Photodynamic Antimicrobial Textiles for Potential Combat and Clinical Applications

आधुनिक युद्ध के उच्च-जोखिम वाले वातावरण और भीड़भाड़ वाले अस्पतालों में, एक मौन दुश्मन अक्सर शुरुआती चोट से अधिक खतरनाक साबित होता है: संक्रमण। जब किसी घाव को तत्वों के संपर्क में छोड़ा जाता है या बैक्टीरिया से दूषित किया जाता है, तो शरीर की प्राकृतिक रक्षा प्रणाली को अभिभूत किया जा सकता है, खासकर यदि हमलावर सूक्ष्मजीवों ने मानक एंटीबायोटिक्स का विरोध करना सीख लिया हो। इस प्रतिरोध ने सामान्य बैक्टीरिया को एक दुर्जेद्य खतरे में बदल दिया है, जो मामूली कट लगने पर भी गंभीर बीमारी या मृत्यु का कारण बनने में सक्षम हैं। दशकों से, चिकित्सा टीमें संक्रमण से लड़ने के लिए सिल्वर-आधारित मलहम और आयोडीन ड्रेसिंग पर भरोसा करती आई हैं, लेकिन इन समाधानों की कुछ सीमाएं हैं, जिनमें सीमित शेल्फ लाइफ और बैक्टीरिया की उनके प्रति अनुकूलन करने की क्षमता शामिल है। वैज्ञानिक अब एक अलग दृष्टिकोण की खोज कर रहे है जो उन रसायनों पर निर्भर नहीं करता जिन्हें बैक्टीरिया आसानी से अनदेखा करना सीख सकते हैं, बल्कि इसके बजाय स्वयं प्रकाश का उपयोग करता है जो सूक्ष्मजीवों को संपर्क में आते ही नष्ट करने के लिए एक प्रतिक्रिया को सक्रिय करता है।

यह नई रणनीति फोटोडायनामिक इनएक्टिवेशन (photodynamic inactivation) नामक एक प्रक्रिया पर आधारित है। कल्पना कीजिए कि एक पदार्थ सतह पर निर्दोष रूप से बैठा रहता है जब तक कि उसे एक विशिष्ट प्रकार के प्रकाश से टकराया न जाए। एक बार प्रकाशित होने के बाद, यह पदार्थ सक्रिय हो जाता है और एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन का उत्पादन करता है जो बैक्टीरिया के लिए घातक है लेकिन सही ढंग से उपयोग किए जाने पर मानव ऊतकों के लिए सुरक्षित है। नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने इस अवधारणा को लिया है और इसे रोजमर्रा के कपड़ों पर लागू किया है, जिससे एक नए प्रकार की घाव पट्टी (wound dressing) तैयार हुई है जिसका उपयोग फील्ड में मेडिक्स द्वारा या अस्पतालों में डॉक्टरों द्वारा किया जा सकता है। उनका कार्य दो अलग-अलग प्रकार के कपड़ों पर लेप लगाने पर केंद्रित है—एक जो प्लांट-आधारित लायोसेल (lyocell) और पॉलिएस्टर के मिश्रण से बना है, और दूसरा जो पूरी तरह से हेम्प (hemp) से बना है—एक विशेष मिश्रण के साथ। इस मिश्रण में 'रोज़ बंगाल' (Rose Bengal) नामक एक प्रकाश-संवेदनशील डाई शामिल है, जो एक ट्रिगर के रूप में कार्य करती है, जिसे एक स्पष्ट, यूवी-क्यूरेबल पॉलीमर द्वारा मजबूती से बांधा गया है जो एक मजबूत, पारदर्शी गोंद की तरह काम करता है।

