A Proof-of-Concept Graphene-Functionalised Embroidered Textile Biosensing Platform for Salivary Alzheimer's Disease Biomarker Detection
यह अध्ययन एक लचीले, ग्राफीन-कार्यात्मक एम्ब्रॉयडरी वाले टेक्सटाइल बायोसेंसर की व्यवहार्यता को प्रदर्शित करता है जो लार में अल्जाइमर रोग के बायोमार्कर का गैर-आक्रामक रूप से पता लगाने में सक्षम है, जिसमें एंटी-टाऊ एंटीबॉडी के साथ कार्यात्मक रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड (rGO) इलेक्ट्रोड सबसे स्थिर और चयनात्मक प्रदर्शन दिखाते हैं।
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अल्जाइमर रोग एक ऐसी स्थिति है जो धीरे-धीरे याददाश्त और सोचने की क्षमता को नष्ट कर देती है, जिससे दुनिया भर में लाखों लोग प्रभावित होते हैं। दशकों से, निदान की पुष्टि करने के लिए रक्त निकालने या रीढ़ से तरल एकत्र करने जैसी आक्रामक प्रक्रियाओं, या रेडिएशन के संपर्क में आने वाले महंगे स्कैन की आवश्यकता होती रही है। ये विधियाँ प्रभावी तो हैं लेकिन इन्हें नियमित रूप से करना कठिन है, जिससे बीमारी की प्रगति को ट्रैक करना या घर के आरामदायक वातावरण में इसे जल्दी पकड़ना मुश्किल हो जाता है। वैज्ञानिकों को लंबे समय से संदेह था कि लार, यानी मुँह में मौजूद तरल, इस बीमारी के सूक्ष्म रासायनिक संकेतों को धारण करती है, विशेष रूप से 'टाउ' (tau) और 'अमाइलॉइड-बीटा' (amyloid-beta) नामक प्रोटीन, जो अल्जाइमर से पीड़ित लोगों के मस्तिष्क में आपस में जुड़कर गुच्छे बना लेते हैं। यदि इन प्रोटीनों का पता एक साधारण थूक के नमूने से लगाया जा सके, तो यह डॉक्टरों के लिए इस स्थिति की निगरानी करने के तरीके में क्रांति ला देगा। हालाँकि, लार में इन प्रोटीनों को खोजना घास के ढेर में सुई खोजने जैसा है; इनकी मात्रा अविश्वसनीय रूप से कम है, और यह तरल पदार्थ स्वयं बहुत जटिल है। इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ता पहनने योग्य तकनीक (wearable technology) की ओर मुड़ रहे हैं, विशेष रूप से ऐसे सेंसर जिन्हें सीधे कपड़ों में सिला जा सकता है, जो बिना सुइयों या मशीनों के रोग के संकेतों का परीक्षण करने का एक तरीका प्रदान करते हैं।
डेर्बी विश्वविद्यालय और मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस लक्ष्य की ओर एक महत्वपूर्ण कदम उठाते हुए कपड़े से बने एक लचीले सेंसर का निर्माण किया है। उन्होंने कोई कठोर इलेक्ट्रॉनिक चिप नहीं बनाई; इसके बजाय, उन्होंने एक साधारण सिलाई मशीन का उपयोग करके सूती कपड़े के एक टुकड़े में एक विशेष चांदी की परत वाले धागे को सिया, जिससे इंटरडिजिटेटेड इलेक्ट्रोड्स (interdigitated electrodes) के रूप में जाने जाने वाले आपस में जुड़े कंघी जैसे आकारों का एक पैटर्न बना। यह कढ़ाई एक छोटा विद्युत सर्किट बनाती है जो कपड़े की सतह पर ही स्थित होता है। इस सर्किट को जैविक अणुओं का पता लगाने के लिए पर्याप्त संवेदनशील बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने सिले हुए धागों पर कार्बन का एक रूप, जिसे ग्राफीन (graphene) कहा जाता है, की परत चढ़ाई। ग्राफीफ एक ऐसी सामग्री है जो कार्बन परमाणुओं की एक एकल परत से बनी होती है जो मधुमक्खी के छत्ते जैसे पैटर्न में व्यवस्थित होती है, और यह बिजली का बहुत अच्छा संचालन करने के लिए जानी जाती है। टीम ने इस सामग्री के दो संस्करणों का परीक्षण किया: एक जिसे अन्य अणुओं को आसानी से पकड़ने के लिए रासायनिक रूप से संशोधित किया गया था, और दूसरा जिसे बिजली का संचालन और भी बेहतर करने के लिए संसाधित किया गया था। फिर उन्होंने इन ग्राफीन-लेपित धागों की सतह पर विशिष्ट एंटीबॉडीज (antibodies) को लगाया, जो आणविक तालों की तरह कार्य करती हैं और केवल 'टाउ' प्रोटीन के अनुकूल डिज़ाइन की गई हैं।
शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या यह कढ़ाई वाला प्लेटफॉर्म वास्तविक जैविक नमूने के जटिल वातावरण में जीवित रह सकता है और फिर भी एक स्पष्ट संकेत भेज सकता है। उन्होंने सेंसरों पर पानी, नमक का पानी और कृत्रिम लार की बूंदें डालीं ताकि यह देखा जा सके कि विद्युत प्रतिरोध, या पदार्थ के माध्यम से बिजली के बहने में आने वाली कठिनाई, कैसे बदलती है। जब उन्होंने अधिक रासायनिक रूप से सक्रिय ग्राफीन से लेपित संस्करण का उपयोग किया, तो सेंसर ने तरल के प्रति तीव्र प्रतिक्रिया दी, लेकिन संकेत अस्थिर था और एक परीक्षण से दूसरे परीक्षण में बहुत भिन्न होता था। ऐसा लग रहा था जैसे सेंसर तरल को सोखने के लिए बहुत उत्सुक था, जिससे विद्युत पथ अप्रत्याशित रूप से बदल रहा था। इसके विपरीत, अधिक प्रवाहकीय (conductive), रिड्यूस्ड ग्राफीन संस्करण से लेपित सेंसरों ने बहुत स्थिर विद्युत आधार दिखाया। उन्होंने तरल को अधिक धीरे और लगातार अवशोषित किया, जिससे माप के लिए एक विश्वसनीय शुरुआती बिंदु प्राप्त हुआ। यह स्थिरता अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका अर्थ है कि सेंसर केवल तरल की उपस्थिति के प्रति प्रतिक्रिया नहीं दे रहा है, बल्कि एक विशिष्ट लक्षित प्रोटीन द्वारा उत्पन्न परिवर्तन का पता लगाने के लिए तैयार है।
असली परीक्षा तब हुई जब शोधकर्ताओं ने वास्तविक लक्ष्य पेश किया: टाउ प्रोटीन। उन्होंने एंटी-टाउ एंटीबॉडीज के साथ पूर्व-उपचारित किए गए सेंसरों पर इस प्रोटीन वाला एक घोल लगाया। प्रवाहकीय ग्राफीन और एंटीबॉडीज वाले सेंसरों ने टाउ प्रोटीन की उपस्थिति में विद्युत प्रतिरोध में स्पष्ट और मापने योग्य गिरावट दिखाई। यह परिवर्तन इसलिए हुआ क्योंकि प्रोटीन ने सतह पर मौजूद एंटीबॉडीज से खुद को जोड़ लिया, जिससे कपड़े के आर-पार बिजली के प्रवाह का तरीका बदल गया। यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह प्रतिक्रिया विशिष्ट है, उन्होंने सेंसरों का अमाइलॉइड-बीटा के साथ भी परीक्षण किया, जो अल्जाइमर से जुड़ा एक अलग प्रोटीन है जिसे पकड़ने के लिए एंटीबॉडीज डिज़ाइन नहीं की गई थीं। सेंसरों ने इस गैर-लक्षित प्रोटीन के प्रति बहुत कम प्रतिक्रिया दी, जिससे पता चलता है कि उपकरण दो अलग-अलग मार्करों के बीच अंतर कर सकता है। टीम ने सूक्ष्मदर्शी का भी उपयोग किया, जिससे पुष्टि हुई कि ग्राफीन की परत धागों पर समान रूप से फैली हुई है और एंटीबॉडीज को थामे रखने वाले रासायनिक बंधन बरकरार हैं।
हालाँकि यह कार्य एक 'प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट' (सिद्ध करने का प्रयास) है और अभी तक एक पूर्ण चिकित्सा उपकरण नहीं है, फिर भी यह प्रदर्शित करता है कि कपड़े के एक टुकड़े को एक परिष्कृत प्रयोगशाला उपकरण में बदला जा सकता है। अध्ययन बताता है कि सिले हुए चांदी के धागे, एक प्रवाहकीय ग्राफीन कोटिंग और विशिष्ट एंटीबॉडीज का संयोजन लार जैसे तरल में अल्जाइमर के बायोमार्कर का पता लगाने में सक्षम मंच बनाता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि सफलता की कुंजी न केवल सही सामग्री होना था, बल्कि कोटिंग की विद्युत चालकता और एंटीबॉडीज को थामने की रासायनिक क्षमता के बीच संतुलन बनाना था। सेंसर का सबसे आशाजनक संस्करण, जिसमें प्रवाहकीय ग्राफीन और जुड़ी हुई एंटीबॉडीज थीं, ने लक्षित प्रोटीन के प्रति सबसे स्थिर और विशिष्ट प्रतिक्रिया दिखाई। यह खोज भविष्य में पहनने योग्य पैच या कपड़ों के विकास के द्वार खोलती है जो निरंतर किसी व्यक्ति के स्वास्थ्य की निगरानी कर सकते हैं, जिससे संभावित रूप से बिना किसी आक्रामक प्रक्रिया के अल्जाइमर रोग का शीघ्र पता लगाना और बेहतर प्रबंधन करना संभव हो सकेगा।
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