Purification, Characterization, and Green Synthesis of ZnO Nanoparticles Using Purified Lignin Peroxidase from Fusarium odoratissimum for Environmental Remediation

प्रकृति ने ग्रह को सुचारू रूप से चलाने के लिए लंबे समय से सूक्ष्म श्रमिकों पर भरोसा किया है। इन नन्हे श्रमिकों में कवक (फंगी) शामिल हैं, जो लकड़ी और पत्तियों जैसी कठोर वनस्पति सामग्री को तोड़कर पोषक तत्वों को वापस मिट्टी में पुनर्चक्रित करते हैं। ऐसा करने के लिए, वे एंजाइम नामक शक्तिशाली जैविक उपकरणों का स्राव करते हैं, जो विशेष कैंची की तरह कार्य करते हैं, और उन जटिल रासायनिक बंधों को काटते हैं जिन्हें अन्य जीव नहीं छू सकते। ऐसा एक एंजाइम, जिसे लिग्निन पेरोक्सीडेज (lignin peroxidase) के रूप में जाना जाता है, पौधों की कोशिका भित्तियों में पाई जाने वाली कठोर संरचनाओं को तोड़ने में विशेष रूप से कुशल है। हाल के वर्षों में, वैज्ञानिक इन प्राकृतिक उपकरणों का उपयोग न केवल कचरे को साफ करने के लिए, बल्कि नई सामग्रियां बनाने के लिए भी करने में रुचि ले रहे हैं। विशेष रूप से, शोधकर्ता इस बात की खोज कर रहे हैं कि ये एंजाइम कैसे जिंक ऑक्साइड जैसे धातु ऑक्साइड के सूक्ष्म कण बनाने में मदद कर सकते हैं, जो सनस्क्रीन से लेकर जल फिल्टर तक हर चीज़ के लिए उपयोगी हैं। चुनौती यह रही है कि इन कणों को बनाने के लिए आमतौर पर कठोर रसायनों और उच्च ताप की आवश्यकता होती है, जो प्रकृति के सौम्य तरीकों के उपयोग के उद्देश्य को ही विफल कर देता है। प्रश्न यह बना हुआ है: क्या एक फंगस से अलग किया गया एक एकल, शुद्ध एंजाइम, इन उपयोगी कणों को अपने आप बनाने के लिए पर्याप्त होगा, और क्या उन कणों का उपयोग हमारे पानी को साफ करने के लिए किया जा सकता है?

पूर्वोत्तर क्षेत्रीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान, भारत के शोधकर्ताओं के एक दल ने एक विशिष्ट कवक जिसे फ्यूसेरियम ओडोरेटिसिमम (Fusarium odoratissimum) कहा जाता है, की ओर मुड़कर इसका उत्तर देने का प्रयास किया। उन्होंने इस कवक को प्रयोगशाला सेटिंग में उगाने से शुरुआत की, जिसमें इसे अपना लिग्निन-अपघटित करने वाला एंजाइम बनाने के लिए प्रोत्साहित करने हेतु गेहूं के भूसे और चावल की भूसी जैसे कृषि अवशेषों से खिलाया गया। एक बार जब कवक ने तरल संस्कृति में पर्याप्त मात्रा में इस एंजाइम का स्राव कर दिया, तो वैज्ञानिकों ने एक सावधानीपूर्वक निष्कर्षण प्रक्रिया की। उन्होंने केवल कवक और तरल के पूरे मिश्रण का उपयोग नहीं किया; इसके बजाय, उन्होंने एंजाइम को तब तक शुद्ध किया जब तक कि वह समाधान में बचा हुआ एकमात्र प्रोटीन नहीं बन गया। यह चरण महत्वपूर्ण था क्योंकि इसने उन्हें यह सिद्ध करने की अनुमति दी कि एंजाइम स्वयं ही अगले चरण के कार्य के लिए जिम्मेदार था, न कि कवक का कोई अन्य हिस्सा। शुद्धिकरण सफल रहा, जिससे एक अत्यधिक सक्रिय एंजाइम प्राप्त हुआ जो मूल मिश्रण की तुलना में लगभग उन्नीस गुना अधिक शक्तिशाली था, जिसकी रिकवरी दर लगभग सत्रह प्रतिशत थी।

