Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद। तपाईं सीमित CSS समर्थन भएको ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ। उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अद्यावधिक गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम गर्नुहोस्)। यसको अतिरिक्त, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैली र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट देखाउँछौं।
हालै, कृत्रिम पानी न्यानोस्ट्रक्चर (EWNS) प्रयोग गरेर न्यानोटेक्नोलोजीमा आधारित एक रसायन-मुक्त एन्टिमाइक्रोबियल प्लेटफर्म विकास गरिएको छ। EWNS मा उच्च सतह चार्ज हुन्छ र प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू (ROS) मा धनी हुन्छन् जसले खाद्यजन्य रोगजनकहरू सहित धेरै सूक्ष्मजीवहरूसँग अन्तरक्रिया र निष्क्रिय गर्न सक्छन्। यहाँ यो देखाइएको छ कि संश्लेषणको समयमा तिनीहरूको गुणहरूलाई तिनीहरूको जीवाणुरोधी क्षमतालाई अझ बढाउनको लागि फाइन-ट्यून र अनुकूलित गर्न सकिन्छ। EWNS प्रयोगशाला प्लेटफर्मलाई संश्लेषण प्यारामिटरहरू परिवर्तन गरेर EWNS को गुणहरूलाई फाइन-ट्यून गर्न डिजाइन गरिएको थियो। EWNS गुणहरू (चार्ज, आकार, र ROS सामग्री) को विशेषता आधुनिक विश्लेषणात्मक विधिहरू प्रयोग गरेर प्रदर्शन गरिएको थियो। थप रूपमा, Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, र Saccharomyces cerevisiae जस्ता खाद्य सूक्ष्मजीवहरूलाई तिनीहरूको माइक्रोबियल निष्क्रियता क्षमताको मूल्याङ्कन गर्न जैविक अंगूर गोलभेडाको सतहमा टीका लगाइएको थियो। यहाँ प्रस्तुत गरिएका नतिजाहरूले EWNS को गुणहरूलाई संश्लेषणको समयमा फाइन-ट्यून गर्न सकिन्छ भनेर देखाउँछन्, जसको परिणामस्वरूप निष्क्रियता दक्षतामा घातांकीय वृद्धि हुन्छ। विशेष गरी, सतह चार्ज चार गुणाले बढ्यो, र ROS सामग्री बढ्यो। माइक्रोबियल हटाउने दर माइक्रोबियल रूपमा निर्भर थियो र ४०,००० #/cm3 EWNS को एरोसोल खुराकको ४५ मिनेटको सम्पर्क पछि १.० देखि ३.८ लग सम्म थियो।
रोगजनकहरू वा तिनीहरूका विषाक्त पदार्थहरूको सेवनबाट हुने खाद्यजन्य रोगको मुख्य कारण सूक्ष्मजीव प्रदूषण हो। संयुक्त राज्य अमेरिकामा मात्र प्रत्येक वर्ष लगभग ७ करोड ६० लाख रोगहरू, ३२५,००० अस्पताल भर्नाहरू र ५,००० मृत्युको लागि खाद्यजन्य रोग जिम्मेवार छ। १. यसका साथै, संयुक्त राज्य अमेरिकाको कृषि विभाग (USDA) ले अनुमान गरेको छ कि ताजा उत्पादनको बढ्दो खपत संयुक्त राज्य अमेरिकामा रिपोर्ट गरिएका सबै खाद्यजन्य रोगहरूको ४८ प्रतिशतको लागि जिम्मेवार छ। २. संयुक्त राज्य अमेरिकामा खाद्यजन्य रोगजनकहरूबाट हुने रोग र मृत्युको लागत धेरै उच्च छ, रोग नियन्त्रण र रोकथाम केन्द्रहरू (CDC) द्वारा अनुमान गरिएको छ कि प्रति वर्ष १५.६ बिलियन अमेरिकी डलर भन्दा बढी छ।
हाल, खाद्य सुरक्षा सुनिश्चित गर्न रासायनिक ४, विकिरण ५ र थर्मल ६ एन्टिमाइक्रोबियल हस्तक्षेपहरू मुख्यतया उत्पादन शृङ्खलामा सीमित महत्वपूर्ण नियन्त्रण बिन्दुहरू (CCPs) मा लागू गरिन्छ (सामान्यतया फसल काट्ने पछि र/वा प्याकेजिङको समयमा) ताजा उत्पादनहरू क्रस-प्रदूषणको अधीनमा हुने गरी निरन्तर रूपमा लागू गर्नुको सट्टा ७। खाद्यजन्य रोग र खाना बिग्रने कुरालाई राम्रोसँग नियन्त्रण गर्न एन्टिमाइक्रोबियल हस्तक्षेपहरू आवश्यक छन् र फार्म-टु-टेबल निरन्तरतामा लागू गर्ने सम्भावना छ। कम प्रभाव र लागत।
