Structural and Physicochemical Analysis of Polycaprolactone Electrospun Membranes for Biomedical Applications

मानव शरीर की कल्पना एक हलचल भरे, उच्च-तकनीकी शहर के रूप में करें। जब कोई इमारत (जैसे कि त्वचा का कोई हिस्सा या हड्डी) क्षतिग्रस्त हो जाती है, तो शहर को पुनर्निर्माण में मदद करने के लिए एक अस्थायी, स्मार्ट निर्माण स्थल की आवश्यकता होती है। यहीं से ऊतक इंजीनियरिंग (tissue engineering) का विज्ञान आता है। केवल एक छेद को भरने के बजाय, वैज्ञानिक छोटे, अदृश्य मचान (scaffolds) बनाने की कोशिश करते हैं जो हमारे कोशिकाओं के लिए एक खेल के मैदान की तरह काम करते हैं, जिससे उन्हें अपने आप बढ़ने, संख्या बढ़ाने और क्षति की मरम्मत करने के लिए प्रोत्साहित किया जा सके। इन मचानों को काम करने के योग्य बनाने के लिए, उन्हें ऐसे पदार्थों से बनाया जाना चाहिए जिन्हें शरीर अस्वीकार न करे (बायोकम्पैटिबल/जैव-अनुकूल), जो काम पूरा होने के बाद धीरे-धीरे घुल सकें (बायोडिग्रेडेबल/जैव-अपघटनीय), और जो शरीर के साथ हिलने-डुलने के लिए पर्याप्त लचीले होने के साथ-साथ अपना आकार बनाए रखने के लिए पर्याप्त मजबूत भी हों। इस क्षेत्र में एक सामग्री जो एक प्रमुख खिलाड़ी बनकर उभरी है, वह है पॉलीकैप्रोलैक्टोन (Polycaprolactone) नामक एक प्लास्टिक, जिसे PCL कहा जाता है। PCL को एक अत्यंत मजबूत, धीरे-धीरे घुलने वाले लेगो (Lego) ब्रिक की तरह समझें जिसे FDA ने पहले ही मनुष्यों में उपयोग के लिए मंजूरी दे दी है। लेकिन इसे घाव भरने जैसे नाजुक कार्यों के लिए उपयोगी बनाने के लिए, वैज्ञानिकों को इस ठोस प्लास्टिक को एक मुलायम, जालीदार मैट में बदलने की आवश्यकता होती है जिस पर कोशिकाएं आसानी से चढ़ सकें।

इलेक्ट्रोस्पिनिंग (electrospinning) की दुनिया में प्रवेश करें। यदि आपने कभी कॉटन कैंडी (बुढ़िया के बाल) मशीन देखी है, तो आप जानते होंगे कि यह कैसे काम करती है: एक घूमते हुए सिर द्वारा चीनी को पतले, चिपचिपे धागों में बुना जाता है। इलेक्ट्रोस्पिनिंग, इसका उच्च-तकनीकी, इलेक्ट्रिक संस्करण है। वैज्ञानिक एक तरल प्लास्टिक घोल लेते हैं और उसे एक शक्तिशाली विद्युत आवेश (electric charge) के साथ ज़ैप करते हैं। यह आवेश तरल को अविश्वसनीय रूप से महीन रेशों में खींच लेता है—इतने महीन कि उन्हें नैनोमीटर में मापा जाता है, जो एक मीटर का एक अरबवाँ हिस्सा है! ये रेशे एक कलेक्टर पर गिरते हैं, जो एक गैर-बुने हुए झिल्ली (non-woven membrane) के रूप में जमा होते हैं। शोधकर्ताओं के लिए बड़ा सवाल यह है: क्या हम इन PCL रेशों को चिकित्सा मचान के रूप में उपयोग करने के लिए पूरी तरह से चिकना और पर्याप्त मजबूत बना सकते हैं, और क्या वे प्रक्रिया से बचे किसी भी अवशेष रसायन से मुक्त रहते हैं?

इस अध्ययन में, दिनेश शाह नामक एक शोधकर्ता ने ठीक यही उत्तर देने का लक्ष्य रखा। लक्ष्य दो तरल विलायकों (solvents) के एक विशिष्ट "नुस्खे": डाइक्लोरोमेथेन (DCM) और डाइमिथाइलफॉर्मामाइड (DMF) का उपयोग करके एक आदर्श PCL झिल्ली बनाना था। टीम ने इस विलायक मिश्रण में PCL के दानों को मिलाया और इसे एक इलेक्ट्रोस्पिनिंग मशीन के माध्यम से चलाया। उन्होंने 17 kV का वोल्टेज इस्तेमाल किया, तरल को 1.3 mL h⁻¹ की दर से बाहर निकाला, और सुई तथा कलेक्टर के बीच की दूरी 18 cm रखी। रेशों को 500 rpm की गति से चलते हुए एक घूमने वाले ड्रम पर 6 घंटों तक एकत्र किया गया। परिणाम स्वरूप उन्हें एक झिल्ली प्राप्त हुई जिसे उन्होंने 'PE' नाम दिया।

