Dual-Mode Colorimetric-SERS Detection of Fenthion Pesticide with γ-Cyclodextrin-Capped Nanozymes
यह अध्ययन एक लागत प्रभावी, दोहरी-मोड सेंसिंग प्लेटफॉर्म प्रस्तुत करता है जो γ-साइक्लोडेक्सट्रिन-कैप्ड नैनोजाइम्स का उपयोग करता है, जो होस्ट-गेस्ट प्रेरित एकत्रीकरण (aggregation) के तंत्र के माध्यम से कृषि नमूनों में फेंटहियोन (fenthion) की संवेदनशील पहचान के लिए कलरिमेट्रिक और SERS दोनों प्रकार के रीडआउट एक साथ प्रदान करता है।
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कृषि की आधुनिक दुनिया में, किसान अपनी फसलों को उन कीटों से बचाने के लिए रासायनिक उपकरणों पर निर्भर रहते हैं जो अन्यथा उनकी फसल को नष्ट कर सकते हैं। इन उपकरणों के बीच, ऑर्गेनोफॉस्फोरस कीटनाशकों के रूप में ज्ञात रसायनों के एक विशिष्ट समूह का उपयोग खाद्य सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए व्यापक रूप से किया जाता है। हालाँकि, ये पदार्थ एक भारी कीमत भी वसूलते हैं: वे मनुष्यों और वन्यजीवों के लिए जहरीले हैं, और उनके अवशेष फलों और सब्जियों पर बने रह सकते हैं, जिससे वे खाद्य श्रृंखला में प्रवेश कर सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए जोखिम पैदा करते हैं। इस खतरे के कारण, दुनिया भर की सरकारों ने खाद्य पदार्थों में इन कीटनाशकों की कितनी मात्रा रह सकती है, इस पर सख्त सीमाएं तय की हैं। इन जहर के सूक्ष्म अंशों का पता लगाना एक कठिन कार्य है। प्रयोगशालाओं में उपयोग की जाने वाली पारंपरिक विधियाँ अत्यधिक सटीक हैं लेकिन उनके लिए महंगी मशीनों, जटिल तैयारी और कुशल ऑपरेटरों की आवश्यकता होती है, जो खेतों में त्वरित जांच के लिए व्यावहारिक नहीं हैं। इसलिए वैज्ञानिक इन खतरनाक अवशेषों को खोजने के लिए सरल, तेज़ तरीके खोज रहे हैं, जिसका लक्ष्य एक ऐसी विधि बनाना है जो इतनी संवेदनशील हो कि सूक्ष्म मात्रा का पता लगा सके और इतनी सरल हो कि कोई भी इसका उपयोग कर सके।
क्वीन्स यूनिवर्सिटी बेलफास्ट के शोधकर्ताओं ने एक नया सेंसिंग प्लेटफॉर्म विकसित किया है जो इस चुनौती का समाधान करता है, जिसमें अदृश्य को देखने के दो अलग-अलग तरीकों को जोड़ा गया है। उनका कार्य फेंथियन (fenthion) पर केंद्रित है, जो एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला कीटनाशक है जो पर्यावरण में विशेष रूप से बना रहता है। टीम ने चांदी से बने छोटे, गोलाकार कण बनाए, जिन्हें गामा-साइक्लोडेक्सट्रिन नामक एक प्राकृतिक शर्करा अणु से लेपित किया गया। ये कण दोहरे उद्देश्य वाले उपकरण के रूप में कार्य करते हैं। पहला, वे नैनोजाइम (nanozymes) के रूप में कार्य करते हैं, जो ऐसे नन्हे कण हैं जो प्राकृतिक एंजाइमों के कार्य की नकल करके एक रासायनिक प्रतिक्रिया को सक्रिय करते हैं। जब इन्हें एक विशिष्ट रासायनिक घोल के साथ मिलाया जाता है, तो ये चांदी के कण तरल को गहरे नीले रंग में बदल देते हैं। दूसरा, ये कण प्रकाश संकेतों को बढ़ाने में भी उत्कृष्ट हैं, एक ऐसा गुण जो उन्हें अणुओं के अनूठे "फिंगरप्रिंट" के लिए शक्तिशाली आवर्धक लेंस (magnifying glasses) के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है, जिसे सतह-संवर्धित रमन प्रकीर्णन (surface-enhanced Raman scattering) नामक तकनीक के रूप में जाना जाता है।