कृत्रिम पानी न्यानोस्ट्रक्चर (EWNS) प्रयोग गरेर सतह र हावामा ब्याक्टेरियालाई निष्क्रिय पार्न हालै न्यानोटेक्नोलोजीमा आधारित रसायन-मुक्त एन्टिमाइक्रोबियल प्लेटफर्म विकास गरिएको छ। EVNS को संश्लेषणको लागि, दुई समानान्तर प्रक्रियाहरू प्रयोग गरिएको थियो: इलेक्ट्रोस्प्रे र पानी आयनीकरण (चित्र 1a)। EWNS मा पहिले भौतिक र जैविक गुणहरूको एक अद्वितीय सेट देखाइएको छ8,9,10। EWNS मा प्रति संरचना औसत 10 इलेक्ट्रोनहरू र औसत न्यानोमिटर आकार 25 nm (चित्र 1b,c)8,9,10 छ। थप रूपमा, इलेक्ट्रोन स्पिन अनुनाद (ESR) ले देखायो कि EWNS मा ठूलो मात्रामा प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू (ROS), मुख्यतया हाइड्रोक्सिल (OH•) र सुपरअक्साइड (O2-) रेडिकलहरू (चित्र 1c) 8 हुन्छन्। EWNS लामो समयसम्म हावामा रह्यो र हावामा निलम्बित र सतहहरूमा उपस्थित सूक्ष्मजीवहरूसँग ठोक्किन सक्छ, तिनीहरूको ROS पेलोड प्रदान गर्दछ र माइक्रोबियल निष्क्रियता निम्त्याउँछ (चित्र 1d)। यी पहिलेका अध्ययनहरूले यो पनि देखाएका छन् कि EWNS ले सतह र हावामा माइकोब्याक्टेरिया सहित सार्वजनिक स्वास्थ्य महत्वका विभिन्न ग्राम-नेगेटिभ र ग्राम-पोजिटिभ ब्याक्टेरियाहरूसँग अन्तरक्रिया गर्न र निष्क्रिय पार्न सक्छ। प्रसारण इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपीले देखाएको छ कि निष्क्रियता कोशिका झिल्लीको अवरोधको कारणले भएको थियो। थप रूपमा, तीव्र इनहेलेसन अध्ययनहरूले देखाएको छ कि EWNS को उच्च खुराकले फोक्सोको क्षति वा सूजन गर्दैन।
(क) इलेक्ट्रोस्प्रे तब हुन्छ जब तरल पदार्थ भएको केशिका र काउन्टर इलेक्ट्रोडको बीचमा उच्च भोल्टेज लागू गरिन्छ। (ख) उच्च भोल्टेजको प्रयोगले दुई फरक घटनाहरू निम्त्याउँछ: (i) पानीको इलेक्ट्रोस्प्रेइङ र (ii) EWNS मा फसेका प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू (आयनहरू) को उत्पादन। (ग) EWNS को अद्वितीय संरचना। (घ) EWNS तिनीहरूको न्यानोस्केल प्रकृतिको कारणले अत्यधिक गतिशील हुन्छन् र हावामा रहेका रोगजनकहरूसँग अन्तरक्रिया गर्न सक्छन्।
EWNS एन्टिमाइक्रोबियल प्लेटफर्मको ताजा खानाको सतहमा खाद्यजन्य सूक्ष्मजीवहरूलाई निष्क्रिय पार्ने क्षमता पनि हालै प्रदर्शन गरिएको छ। यो पनि देखाइएको छ कि EWNS सतह चार्ज लक्षित डेलिभरीको लागि विद्युतीय क्षेत्रसँग संयोजनमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। अझ महत्त्वपूर्ण कुरा, E. coli र Listeria जस्ता विभिन्न खाद्य सूक्ष्मजीवहरू विरुद्ध जैविक गोलभेडा गतिविधिमा लगभग १.४ लग कमीको आशाजनक प्रारम्भिक परिणाम लगभग ५०,०००#/cm३११ को एकाग्रतामा EWNS को सम्पर्कमा आएको ९० मिनेट भित्र अवलोकन गरिएको थियो। थप रूपमा, प्रारम्भिक अर्गानोलेप्टिक मूल्याङ्कन परीक्षणहरूले नियन्त्रण गोलभेडाको तुलनामा कुनै अर्गानोलेप्टिक प्रभाव देखाएनन्। यद्यपि यी प्रारम्भिक निष्क्रियता परिणामहरूले ५०,०००#/cc को धेरै कम EWNS खुराकहरूमा पनि खाद्य सुरक्षाको प्रतिज्ञा गर्छन्। हेर्नुहोस्, यो स्पष्ट छ कि उच्च निष्क्रियता क्षमता संक्रमण र बिग्रने जोखिमलाई अझ कम गर्न बढी लाभदायक हुनेछ।
यहाँ, हामी हाम्रो अनुसन्धानलाई EWNS जेनेरेसन प्लेटफर्मको विकासमा केन्द्रित गर्नेछौं जसले संश्लेषण प्यारामिटरहरूलाई राम्रोसँग मिलाउन र EWNS को भौतिक-रासायनिक गुणहरूलाई अनुकूलन गर्न तिनीहरूको जीवाणुरोधी क्षमता बढाउन मद्दत गर्नेछ। विशेष गरी, अनुकूलनले तिनीहरूको सतह चार्ज (लक्षित डेलिभरी सुधार गर्न) र ROS सामग्री (निष्क्रियता दक्षता सुधार गर्न) बढाउनमा केन्द्रित छ। आधुनिक विश्लेषणात्मक विधिहरू प्रयोग गरेर र E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae र M. parafortuitum जस्ता सामान्य खाद्य सूक्ष्मजीवहरू प्रयोग गरेर अनुकूलित भौतिक-रासायनिक गुणहरू (आकार, चार्ज र ROS सामग्री) को विशेषताकरण।
