Fluorescent probe based on EDOT derivative EDOT-EN: Highly selective detection of biogenic amine Cadaverine and its application in food freshness monitoring
यह अध्ययन एक अत्यधिक चयनात्मक फ्लोरोसेंट प्रोब, EDOT-EN 1 प्रस्तुत करता है, जो एक EDOT व्युत्पन्न से प्राप्त है जो अजा-माइकल एडिशन (aza-Michael addition) अभिक्रिया के माध्यम से बायोजेनिक अमीन कैडेवेरिन (cadaverine) का पता लगाता है, जिससे पोर्टेबल टेस्ट पेपर और इलेक्ट्रोस्पन फिल्मों के माध्यम से खाद्य ताजगी की निगरानी में व्यावहारिक अनुप्रयोग संभव होते हैं।
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खाद्य पदार्थों का खराब होना एक शांत प्रक्रिया है, जो अक्सर मानव नाक के लिए स्पष्ट गंध बनने से बहुत पहले ही शुरू हो जाती है। जैसे-जैसे मांस, मछली और डेयरी उत्पाद टूटने लगते हैं, सूक्ष्म जीव अमीनो एसिड को 'बायोजेनिक एमाइन' नामक छोटे नाइट्रोजन-आधारित अणुओं में बदल देते हैं। इनमें से, 'कदावेरीन' (cadaverine) नामक एक विशिष्ट यौगिक एक विश्वसनीय चेतावनी संकेत के रूप में कार्य करता है। जब ताज़ा प्रोटीन युक्त खाद्य पदार्थ सड़ना शुरू होते हैं, तो कदावेरीन का स्तर बढ़ जाता है, जो यह संकेत देता है कि उत्पाद अब खाने के लिए सुरक्षित नहीं है। जबकि प्रयोगशालाएं इन रसायनों को भारी, जटिल मशीनों के साथ माप सकती हैं, ऐसे उपकरण एक घरेलू रसोइए या बाजार विक्रेता के लिए व्यावहारिक नहीं हैं। वैज्ञानिकों के लिए चुनौती एक ऐसी विधि बनाने की थी जो सरल, तेज़ और इन चेतावनी संकेतों को स्वास्थ्य के खतरे में बदलने से पहले पहचानने के लिए पर्याप्त संवेदनशील हो।
किवु यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी (Qilu University of Technology) और चीन की पीपुल्स लिबरेशन आर्मी के 960वें अस्पताल के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस आवश्यकता को पूरा करने के लिए एक नया उपकरण विकसित किया है। उन्होंने एक विशेष रासायनिक प्रोब (probe) बनाया, एक ऐसा अणु जिसे एक लाइट स्विच की तरह काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो कदावेरीन के संपर्क में आने पर रंग बदल देता है। शोधकर्ताओं ने इस प्रोब के चार अलग-अलग संस्करण बनाने से शुरुआत की, जो सभी 'EDOT' नामक एक कोर संरचना पर आधारित थे, जो बिजली संचालित करने और प्रकाश उत्सर्जित करने की अपनी क्षमता के लिए जाना जाता है। उन्होंने प्रत्येक प्रोब के अंत में विभिन्न रासायनिक समूह जोड़े ताकि यह देखा जा सके कि कौन सा सबसे प्रभावी ढंग से प्रतिक्रिया करता है। विभिन्न तरल वातावरणों में परीक्षण करने के बाद, उन्होंने पाया कि एक विशिष्ट संस्करण, जिसे उन्होंने EDOT-EN1 नाम दिया, अन्य सभी से कहीं अधिक बेहतर था। यह अणु अकेला होने पर चमकीले लाल रंग की रोशनी बिखेरता है, लेकिन जब यह कदावेरीन से मिलता है, तो इसकी रोशनी बदलकर हल्के नीले रंग की हो जाती है, जो स्पष्ट रूप से दृश्य संकेत प्रदान करती है कि सड़ने वाला रसायन मौजूद है।
