A selective resonance Rayleigh scattering method for trace vitamin B2 based on molecularly imprinted nanosilver probe

रासायनिक विश्लेषण की दुनिया में, वैज्ञानिकों को अक्सर जटिल मिश्रणों के भीतर छिपे विशिष्ट पदार्थों की सूक्ष्म मात्रा खोजने की आवश्यकता होती है, ठीक वैसे ही जैसे समुद्र तट पर रेत के एक विशिष्ट कण को खोजने की आवश्यकता होती है। वे एक शक्तिशाली उपकरण का उपयोग करते हैं जिसे रेजोनेंस रेले स्कैटरिंग (resonance Rayleigh scattering) कहा जाता है। कल्पना कीजिए कि आप नन्हे कणों के एक समूह पर प्रकाश डाल रहे हैं; सामान्य परिस्थितियों में, प्रकाश सभी दिशाओं में परावर्तित होता है, लेकिन जब प्रकाश एक ऐसी विशिष्ट आवृत्ति (frequency) से टकराता है जो कणों से मेल खाती है, तो प्रकीर्णन (scattering) अविश्वसनीय रूप से तीव्र और चमकीला हो जाता है। यह शोधकर्ताओं को लक्षित पदार्थ की अत्यंत सूक्ष्म मात्रा का पता लगाने की अनुमति देता है। इस पहचान को और भी सटीक बनाने के लिए, वैज्ञानिक कभी-कभी "मॉलिक्यूलर इम्प्रिंटिंग" (molecular imprinting) का उपयोग करते हैं, जो एक ऐसी सामग्री बनाने की प्रक्रिया है जिसमें विशेष रूप से आकार दिए गए सूक्ष्म छेद होते हैं जो केवल एक विशिष्ट अणु के फिट होने के लिए डिज़ाइन किए गए होते हैं, जो एक ऐसे ताले की तरह कार्य करते जिसे केवल एक ही चाबी खोल सकती है। जब इन दोनों अवधारणाओं को मिला दिया जाता है, तो वे उच्च सटीकता और गति के साथ महत्वपूर्ण यौगिकों के अंशों का पता लगाने का एक तरीका प्रदान करते हैं।

विटामिन B2, जिसे राइबोफ्लेविन के रूप में भी जाना जाता है, एक महत्वपूर्ण पोषक तत्व है जो शरीर को ऊर्जा उत्पन्न करने और स्वस्थ त्वचा, आंखों और तंत्रिकाओं को बनाए रखने में मदद करता है। क्योंकि शरीर इसकी बड़ी मात्रा संग्रहीत नहीं कर सकता, इसलिए लोगों को अपने आहार से इसकी निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है, जिससे दूध जैसे खाद्य पदार्थों में इसके स्तर को सटीक रूप से मापना महत्वपूर्ण हो जाता है। हालाँकि, पारंपरिक तरीकों के साथ किसी तरल में इस विटामिन की बहुत कम मात्रा को खोजना कठिन हो सकता है, जो धीमा, महंगा या जटिल तैयारी की आवश्यकता वाला हो सकता है। ग्वांग्शी नॉर्मल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए एक नया, सरल दृष्टिकोण विकसित किया है। उन्होंने एक विशेष प्रकार का सूक्ष्म प्रोब (probe) बनाया है जिसे विटामिन B2 की खोज करने और प्रकाश के प्रकीर्णन के तरीके को बदलकर उसकी उपस्थिति का संकेत देने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

शोधकर्ताओं ने अपने प्रोब का निर्माण चुंबकीय आयरन ऑक्साइड कणों के कोर (core) का उपयोग करके किया, जो लगभग पचास नैनोमीटर आकार के हैं, और उन्हें चांदी (silver) की एक परत से ढका। इस सिल्वर परत को चयनात्मक बनाने के लिए, उन्होंने निर्माण प्रक्रिया के दौरान विटामिन B2 का ही टेम्पलेट के रूप में उपयोग किया। उन्होंने आयरन कणों को सिल्वर यौगिकों और विटामिन के साथ मिलाया, और फिर सिल्वर शेल को चुंबकीय कोर के चारों ओर बनाने के लिए प्रकाश और ऊष्मा का उपयोग करके एक प्रतिक्रिया को सक्रिय किया। इस निर्माण के दौरान, विटामिन के अणु सिल्वर परत में स्थित थे, जिससे विशिष्ट आकार बने। एक बार जब सिल्वर शेल ठोस हो गया, तो शोधकर्ताओं ने विटामिन अणुओं को धोकर निकाल दिया, जिससे विटामिन B2 के आकार और रासायनिक प्रकृति से पूरी तरह मेल खाने वाले खाली खांचे (cavities) पीछे रह गए। ये खांचे पहचान स्थल (recognition sites) के रूप में कार्य करते हैं, जिससे प्रोब को विशेष रूप से विटामिन B2 को पकड़ने की अनुमति मिलती है, जबकि अन्य पदार्थों को अनदेखा कर दिया जाता है।