EVNS लाई उच्च शुद्धता भएको पानी (१८ MΩ cm–१) को एकैसाथ इलेक्ट्रोस्प्रेइङ र आयनीकरणद्वारा संश्लेषित गरिएको थियो। विद्युतीय एटोमाइजर १२ सामान्यतया तरल पदार्थ र सिंथेटिक पोलिमर र सिरेमिक कण १३ र नियन्त्रित आकारको फाइबर १४ लाई परमाणुकरण गर्न प्रयोग गरिन्छ।
अघिल्ला प्रकाशनहरू ८, ९, १०, ११ मा विस्तृत रूपमा उल्लेख गरिएझैं, एक सामान्य प्रयोगमा, धातुको केशिका र ग्राउन्डेड काउन्टर इलेक्ट्रोड बीच उच्च भोल्टेज लागू गरिन्छ। यस प्रक्रियाको क्रममा, दुई फरक घटनाहरू हुन्छन्: १) इलेक्ट्रोस्प्रे र २) पानीको आयनीकरण। दुई इलेक्ट्रोडहरू बीचको बलियो विद्युतीय क्षेत्रले सघन पानीको सतहमा नकारात्मक चार्जहरू निर्माण गर्दछ, जसको परिणामस्वरूप टेलर कोनहरू बन्छन्। फलस्वरूप, अत्यधिक चार्ज गरिएको पानीका थोपाहरू बन्छन्, जुन रेले सिद्धान्त १६ अनुसार साना कणहरूमा टुक्रिन जारी राख्छन्। एकै समयमा, बलियो विद्युतीय क्षेत्रले पानीका केही अणुहरूलाई विभाजित गर्दछ र इलेक्ट्रोनहरू (आयनीकरण) लाई छुट्याउँछ, जसले गर्दा ठूलो मात्रामा प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू (ROS)17 उत्पन्न हुन्छ। एकै साथ उत्पन्न ROS18 प्याकेटहरू EWNS (चित्र १c) मा समेटिएका थिए।
चित्र २a मा यस अध्ययनमा EWNS संश्लेषणमा विकसित र प्रयोग गरिएको EWNS उत्पादन प्रणाली देखाइएको छ। बन्द बोतलमा भण्डारण गरिएको शुद्ध पानीलाई टेफ्लोन ट्यूब (२ मिमी भित्री व्यास) मार्फत ३०G स्टेनलेस स्टील सुई (धातु केशिका) मा खुवाइएको थियो। चित्र २b मा देखाइए अनुसार, पानीको प्रवाह बोतल भित्रको हावाको चापद्वारा नियन्त्रित हुन्छ। सुई टेफ्लोन कन्सोलमा जोडिएको छ जुन काउन्टर इलेक्ट्रोडबाट निश्चित दूरीमा म्यानुअल रूपमा समायोजन गर्न सकिन्छ। काउन्टर इलेक्ट्रोड नमूनाको लागि बीचमा प्वाल भएको पालिश गरिएको एल्युमिनियम डिस्क हो। काउन्टर इलेक्ट्रोडको तल एक एल्युमिनियम नमूना फनेल छ, जुन नमूना पोर्ट (चित्र २b) मार्फत प्रयोगात्मक सेटअपको बाँकी भागसँग जोडिएको छ। सबै नमूना कम्पोनेन्टहरू कण नमूनालाई घटाउन सक्ने चार्ज निर्माणबाट बच्न विद्युतीय रूपमा ग्राउन्ड गरिएका छन्।
(क) इन्जिनियर गरिएको पानी न्यानोस्ट्रक्चर जेनेरेसन सिस्टम (EWNS)। (ख) सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण प्यारामिटरहरू देखाउने नमूना र इलेक्ट्रोस्प्रे युनिटको क्रस सेक्सन। (ग) ब्याक्टेरिया निष्क्रियताको लागि प्रयोगात्मक सेटअप।
माथि वर्णन गरिएको EWNS उत्पादन प्रणालीले EWNS गुणहरूको फाइन-ट्युनिङलाई सहज बनाउन प्रमुख अपरेटिङ प्यारामिटरहरू परिवर्तन गर्न सक्षम छ। EWNS विशेषताहरूलाई फाइन-ट्युन गर्न लागू गरिएको भोल्टेज (V), सुई र काउन्टर इलेक्ट्रोड (L) बीचको दूरी, र केशिका मार्फत पानीको प्रवाह (φ) समायोजन गर्नुहोस्। विभिन्न संयोजनहरूलाई जनाउन [V (kV), L (cm)] प्रतीकहरू प्रयोग गरिन्छ। निश्चित सेट [V, L] को स्थिर टेलर कोन प्राप्त गर्न पानीको प्रवाह समायोजन गर्नुहोस्। यस अध्ययनको उद्देश्यका लागि, काउन्टर इलेक्ट्रोड (D) को एपर्चर ०.५ इन्च (१.२९ सेमी) मा सेट गरिएको थियो।
सीमित ज्यामिति र असममितताको कारणले गर्दा, विद्युतीय क्षेत्रको शक्ति पहिलो सिद्धान्तहरूबाट गणना गर्न सकिँदैन। यसको सट्टा, विद्युतीय क्षेत्र गणना गर्न QuickField™ सफ्टवेयर (Svendborg, डेनमार्क)19 प्रयोग गरिएको थियो। विद्युतीय क्षेत्र एकरूप छैन, त्यसैले केशिकाको टुप्पोमा रहेको विद्युतीय क्षेत्रको मान विभिन्न कन्फिगरेसनहरूको लागि सन्दर्भ मानको रूपमा प्रयोग गरिएको थियो।
