Fluorinated magnetic covalent organic framework-enhanced laser desorption/ionization mass spectrometry and imaging for determination of perfluoroalkyl ether carboxylic acids

आधुनिक दुनिया में, सिंथेटिक रसायनों का एक छिपा हुआ वर्ग हमारे पानी, हमारे भोजन और हमारे शरीर में एक स्थायी अतिथि बन गया है। ये हैं पर- और पॉलीफ्लोरोअल्काइल पदार्थ (PFAS), जो अपने अत्यधिक स्थायित्व और टूटने के प्रति प्रतिरोध के लिए जाने जाने वाले औद्योगिक यौगिकों का एक समूह है। चूंकि इस परिवार के पुराने, सबसे प्रसिद्ध सदस्यों को प्रतिबंधित किया जा रहा है, इसलिए निर्माताओं ने नए विकल्प पेश किए हैं। इनमें परफ्लोरोअल्काइल ईथर कार्बोक्जिलिक एसिड शामिल हैं, जो अणुओं का एक विशिष्ट समूह है जिसमें उनके कार्बन श्रृंखलाओं के भीतर ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। हालांकि उन्हें जीवित चीजों में जमा होने की संभावना कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, हालिया साक्ष्य बताते हैं कि वे अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में उतने ही विषैले, या शायद अधिक भी हो सकते हैं। वैज्ञानिकों के लिए चुनौती केवल यह नहीं है कि ये रसायन खतरनाक हैं, बल्कि यह भी है कि उन्हें ढूंढना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। वे स्प्रिंग वाटर या मानव रक्त जैसे जटिल मिश्रणों के भीतर सूक्ष्म, लगभग अदृश्य मात्रा में मौजूद होते हैं, और वे स्पष्ट निशान छोड़े बिना जानवरों के ऊतकों में छिप जाते हैं। सार्वजनिक स्वास्थ्य की रक्षा के लिए, शोधकर्ताओं को ऐसे उपकरणों की आवश्यकता है जो इन अदृश्य घुसपैठियों को अत्यधिक सटीकता के साथ पहचान सकें, न केवल उनकी उपस्थिति को बल्कि यह भी पकड़ सकें कि वे जीवित जीवों के भीतर वास्तव में कहाँ छिपे हैं।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए एक नया तरीका विकसित करके समाधान निकाला है, जिसमें एक विशेष सामग्री बनाई गई है जो एक चुंबक और एक स्पॉटलाइट दोनों के रूप में कार्य करती है। उन्होंने एक कोर-शेल कंपोजिट (core-shell composite) का संश्लेषण किया, जो अनिवार्य रूप से एक छिद्रपूर्ण, फ्लोरीन-समृद्ध शेल में लिपटी एक चुंबकीय आयरन ऑक्साइड कोर है। इस सामग्री को, जिसे वे Fe3O4@F-COF कहते हैं, दो काम एक साथ करने के लिए डिज़ाइन किया गया था: नमूने के मैले तरल से लक्षित रसायनों को पकड़ना और फिर एक लेजर को उन रसायनों को एक ऐसे संकेत में बदलने में मदद करना जिसे एक मशीन पढ़ सके। शोधकर्ताओं ने इस नई सामग्री का परीक्षण इन उभरते प्रदूषकों के तीन विशिष्ट प्रकारों के विरुद्ध किया, जिन्हें GenX, ADONA और EEA के रूप में जाना जाता है, जो पीने के पानी में पाए गए हैं और खाद्य श्रृंखला में प्रवेश कर रहे हैं। जब उन्होंने स्प्रिंग वाटर और मानव रक्त सीरम का विश्लेषण करने के लिए अपनी नई सामग्री का उपयोग किया, तो यह वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले मानक उपकरणों की तुलना में कहीं अधिक श्रेष्ठ सिद्ध हुआ। पारंपरिक तरीके अक्सर उस 'बैकग्राउंड नॉइज़' (पृष्ठभूमि के शोर) से जूझते हैं जो इन छोटे अणुओं के धुंधले संकेतों को दबा देता है, लेकिन इस नए चुंबकीय सम्मिश्र ने उस हस्तक्षेप को काट दिया, जिससे शोधकर्ता इन प्रदूषकों को पानी में 0.075 नैनोग्राम प्रति लीटर के स्तर तक भी पहचान सके।