तो, उन्हें क्या मिला? जब उन्होंने एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी (SEM) के नीचे 'PE' झिल्ली को देखा, तो यह सड़कों के एक पूरी तरह से व्यवस्थित शहर जैसा दिखाई दिया। रेशे एकसमान, चिकने और निरंतर थे, जिनमें लगभग कोई "मोती" (beads) नहीं थे (वे छोटे उभार जो कभी-कभी प्रक्रिया गलत होने पर बनते हैं)। रेशों का आकार लगभग 200 nm से 2 µm के बीच था, और औसत व्यास 1.03 µm था। यह एक महत्वपूर्ण विवरण है क्योंकि एक चिकनी, मोती-रहित सतह कोशिकाओं के लिए एक चिकनी राजमार्ग की तरह होती है—यह उनके जुड़ने और यात्रा करने को बहुत आसान बना देती है।

इसके बाद शोधकर्ताओं ने झिल्ली को कई कठिन परीक्षणों से गुजारा। उन्होंने इसकी मजबूती देखने के लिए इसे खींचा। परिणामों ने दिखाया कि झिल्ली में ताकत और लचीलेपन का एक अच्छा संतुलन था; यह बिना तुरंत टूटे खिंच सकती थी और तनाव झेल सकती थी। यह "इलास्टिक-प्लास्टिक" व्यवहार बिल्कुल वही है जो आपको एक ड्रेसिंग या मचान के लिए चाहिए होता है जिसे शरीर के साथ हिलने की आवश्यकता होती है। उन्होंने झिल्ली को यह देखने के लिए गर्म किया कि यह कब टूटती है। सामग्री लगभग 350°C तक स्थिर रही, जिसके बाद यह तेजी से वजन खोने लगी, जो इस बात का संकेत है कि स्वयं पॉलीमर विघटित हो रहा है। महत्वपूर्ण बात यह है कि उससे पहले कोई धीमी, छिपी हुई वजन की कमी नहीं हुई, जिससे पता चला कि कोई भी बचा हुआ विलायक रेशों के अंदर छिपा हुआ नहीं था।

पूरी तरह आश्वस्त होने के लिए, उन्होंने झिल्ली की रासायनिक "ध्वनि" सुनने के लिए FTIR नामक उपकरण का उपयोग किया। झिल्ली ने PCL के लिए सही स्वर (शिखर 1726.3 cm⁻¹, 1170 cm⁻¹, 2942.1 cm⁻¹, और 2862 cm⁻¹ पर) गाए, लेकिन विलायकों (DCM और DMF) के स्वरों पर यह मौन रही। इसने पुष्टि की कि झिल्ली शुद्ध थी और रासायनिक अवशेषों से मुक्त थी, जो सुरक्षा के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। अंत में, उन्होंने परीक्षण किया कि झिल्ली पानी के साथ कैसे प्रतिक्रिया करती है। जब पानी की एक बूंद सतह पर गिरी, तो यह मोम लगे कार पर बारिश की बूंद की तरह नहीं जमी; इसके बजाय, इसने एक "मध्यम संपर्क कोण" (moderate contact angle) दिखाया, जिसका अर्थ है कि सतह कुछ हद तक हाइड्रोफिलिक (पानी के प्रति आकर्षित होने वाली) थी। चिकित्सा उपयोग के लिए यह एक अच्छी बात है क्योंकि थोड़ा गीला वातावरण घावों को नम रखने में मदद करता है, जिससे उपचार की गति बढ़ जाती है।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि ये इलेक्ट्रोस्पन PCL झिल्लियाँ बायोमेडिकल उपयोग के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार हैं। वे मजबूत, स्थिर, शुद्ध हैं और उनमें कोशिकाओं के बढ़ने के लिए सही बनावट है। जबकि यह शोध पत्र सुझाव देता है कि इनका उपयोग ऊतक मचान (tissue scaffolds), घाव की ड्रेसिंग और दवा वितरण प्रणालियों के लिए किया जा सकता है, यह यह कहने से रुक जाता है कि यह अस्पतालों के लिए तैयार एक अंतिम उत्पाद है। इसके बजाय, यह एक अत्यधिक प्रभावी, टिकाऊ सामग्री के रूप में प्रस्तुत करता है जिसने प्रयोगशाला के प्रारंभिक परीक्षणों को सफलतापूर्वक पार कर लिया है, और मानव स्वास्थ्य की मदद करने की यात्रा के अगले चरणों के लिए तैयार है।