अध्ययनको क्रममा, टेलर कोन गठन, टेलर कोन स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता, र पुनरुत्पादन क्षमताको सन्दर्भमा सुई र काउन्टर इलेक्ट्रोड बीचको भोल्टेज र दूरीको धेरै संयोजनहरूको मूल्याङ्कन गरिएको थियो। विभिन्न संयोजनहरू पूरक तालिका S1 मा देखाइएको छ।
EWNS उत्पादन प्रणालीको आउटपुट कण संख्या सांद्रता मापन गर्न स्क्यानिङ मोबिलिटी पार्टिकल साइजर (SMPS, मोडेल 3936, TSI, शोरभ्यू, मिनेसोटा) मा सिधै जडान गरिएको थियो र हाम्रो अघिल्लो प्रकाशनमा वर्णन गरिए अनुसार एरोसोल प्रवाह मापन गर्न फराडे एरोसोल इलेक्ट्रोमिटर (TSI, मोडेल 3068B, शोरभ्यू, USA) सँग प्रयोग गरिएको थियो। MN)। SMPS र एरोसोल इलेक्ट्रोमिटर दुवै 0.5 L/मिनेट (कुल नमूना प्रवाह 1 L/मिनेट) को प्रवाह दरमा नमूना गरिएको थियो। कण सांद्रता र एरोसोल प्रवाहहरू 120 सेकेन्डको लागि मापन गरिएको थियो। मापन 30 पटक दोहोर्याउनुहोस्। कुल एरोसोल चार्ज हालको मापनबाट गणना गरिन्छ, र औसत EWNS चार्ज नमूना गरिएका EWNS कणहरूको कुल संख्याबाट अनुमान गरिएको छ। EWNS को औसत लागत समीकरण (1) प्रयोग गरेर गणना गर्न सकिन्छ:
जहाँ IEl मापन गरिएको धारा हो, NSMPS भनेको SMPS द्वारा मापन गरिएको संख्या सांद्रता हो, र φEl भनेको इलेक्ट्रोमिटरमा प्रवाह दर हो।
सापेक्षिक आर्द्रता (RH) ले सतहको चार्जलाई असर गर्ने भएकोले, प्रयोगको क्रममा तापक्रम र (RH) क्रमशः २१°C र ४५% मा स्थिर राखिएको थियो।
EWNS को आकार र जीवनकाल मापन गर्न परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) र AC260T प्रोब (ओलम्पस, टोकियो, जापान) प्रयोग गरिएको थियो। AFM स्क्यान दर १ Hz छ र स्क्यान क्षेत्र ५ µm×५ µm छ जसमा २५६ स्क्यान लाइनहरू छन्। सबै छविहरूलाई Asylum सफ्टवेयर (१०० nm को दायरा र १०० pm को थ्रेसहोल्ड भएको मास्क) प्रयोग गरेर पहिलो अर्डर छवि पङ्क्तिबद्धताको अधीनमा राखिएको थियो।
नमूना फनेल हटाउनुहोस् र अभ्रक सतहलाई काउन्टर इलेक्ट्रोडबाट २.० सेन्टिमिटरको दूरीमा १२० सेकेन्डको औसत समयको लागि राख्नुहोस् ताकि कणहरूको एकता र अभ्रक सतहमा अनियमित थोपाहरूको गठनबाट बच्न सकियोस्। EWNS लाई भर्खरै काटिएको अभ्रक सतहहरूमा सिधै लागू गरिएको थियो (टेड पेला, रेडिङ, CA)। स्पटरिङ पछि तुरुन्तै, AFM प्रयोग गरेर अभ्रक सतहलाई दृश्यात्मक बनाइएको थियो। भर्खरै काटिएको अपरिवर्तित अभ्रकको सतह सम्पर्क कोण ०° को नजिक छ, त्यसैले EWNS गुम्बज आकारमा अभ्रक सतहमाथि फैलिन्छ २०। फैलिएका थोपाहरूको व्यास (a) र उचाइ (h) लाई AFM स्थलाकृतिबाट सिधै मापन गरिएको थियो र हाम्रो पहिले प्रमाणित विधि प्रयोग गरेर गुम्बज फैलावट भोल्युम EWNS गणना गर्न प्रयोग गरिएको थियो। अनबोर्ड EVNS मा समान आयतन छ भनी मान्दै, समतुल्य व्यास समीकरण (२) बाट गणना गर्न सकिन्छ:
हाम्रो पहिले विकसित विधि अनुसार, EWNS मा छोटो अवधिको रेडिकल मध्यवर्तीहरूको उपस्थिति पत्ता लगाउन इलेक्ट्रोन स्पिन अनुनाद (ESR) स्पिन ट्र्याप प्रयोग गरिएको थियो। एरोसोलहरू 235 mM DEPMPO (5-(डाइथोक्सिफोस्फोरिल)-5-मिथाइल-1-पाइरोलिन-एन-अक्साइड) (अक्सिस इन्टरनेशनल इंक, पोर्टल्याण्ड, ओरेगन) भएको घोलबाट पारित गरियो। सबै EPR मापनहरू ब्रुकर EMX स्पेक्ट्रोमिटर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेन्ट्स इंक। बिलेरिका, एमए, संयुक्त राज्य अमेरिका) र फ्ल्याट सेल एरेहरू प्रयोग गरेर गरिएको थियो। डेटा सङ्कलन र विश्लेषण गर्न Acquisit सफ्टवेयर (ब्रुकर इन्स्ट्रुमेन्ट्स इंक। बिलेरिका, एमए, संयुक्त राज्य अमेरिका) प्रयोग गरिएको थियो। ROS विशेषताहरू सञ्चालन अवस्थाहरूको सेट [-6.5 kV, 4.0 सेमी] को लागि मात्र गरिएको थियो। प्रभावकर्तामा EWNS को हानिलाई ध्यानमा राखेर SMPS प्रयोग गरेर EWNS सांद्रता मापन गरिएको थियो।