इस दृष्टिकोण की शक्ति केवल तरल में रसायनों को खोजने तक ही सीमित नहीं है; यह वैज्ञानिकों को यह देखने की अनुमति देती है कि एक जीवित शरीर के अंदर जाने के बाद ये अणु कहाँ जाते हैं। चूहों पर आधारित प्रयोगों की एक श्रृंखला में, शोधकर्ताओं ने जानवरों को GenX के संपर्क में रखा और फिर उनके किडनी (वृक्क) के ऊतकों का परीक्षण किया। अपनी चुंबकीय सामग्री को किडनी के पतले स्लाइस पर लगाकर और उस पर लेजर चलाकर, वे रासायनिक वितरण का एक विस्तृत मानचित्र बनाने में सक्षम रहे। परिणामों से पता चला कि प्रदूषक समान रूप से नहीं फैला। इसके बजाय, यह रीनल साइनस (renal sinus) और यूरेटर (ureter - वे नलिकाएं जो मूत्र को बाहर ले जाती हैं) में भारी मात्रा में जमा हुआ, जबकि किडनी की बाहरी परत में यह बहुत कम पाया गया। यह पैटर्न बताता है कि किडनी एक स्पंज की तरह नहीं है जो सब कुछ सोख लेती है, बल्कि एक फिल्टर की तरह है जो इन विशिष्ट रसायनों को निकास की ओर निर्देशित करता है। शोधकर्ताओं का मानना है कि ऐसा इसलिए होता है क्योंकि किडनी में इन अणुओं को बाहरी ऊतक में थामे रखने के लिए आवश्यक विशिष्ट ट्रांसपोर्टर्स (परिवाहकों) की कमी होती है, जिससे वे तेजी से केंद्रीय संग्रह क्षेत्रों में बह जाते हैं।

यह समझने के लिए कि यह नई सामग्री इतनी अच्छी तरह से क्यों काम करती है, टीम ने बारीकी से देखा कि यह प्रकाश और पदार्थ के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती है। उन्होंने पाया कि चुंबकीय कोर और फ्लोरिनेटेड शेल का संयोजन एक अनूठा वातावरण बनाता है जो लेजर से टकराने पर विद्युत आवेशों को अलग करने में मदद करता है। यह प्रक्रिया ऊर्जा को बर्बाद होने से रोकती है और इसके बजाय इसे लक्षित अणुओं को हवा में उठाने पर केंद्रित करती है ताकि उन्हें पहचाना जा सके। इसके अलावा, सामग्री की सतह पर मौजूद फ्लोरीन परमाणु लक्षित रसायनों के फ्लोरीन परमाणुओं के प्रति एक स्वाभाविक आकर्षण रखते हैं, जो एक विशेष हुक की तरह कार्य करते हैं जो केवल वांछित रसायनों को पकड़ता है जबकि नमक और अन्य अशुद्धियों को अनदेखा कर देता है जो अक्सर वास्तविक दुनिया के नमूनों में पाई जाती हैं। यह चयनात्मकता (selectivity) इस सामग्री को प्रभावी ढंग से काम करने में सक्षम बनाती है, भले ही स्थितियाँ नमकीन हों जो आमतौर पर विश्लेषण को खराब कर सकती हैं। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि यह विधि अत्यधिक विश्वसनीय है, जो हर बार उपयोग किए जाने पर सुसंगत परिणाम देती है, और मानव रक्त की जटिल केमिस्ट्री को बिना सटीकता खोए संभालने में सक्षम है।

यह कार्य पर्यावरण और जैविक प्रणालियों दोनों में इन खतरनाक रसायनों को ट्रैक करने के लिए एक नया, अत्यधिक संवेदनशील प्लेटफॉर्म स्थापित करता है। एक घोल से प्रदूषकों को निकालने की क्षमता और ऊतकों में उनके स्थान को देखने की शक्ति को जोड़कर, शोधकर्ताओं ने एक ऐसा उपकरण प्रदान किया है जो उन प्रश्नों के उत्तर दे सकता है जो पहले पहुंच से बाहर थे। इस पद्धति के लिए पुराने तकनीकों की तरह व्यापक और समय लेने वाली तैयारी चरणों की आवश्यकता नहीं है, जिससे प्रदूषकों की उपस्थिति और स्थान के बारे में स्पष्ट उत्तर तेजी से प्राप्त करना संभव हो जाता है। जैसे-जैसे ये रसायन हमारे जल आपूर्ति और भोजन में घूम रहे हैं, उन्हें इतने निम्न स्तर पर पहचानने और शरीर के माध्यम से उनकी यात्रा को मैप करने का तरीका हमें जोखिमों की निगरानी और मानव स्वास्थ्य के लिए उनके खतरों को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है। इस चुंबकीय, फ्लोरीन-लेपित सामग्री की सफलता यह सुझाव देती है कि यह तेजी से जटिल होती रासायनिक दुनिया में हमारे भोजन और पानी की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए एक मानक उपकरण बन सकता है।