Design of A Novel Phosphohydrolase Mimic Enzyme And Its Enhanced Phosphohydrolase Activity for Rapid and Colorimetric Detection of Organophosphorus Pesticides

खाद्य सुरक्षा बनाए रखने के वैश्विक प्रयास में, एक निरंतर चुनौती फलों और सब्जियों पर रह जाने वाले रासायनिक कीटनाशकों के अदृश्य अवशेषों से जुड़ी है। इनमें से, ऑर्गेनोफॉस्फोरस कीटनाशकों का एक विशिष्ट समूह है जिसका उपयोग फसलों को कीटों से बचाने के लिए व्यापक रूप से किया जाता है, लेकिन खाद्य आपूर्ति में उनकी उपस्थिति मनुष्यों के लिए गंभीर स्वास्थ्य जोखिम पैदा करती है, जिसमें तंत्रिका तंत्र को संभावित नुकसान शामिल है। चूंकि ये रसायन इतने खतरनाक हैं, इसलिए अंतर्राष्ट्रीय स्वास्थ्य संगठनों ने खाद्य आपूर्ति में इनके रहने की मात्रा पर सख्त सीमाएं निर्धारित की हैं। हालांकि, इन सूक्ष्म मात्राओं की जांच करना कठिन है। प्रयोगशालाओं में उपयोग की जाने वाली मानक विधियों के लिए विशाल, महंगी मशीनों और अत्यधिक प्रशिक्षित विशेषज्ञों की आवश्यकता होती है, जो उन्हें क्षेत्र में त्वरित जांच के लिए बहुत धीमा और महंगा बना देती है। वैज्ञानिक लंबे समय से इन जहरों का पता लगाने के लिए एक सरल तरीके की तलाश कर रहे हैं, जो अक्सर प्रकृति से प्रेरणा लेते हैं। मानव शरीर में, प्राकृतिक एंजाइम जैविक मशीनों के रूपate कार्य करते हैं जो इन हानिकारक रसायनों को तोड़ सकते हैं, लेकिन इन प्राकृतिक एंजाइमों को प्राप्त करना कठिन, महंगा है और स्थितियां बदलने पर वे अक्सर अपनी शक्ति खो देते हैं। इसने शोधकर्ताओं को इनके कृत्रिम संस्करणों, जिन्हें नैनोजाइम कहा जाता है, बनाने की खोज करने के लिए प्रेरित किया है, जो प्राकृतिक एंजाइमों के कार्य की नकल करने के लिए डिज़ाइन की गई सूक्ष्म मानव-निर्मित संरचनाएं हैं लेकिन अधिक शक्ति और स्थिरता के साथ।

झेंग्झौ यूनिवर्सिटी ऑफ लाइट इंडस्ट्री के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इन कृत्रिम एंजाइमों का एक नया प्रकार डिजाइन किया है जो आश्चर्यजनक गति और सटीकता के साथ काम करता है। उन्होंने एक ऐसी सामग्री बनाई जो दो अलग-अलग हिस्सों से मिलकर बनी है जो एक साथ काम करते हैं: सेरियम ऑक्साइड (एक प्रकार का धातु ऑक्साइड) का एक कोर, जो एक छिद्रपूर्ण, पिंजरे जैसी संरचना जिसे मेटल-ऑरगेनिक फ्रेमवर्क कहा जाता है, के खोल में लिपटा हुआ है। शोधकर्ताओं ने इस नई सामग्री को CeO2@ZIF-90 नाम दिया। उनका लक्ष्य एक ऐसी मशीन बनाना था जो न केवल कीटनाशक को तोड़ सके बल्कि उसकी उपस्थिति का संकेत भी दे सके जिसे देखना या मापना आसान हो। जब यह नई सामग्री मिथाइल पैराथियोन नामक एक विशिष्ट कीटनाशक के संपर्क में आती है, तो यह आणविक कैंची की तरह कार्य करती है, जो इस रसायन को काटकर अलग कर देती है। यह काटने की क्रिया अदृश्य कीटनाशक को पैरा-नाइट्रोफेनोल नामक एक अलग पदार्थ में बदल देती है। यह नया पदार्थ विशेष है क्योंकि यह चमकीले पीले रंग में बदल जाता है, जिससे अदृश्य खतरा नग्न आंखों से दिखाई देने लगता है।

शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला सेटिंग में कीटनाशक के साथ इस नई सामग्री के कार्य करने के तरीके का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि सामग्री इस रसायन को तोड़ने में अत्यधिक प्रभावी थी, जिससे एक गहरा पीला रंग उत्पन्न हुआ जिसे एक साधारण प्रकाश सेंसर के साथ मापा जा सकता था। नमूने में कीटनाशक जितना अधिक मौजूद होता, पीला रंग उतना ही गहरा होता जाता, जिससे टीम को ठीक से गणना करने में मदद मिली कि वहां कितना जहर था। उन्होंने पाया कि यह विधि कीटनाशक को बहुत कम मात्रा में भी पहचान सकती है, जो एक मिलीमोल के बहुत छोटे अंश से लेकर एक थोड़े बड़े सांद्रता तक है, जिसमें पहचान की एक स्पष्ट सीमा इतनी कम है जो खाद्य सुरक्षा के लिए उपयोगी है। यह सिद्ध करने के लिए कि यह सामग्री केवल एक ही काम तक सीमित नहीं है, टीम ने एक विद्युत विधि का उपयोग करके भी इसका परीक्षण किया। चूंकि प्रतिक्रिया से उत्पन्न होने वाला पीला पदार्थ विद्युत धारा ले जा सकता है, इसलिए उन्होंने इसे एक इलेक्ट्रोड से जोड़ा और विद्युत संकेत को मापा। यह दूसरा तरीका और भी अधिक संवेदनशील था, जो कीटनाशक के सूक्ष्म से सूक्ष्म अवशेषों को भी पहचानने में सक्षम था, जिससे पुष्टि हुई कि यह सामग्री एक साथ दो अलग-अलग तरीकों से अच्छी तरह काम करती है।

किसी भी नए सेंसर के लिए सबसे महत्वपूर्ण परीक्षण यह है कि क्या वह अन्य चीजों से भ्रमित हो जाता है। फलों के रस या मिट्टी के नमूने के कटोरे में, कई अलग-अलग रसायन हो सकते हैं जो एक डिटेक्टर को धोखा दे सकते हैं। शोधकर्ताओं ने अपने नए पदार्थ का परीक्षण सामान्य पदार्थों की एक लंबी सूची के विरुद्ध किया, जिसमें चीनी, नमक और अन्य प्रकार के कीटनाशक शामिल थे। परिणामों ने दिखाया कि सामग्री उल्लेखनीय रूप से चयनात्मक थी। यह केवल उस विशिष्ट कीटनाशक के प्रति मजबूती से प्रतिक्रिया करती थी जिसे खोजने के लिए इसे बनाया गया था, यानी मिथाइल पैराथियोन, और अन्य रसायनों को काफी हद तक अनदेखा कर देती थी। चयनात्मकता का यह उच्च स्तर यह सुनिश्चित करता है कि सेंसर वास्तविक भोजन के उपयोग के दौरान गलत अलार्म नहीं देगा। इसके अलावा, यह सामग्री मजबूत और विश्वसनीय साबित हुई। इसका बार-बार उपयोग किया जा सकता था और इसने लगभग एक महीने तक संग्रहीत रहने के बाद भी प्रभावी रूप से कार्य करना जारी रखा, जो यह सुझाव देता है कि यह नियंत्रित लैब के बाहर व्यावहारिक उपयोग के लिए पर्याप्त स्थिर है।

यह देखने के लिए कि क्या यह खोज वास्तविक दुनिया में काम कर सकती है, टीम ने वास्तविक खाद्य नमूनों पर अपने तरीके का परीक्षण किया। उन्होंने अजवाइन (सेलेरी), सेब और अंगूर लिए और उनमें कीटनाशक की छोटी, ज्ञात मात्रा मिलाई। अपने नए पदार्थ का उपयोग करते हुए, वे जोड़े गए जहर का उच्च सटीकता के साथ पता लगाने में सक्षम थे, जिसमें उन्होंने डाले गए लगभग सभी कीटनाशक को सफलतापूर्वक प्राप्त किया। वास्तविक खाद्य नमूनों में यह सफलता बताती है कि यह विधि प्रयोगशाला से निकलकर क्षेत्र में जाने के लिए तैयार है। शोधकर्ता निष्कर्ष निकालते हैं कि यह नई सामग्री खाद्य सुरक्षा के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है। जहर को तोड़ने की क्षमता को रंग या बिजली के माध्यम से इसे पहचानने की क्षमता के साथ जोड़कर, CeO2@ZIF-90 सामग्री खतरनाक अवशेषों की निगरानी के लिए एक तेज़, सस्ता और विश्वसनीय तरीका प्रदान करती है, जो संभावित रूप से उपभोक्ताओं की रक्षा करने और हमारी मेज पर मौजूद भोजन को सुरक्षित सुनिश्चित करने में मदद कर सकती है।