२०५ डुअल बीम ओजोन मनिटर™ (२बी टेक्नोलोजीज, बोल्डर, को)८,९,१० प्रयोग गरेर ओजोन स्तरको निगरानी गरिएको थियो।
सबै EWNS गुणहरूको लागि, मापन मान मापनको औसत हो, र मापन त्रुटि मानक विचलन हो। अनुकूलित EWNS विशेषताको मानलाई आधार EWNS को सम्बन्धित मानसँग तुलना गर्न t-परीक्षण गरिएको थियो।
चित्र २c ले पहिले विकसित र विशेषतायुक्त इलेक्ट्रोस्टेटिक प्रिसिपिटेशन पास थ्रु सिस्टम (EPES) देखाउँछ जुन EWNS11 लाई सतहहरूमा लक्षित गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। EPES ले लक्ष्यको सतहमा सिधै "पोइन्ट" गर्न बलियो विद्युतीय क्षेत्रसँग संयोजनमा EWNS चार्ज प्रयोग गर्दछ। EPES प्रणालीको विवरण Pyrgiotakis et al.11 द्वारा हालैको प्रकाशनमा प्रस्तुत गरिएको छ। यसरी, EPES मा १५.२४ सेन्टिमिटरको दूरीमा दुई समानान्तर स्टेनलेस स्टील (३०४ स्टेनलेस स्टील, मिरर पॉलिश गरिएको) धातु प्लेटहरू भएको टेपर्ड छेउ भएको ३D प्रिन्टेड PVC चेम्बर हुन्छ। बोर्डहरू बाह्य उच्च भोल्टेज स्रोत (बर्ट्रान २०५B-१०R, स्पेलम्यान, हौप्पाउज, NY) मा जडान गरिएका थिए, तल्लो बोर्ड सधैं सकारात्मक थियो र माथिल्लो बोर्ड सधैं ग्राउन्ड (फ्लोटिंग) थियो। चेम्बरका भित्ताहरू एल्युमिनियम पन्नीले ढाकिएका छन्, जुन कण क्षति रोक्नको लागि विद्युतीय रूपमा ग्राउन्ड गरिएको छ। चेम्बरमा सिल गरिएको अगाडिको लोडिङ ढोका छ जसले परीक्षण सतहहरूलाई प्लास्टिकको र्‍याकमा राख्न अनुमति दिन्छ, उच्च भोल्टेज हस्तक्षेपबाट बच्नको लागि तिनीहरूलाई तलको धातुको प्लेटबाट उठाउँछ।
EPES मा EWNS को निक्षेपण दक्षता पूरक चित्र S111 मा विस्तृत रूपमा पहिले विकसित प्रोटोकल अनुसार गणना गरिएको थियो।
नियन्त्रण कक्षको रूपमा, बेलनाकार कक्ष मार्फत दोस्रो प्रवाह EPES प्रणालीसँग श्रृंखलामा जोडिएको छ जसमा EWNS हटाउन मध्यवर्ती HEPA फिल्टर प्रयोग गरिन्छ। चित्र २c मा देखाइए अनुसार, EWNS एरोसोललाई श्रृंखलामा जोडिएका दुई कक्षहरू मार्फत पम्प गरिएको थियो। नियन्त्रण कक्ष र EPES बीचको फिल्टरले बाँकी रहेका कुनै पनि EWNS लाई हटाउँछ जसको परिणामस्वरूप समान तापक्रम (T), सापेक्षिक आर्द्रता (RH) र ओजोन स्तर हुन्छ।
महत्त्वपूर्ण खाद्यजन्य सूक्ष्मजीवहरूले ताजा उत्पादनहरू दूषित गर्ने गरेको पाइएको छ जस्तै एस्चेरिचिया कोलाई (ATCC #27325), एक मल सूचक, साल्मोनेला एन्टेरिका (ATCC #53647), एक खाद्यजन्य रोगजनक, लिस्टेरिया इनोकुआ (ATCC #33090), रोगजनक लिस्टेरिया मोनोसाइटोजेन्सको विकल्प। , बिगार्ने खमीरको विकल्पको रूपमा Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), र अधिक प्रतिरोधी जीवित ब्याक्टेरियाको रूपमा माइकोब्याक्टेरियम प्याराफोर्टुइटस (ATCC #19686) ATCC (मानासास, भर्जिनिया) बाट खरिद गरिएको थियो।
तपाईंको स्थानीय बजारबाट अर्गानिक अंगूर गोलभेडाका बक्सहरू जथाभावी किन्नुहोस् र प्रयोग नभएसम्म ४°C मा फ्रिजमा राख्नुहोस् (३ दिनसम्म)। लगभग १/२ इन्च व्यास भएको एउटै आकारको प्रयोग गर्न गोलभेडाहरू छनौट गर्नुहोस्।
