै समूहमा टमाटरको अतिरिक्त प्रशोधन गरिएको थिएन।EWNS को प्रभाव मूल्याङ्कन गर्न 45 मिनेट पछि EWNS- एक्सपोज टमाटर र नियन्त्रण टमाटर हटाइयो।
प्रत्येक प्रयोग त्रिविधमा गरिएको थियो।डाटा विश्लेषण पूरक डाटामा वर्णन गरिएको प्रोटोकल अनुसार गरिएको थियो।
निष्क्रियता संयन्त्रहरू खुला EWNS नमूनाहरू (45 मिनेट 40,000 #/cm3 EWNS एरोसोल एकाग्रतामा) र हानिरहित ब्याक्टेरिया ई. कोलाई, साल्मोनेला इन्टरिका र ल्याक्टोबैसिलसको गैर-विकिरणित नमूनाहरूद्वारा मूल्याङ्कन गरिएको थियो।कणहरूलाई २.५% ग्लुटाराल्डिहाइड, १.२५% प्याराफर्मल्डिहाइड र ०.०३% पिक्रिक एसिड ०.१ एम सोडियम क्याकोडाइलेट बफर (पीएच ७.४) मा २ घण्टाको लागि कोठाको तापक्रममा राखिएको थियो।नुहाइसकेपछि १% ओस्मियम टेट्रोक्साइड (OsO4)/1.5% पोटासियम फेरोसायनाइड (KFeCN6) ले २ घण्टासम्म पोष्ट-फिक्स गर्नुहोस्, ३ पटक पानीमा धुनुहोस् र १% युरेनिल एसीटेटमा १ घन्टासम्म इन्क्युबेट गर्नुहोस्, त्यसपछि दुई पटक पानीमा धुनुहोस्, त्यसपछि%०%,%०%,०९,०९ मिनेटमा डिहाइड्रेट गर्नुहोस्। % अल्कोहल।त्यसपछि नमूनाहरूलाई प्रोपाइलिन अक्साइडमा १ घण्टाको लागि राखियो र प्रोपाइलिन अक्साइड र TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) को १:१ मिश्रणले गर्भाधान गरियो।नमूनाहरू TAAB Epon मा एम्बेड गरिएको थियो र 48 घण्टाको लागि 60 डिग्री सेल्सियसमा पोलिमराइज गरिएको थियो।AMT 2k CCD क्यामेरा (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA) ले सुसज्जित पारम्परिक ट्रान्समिसन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japan) को प्रयोग गरेर निको भएको दानेदार राललाई TEM द्वारा काटिएको र कल्पना गरिएको थियो।
सबै प्रयोगहरू ट्रिपलिकेटमा गरिएको थियो।प्रत्येक समय बिन्दुको लागि, ब्याक्टेरियल वासहरू ट्रिपलिकेटमा सीड गरिएको थियो, जसको परिणामस्वरूप प्रति बिन्दु कुल नौ डेटा बिन्दुहरू, जसको औसत त्यो विशेष सूक्ष्मजीवको लागि ब्याक्टेरियल एकाग्रताको रूपमा प्रयोग गरिएको थियो।मानक विचलन मापन त्रुटिको रूपमा प्रयोग गरिएको थियो।सबै अंक गणना।
t = 0 मिनेटको तुलनामा ब्याक्टेरियाको एकाग्रतामा भएको कमीको लघुगणक निम्न सूत्र प्रयोग गरेर गणना गरिएको थियो:
जहाँ C0 भनेको ० को समयमा नियन्त्रण नमूनामा ब्याक्टेरियाको एकाग्रता हो (अर्थात सतह सुकेपछि तर चेम्बरमा राख्नु अघि) र Cn एक्सपोजरको n मिनेट पछि सतहमा ब्याक्टेरियाको एकाग्रता हो।
45-मिनेट एक्सपोजरको समयमा ब्याक्टेरियाको प्राकृतिक ह्रासको लागि खातामा, 45 मिनेट पछिको नियन्त्रणको तुलनामा लग घटाउने हिसाब पनि निम्नानुसार गणना गरिएको थियो:
जहाँ Cn भनेको n समयमा नियन्त्रण नमूनामा ब्याक्टेरियाको एकाग्रता हो र Cn-नियन्त्रण भनेको n समयमा नियन्त्रण ब्याक्टेरियाको एकाग्रता हो।डाटा नियन्त्रणको तुलनामा लग घटाउने रूपमा प्रस्तुत गरिन्छ (कुनै EWNS एक्सपोजर छैन)।