इस विधि का जादू इस बात में निहित है कि प्रोब विटामिन के साथ कैसे क्रिया करता है। सिल्वर-कोटेड प्रोब स्वाभाविक रूप से एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य (wavelength) पर प्रकाश को बहुत मजबूती से बिखेरता है, जिससे एक चमकीला संकेत उत्पन्न होता है। जब विलयन (solution) में विटामिन B2 के अणु मौजूद होते हैं, तो वे प्रोब की खाली गुहाओं (cavities) से जुड़ जाते हैं। यह बंधन एक ऐसी प्रक्रिया को सक्रिय करता है जहाँ बिखरे हुए प्रकाश की ऊर्जा विटामिन अणुओं में स्थानांतरित हो जाती है, जो इसे अवशोषित करते हैं। परिणामस्वरूप, प्रोब से निकलने वाला चमकीला संकेत मंद हो जाता है। जितना अधिक विटामिन B2 मौजूद होगा, उतना ही अधिक बंधन होगा, और प्रकाश का संकेत उतना ही कम होगा। संकेत में होने वाली गिरावट को मापकर, शोधकर्ता सटीक रूप से गणना कर सकते हैं कि नमूने में कितना विटामिन है।

टीम ने इस प्रणाली का परीक्षण किया और पाया कि यह अत्यधिक प्रभावी है। उन्होंने निर्धारित किया कि यह विधि तब सबसे अच्छा काम करती है जब प्रोब को सबसे छोटे आयरन ऑक्साइड कोर, लगभग पचास नैनोमीटर आकार के साथ बनाया जाता है। सही परिस्थितियों में, प्रोब 1.7 नैनोमोल प्रति लीटर जितनी कम सांद्रता में विटामिन B2 का पता लगा सकता है, और 120 नैनोमोल प्रति लीटर तक एक रैखिक प्रतिक्रिया (linear response) प्रदर्शित करता है। इसका मतलब है कि यह उच्च सांद्रता से भ्रमित हुए बिना बहुत कम मात्रा को सटीक रूप से माप सकता है। जब उन्होंने दूध के नमूनों पर इस विधि का परीक्षण किया, तो इसने उच्च सटीकता के साथ प्रदर्शन किया, जिसमें बार-बार किए गए परीक्षणों में बहुत कम भिन्नता देखी गई और उन्होंने नमूनों में जोड़े गए लगभग सभी विटामिन को सफलतापूर्वक प्राप्त किया। शोधकर्ताओं ने यह भी पुष्टि की कि विशिष्ट इम्प्रिंटिंग प्रक्रिया के बिना, प्रोब बहुत कम संवेदनशील था, जिससे सिद्ध हुआ कि कस्टम-आकार के छेद इस पद्धति की सफलता के लिए आवश्यक थे।

यह नई तकनीक अधिक जटिल विश्लेषणात्मक विधियों का एक सीधा विकल्प प्रदान करती है। चुंबकीय कोर का उपयोग करके, प्रोब को चुंबक का उपयोग करके तरल से आसानी से अलग किया जा सकता है, जिससे सफाई की प्रक्रिया सरल हो जाती है। यह पूरी प्रक्रिया कस्टम-निर्मित प्रोब और विटामिन के बीच भौतिक संपर्क पर निर्भर करती है, जिसमें किसी अतिरिक्त लेबल या जटिल रासायनिक चरणों की आवश्यकता नहीं होती है। यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि चुंबकीय सामग्री, सिल्वर नैनोकणों और मॉलिक्यूलर इम्प्रिंटिंग को मिलाने से एक शक्तिशाली, चयनात्मक उपकरण बनता है, जो आवश्यक पोषक तत्वों की निगरानी के लिए एक विश्वसनीय तरीका प्रदान करता है, जिससे खाद्य गुणवत्ता और सुरक्षा सुनिश्चित करने में मदद मिलती है।