नैनोमटेरियल टिड्डों की रासायनिक संवेदन क्षमता का विस्तार करते हैं

St. Louis स्थित Washington University के शोधकर्ताओं ने एक हाइब्रिड रासायनिक-संवेदन पद्धति विकसित की है, जो टिड्डे की प्राकृतिक गंध-पहचान क्षमता को रासायनिक अंशों को एकत्र करने के लिए तैयार किए गए नैनोमटेरियल्स के साथ जोड़ती है।

Advanced Materials में प्रकाशित यह अध्ययन ऐसी संवेदन प्रणाली की दिशा में संकेत करता है, जिसमें जीवविज्ञान का उपयोग उन कार्यों के लिए किया जाता है जिनमें वह विशेष रूप से सक्षम है और सिंथेटिक सामग्रियों का उपयोग वहां किया जाता है जहां वे अधिक सटीकता प्रदान कर सकती हैं। टीम की अवधारणा केवल किसी कीट को पारंपरिक सेंसर में बदलने की नहीं है। इसका उद्देश्य कीट की घ्राण प्रणाली की संवेदनशीलता को ऐसे इंजीनियर्ड पदार्थ के साथ जोड़ना है, जो विशिष्ट यौगिकों को पकड़ने और उनकी पहचान में मदद कर सके।

दो अलग-अलग संवेदन क्षमताओं का संयोजन

टिड्डे गंधों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं। प्रत्येक एंटीना में लगभग 50,000 घ्राण रिसेप्टर न्यूरॉन होते हैं, जो कीटों को उनके व्यवहार को दिशा देने वाले हल्के रासायनिक संकेतों का पता लगाने में सक्षम बनाते हैं। यह संवेदनशीलता कीटों की घ्राण क्षमता को उन अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक बनाती है, जहां कमजोर वाष्प संकेत महत्वपूर्ण हो सकता है।

लेकिन प्राकृतिक संवेदन की अपनी सीमाएं हैं। शोधकर्ताओं के अनुसार, बड़ी संख्या में रिसेप्टर न्यूरॉन होने के बावजूद, टिड्डा अपने दम पर पर्याप्त व्यापक श्रेणी के रासायनिक यौगिकों की पहचान नहीं कर सकता। सिंथेटिक सेंसर एक अलग समझौता प्रस्तुत करते हैं: वे विशिष्ट यौगिकों के लिए सटीक हो सकते हैं, लेकिन वे जीवित प्राणियों के प्रदर्शन से उसी तरह मेल नहीं खाते।

Washington University की टीम ने इन पूरक क्षमताओं को एक साथ लाने का प्रयास किया। बायोमेडिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर Barani Raman और मैकेनिकल इंजीनियरिंग तथा सामग्री विज्ञान के प्रोफेसर Srikanth Singamaneni इस शोध के वरिष्ठ लेखक हैं।

Raman ने इस प्रयास को जीवविज्ञान की शक्तियों को इंजीनियरिंग सिद्धांतों के साथ जोड़कर एक अधिक सक्षम संवेदन प्रणाली बनाने के रूप में वर्णित किया। इसका परिणाम ऐसी पद्धति है जो जैविक और कृत्रिम संवेदन को प्रतिस्पर्धी रास्तों के रूप में नहीं, बल्कि एक ही प्रणाली के हिस्सों के रूप में देखती है।

एंटीना पर लगाया गया संग्रह पदार्थ

प्रयोगशाला व्यवस्था में टिड्डे के एंटीना पर नैनोमटेरियल युक्त कोलेजन फोम लगाया जाता है। इस फोम का उद्देश्य कीट के सामने आने वाले सूक्ष्म रासायनिक संकेतों का पता लगाना और उन्हें एकत्र करना है।

यह संग्रह भूमिका इस डिजाइन का केंद्रीय हिस्सा है। टिड्डा हल्की गंधों का पता लगा सकता है, जबकि इंजीनियर्ड पदार्थ को रासायनिक नमूने एकत्र करने के लिए तैयार किया गया है, ताकि उनकी अधिक सटीक पहचान की जा सके। शोधकर्ता इस हाइब्रिड प्रणाली को प्राकृतिक संवेदन और सिंथेटिक संग्रह तकनीकों के संयोजन के रूप में वर्णित करते हैं।

तैयार फील्ड उपकरण पर विचार करने से पहले भी यह काम महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह रासायनिक पहचान की एक मूलभूत डिजाइन समस्या को संबोधित करता है। सेंसर को केवल यह पता लगाने से अधिक करना होता है कि कोई गंध मौजूद है। कई व्यावहारिक परिस्थितियों में उसे यौगिकों को विश्वसनीय रूप से अलग पहचानने के लिए पर्याप्त जानकारी भी सुरक्षित रखनी होती है।

दुर्गम स्थानों में संभावित उपयोग

यह शोध उन परिस्थितियों पर केंद्रित है जहां कीट उन स्थानों तक पहुंच सकते हैं जहां लोग या बड़ी मशीनें नहीं पहुंच सकतीं। मूल लेख में भूकंप के मलबे में मानव रासायनिक संकेतों का पता लगाने के लिए तिलचट्टे के आगे बढ़ने या बारूदी सुरंगों वाले क्षेत्र में चलते हुए विस्फोटकों से जुड़े वाष्पों के संपर्क में आने वाले टिड्डे जैसे उदाहरण दिए गए हैं।

