Bio synthesized magnesium oxide and graphene oxide reinforced methyl cellulose nanocomposite films create tortuous diffusion pathways for enhanced barrier performance and sustained drug delivery

एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ हम घावों को भरने या दवा पहुँचाने के लिए जिन सामग्रियों का उपयोग करते हैं, वे केवल निष्क्रिय अवरोध नहीं, बल्कि रिकवरी प्रक्रिया में सक्रिय, बुद्धिमान साथी हों। दशकों से, वैज्ञानिक ऐसी फिल्में बनाने की कोशिश कर रहे हैं जो बिना टूटे नमी को रोक सकें, हानिकारक बैक्टीरिया को ब्लॉक कर सकें और समय के साथ धीरे-धीरे दवा छोड़ सकें, जो शरीर की अपनी उपचार लय की नकल करती हों। चुनौती एक ऐसी सामग्री खोजने में है जो सुरक्षा के लिए पर्याप्त मजबूत हो, त्वचा के साथ चलने के लिए पर्याप्त लचीली हो, और पानी को बाहर रखते हुए हवा को अंदर आने देने के लिए पर्याप्त छिद्रपूर्ण हो। इसे हल करने के लिए, शोधकर्ता अक्सर प्रकृति के अपने निर्माण खंडों की ओर मुड़ते हैं: बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर जो शरीर में सुरक्षित रूप से घुल जाते हैं, जिन्हें संरचना को मजबूत करने और नए कार्य जोड़ने के लिए सूक्ष्म, शक्तिशाली कणों के साथ मिलाया जाता है। लक्ष्य एक "स्मार्ट" फिल्म बनाना है जो केवल घाव को ढकने से कहीं अधिक करे; यह सक्रिय रूप से उसके आसपास के वातावरण का प्रबंधन करे, उपचार के लिए क्षेत्र को नम रखते हुए यह भी नियंत्रित करे कि दवा ठीक कैसे और कब रक्तप्रवाह में प्रवेश करती है।

हाल ही में, भारत के शोधकर्ताओं की एक टीम ने तीन अलग-अलग सामग्रियों को एक एकल, सुसंगत शीट में मिलाकर ऐसी फिल्म बनाने का लक्ष्य रखा। उन्होंने मिथाइल सेलुलोज से शुरुआत की, जो पौधों के रेशों से प्राप्त एक पदार्थ है और अपनी स्पष्ट, लचीली फिल्में बनाने और पानी को थामे रखने की क्षमता के लिए जाना जाता है। इस आधार में, उन्होंने दो शक्तिशाली सुदृढीकरण जोड़े: ग्राफीन ऑक्साइड, जो कार्बन परमाणुओं से बनी एक सामग्री है जो एकल परत के रूप में व्यवस्थित होती है, जो अविश्वसनीय रूप से मजबूत है और एक अवरोध के रूप में कार्य करती है, और मैग्नीशियम ऑक्साइड नैनोकण, जो सूक्ष्म क्रिस्टल हैं जो अपने रोगाणुरोधी गुणों के लिए जाने जाते हैं। शोधकर्ताओं ने इन कणों को बनाने के लिए कठोर रसायनों का उपयोग नहीं किया। इसके बजाय, उन्होंने एक "ग्रीन" विधि का उपयोग किया, जिसमें मैग्नीशियम ऑक्साइड क्रिस्टल को प्राकृतिक रूप से उगाने के लिए मेथी के पत्तों के अर्क का उपयोग किया गया, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि प्रक्रिया सुरक्षित और पर्यावरण के अनुकूल है। फिर उन्होंने इन घटकों को आपस में मिलाया और समाधान को पतली फिल्म में सूखने दिया, जिससे एक नई सामग्री तैयार हुई जिसे एक सुरक्षात्मक अवरोध और एक नियंत्रित दवा वितरण प्रणाली दोनों के रूप में डिज़ाइन किया गया था।

टीम ने सबसे पहले यह देखने के लिए अपनी नई फिल्म के रसायन विज्ञान का बारीकी से अध्ययन किया कि क्या सामग्रियां वास्तव में आपस में जुड़ गई हैं। एक ऐसी तकनीक का उपयोग करके जो यह मापती है कि प्रकाश किसी सामग्री के माध्यम से कैसे कंपन करता है, उन्होंने पाया कि ग्राफीन के ऑक्सीजन-समृद्ध भागों और पौधे-आधारित मिथाइल सेलुलोज ने मजबूत संबंध बनाए, जिससे परतों को आपस में मजबूती से लॉक कर दिया गया। उन्होंने शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी और एक्स-रे किरणों का उपयोग करके फिल्म की आंतरिक संरचना का भी परीक्षण किया। इन उपकरणों ने खुलासा किया कि मैग्नीशियम ऑक्साइड के कण और ग्राफीन की चादरें फिल्म में समान रूप से फैली हुई थीं, न कि गुच्छों में। यह समान वितरण महत्वपूर्ण था क्योंकि इसका मतलब था कि फिल्म की बनावट सुसंगत थी और उसमें कोई कमजोर बिंदु नहीं था। विश्लेषण से पता चला कि इन कणों के जुड़ने से फिल्म अधिक व्यवस्थित और क्रिस्टलीय हो गई, जिससे इसे केवल साधारण पौधे-आधारित फिल्म की तुलना में एक मजबूत आंतरिक ढांचा मिला।