टीम ने इस मिश्रण को एयरब्रश का उपयोग करके कपड़ों पर छिड़ककर शुरुआत की, जिसे इसकी सरलता और बड़े पैमाने पर उत्पादन की क्षमता के कारण चुना गया था। उन्होंने सामग्री के दोनों ओर कोटिंग लगाई और फिर पॉलीमर को सख्त करने के लिए पराबैंगनी (ultraviolet) प्रकाश का उपयोग किया, जिससे डाई प्रभावी रूप से कपड़े के रेशों के भीतर फंस गई। यह सुनिश्चित करने के लिए कि कोटिंग सुरक्षित है और डाई बह नहीं जाएगी या बाहर नहीं निकलेगी, शोधकर्ताओं ने उपचारित कपड़ों को कठोर परीक्षणों के अधीन किया। उन्होंने शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे सतह का परीक्षण किया और डाई के समान वितरण और मजबूती से जुड़े होने की पुष्टि करने के लिए रासायनिक संरचना का विश्लेषण किया। परिणामों ने दिखाया कि कोटिंग ने रेशों को सफलतापूर्वक कवर किया, जिससे एक निरंतर परत बन गई जो प्रकाश के साथ परस्पर क्रिया कर सकती है। जब उन्होंने कोटिंग किए गए कपड़े पर एक हैंडहेल्ड हरे रंग के लेजर (532 nm) को चमकाया, तो उन्होंने देखा कि इसने आवश्यक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन उत्पन्न की जो बैक्टीरिया को मारने के लिए आवश्यक थी, जिससे यह सिद्ध हुआ कि सामग्री ठीक उसी तरह काम कर रही है जैसा कि डिजाइन किया गया था।

हालाँकि, असली परीक्षण यह था कि क्या यह प्रकाश-सक्रिय कपड़ा वास्तव में खतरनाक बैक्टीरिया को रोक सकता है। शोधकर्ताओं ने कोटिंग किए गए कपड़ों का परीक्षण रोग-प्रतिरोधी रोगजनकों के एक चयन के खिलाफ किया, जिसमें MRSA और VRE जैसे बैक्टीरिया के स्ट्रेन शामिल हैं, जो अस्पताल के गंभीर संक्रमणों के सामान्य कारण हैं। उन्होंने इन कपड़ों को इन बैक्टीरिया के संपर्क में रखा और फिर उन्हें विभिन्न समय के लिए एक चमकीले, ठंडे-सफेद LED प्रकाश के संपर्क में रखा। परिणाम आश्चर्यजनक थे। प्रकाश के संपर्क में आने के मात्र तीस मिनट के भीतर, कोटिंग किए गए कपड़ों ने लगभग सभी MRSA और VRE बैक्टीरिया को खत्म कर दिया, उनकी संख्या को दस लाख के कारक से कम कर दिया। यह स्तर की प्रभावशीलता पारंपरिक सिल्वर-आधारित ड्रेसिंग की तुलना में बहुत तेजी से प्राप्त की गई, जिन्हें समान परिणाम प्राप्त करने के लिए अक्सर घंटों या दिनों की आवश्यकता होती है। लायोसेल और पॉलिएस्टर के मिश्रण से बने कपड़े ने विशेष रूप से अच्छा प्रदर्शन किया, जो इसकी पूरी सतह पर बैक्टीरिया को मारने की एक समान क्षमता प्रदर्शित करता है।