इन्क्युबेशन, इनोकुलेशन, एक्सपोजर र कोलोनी गणनाको लागि प्रोटोकलहरू हाम्रा अघिल्ला प्रकाशनहरूमा विस्तृत रूपमा वर्णन गरिएको छ र पूरक डेटा ११ मा विस्तृत रूपमा व्याख्या गरिएको छ। इनोकुलेटेड गोलभेडाहरूलाई ४०,००० #/cm3 मा ४५ मिनेटको लागि खुला गरेर EWNS कार्यसम्पादनको मूल्याङ्कन गरिएको थियो। संक्षेपमा, t = ० मिनेटको समयमा, जीवित सूक्ष्मजीवहरूको मूल्याङ्कन गर्न तीन गोलभेडाहरू प्रयोग गरिएको थियो। तीन गोलभेडाहरूलाई EPES मा राखिएको थियो र ४०,००० #/cc (EWNS खुला गोलभेडा) मा EWNS मा राखिएको थियो र अन्य तीन गोलभेडाहरूलाई नियन्त्रण कक्ष (नियन्त्रण गोलभेडा) मा राखिएको थियो। कुनै पनि गोलभेडा समूहलाई थप प्रशोधन गरिएको थिएन। EWNS को प्रभाव मूल्याङ्कन गर्न ४५ मिनेट पछि EWNS-अनुप्रयोग गरिएका गोलभेडाहरू र नियन्त्रणहरू हटाइयो।
प्रत्येक प्रयोग तीन प्रतिलिपिमा गरिएको थियो। डेटा विश्लेषण पूरक डेटामा वर्णन गरिएको प्रोटोकल अनुसार गरिएको थियो।
E. coli, Enterobacter, र L. innocua ब्याक्टेरियाका नमूनाहरू EWNS (४५ मिनेट, EWNS एयरोसोल सांद्रता ४०,००० #/cm३) मा पर्दाफास नभएका र निष्क्रिय पार्न नसकिएकाहरूलाई निष्क्रियता संयन्त्रहरूको मूल्याङ्कन गर्न पेलेट गरिएको थियो। २.५% ग्लुटाराल्डिहाइड, १.२५% प्याराफर्मल्डिहाइड र ०.०३% पिक्रिक एसिडको फिक्सेटिभको साथ ०.१ M सोडियम क्याकोडाइलेट घोल (pH ७.४) मा कोठाको तापक्रममा २ घण्टाको लागि अवक्षेपण स्थिर गरिएको थियो। धोएपछि, तिनीहरूलाई १% ओस्मियम टेट्रोक्साइड (OsO४)/१.५% पोटासियम फेरोसायनाइड (KFeCN6) ले २ घण्टाको लागि फिक्स गरिएको थियो, ३ पटक पानीले धोइयो र १% युरेनिल एसीटेटमा १ घण्टाको लागि इन्क्युबेट गरिएको थियो, त्यसपछि पानीले दुई पटक धोइयो। त्यसपछिको निर्जलीकरण १० मिनेट प्रत्येक ५०%, ७०%, ९०%, १००% अल्कोहलको। त्यसपछि नमूनाहरूलाई १ घण्टाको लागि प्रोपाइलिन अक्साइडमा राखियो र प्रोपाइलिन अक्साइड र TAAP एपोन (मारिभ्याक क्यानडा इंक। सेन्ट लरेन्ट, CA) को १:१ मिश्रणले गर्भवती गरियो। नमूनाहरूलाई TAAB एपोनमा इम्बेड गरियो र ६०°C मा ४८ घण्टाको लागि पोलिमराइज गरियो। निको भएको दानेदार राललाई TEM द्वारा JEOL १२००EX (JEOL, टोकियो, जापान) प्रयोग गरेर काटिएको थियो र दृश्यावलोकन गरिएको थियो, जुन AMT २k CCD क्यामेरा (एडभान्स्ड माइक्रोस्कोपी टेक्निक, कर्पोरेशन, वोबर्न, एमए, संयुक्त राज्य अमेरिका) ले सुसज्जित परम्परागत प्रसारण इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप हो।
सबै प्रयोगहरू तीन प्रतिलिपिमा गरिएका थिए। प्रत्येक समय बिन्दुको लागि, ब्याक्टेरिया धुलाई तीन प्रतिलिपिमा प्लेट गरिएको थियो, जसको परिणामस्वरूप प्रति बिन्दु कुल नौ डेटा बिन्दुहरू थिए, जसको औसतलाई त्यो विशेष जीवको लागि ब्याक्टेरिया सांद्रताको रूपमा प्रयोग गरिएको थियो। मानक विचलन मापन त्रुटिको रूपमा प्रयोग गरिएको थियो। सबै बिन्दुहरू गणना गरिन्छ।
t = 0 मिनेटको तुलनामा ब्याक्टेरियाको सांद्रतामा कमीको लोगारिदम निम्न सूत्र प्रयोग गरेर गणना गरिएको थियो:
जहाँ C0 भनेको नियन्त्रण नमूनामा ब्याक्टेरियाको सांद्रता ० को समयमा (अर्थात् सतह सुकेपछि तर चेम्बरमा राख्नु अघि) हो र Cn भनेको n मिनेटको सम्पर्क पछि सतहमा ब्याक्टेरियाको सांद्रता हो।
४५ मिनेटको एक्सपोजर अवधिमा ब्याक्टेरियाको प्राकृतिक क्षयको हिसाब गर्न, ४५ मिनेटको नियन्त्रणको तुलनामा लग-रिडक्सन पनि निम्नानुसार गणना गरिएको थियो:
जहाँ Cn भनेको n समयमा नियन्त्रण नमूनामा ब्याक्टेरियाको सांद्रता हो र Cn-Control भनेको n समयमा नियन्त्रण ब्याक्टेरियाको सांद्रता हो। डेटा नियन्त्रणको तुलनामा लग रिडक्सनको रूपमा प्रस्तुत गरिन्छ (EWNS एक्सपोजर छैन)।