इस परिवर्तन के पीछे का विज्ञान इस बात पर निर्भर करता है कि अणु कैसे बना है। प्रोब को एक ऐसे हिस्से के साथ बनाया गया है जो इलेक्ट्रॉनों को धकेलता है और एक ऐसे हिस्से के साथ जो उन्हें खींचता है, जिससे ऊर्जा का एक प्रवाह बनता है जो लाल चमक पैदा करता है। जब कदावेरीन दृश्य में आता है, तो वह रासायनिक रूप से प्रोब से जुड़ जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों पर लगने वाला खिंचाव टूट जाता है। यह व्यवधान ऊर्जा के मूल रूप में प्रवाह को रोकता है और अणु को एक अलग, उच्च ऊर्जा स्तर पर प्रकाश छोड़ने के लिए मजबूर करता है, जिसे हमारी आँखें नीले रंग के रूप में देखती हैं। शोधकर्ताओं ने सूक्ष्मदर्शी के नीचे अणु का अवलोकन करके और कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके यह पुष्टि की कि इलेक्ट्रॉन प्रतिक्रिया से पहले और बाद में कैसे चले। उन्होंने पाया कि यह परिवर्तन केवल एक अस्थायी झिलमिलाहट नहीं था, बल्कि एक स्थायी रासायनिक रूपांतरण था, जिसका अर्थ है कि प्रोब विश्वसनीय रूप से सड़ने वाले मार्कर की उपस्थिति को रिकॉर्ड कर सकता है।
यह अवधारणा वास्तविक दुनिया में कैसे काम करती है, इसे साबित करने के लिए, टीम ने रासायनिक समाधान को व्यावहारिक उपकरणों में बदल दिया। सबसे पहले, उन्होंने प्रोब के घोल में फिल्टर पेपर के छोटे टुकड़ों को भिगोया और उन्हें सूखने दिया, जिससे साधारण टेस्ट स्ट्रिप्स तैयार हुईं। जब उन्होंने इन स्ट्रिप्स पर कदावेरीन युक्त तरल की एक बूंद डाली, तो लाल प्रतिदीप्ति (fluorescence) गायब हो गई और उसकी जगह एक हल्की नीली चमक आ गई, जबकि अन्य सामान्य रसायनों की बूंदों से कोई बदलाव नहीं हुआ। इसके बाद वे इन स्ट्रिप्स को रसोई में ले गए और इन्हें ताज़ा झींगा और मछली पर रखा। झींगा/मछली के एक समूह को ठंडे तापमान पर रेफ्रिजरेटर में रखा गया, जबकि दूसरे समूह को कमरे के तापमान पर बाहर छोड़ दिया गया। चार दिनों के दौरान, शोधकर्ताओं ने एक विशेष पराबैंगनी (ultraviolet) लैंप के नीचे इन स्ट्रिप्स का अवलोकन किया। कमरे के तापमान पर रखे गए भोजन (जो सड़ रहा था) पर लगी स्ट्रिप्स का रंग लाल से नीला हो गया क्योंकि कदावेरीन का स्तर बढ़ रहा था। रेफ्रिजरेटर में रखे गए भोजन (जो ताज़ा था) पर लगी स्ट्रिप्स लाल ही रहीं। इसने प्रदर्शित किया कि स्ट्रिप्स बिना किसी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के समय के साथ भोजन की ताजगी को दृश्य रूप से ट्रैक कर सकती हैं।
शोधकर्ताओं ने 'इलेक्ट्रोस्पिनिंग' नामक प्रक्रिया का उपयोग करके एक पतली, रेशेदार फिल्म में प्रोब को समाहित करके एक अधिक उन्नत अनुप्रयोग का भी अन्वेषण किया। इससे एक हल्का जाल (mesh) तैयार हुआ जो न केवल तरल पदार्थों में, बल्कि हवा में वाष्प के रूप में भी कदावेरीन का पता लगा सकता है। जब उन्होंने इस फिल्म को एक घोल से उठने वाली कदावेरीन की गंध के संपर्क में लाया, तो फिल्म ने ठीक वैसे ही रंग बदला जैसे पेपर स्ट्रिप्स ने बदला था। यह सुझाव देता है कि इस तकनीक का उपयोग अंततः रेफ्रिजरेटर या शिपिंग कंटेनर के भीतर की हवा की निगरानी करने के लिए किया जा सकता है, जिससे लोगों को भोजन खोलने से पहले ही उसके खराब होने की सूचना मिल सके। अध्ययन ने दिखाया कि प्रोब एक माइक्रोमोल से भी कम की बहुत कम सांद्रता का पता लगा सकता है, और लगभग पचास मिनट के भीतर ऐसा कर सकता है। एक जटिल रासायनिक प्रतिक्रिया को एक सरल रंग परिवर्तन में बदलकर, यह कार्य सुरक्षित खाद्य निगरानी की दिशा में एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है, जिससे कोई भी अपनी आँखों से सड़ने के अदृश्य संकेतों को देख सकता है।
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