Microbial Synthesis of Reduced Graphene Oxide Nanosheets by Proteus mirabilis MT378377 and Antibacterial Activity against Multidrug Resistant Bacteria
यह अध्ययन तापमान, pH और एडिटिव्स की विशिष्ट स्थितियों के तहत *Proteus mirabilis* MT378377 का उपयोग करके रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड नैनोशीट्स के अनुकूलित सूक्ष्मजीव संश्लेषण की रिपोर्ट करता है, जो यह प्रकट करता है कि जबकि परिणामी नैनोमटेरियल्स दवा वितरण के लिए उपयुक्त विशेषताओं के स्वामी हैं, वे ग्राफीन ऑक्साइड की तुलना में मल्टीड्रग-रेसिस्टेंट बैक्टीरिया के विरुद्ध कम जीवाणुरोधी गतिविधि प्रदर्शित करते हैं।
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आधुनिक सामग्रियों की दुनिया में, ग्राफीन जैसी कुछ ही सामग्रियां इतनी प्रसिद्ध हैं। एक कार्बन परमाणुओं की चादर की कल्पना करें जो एक पूर्ण, एकल-परत मधुमक्खी के छत्ते (हनीकॉम्ब) के रूप में व्यवस्थित है; यह अविश्वसनीय रूप से मजबूत है, आसानी से बिजली का संचालन करती है, और इतनी पतली है कि यह अनिवार्य रूप से द्वि-आयामी (टू-डायमेंशनल) है। हालाँकि, इस शुद्ध सामग्री को बनाने के लिए अक्सर कठोर रसायनों, उच्च तापमान या महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो इसे रोजमर्रा के उपयोग के लिए बड़े पैमाने पर बनाना कठिन बना देते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से इन कार्बन शीटों को बनाने के एक अधिक सौम्य तरीके की तलाश में रहे हैं, जो प्रकृति की दक्षता की नकल करता हो। एक संबंधित सामग्री, जिसे ग्राफीन ऑक्साइड कहा जाता है, बनाना आसान है लेकिन इसकी सतह पर अतिरिक्त ऑक्सीजन परमाणु होते हैं जो इसे कम सुचालक और अधिक जल-घुलनशील बनाते हैं। दोनों का सर्वश्रेष्ठ लाभ उठाने के लिए, शोधकर्ता इन ऑक्सीजन समूहों को हटाने का प्रयास करते हैं ताकि "रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड" बनाया जा सके, एक ऐसी सामग्री जो ग्राफीन के उपयोगी गुणों को बनाए रखती है जबकि इसे संभालना आसान होता है। चुनौती इन ऑक्सीजन समूहों को हटाने के लिए एक ऐसा तरीका खोजने में निहित है जो जहरीले रसायनों या अत्यधिक गर्मी का सहारा लिए बिना किया जा सके, जिससे वैज्ञानिक समाधान के लिए बैक्टीरिया की सूक्ष्म दुनिया की ओर देखते हैं।
लाहौर कॉलेज फॉर वीमेन यूनिवर्सिटी, पाकिस्तान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह परीक्षण करने का निर्णय लिया कि क्या एक विशिष्ट बैक्टीरिया इस रासायनिक परिवर्तन को करने में सक्षम हो सकता है। उन्होंने मिट्टी के नमूने एकत्र करना और विभिन्न बैक्टीरियल कॉलोनियों को अलग करना शुरू किया, और यह देखने के लिए उनकी स्क्रीनिंग की कि कौन सी कॉलोनियां स्वाभाविक रूप से ग्राफीन ऑक्साइड को कम (रिड्यूस) कर सकती हैं। कई उम्मीदवारों के परीक्षण के बाद, उन्होंने एक एकल स्ट्रेन की पहचान की जो सबसे अलग था। आनुवंशिक विश्लेषण के माध्यम से, उन्होंने पुष्टि की कि यह बैक्टीरिया प्रोटियस मिराबिलिस (Proteus mirabilis) था, जो पर्यावरण में पाया जाने वाला एक सामान्य सूक्ष्मजीव है। उन्होंने अपने विशिष्ट स्ट्रेन को MT378377 नाम दिया और यह समझने के लिए काम शुरू किया कि यह वास्तव में कैसे काम करता है और किन परिस्थितियों में यह सर्वोत्तम प्रदर्शन करता है। लक्ष्य एक स्वच्छ, पर्यावरण के अनुकूल प्रक्रिया बनाना था जो इन कार्बन नैनोशीट्स को बड़ी मात्रा में बना सके, जो पारंपरिक रासायनिक विनिर्माण के लिए एक हरित विकल्प प्रदान करने की क्षमता रखता हो।
शोधकर्ताओं ने पाया कि बैक्टीरिया इन नैनोमटेरियल्स के लिए एक जीवित कारखाने के रूप में कार्य करता है। जब उन्होंने बैक्टीरिया को ग्राफीन ऑक्साइड के घोल के साथ मिलाया, तो सूक्ष्मजीवों ने ऑक्सीजन समूहों को हटाना शुरू कर दिया, जिससे मिश्रण गहरा काला हो गया, जो रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड के निर्माण का संकेत देता है। इस जैविक प्रक्रिया के लिए एकदम सही रेसिपी खोजने के लिए, टीम ने विभिन्न स्थितियों को समायोजित किया, ठीक वैसे ही जैसे एक शेफ व्यंजन को निखारता है। उन्होंने पाया कि बैक्टीरिया 37 डिग्री सेल्सियस के गर्म तापमान पर सबसे अच्छा काम करते हैं, जो कई जीवों के लिए मानक शरीर का तापमान है। उन्होंने यह भी पाया कि पानी की अम्लता मायने रखती है; 5 के pH वाला थोड़ा अम्लीय वातावरण बैक्टीरिया को सबसे अधिक सामग्री बनाने की अनुमति देता है। सोडियम क्लोराइड की एक सूक्ष्म मात्रा जोड़ने से प्रक्रिया में मदद मिली, और एक विशिष्ट सर्फेक्टेंट (surfactant) जिसे ट्विन 80 (Tween 80) कहा जाता है, उसे जोड़ने से भी मदद मिली, जो उन पदार्थों को मिलाने में मदद करता है जो आमतौर पर आपस में नहीं मिलते। शुरुआती ग्राफीन ऑक्साइड की सबसे प्रभावी सांद्रता एक मिलीग्राम प्रति मिलीलीटर थी, और बैक्टीरिया तब सबसे अच्छा काम करते थे जब उन्हें प्रकाश के बजाय अंधेरे में रखा जाता था।