अध्ययनको क्रममा, टेलर कोन गठन, टेलर कोन स्थिरता, EWNS उत्पादन स्थिरता, र पुनरुत्पादन क्षमताको सन्दर्भमा सुई र काउन्टर इलेक्ट्रोड बीचको भोल्टेज र दूरीको धेरै संयोजनहरूको मूल्याङ्कन गरिएको थियो। विभिन्न संयोजनहरू पूरक तालिका S1 मा देखाइएका छन्। स्थिर र पुनरुत्पादन योग्य गुणहरू (टेलर कोन, EWNS उत्पादन, र समयसँगै स्थिरता) देखाउने पूर्ण अध्ययनको लागि दुई केसहरू चयन गरिएको थियो। चित्र ३ मा दुई केसहरूको लागि ROS को चार्ज, आकार र सामग्रीमा परिणामहरू देखाइएको छ। परिणामहरू तालिका १ मा पनि संक्षेप गरिएको छ। सन्दर्भको लागि, चित्र ३ र तालिका १ मा पहिले संश्लेषित गैर-अनुकूलित EWNS8, 9, 10, 11 (आधारभूत-EWNS) को गुणहरू समावेश छन्। दुई-पुच्छर t-परीक्षण प्रयोग गरेर सांख्यिकीय महत्त्व गणनाहरू पूरक तालिका S2 मा पुन: प्रकाशित गरिएको छ। थप रूपमा, अतिरिक्त डेटामा काउन्टर इलेक्ट्रोड नमूना प्वाल व्यास (D) को प्रभाव र ग्राउन्ड इलेक्ट्रोड र सुईको टुप्पो (L) बीचको दूरीमा अध्ययनहरू समावेश छन् (पूरक चित्र S2 र S3)।
(a–c) AFM आकार वितरण। (d–f) सतह चार्ज विशेषता। (g) ROS र ESR को विशेषता।
यो पनि ध्यान दिनु महत्त्वपूर्ण छ कि माथिका सबै अवस्थाहरूको लागि, मापन गरिएको आयनीकरण धाराहरू 2-6 µA को दायरामा थिए, र भोल्टेजहरू -3.8 देखि -6.5 kV को दायरामा थिए, जसले गर्दा यो एकल-टर्मिनल EWNS को लागि 50 mW भन्दा कम बिजुली खपत भयो। . उत्पादन मोड्युल। यद्यपि EWNS उच्च चापमा संश्लेषित गरिएको थियो, ओजोन स्तर धेरै कम थियो, कहिल्यै 60 ppb भन्दा बढी थिएन।
पूरक चित्र S4 ले क्रमशः [-6.5 kV, 4.0 cm] र [-3.8 kV, 0.5 cm] परिदृश्यहरूको लागि नक्कली विद्युत क्षेत्रहरू देखाउँछ। [-6.5 kV, 4.0 cm] र [-3.8 kV, 0.5 cm] परिदृश्यहरू अनुसार क्षेत्रहरू क्रमशः 2 × 105 V/m र 4.7 × 105 V/m को रूपमा गणना गरिन्छ। यो अपेक्षित छ, किनकि दोस्रो अवस्थामा भोल्टेज र दूरीको अनुपात धेरै बढी छ।
चित्र ३क,ख मा AFM8 ले मापन गरिएको EWNS व्यास देखाइएको छ। [-६.५ kV, ४.० सेमी] र [-३.८ kV, ०.५ सेमी] परिदृश्यहरूको लागि औसत EWNS व्यास क्रमशः २७ nm र १९ nm को रूपमा गणना गरिएको थियो। [-६.५ kV, ४.० सेमी] र [-३.८ kV, ०.५ सेमी] केसहरूको लागि वितरणको ज्यामितीय मानक विचलन क्रमशः १.४१ र १.४५ छन्, जसले साँघुरो आकार वितरणलाई जनाउँछ। औसत आकार र ज्यामितीय मानक विचलन दुवै आधारभूत-EWNS को धेरै नजिक छन्, क्रमशः २५ nm र १.४१ छन्। चित्र ३क मा समान अवस्थाहरूमा समान विधि प्रयोग गरेर मापन गरिएको आधारभूत EWNS को आकार वितरण देखाइएको छ।
चित्र ३d,e मा चार्ज क्यारेक्टराइजेसनको नतिजा देखाइएको छ। डेटा ३० वटा एकसाथ सांद्रता (#/cm3) र वर्तमान (I) को मापनको औसत मापन हो। विश्लेषणले देखाउँछ कि EWNS मा औसत चार्ज [-६.५ kV, ४.० cm] र [-३.८ kV, ०.५ cm] को लागि क्रमशः २२ ± ६ e- र ४४ ± ६ e- छ। बेसलाइन-EWNS (१० ± २ e-) को तुलनामा, तिनीहरूको सतह चार्ज उल्लेखनीय रूपमा बढी छ, [-६.५ kV, ४.० cm] परिदृश्यको भन्दा दोब्बर र [-३ .८ kV, ०.५ cm] को भन्दा चार गुणा। ३f ले आधारभूत EWNS भुक्तानी डेटा देखाउँछ।
EWNS संख्या सांद्रता नक्साहरू (पूरक चित्रहरू S5 र S6) बाट, यो देख्न सकिन्छ कि [-6.5 kV, 4.0 cm] दृश्यमा [-3.8 kV, 0.5 cm] दृश्य भन्दा कणहरूको संख्या उल्लेखनीय रूपमा बढी छ। यो पनि ध्यान दिनुपर्छ कि EWNS संख्या सांद्रता 4 घण्टा सम्म निगरानी गरिएको थियो (पूरक चित्रहरू S5 र S6), जहाँ EWNS उत्पादन स्थिरताले दुबै अवस्थामा कण संख्या सांद्रताको समान स्तर देखाएको थियो।