इस खोज का मूल यह है कि जब फेंथियन मौजूद होता है तो ये कण कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। चांदी के कणों पर गामा-साइक्लोडेक्सट्रिन का लेप, जिसका आकार खोखला और रिंग जैसा होता है, एक आणविक जाल (molecular trap) की तरह काम करता है। जब फेंथियन को पेश किया जाता है, तो यह इन जालों में पूरी तरह फिट हो जाता है, जिससे व्यक्तिगत चांदी के कण आपस में चिपक जाते हैं और बड़े समूहों में गुच्छे बन जाते हैं। यह गुच्छा बनना कणों के व्यवहार को दो अलग-अलग तरीकों से बदल देता है। पहले मोड में, गुच्छा बनना कणों को उनके एंजाइम जैसे कार्य करने से रोकता है। घोल को गहरा नीला रंग देने के बजाय, तरल हल्का रहता है या हरे-भूरे रंग में बदल जाता है, जो एक सरल दृश्य चेतावनी प्रदान करता है कि कीटनाशक वहां मौजूद है। दूसरे, अधिक संवेदनशील मोड में, गुच्छा बनना कणों द्वारा प्रकाश संकेतों को बढ़ाने के तरीके को बाधित करता। शोधकर्ताओं ने पाया कि जैसे-जैसे फेंथियन की मात्रा बढ़ती है, नीले रासायनिक उत्पाद से प्राप्त प्रकाश संकेत की शक्ति कम होती जाती है। यह एक विश्वसनीय संबंध बनाता है जहाँ संकेत जितना धुंधला होगा, कीटनाशक की मात्रा उतनी ही अधिक होगी।
टीम ने इस प्रणाली का कठोर सटीकता के साथ परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि रंग बदलने वाली विधि फेंथियन का पता 0.618 पार्ट्स प्रति मिलियन (ppm) जितनी कम सांद्रता पर लगा सकती है, जो एक त्वरित दृश्य स्क्रीनिंग के लिए पर्याप्त है। हालाँकि, प्रकाश-आधारित विधि कहीं अधिक संवेदनशील थी, जो 7.8 पार्ट्स प्रति बिलियन (ppb) जैसे स्तरों पर भी कीटनाशक का पता लगाने में सक्षम थी। इसका अर्थ है कि यह प्रणाली फेंथियन के उन सूक्ष्म अंशों को भी पहचान सकती है जो अंतरराष्ट्रीय नियमों द्वारा निर्धारित सुरक्षा सीमाओं से बहुत नीचे हैं। शोधकर्ताओं ने यह भी पुष्टि की कि यह प्रणाली अत्यधिक चयनात्मक (selective) है। जब उन्होंने कणों को अन्य सामान्य कीटनाशकों या विभिन्न प्रकार के रसायनों के संपर्क में रखा, तो कणों ने एक ही तरह से गुच्छे नहीं बनाए या अपने संकेतों को नहीं बदला। प्रणाली विशेष रूप से फेंथियन के प्रति प्रतिक्रिया करती है क्योंकि फेंथियन अणु के चीनी जालों में फिट होने और चांदी की सतह से बंधने का तरीका अद्वितीय है।
इस पद्धति को वास्तविक दुनिया में लागू करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इसे वास्तविक भोजन पर लागू किया। उन्होंने टमाटर, जो कि एक सामान्य फसल है, लिए और उनकी त्वचा पर फेंथियन की सूक्ष्म मात्रा लगाई। सतह को पोंछने और अवशेष एकत्र करने के लिए एक साधारण स्वैब (swab) का उपयोग करके, वे टमाटर को काटे या कुचले बिना सीधे फल पर कीटनाशक का पता लगाने में सक्षम थे। इन वास्तविक दुनिया के परीक्षणों में, प्रणाली ने 0.1 से कम पार्ट्स प्रति मिलियन के स्तर पर भी फेंथियन की सफलतापूर्वक पहचान की। परिणामों ने दिखाया कि यह विधि न केवल संवेदनशील है बल्कि सटीक भी है, क्योंकि इसके माप कीटनाशक की ज्ञात मात्रा से निकटता से मेल खाते हैं। यह दोहरा-मोड दृष्टिकोण खाद्य सुरक्षा के लिए एक व्यावहारिक समाधान प्रदान करता है: एक सरल रंग परिवर्तन कीटनाशकों की उपस्थिति के लिए तत्काल, कम लागत वाली चेतावनी प्रदान कर सकता है, जबकि अधिक उन्नत प्रकाश विश्लेषण उच्च सटीकता के साथ सटीक मात्रा की पुष्टि कर सकता है। आणविक पहचान, उत्प्रेरक गतिविधि और प्रकाश प्रवर्धन को एक एकल, उपयोग में आसान प्रणाली में एकीकृत करके, यह शोध खाद्य सुरक्षा की निगरानी और हानिकारक रासायनिक अवशेषों से पर्यावरण की रक्षा करने के लिए एक शक्तिशाली नया उपकरण प्रदान करता है।
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