Formation mechanism and optical/magnetic properties of high-entropy (FeCuMn)(WMo)O₄₋ₓSₓ nanosheets synthesized via hydrothermal method

कैंसर का उपचार अक्सर एक कठिन समझौते पर निर्भर करता है: वे उपकरण जो शरीर के भीतर गहराई में स्थित ट्यूमर को देख सकते हैं, वे अक्सर उसे नष्ट करने के लिए बहुत कमजोर होते हैं, जबकि जो उपकरण उसे नष्ट करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होते हैं, उन्हें सटीक रूप से निर्देशित करना कठिन होता है। वैज्ञानिक लंबे समय से एक ऐसे एकल पदार्थ की तलाश कर रहे हैं जो ये दोनों कार्य कर सके: प्रकाश को अवशोषित करके गर्मी उत्पन्न करना जो कैंसर कोशिकाओं को मार दे और साथ ही चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के लिए एक संकेत (बीकन) के रूप में कार्य करना, जो शरीर के भीतर देखने के लिए उपयोग की जाने वाली शक्तिशाली स्कैनिंग तकनीक है। अधिकांश पदार्थ जो एक कार्य में अच्छे होते हैं, वे दूसरे में खराब होते हैं, या वे ऊतकों की गहरी परतों में काम करने में विफल रहते हैं जहाँ ट्यूमर अक्सर छिपे होते हैं। इसे हल करने के लिए, शोधकर्ता 'हाई-एंट्रॉपी' पदार्थों नामक पदार्थों के एक नए वर्ग की ओर मुड़ रहे हैं। ये केवल दो या तीन तत्वों से बने सरल यौगिक नहीं हैं, बल्कि पांच या अधिक विभिन्न धातुओं के जटिल मिश्रण हैं जो एक एकल, स्थिर संरचना में एक साथ जुड़े हुए हैं। यह अनूठी व्यवस्था उन्हें ऐसे गुणों का संयोजन प्रदान करती है जो सरल पदार्थ प्राप्त नहीं कर सकते, जिससे संभावित रूप से बिना आक्रामक सर्जरी के बीमारी का इलाज करने का एक नया तरीका मिल सकता है।

एक हालिया अध्ययन में, चेंगडू झोंगके वेइशी इंस्ट्रूमेंट कंपनी लिमिटेड के हुआवेई हुआंग के नेतृत्व में एक शोधकर्ता ने एक नया पदार्थ बनाया है जिसने इस अंतर को सफलतापूर्वक पाट दिया है। उन्होंने लोहा, तांबा, मैंगनीज, टंगस्टन और मोलिब्डेनम के हाई-एंट्रॉपी मिश्रण से बना एक पतला, शीट जैसा पदार्थ विकसित किया, जिसे ऑक्सीजन और सल्फर के साथ मिलाया गया है। शोधकर्ता ने इन नैनोशीट्स को हाइड्रोथर्मल विधि का उपयोग करके संश्लेषित किया, यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें उच्च दबाव में पानी में रसायनों के मिश्रण को गर्म किया जाता है, जो काफी हद तक एक प्रेशर कुकर की तरह काम करता है लेकिन बहुत उच्च तापमान पर। मिश्रण को पकाने के लिए गर्मी और समय को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके, शोधकर्ता इन पांच अलग-अलग धातुओं को एक एकल, समान क्रिस्टल संरचना में पूरी तरह से मिलाने में सक्षम रहे, जिससे इन तत्वों के अलग होने या अशुद्धियाँ बनाने की प्राकृतिक प्रवृत्ति पर विजय प्राप्त हुई।

इस संश्लेषण के परिणाम आश्चर्यजनक थे। परिणामी नैनोशीट्स ने दृश्य प्रकाश से लेकर निकट-अवरक्त (नियर-इंफ्रारेड) स्पेक्ट्रम तक तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला में प्रकाश को अवशोषित करने की असामान्य क्षमता प्रदर्शित की। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि निकट-अवरक्त प्रकाश दृश्य प्रकाश की तुलना में मानव ऊतकों में अधिक गहराई तक प्रवेश कर सकता है, जिससे त्वचा के नीचे छिपे ट्यूमर तक पहुँचा जा सकता है। पदार्थ ने प्रकाश को इतनी प्रभावी ढंग से अवशोषित किया कि जब शोधकर्ता ने नैनोशीट्स के नमूने पर लेजर चमकाया, तो तरल का तापमान केवल पांच मिनट में 38 डिग्री सेल्सियस बढ़ गया। यह तीव्र ऊष्मा, फोटोथर्मल थेरेपी की क्षमता को प्रदर्शित करती है, जहाँ प्रकाश को गर्मी में परिवर्तित किया जाता है ताकि कैंसर कोशिकाओं को पकाकर नष्ट किया जा सके। यह पदार्थ चिकित्सा में उपयोग किए जाने वाले दो अलग-अलग इन्फ्रारेड विंडोज़ में अच्छा प्रदर्शन करता है, जो यह सुझाव देता है कि यह गहरे स्थित ट्यूमर के इलाज के लिए प्रभावी हो सकता है।