ये उदाहरण व्यापक चुनौती के चित्रण हैं, न कि इस दावे के कि नई प्रणाली उन अभियानों के लिए तैयार है। फिर भी, वे यह समझाने में मदद करते हैं कि कीट-आधारित संवेदन में लगातार रुचि क्यों बनी हुई है। छोटे जीव सीमित और खतरनाक वातावरण में उन तरीकों से आगे बढ़ सकते हैं जो पारंपरिक उपकरणों के लिए कठिन हो सकते हैं।

भविष्य की कोई हाइब्रिड प्रणाली खेत या अन्य बाहरी परिस्थितियों में रासायनिक वाष्पों का पता लगाने के लिए टिड्डों का उपयोग कर सकती है। इस परिकल्पना में टिड्डा गतिशील जैविक संवेदन प्रदान करेगा, जबकि नैनोमटेरियल अधिक सटीक पहचान के लिए सूक्ष्म संकेतों को एकत्र करने का माध्यम देंगे।

हाइब्रिड संवेदन क्यों महत्वपूर्ण है

रासायनिक संवेदन में अक्सर संवेदनशीलता, चयनात्मकता और वास्तविक वातावरण में उपकरण चलाने की व्यावहारिक कठिनाई के बीच संतुलन बनाना पड़ता है। Washington University का शोध प्रणाली के अलग-अलग हिस्सों को अलग-अलग कार्य सौंपकर इस संतुलन को संबोधित करता है।

टिड्डे का घ्राण तंत्र हल्की गंधों के प्रति संवेदनशीलता प्रदान करता है। नैनोमटेरियल युक्त कोलेजन फोम एक सिंथेटिक संग्रह परत उपलब्ध कराता है। दोनों घटकों का उद्देश्य मिलकर कुछ यौगिकों की पहचान को उस सटीकता के साथ संभव बनाना है, जो अकेले इनमें से कोई एक पद्धति प्रदान नहीं कर सकती।

कार्य-विभाजन का यह विचार बायोहाइब्रिड इंजीनियरिंग के लिए भी एक उपयोगी मॉडल है। जीवित जीव की हर क्षमता को हार्डवेयर में दोहराने का प्रयास करने के बजाय, शोधकर्ता कभी-कभी किसी जैविक विशेषता को ऐसी सामग्रियों या इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ जोड़ सकते हैं जो उसकी सीमाओं की भरपाई करें।

यह पद्धति उन सभी परिस्थितियों में उपयोगी साबित हो सकती है जहां रासायनिक संकेत के शुरुआती संकेत के बाद अधिक विशिष्ट विश्लेषण की आवश्यकता होती है। यह शोध यह दावा नहीं करता कि टिड्डे अब हर लक्षित रसायन की पहचान कर सकते हैं और न ही यह किसी तैनात वाणिज्यिक प्रणाली का वर्णन करता है। इसका योगदान प्रदर्शित वास्तुकला है: टिड्डे के एंटीना को ऐसे नैनोमटेरियल्स के साथ जोड़ना जो सूक्ष्म संकेतों को एकत्र करते हैं।

प्रयोगशाला शोध से फील्ड प्रणालियों तक

हाइब्रिड संवेदन अवधारणा को भरोसेमंद फील्ड प्रणाली में बदलने के लिए और विकास की आवश्यकता होगी। बाहरी वातावरण में बदलती वायु-धारा, मिली-जुली गंध, तापमान में बदलाव और अन्य परिस्थितियां शामिल होती हैं, जो पहचान को जटिल बना सकती हैं। किसी भी परिचालन प्रणाली को एकत्र किए गए नमूनों की व्याख्या करने और सेंसर के परिणामों को ऐसी जानकारी में बदलने के तरीकों की भी आवश्यकता होगी जिसका उपयोग मानव ऑपरेटर कर सके।

ये प्रश्न शोध के महत्व को कम नहीं करते। वे प्रकाशित सामग्री और संवेदन संबंधी निष्कर्ष तथा आपातकालीन प्रतिक्रिया, खतरनाक क्षेत्रों के निरीक्षण या अन्य वास्तविक कार्यों के लिए उपयुक्त उपकरण के बीच अगले चरण को परिभाषित करते हैं।

वर्तमान अध्ययन इस बात का उदाहरण प्रस्तुत करता है कि शोधकर्ता किस तरह एक ही प्रौद्योगिकी वर्ग से आगे देख रहे हैं। यह पूछने के बजाय कि हर परिस्थिति में जीवविज्ञान या सिंथेटिक सेंसर में से कौन बेहतर है, टीम ने दोनों की शक्तियों के आधार पर एक प्रणाली तैयार की। टिड्डे का एंटीना असाधारण गंध संवेदनशीलता प्रदान करता है; नैनोमटेरियल रासायनिक अंशों को एकत्र करने और उनकी पहचान में सहायता करते हैं।

यह हाइब्रिड रणनीति एक समय की अटकल जैसी अवधारणा को एक परीक्षण योग्य इंजीनियरिंग दिशा के करीब लाती है: ऐसी छोटी जैविक प्रणालियां जो कमजोर रासायनिक संकेतों का पता लगा सकें और ऐसी सामग्रियों से समर्थित हों जो उन संकेतों को अधिक उपयोगी और अधिक विशिष्ट बनाएं।

यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।