एक बार इष्टतम स्थितियाँ स्थापित हो जाने के बाद, टीम ने मापा कि कितनी सामग्री उत्पादित हुई और वह कैसी दिखती है। सही परिस्थितियों में, बैक्टीरिया ने एक महत्वपूर्ण मात्रा में रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड उत्पन्न किया, जिसकी पुष्टि शोधकर्ताओं ने प्रकाश अवशोषण परीक्षणों का उपयोग करके की। जब उन्होंने शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे अंतिम उत्पाद का परीक्षण किया, तो उन्होंने देखा कि बैक्टीरिया ने सफलतापूर्वक पतली, शीट जैसी संरचनाएं बना ली थीं। ये शीट लगभग 91 नैनोमीटर आकार की थीं, एक ऐसा पैमाना इतना छोटा कि एक मिलियन शीट एक मानव बाल की चौड़ाई में समा सकती हैं। इस सामग्री की सतह पर एक नकारात्मक विद्युत आवेश भी था, जो इन शीट्स को आपस में जुड़ने से रोकने में मदद करता है और यह सुनिश्चित करता है कि वे पानी में निलंबित रहें। रासायनिक विश्लेषण ने दिखाया कि हालांकि बैक्टीरिया ने मूल ग्राफीन ऑक्साइड से कई ऑक्सीजन समूहों को हटा दिया था, फिर भी कुछ ऑक्सीजन सतह से जुड़ी रही, जो इस सामग्री को अद्वितीय रासायनिक गुण प्रदान करती है।
शोधकर्ताओं ने फिर परीक्षण किया कि क्या ये नव-निर्मित नैनोशीट्स खतरनाक बैक्टीरिया, विशेष रूप से बहु-दवा प्रतिरोधी (मल्टीड्रग-रेसिस्टेंट) एस्चेरिचिया कोली (Escherichia coli), स्टैफिलोकोकस ऑरियस (Staphylococcus aureus), और साल्मोनेला टाइफी (Salmonella typhi) से लड़ सकती हैं। उन्होंने मूल ग्राफीन ऑक्साइड, नए रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड और मानक ग्रेफाइट के प्रदर्शन की तुलना की। परिणाम आश्चर्यजनक थे। मूल ग्राफीन ऑक्साइड एक शक्तिशाली हथियार साबित हुआ, जिसने स्पष्ट क्षेत्र (क्लियर ज़ोन) बनाए जहाँ बैक्टीरिया विकसित नहीं हो सकते थे, और यह प्रभाव सांद्रता बढ़ने के साथ और मजबूत होता गया। हालाँकि, बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड ने परीक्षण की गई सांद्रता पर इन प्रतिरोधी रोगजनकों को मारने की कोई क्षमता नहीं दिखाई। मानक ग्रेफाइट भी बैक्टीरिया को रोकने में विफल रहा। टीम ने निष्कर्ष निकाला कि हालांकि बैक्टीरिया ने सफलतापूर्वक सामग्री बनाई, लेकिन रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड की विशिष्ट रासायनिक संरचना ने इसे मूल, अन-रिड्यूस्ड संस्करण की तुलना में बैक्टीरिया को मारने में कम प्रभावी बना दिया।
एंटीबैक्टीरियल गतिविधि की कमी के बावजूद, यह अध्ययन नैनोमटेरियल्स के निर्माण के लिए एक सफल और पर्यावरण के अनुकूल विधि को रेखांकित करता है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि उनके द्वारा उत्पादित रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड गैर-विषाक्त है और इसमें कार्यात्मक समूह (फंक्शनल ग्रुप्स) मौजूद हैं जो चिकित्सा उपचारों के लिए कोशिकाओं में दवाओं या जीन को ले जाने जैसे अन्य अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी हो सकते हैं। इसकी विशाल सतह क्षेत्र का लाभ यह भी है कि यह औद्योगिक सेटिंग्स में उपयोगी हो सकता है, शायद मशीनरी के लिए एक स्नेहक (लुब्रिकेंट) के रूप में। हालांकि इस विशिष्ट बैक्टीरियल स्ट्रेन ने अपने आप में मल्टीड्रग-रेसिस्टेंट बैक्टीरिया को मारने वाली सामग्री नहीं बनाई, फिर भी यह प्रक्रिया स्वयं नैनोमटेरियल्स बनाने के लिए एक आशाजनक, कम ऊर्जा वाला मार्ग प्रदान करती है, जिसे संक्रमण से लड़ने या चिकित्सा में उन्नत वितरण प्रणालियों के रूप में अन्य एजेंटों के साथ जोड़ा जा सकता है। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि प्रकृति वास्तव में जटिल सामग्रियां बनाने के लिए उपयोग की जा सकती है, बशर्ते सही स्थितियां पूरी हों।
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