गर्मी उत्पन्न करने की अपनी क्षमता के अलावा, यह पदार्थ चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के लिए एक उत्कृष्ट एजेंट भी साबित हुआ। एक चुंबकीय क्षेत्र में रखे जाने पर, नैनोशीट्स ने मजबूत चुंबकीय गुण प्रदर्शित किए, जो एक 'सॉफ्ट मैग्नेट' की तरह व्यवहार करते थे जिसे आसानी से चालू और बंद किया जा सकता था। यह विशेषता चिकित्सा इमेजिंग के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह सामग्री को एमआरआई स्कैन के कंट्रास्ट को बढ़ाने की अनुमति देती है, जिससे ट्यूमर स्वस्थ ऊतकों के मुकाबले स्पष्ट रूप से उभर कर दिखाई देता है। अध्ययन में पाया गया कि यह पदार्थ एक 'ड्यूल-मोड कंट्रास्ट एजेंट' के रूप में कार्य करता है, जिसका अर्थ है कि यह एमआरआई के दोनों प्रकार के संकेतों को बेहतर बना सकता है जिनका उपयोग डॉक्टर बीमारी के निदान के लिए करते हैं। यह दोहरी क्षमता शीट के भीतर धातुओं के विशिष्ट मिश्रण से उत्पन्न होती है: मैंगियस और आयरन आयन, जो पूरी संरचना में समान रूप से वितरित हैं, एक मजबूत चुंबकीय प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए मिलकर काम करते हैं।

शोधकर्ता ने यह भी खोजा कि इस सामग्री की सफलता पूरी तरह से इसके निर्माण के दौरान उपयोग किए गए तापमान पर निर्भर थी। जब उन्होंने मिश्रण को 140 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया, तो धातुएं ठीक से नहीं मिलीं, जिसके परिणामस्वरूप विभिन्न यौगिकों का एक अस्त-व्यस्त संयोजन बना जिसमें वांछित गुणों का अभाव था। हालांकि, जब उन्होंने तापमान बढ़ाकर 200 डिग्री सेल्सियस कर दिया, तो परमाणुओं ने एक पूर्ण, एकल-चरण ठोस विलयन (सिंगल-फेज सॉलिड सॉल्यूशन) में खुद को पुनर्गठित कर लिया। इस उच्च तापमान पर, ऊर्जा इन धातुओं को अलग रखने वाली प्राकृतिक बाधाओं को पार करने के लिए पर्याप्त थी, जिससे उन्हें एक स्थिर, सजातीय शीट बनाने की अनुमति मिली। यह निष्कर्ष इन जटिल सामग्रियों के इंजीनियरिंग में गर्मी की महत्वपूर्ण भूमिका को रेखांकित करता है, जो यह सिद्ध करता है कि सही स्थितियाँ उस स्तर की एकरूपता को अनलॉक कर सकती हैं जो कम तापमान पर प्राप्त करना असंभव है।

अंतिम उत्पाद एक बहुमुखी मंच है जो ट्यूमर को देखने की क्षमता और उसे उपचारित करने की क्षमता को जोड़ता है। नैनोशीट्स इतनी छोटी हैं कि वे रक्तप्रवाह के माध्यम से यात्रा कर सकती हैं और ट्यूमर ऊतक में जमा हो सकती हैं, जहाँ उन्हें लेजर द्वारा सक्रिय किया जा सकता है ताकि गर्मी उत्पन्न की जा सके और साथ ही डॉक्टरों को प्रक्रिया की निगरानी करने के लिए एक स्पष्ट छवि प्रदान की जा सके। अध्ययन पुष्टि करता है कि यह हाई-एंट्रॉपी दृष्टिकोण एक व्यापक अवशोषण सीमा, कुशल ऊष्मा उत्पादन और मजबूत चुंबकीय गुणों वाला एक ऐसा पदार्थ बनाता है, जो सब कुछ एक ही पैकेज में है। यह प्रदर्शित करके कि इन पांच अलग-अलग धातुओं को एक एकल, कार्यात्मक नैनोशीट में फ्यूज किया जा सकता है, यह शोध उन्नत उपकरण विकसित करने के लिए एक नया मार्ग खोलता है जो वर्तमान तरीकों की तुलना में कैंसर का अधिक प्रभावी ढंग से निदान और उपचार कर सकते हैं।