अध्ययनको क्रममा, भोल्टेज र सुई र काउन्टर इलेक्ट्रोड बीचको दूरीको धेरै संयोजनहरू टेलर कोन गठन, टेलर कोन स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता, र प्रजनन क्षमताको सन्दर्भमा मूल्याङ्कन गरियो।विभिन्न संयोजनहरू पूरक तालिका S1 मा देखाइएको छ।स्थिर र पुन: उत्पादन योग्य गुणहरू देखाउने दुई केसहरू (टेलर कोन, EWNS जेनेरेसन, र समयसँगै स्थिरता) व्यापक अध्ययनको लागि चयन गरिएको थियो।अंजीर मा।चित्र 3 ले दुबै अवस्थामा ROS को चार्ज, साइज र सामग्रीको नतिजा देखाउँछ।नतिजाहरू पनि तालिका 1 मा देखाइएका छन्। सन्दर्भको लागि, चित्र 3 र तालिका 1 दुवैमा पहिलेको संश्लेषित गैर-अप्टिमाइज गरिएको EWNS8, 9, 10, 11 (आधार रेखा-EWNS) को गुणहरू समावेश छन्।दुई-पुच्छर t-परीक्षण प्रयोग गरेर तथ्याङ्कीय महत्व गणनाहरू पूरक तालिका S2 मा पुन: प्रकाशित गरिएको छ।थप रूपमा, अतिरिक्त डेटाले काउन्टर इलेक्ट्रोड नमूना प्वाल व्यास (D) र ग्राउन्ड इलेक्ट्रोड र टिप (L) (पूरक फिगरहरू S2 र S3) बीचको दूरीको प्रभावको अध्ययन समावेश गर्दछ।
(ac) AFM द्वारा मापन गरिएको आकार वितरण।(df) सतह चार्ज विशेषता।(g) EPR को ROS विशेषता।
यो पनि ध्यान दिनु महत्त्वपूर्ण छ कि माथिका सबै अवस्थाहरूको लागि, मापन गरिएको आयनीकरण वर्तमान 2 र 6 μA र भोल्टेज -3.8 र -6.5 kV बीचको थियो, परिणामस्वरूप यो एकल EWNS जेनरेशन सम्पर्क मोड्युलको लागि 50 mW भन्दा कम पावर खपत हुन्छ।यद्यपि EWNS उच्च दबाबमा संश्लेषित गरिएको थियो, ओजोन स्तर धेरै कम थियो, 60 ppb भन्दा बढी कहिल्यै थिएन।
पूरक चित्र S4 ले क्रमशः [-6.5 kV, 4.0 cm] र [-3.8 kV, 0.5 cm] परिदृश्यहरूको लागि सिमुलेटेड बिजुली क्षेत्रहरू देखाउँछ।[-6.5 kV, 4.0 cm] र [-3.8 kV, 0.5 cm] परिदृश्यहरूको लागि, फिल्ड गणनाहरू क्रमशः 2 × 105 V/m र 4.7 × 105 V/m छन्।यो अपेक्षित छ, किनकि दोस्रो अवस्थामा भोल्टेज-दूरी अनुपात धेरै उच्च छ।
अंजीर मा।3a,b ले AFM8 सँग मापन गरिएको EWNS व्यास देखाउँछ।गणना गरिएको औसत EWNS व्यासहरू क्रमशः [-6.5 kV, 4.0 cm] र [-3.8 kV, 0.5 cm] योजनाहरूको लागि 27 nm र 19 nm थिए।[-6.5 kV, 4.0 cm] र [-3.8 kV, 0.5 cm] परिदृश्यहरूको लागि, वितरणहरूको ज्यामितीय मानक विचलनहरू क्रमशः 1.41 र 1.45 छन्, एक संकीर्ण आकार वितरणलाई संकेत गर्दै।दुबै औसत आकार र ज्यामितीय मानक विचलन आधारभूत EWNS को धेरै नजिक छन्, क्रमशः 25 nm र 1.41 मा।अंजीर मा।3c ले आधार EWNS को आकार वितरण देखाउँछ उही सर्तहरूमा उही विधि प्रयोग गरेर मापन।
अंजीर मा।3d, e ले चार्ज विशेषताको नतिजा देखाउँछ।डेटा एकाग्रता (#/cm3) र वर्तमान (I) को 30 एक साथ मापन को औसत मापन हो।विश्लेषणले देखाउँछ कि EWNS मा औसत चार्ज 22 ± 6 e- र 44 ± 6 e- को लागि [-6.5 kV, 4.0 cm] र [-3.8 kV, 0.5 cm] क्रमशः हो।तिनीहरूसँग आधारभूत EWNS (10 ± 2 e-) को तुलनामा महत्त्वपूर्ण रूपमा उच्च सतह शुल्कहरू छन्, [-6.5 kV, 4.0 cm] परिदृश्य भन्दा दुई गुणा बढी र [-3.8 kV, 0.5 cm] भन्दा चार गुणा बढी।चित्र 3f ले चार्ज देखाउँछ।Baseline-EWNS को लागि डाटा।
EWNS नम्बर (पूरक फिगर S5 र S6) को एकाग्रता नक्साबाट, यो देख्न सकिन्छ कि [-6.5 kV, 4.0 cm] परिदृश्यमा [-3.8 kV, 0.5 cm] परिदृश्य भन्दा धेरै कणहरू छन्।यो पनि ध्यान दिन लायक छ कि EWNS संख्या एकाग्रता 4 घण्टा (पूरक फिगर S5 र S6) सम्म अनुगमन गरिएको थियो, जहाँ EWNS जेनेरेशन स्थिरताले दुवै अवस्थामा कण संख्या एकाग्रताको समान स्तर देखाएको थियो।