चित्र ३g ले [-६.५ kV, ४.० सेमी] मा अनुकूलित EWNS को लागि नियन्त्रण (पृष्ठभूमि) घटाउ पछि EPR स्पेक्ट्रम देखाउँछ। ROS स्पेक्ट्रमलाई पहिले प्रकाशित पेपरमा EWNS बेसलाइनसँग पनि तुलना गरिएको छ। स्पिन ट्र्यापसँग प्रतिक्रिया गर्ने EWNS को गणना गरिएको संख्या ७.५ × १०४ EWNS/s हो, जुन पहिले प्रकाशित बेसलाइन-EWNS८ जस्तै छ। EPR स्पेक्ट्राले दुई प्रकारका ROS को उपस्थितिलाई स्पष्ट रूपमा संकेत गर्‍यो, जहाँ O2- प्रबल थियो, जबकि OH• थोरै मात्रामा उपस्थित थियो। थप रूपमा, शिखर तीव्रताको प्रत्यक्ष तुलनाले देखाएको छ कि अनुकूलित EWNS मा आधारभूत EWNS को तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा उच्च ROS सामग्री थियो।
चित्र ४ मा EPES मा EWNS को निक्षेपण दक्षता देखाइएको छ। डेटालाई तालिका I मा पनि संक्षेप गरिएको छ र मूल EWNS डेटासँग तुलना गरिएको छ। EUNS दुवै केसहरूको लागि, 3.0 kV को कम भोल्टेजमा पनि निक्षेपण 100% को नजिक थियो। सामान्यतया, सतह चार्ज परिवर्तनको पर्वाह नगरी 3.0 kV 100% निक्षेपण प्राप्त गर्न पर्याप्त हुन्छ। उही अवस्थाहरूमा, कम चार्ज (प्रति EWNS औसत 10 इलेक्ट्रोन) को कारणले आधारभूत-EWNS को निक्षेपण दक्षता केवल 56% थियो।
चित्र ५ र तालिका २ ले इष्टतम परिदृश्य [-६.५ केभी, ४.० सेमी] अन्तर्गत लगभग ४०,००० #/सेमी३ EWNS मा ४५ मिनेटको लागि सम्पर्क पछि गोलभेडाको सतहमा खोप लगाइएका सूक्ष्मजीवहरूको निष्क्रियताको डिग्रीलाई संक्षेपमा प्रस्तुत गर्दछ। खोप लगाइएका ई. कोलाई र एल. इनोकुआले ४५ मिनेटको सम्पर्क पछि ३.८ लगको उल्लेखनीय कमी देखाए। उही अवस्थाहरूमा, एस. एन्टरिकाले २.२ लगको कम लग कटौती देखाए, जबकि एस. सेरेभिसिया र एम. प्याराफोर्टुइटमले १.० लग कटौती देखाए।
E. coli, Salmonella enterica, र L. innocua कोषहरूमा EWNS द्वारा प्रेरित भौतिक परिवर्तनहरू चित्रण गर्ने इलेक्ट्रोन माइक्रोग्राफहरू (चित्र 6) ले निष्क्रियता निम्त्याउँछ। नियन्त्रण ब्याक्टेरियाले अक्षुण्ण कोष झिल्लीहरू देखायो, जबकि खुला ब्याक्टेरियाले बाहिरी झिल्लीहरूलाई क्षति पुर्‍याएको थियो।
नियन्त्रणको इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपिक इमेजिङ र खुला ब्याक्टेरियाले झिल्ली क्षति प्रकट गर्‍यो।
अनुकूलित EWNS को भौतिक-रासायनिक गुणहरूको तथ्याङ्कले सामूहिक रूपमा देखाउँछ कि EWNS गुणहरू (सतह चार्ज र ROS सामग्री) पहिले प्रकाशित EWNS आधारभूत डेटा8,9,10,11 को तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा सुधार गरिएको थियो। अर्कोतर्फ, तिनीहरूको आकार न्यानोमिटर दायरामा रह्यो, जुन पहिले प्रकाशित परिणामहरूसँग धेरै मिल्दोजुल्दो छ, जसले तिनीहरूलाई लामो समयसम्म हावामा रहन अनुमति दिन्छ। अवलोकन गरिएको बहुविभाजनलाई सतह चार्जमा परिवर्तनहरूद्वारा व्याख्या गर्न सकिन्छ, जसले रेले प्रभाव, अनियमितता, र EWNS को सम्भावित विलयको परिमाण निर्धारण गर्दछ। यद्यपि, Nielsen et al.22 द्वारा विस्तृत रूपमा वर्णन गरिए अनुसार, उच्च सतह चार्जले पानीको थोपाको सतह ऊर्जा/तनावलाई प्रभावकारी रूपमा बढाएर वाष्पीकरण कम गर्छ। यो सिद्धान्त हाम्रो अघिल्लो प्रकाशनमा microdroplets22 र EWNS को लागि प्रयोगात्मक रूपमा पुष्टि गरिएको थियो। ओभरटाइमको हानिले आकारलाई पनि असर गर्न सक्छ र अवलोकन गरिएको आकार वितरणमा योगदान पुर्‍याउन सक्छ।
यसको अतिरिक्त, प्रति संरचना चार्ज लगभग २२–४४ e- छ, परिस्थितिमा निर्भर गर्दै, जुन आधारभूत EWNS को तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा बढी छ, जसमा प्रति संरचना १० ± २ इलेक्ट्रोनको औसत चार्ज हुन्छ। यद्यपि, यो ध्यान दिनुपर्छ कि यो EWNS को औसत चार्ज हो। सेटो एट अल। यो देखाइएको छ कि चार्ज एकरूप छैन र लग-सामान्य वितरण पछ्याउँछ21। हाम्रो अघिल्लो कामको तुलनामा, सतह चार्ज दोब्बर गर्नाले EPES प्रणालीमा निक्षेप दक्षता लगभग १००%११ मा दोब्बर हुन्छ।