इस शुद्ध एंजाइम के साथ, शोधकर्ताओं ने इसे जिंक के एक घोल के साथ मिलाया, जो कई औद्योगिक प्रक्रियाओं में पाया जाने वाला एक सामान्य धातु है। नियंत्रित परिस्थितियों के तहत, एंजाइम ने एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य किया, जिससे जिंक आयनों को ठोस जिंक ऑक्साइड नैनोकणों में बदलने के लिए निर्देशित किया गया। ये नैनोकण इतने सूक्ष्म होते हैं कि हजारों कण एक पिन के सिर पर समा सकते हैं। टीम ने विभिन्न वैज्ञानिक उपकरणों का उपयोग करके इन कणों के निर्माण की पुष्टि की। उन्होंने देखा कि मिश्रण का रंग इस तरह से बदला जो जिंक ऑक्साइड के निर्माण का संकेत देता था, और उन्होंने कणों को सीधे देखने के लिए इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का उपयोग किया। छवियों ने दिखाया कि कण मुख्य रूप से गोल थे और आपस में गुच्छों के रूप में थे, जिनका आकार बीस से साठ नैनोमीटर के बीच था। रासायनिक विश्लेषण ने पुष्टि की कि कण लगभग पूरी तरह से जिंक और ऑक्सीजन से बने थे, और उनमें कोई अन्य प्रमुख अशुद्धि नहीं थी। शोधकर्ताओं ने यह भी नोट किया कि इन नए कणों की सतह एंजाइम के अंशों से ढकी हुई थी, जिसने संभवतः उन्हें स्थिर रखने और उन्हें बहुत अधिक आपस में जुड़ने से रोकने में मदद की।

इस हरित संश्लेषण विधि का वास्तविक परीक्षण तब हुआ जब टीम ने इन नए नैनोकणों का उपयोग पानी को साफ करने के लिए करने का प्रयास किया। उन्होंने भारत की डिक्रोंग नदी के नमूने एकत्र किए, जिसमें विभिन्न कार्बनिक प्रदूषक मौजूद थे जो पानी में ऑक्सीजन की मांग को बढ़ाते हैं, जिसे जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग (BOD) के रूप में जाना जाता है। उन्होंने रासायनिक ऑक्सीजन मांग (COD) को भी मापा, जो पानी में सभी कार्बनिक पदार्थों को तोड़ने के लिए आवश्यक ऑक्सीजन की मात्रा को दर्शाता है। जब उन्होंने नदी के पानी में इन एंजाइम-निर्मित जिंक ऑक्साइड नैनोकणों को मिलाया, तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। जैसे-जैसे उन्होंने नैनोकणों की मात्रा बढ़ाई, प्रदूषण का स्तर काफी कम हो गया। परीक्षण किए गए उच्चतम खुराक पर, नैनोकंडों ने जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग में लगभग ९७ प्रतिशत और रासायनिक ऑक्सीजन मांग में लगभग ५५ प्रतिशत की कमी की। यह सुझाव देता है कि कण नदी को प्रदूषित करने वाले कार्बनिक कचरे को तोड़ने या अवशोषित करने में प्रभावी थे। नैनोकणों को पानी के साथ जितनी देर तक परस्पर क्रिया करने दिया गया, सफाई का प्रदर्शन उतना ही बेहतर होता गया, जो यह दर्शाता है कि यह प्रक्रिया कणों और प्रदूषकों के बीच समय और संपर्क पर निर्भर करती है।

पानी को साफ करने के अलावा, शोधकर्ताओं ने यह भी परीक्षण किया कि क्या इन नैनोकणों में हानिकारक मुक्त कणों (फ्री रेडिकल्स) को बेअसर करने की कोई क्षमता है, जो अस्थिर अणु होते हैं और जीवित कोशिकाओं को नुकसान पहुंचा सकते हैं। उन्होंने शुद्ध एंजाइम अकेले की एंटीऑक्सीडेंट शक्ति की तुलना एंजाइम द्वारा बनाए गए जिंक ऑक्साइड नैनोकणों से की। इस गतिविधि को मापने के लिए उपयोग किए गए दोनों परीक्षणों में, नैनोकणों ने अकेले एंजाइम की तुलना में बेहतर प्रदर्शन किया। यह सुझाव देता है कि जैविक सामग्री और धातु ऑक्साइड के संयोजन ने एक उन्नत सुरक्षात्मक गुणों वाली सामग्री बनाई है। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि इन नैनोकणों को बनाने के लिए एक शुद्ध एंजाइम का उपयोग करना एक व्यवहार्य और टिकाऊ विकल्प है। यह सिद्ध करता है कि एक एकल जैविक उपकरण का उपयोग उपयोगी नैनोमटेरियल्स बनाने के लिए किया जा सकता है, जिनका उपयोग फिर जल शुद्धिकरण जैसी पर्यावरणीय समस्याओं के लिए किया जा सकता है। हालांकि शोधकर्ता नोट करते हैं कि यह समझने के लिए कि एंजाइम कणों का निर्माण कैसे करता है, सटीक आणविक चरणों को समझने और इन सामग्रियों का बड़े पैमाने पर परीक्षण करने के लिए और अधिक कार्य की आवश्यकता है, ये निष्कर्ष नैनोटेक्नोलॉजी के एक स्वच्छ, अधिक प्राकृतिक दृष्टिकोण के लिए एक आशाजनक 'प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट' प्रदान करते हैं।