अंजीर मा।3g ले [-6.5 kV, 4.0 cm] मा अनुकूलित EWNS नियन्त्रण (पृष्ठभूमि) को घटाउ पछि EPR स्पेक्ट्रम देखाउँछ।आरओएस स्पेक्ट्रालाई पहिले प्रकाशित कार्यमा बेसलाइन-ईडब्ल्यूएनएस परिदृश्यसँग तुलना गरिएको थियो।स्पिन जालहरूसँग प्रतिक्रिया गर्ने EWNS को संख्या 7.5 × 104 EWNS/s मा गणना गरिएको थियो, जुन पहिले प्रकाशित बेसलाइन-EWNS8 जस्तै छ।EPR स्पेक्ट्राले स्पष्ट रूपमा दुई प्रकारका ROS को उपस्थिति देखाएको छ, O2- प्रमुख प्रजाति भएको र OH• कम प्रचुर मात्रामा भएको।थप रूपमा, शिखर तीव्रताहरूको प्रत्यक्ष तुलनाले देखायो कि अनुकूलित EWNS मा आधारभूत EWNS को तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा उच्च ROS सामग्री थियो।
अंजीर मा।4 ले EPES मा EWNS को निक्षेप दक्षता देखाउँछ।तथ्याङ्कलाई तालिका I मा पनि संक्षेप गरिएको छ र मूल EWNS डाटासँग तुलना गरिएको छ।EUNS को दुबै केसहरूको लागि, 3.0 kV को कम भोल्टेजमा पनि जम्मा 100% नजिक छ।सामान्यतया, 3.0 kV 100% निक्षेप को लागी पर्याप्त छ, सतह चार्ज परिवर्तन को बावजूद।समान अवस्थाहरूमा, बेसलाइन-EWNS को निक्षेप दक्षता तिनीहरूको कम चार्ज (औसत 10 इलेक्ट्रोन प्रति EWNS) को कारणले मात्र 56% थियो।
अंजीर मा।5 र तालिकामा।2 ले इष्टतम मोड [-6.5 kV, 4.0 cm] मा 45 मिनेटको लागि लगभग 40,000 #/cm3 EWNS को एक्सपोजर पछि टमाटरको सतहमा इनोक्युलेसन गरिएको सूक्ष्मजीवहरूको निष्क्रियता मूल्यको सारांश दिन्छ।इनोकुलेटेड ई. कोलाई र ल्याक्टोबैसिलस इनोकसले 45 मिनेट एक्सपोजरमा 3.8 लगहरूको उल्लेखनीय कमी देखायो।उही अवस्थाहरूमा, एस एन्टरिकामा 2.2-लग कमी थियो, जबकि एस. सेरेभिसिया र एम. प्याराफोर्टुटममा 1.0-लग कमी थियो।
इलेक्ट्रोन माइक्रोग्राफहरू (चित्र 6) ले EWNS द्वारा हानिरहित Escherichia coli, Streptococcus, र Lactobacillus कोशिकाहरूलाई तिनीहरूको निष्क्रियतामा प्रेरित गर्ने शारीरिक परिवर्तनहरू चित्रण गर्दछ।नियन्त्रण ब्याक्टेरियाको कोशिका झिल्ली अक्षुण्ण थियो, जबकि खुला ब्याक्टेरियाले बाहिरी झिल्लीलाई क्षति पुर्याएको थियो।
नियन्त्रण र खुला ब्याक्टेरियाको इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपिक इमेजिङले झिल्ली क्षतिको खुलासा गर्यो।
अनुकूलित EWNS को भौतिक रासायनिक गुणहरूमा डेटाले सामूहिक रूपमा EWNS को गुणहरू (सतह चार्ज र ROS सामग्री) पहिले प्रकाशित EWNS आधारभूत डेटा8,9,10,11 को तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा सुधार भएको देखाउँछ।अर्कोतर्फ, तिनीहरूको साइज नैनोमिटर दायरामा रह्यो, पहिले रिपोर्ट गरिएका नतिजाहरू जस्तै धेरै, तिनीहरूलाई लामो समयसम्म हावामा रहन अनुमति दिँदै।अवलोकन गरिएको polydispersity सतह चार्ज परिवर्तनहरू द्वारा व्याख्या गर्न सकिन्छ जसले EWNS को आकार, Rayleigh प्रभावको अनियमितता, र सम्भावित एकीकरण निर्धारण गर्दछ।यद्यपि, Nielsen et al द्वारा विस्तृत रूपमा।22, उच्च सतह चार्जले पानीको थोपाको सतह ऊर्जा / तनावलाई प्रभावकारी रूपमा बढाएर वाष्पीकरण कम गर्दछ।हाम्रो अघिल्लो प्रकाशन8 मा यो सिद्धान्त माइक्रोड्रपलेट 22 र EWNS को लागि प्रयोगात्मक रूपमा पुष्टि गरिएको थियो।ओभरटाइमको समयमा चार्जको हानिले पनि आकारलाई असर गर्न सक्छ र अवलोकन गरिएको आकार वितरणमा योगदान पुर्याउन सक्छ।