जब टीम ने ग्राम-नेगेटिव (Gram-negative) बैक्टीरिया, जैसे कि मल्टीड्रग-प्रतिरोधी Acinetobacter baumannii के खिलाफ कपड़ों का परीक्षण किया, तो प्रदर्शन थोड़ा अलग था। इन बैक्टीरिया के पास एक सख्त बाहरी कवच होता है जो उन्हें भेदना कठिन बनाता है। बिना किसी सहायता के, प्रकाश-सक्रिय कपड़े ने इन बैक्टीरिया को कम तो किया, लेकिन ग्राम-पॉजिटिव प्रकारों की तरह पूरी तरह से नहीं। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने इस बाधा को दूर करने का एक सरल तरीका खोजा। परीक्षण के दौरान बैक्टीरियल सस्पेंशन में पोटेशियम आयोडाइड (potassium iodide), जो एक सामान्य रासायनिक नमक है, की थोड़ी मात्रा जोड़ने से, कपड़ा ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया के खिलाफ भी उतना ही प्रभावी हो गया जितना कि वह अन्य प्रकारों के खिलाफ था। यह जोड़ एक बूस्टर के रूप में कार्य करता है, जो प्रकाश-सक्रिय प्रतिक्रिया को बैक्टीरिया के बचाव को तोड़ने में मदद करता है। इसके विपरीत, कपड़े ने क्लेबसिएला न्यूमोनिया (Klebsiella pneumoniae) नामक दूसरे प्रकार के बैक्टीरिया के खिलाफ, बूस्टर के साथ भी, बहुत कम या कोई प्रभाव नहीं दिखाया, जो यह उजागर करता है कि हालांकि यह तकनीक शक्तिशाली है, यह अभी भी हर प्रकार के सूक्ष्मजीव के लिए सार्वभौमिक उपचार नहीं है।

अध्ययन ने इस नई विधि की तुलना वर्तमान चिकित्सा मानकों के विरुद्ध गति और दक्षता के आधार पर भी की। जबकि सिल्वर ड्रेसिंग प्रभावी है, वे अक्सर धीरे काम करती हैं और समय के साथ अपनी शक्ति खो सकती हैं। नया फोटोडायनामिक फैब्रिक एक तीव्र प्रतिक्रिया प्रदान करता है, जो घंटों के बजाय मिनटों में खतरनाक रोगजनकों को बेअसर करने में सक्षम है। यह गति युद्ध की स्थितियों में महत्वपूर्ण है जहाँ एक मेड के पास घायल सैनिक को निकालने से पहले उपचार करने के लिए केवल एक छोटा सा समय होता है। शोधकर्ता एक ऐसे भविष्य की कल्पना करते हैं जहाँ ये ड्रेसिंग एक अंतर्निहित, हल्के वजन के प्रकाश स्रोत के साथ आएं, जिससे एक मेड चोट के स्थान पर तुरंत एंटीबैक्टीरियल गुणों को सक्रिय कर सके। उपयोग की जाने वाली सामग्रियां सस्ती हैं, कोटिंग प्रक्रिया सरल है, और कपड़े टिकाऊ हैं जो युद्ध के मैदान या एक व्यस्त आपातकालीन कक्ष की कठोर परिस्थितियों के लिए उपयुक्त हैं।

जबकि यह तकनीक बहुत आशाजनक दिखती है, शोधकर्ता स्पष्ट हैं कि अभी भी क्या किया जाना बाकी है। यह प्रणाली कुछ प्रकार के बैक्टीरिया के खिलाफ बहुत अच्छी तरह से काम करती है, लेकिन अन्य के खिलाफ संघर्ष करती है, विशेष रूप से क्लेबसिएला न्यूमोनिया के लचीले स्ट्रेन के खिलाफ। यह सुझाव देता है कि वर्तमान संस्करण का पदार्थ एक ब्रॉड-स्पेक्ट्रम समाधान नहीं है जो अपने आप में हर संभावित संक्रमण को संभाल सके। टीम का अगला कदम सिस्टम को परिष्कृत करना है, शायद बेहतर प्रकाश-संवेदनशील डाई या विभिन्न रासायनिक बूस्टर खोजकर, ताकि यह सबसे जिद्दी बैक्टीरिया से भी निपट सके। फिलहाल, यह कार्य एक नए प्रकार की चिकित्सा आपूर्ति के लिए एक ठोस आधार प्रदान करता है जो प्रकाश को संक्रमण के खिलाफ एक शक्तिशाली, तत्काल रक्षा में बदलकर जीवन बचा सकती है। एक ऐसी ड्रेसिंग बनाने की क्षमता जो हल्की, आसानी से उत्पादित होने योग्य और रासायनिक-मुक्त कीटाणुशोधन में सक्षम है, एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी सुपरबग्स के खिलाफ चल रही लड़ाई में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करती है।