इसके बाद, शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि यह नई फिल्म पर्यावरण, विशेष रूप से नमी को संभालने में कितनी सक्षम है। चूंकि ये फिल्में ड्रेसिंग के रूप में उपयोग की जानी हैं, इसलिए उन्हें घाव को इतना नम रखना चाहिए कि वह ठीक हो सके, लेकिन इतना गीला भी नहीं कि वह टूट जाए। टीम ने पाया कि ग्राफीन और मैग्नीशियम ऑक्साइड जोड़ने से हवा से पानी सोखने की फिल्म की क्षमता काफी कम हो गई। उन्होंने इसे यह समझाते हुए समझाया कि कैसे कणों ने पानी के अणुओं के लिए एक घुमावदार, कठिन रास्ता बना दिया। कल्पना कीजिए कि आप एक घने जंगल से गुजरने की कोशिश कर रहे हैं जहाँ पेड़ इस तरह व्यवस्थित हैं कि आपको दूसरी ओर जाने के लिए एक लंबा, घुमावदार रास्ता लेने के लिए मजबूर होना पड़ता है; पानी के अणुओं को भी फिल्म के माध्यम से एक समान लंबा, घुमावदार रास्ता तय करना पड़ा, जिसने उन्हें धीमा कर दिया और फिल्म को सूखा रखने में मदद की। यह प्रभाव इतना मजबूत था कि साधारण संस्करण की तुलना में इस फिल्म ने बहुत कम जल वाष्प छोड़ा, जो घाव के वातावरण को स्थिर रखने के लिए एक प्रमुख गुण है।

अंतिम और शायद सबसे महत्वपूर्ण परीक्षण यह देखने में शामिल था कि फिल्म दवा को कैसे छोड़ती है। शोधकर्ताओं ने फिल्मों में केटोरोलैक ट्रोमेथैमाइन नामक एक सामान्य दर्द निवारक भरा और उन्हें मानव शरीर की नकल करने वाले एक घोल में रखा। उन्होंने देखा कि दवा निकलने में कितना समय लगता है। साधारण फिल्म ने दवा को तेजी से छोड़ा, लेकिन नई मिश्रित फिल्मों ने दवा को थामे रखा और आठ घंटों तक धीरे-धीरे और निरंतर रूप से छोड़ा। फिल्म के भीतर मौजूद कण बाधाओं के रूप में कार्य करते हैं, जिससे दवा के अणुओं को बाहर निकलने से पहले एक जटिल मार्ग से गुजरना पड़ता है। इस "टॉर्टुअस पाथवे" (टेढ़े-मेढ़े मार्ग) का अर्थ था कि दवा एक साथ सिस्टम में नहीं पहुंची, बल्कि इसे नियंत्रित और निरंतर तरीके से वितरित किया गया। शोधकर्ताओं ने पाया कि रिलीज का पैटर्न अनुमानित था, जहाँ दवा की गति और फिल्म सामग्री का शिथिल होना, दोनों मिलकर प्रवाह को नियंत्रित करते थे।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि पौधे-आधारित फिल्म, कार्बन शीट और खनिज कणों का यह संयोजन बेहतर मजबूती, नमी के खिलाफ बेहतर सुरक्षा और समय के साथ दवा छोड़ने की क्षमता वाली सामग्री बनाता है। टीम का सुझाव है कि ये फिल्में घाव के ड्रेसिंग और स्किन पैच के लिए बहुत उपयोगी हो सकती हैं, जो दर्द और उपचार के प्रबंधन के लिए एक बायोडिग्रेडेबल और प्रभावी तरीका प्रदान करती हैं। हालांकि परिणाम उत्साहजनक हैं, शोधकर्ता नोट करते हैं कि जीवित कोशिकाओं के साथ इन फिल्मों की अंतःक्रिया का परीक्षण करने और भौतिक तनाव के तहत इनकी मजबूती मापने के लिए आगे के काम की आवश्यकता है। फिलहाल, उन्होंने यह प्रदर्शित किया है कि प्राकृतिक और कृत्रिम सामग्रियों को सावधानीपूर्वक मिलाकर, एक ऐसी सरल, हरित सामग्री बनाई जा सकती है जो जटिल कार्य करती है, जो एक बुनियादी पौधे के व्युत्पन्न को आधुनिक चिकित्सा के एक परिष्कृत उपकरण में बदल देती है।