An ITO@AgNWs enhanced electrochemical biosensor for rapid quantitative detection of sweet substances

मानव स्वाद की इंद्रिय एक जटिल जैविक भाषा है, जो रासायनिक संकेतों को मीठे, कड़वे या खट्टे जैसे संवेदनाओं में अनुवादित करती है। सदियों से, वैज्ञानिक इस भाषा को डिकोड करने का प्रयास कर रहे हैं, विशेष रूप से मिठास की संवेदना को, जो शरीर में विशिष्ट प्रोटीनों द्वारा नियंत्रित होती है जिन्हें स्वाद रिसेप्टर (taste receptors) कहा जाता है। ये रिसेप्टर्स विशेष तालों की तरह कार्य करते हैं जो केवल तभी खुलते हैं जब सही चाबी—एक मीठे स्वाद वाला अणु—उनमें फिट बैठता है। भोजन या औषधि में इन मीठे पदार्थों की सटीक मात्रा कितनी है, इसे समझना अत्यंत महत्वपूर्ण है। बहुत अधिक चीनी मधुमेह जैसी स्वास्थ्य समस्याओं का कारण बन सकती है, जबकि पारंपरिक चिकित्सा में, किसी जड़ी-बूटी की मिठास अक्सर शरीर को पोषण देने या पाचन को विनियमित करने की उसकी क्षमता का संकेत देती है। हालाँकि, इन मीठे यौगिकों को सटीक रूप से मापना पारंपरिक रूप से महंगी, भारी प्रयोगशाला मशीनों की मांग करता था जिन्हें चलाने के लिए समय और कुशल विशेषज्ञों की आवश्यकता होती थी। यह त्वरित, सटीक स्वाद विश्लेषण की आवश्यकता और इसे प्राप्त करने के लिए उपलब्ध उपकरणों के बीच एक अंतर पैदा करता है।

बीजिंग यूनिवर्सिटी ऑफ चाइनीज मेडिसिन और निंग्ज़िया यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने मीठे पदार्थों को मापने का एक नया, सरल तरीका विकसित किया है, जो एट्राक्टिलोडेस मैक्रोसेफला (Atractylodes macrocephala) नामक जड़ी-बूटी में पाए जाने वाले एक विशिष्ट यौगिक 'एट्राक्टिलोनाइलाइड I' (atractylenolide I) पर केंद्रित है। यह यौगिक मीठे स्वाद के लिए जाना जाता है और सूजन-रोधी (anti-inflammatory) लाभ प्रदान करता है, लेकिन जटिल मिश्रणों में इसकी मात्रा निर्धारित करना कठिन रहा है। टीम ने एक छोटा सेंसर बनाया है जो एक अत्यधिक संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक जीभ की तरह कार्य करता है। भारी मशीनरी के बजाय, उन्होंने एक पारदर्शी, प्रवाहकीय (conductive) ग्लास स्लाइड का उपयोग करके एक उपकरण बनाया है जिस पर सिल्वर नैनोवायर (silver nanowires) का एक जाल फैला हुआ है। ये नैनोवायर्स चांदी के इतने महीन धागे हैं कि हजारों धागे एक मानव बाल की चौड़ाई में समा सकते हैं, जो एक ऐसा जाल बनाते हैं जो बिजली का बहुत कुशलता से संचालन करता है। इस सिल्वर मेश के ऊपर, उन्होंने मानव स्वाद रिसेप्टर प्रोटीन T1R2 को रखा, जो स्वाभाविक रूप से मीठे अणुओं को पहचानने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

पहचान की प्रक्रिया एक सरल भौतिक परिवर्तन पर आधारित है। जब सेंसर को मीठे यौगिक वाले तरल में डुबोया जाता है, तो वह यौगिक सिल्वर सतह पर स्थित रिसेप्टर प्रोटीन से जुड़ जाता है। यह जुड़ाव एक छोटे अवरोध (barrier) की तरह कार्य करता है, जो सेंसर के माध्यम से बिजली के प्रवाह को थोड़ा धीमा कर देता है। शोधकर्ताओं ने 'डिफरेंशियल पल्स वोल्टामेट्री' (differential pulse voltammetry) नामक तकनीक का उपयोग करके इस धीमेपन को मापा, जो विद्युत संकेतों की एक श्रृंखला भेजकर यह देखता है कि करंट कितनी आसानी से गुजर सकता है। नमूने में जितना अधिक मीठा पदार्थ मौजूद होगा, उतने ही अधिक रिसेप्टर्स व्यस्त होंगे, अवरोध उतना ही अधिक होगा, और विद्युत धारा में गिरावट उतनी ही बड़ी होगी। इस गिरावट को मापकर, उपकरण मिश्रण में मीठे पदार्थ की सटीक मात्रा की गणना कर सकता है।

इस नई विधि के परिणाम उल्लेखनीय रूप से सटीक हैं। यह सेंसर 1.8×10$^{-13}$ mol/L जितनी कम सांद्रता पर भी मीठे यौगिक का पता लगा सकता है, जो एक सांद्रता इतनी कम है कि इसकी तुलना एक बड़े स्विमिंग पूल में रेत के एक अकेले दाने को खोजने से की जा सकती है। यह बहुत कम से लेकर काफी मजबूत घोल तक, सांद्रता की एक विस्तृत श्रृंखला को माप सकता है, और यह लगभग बीस मिनट में परिणाम प्रदान करते हुए तेजी से कार्य करता है। यह उपकरण अत्यधिक विशिष्ट (specific) सिद्ध हुआ, जिसका अर्थ है कि इसने लक्ष्य मीठे यौगिक के प्रति मजबूती से प्रतिक्रिया दी, जबकि उसी हर्बल मिश्रण में मौजूद अन्य पदार्थों जैसे कड़वे यौगिकों या विभिन्न प्रकार के अम्लों को अनदेखा कर दिया। शोधकर्ताओं ने प्रोटीन और मीठे यौगिक के बीच वास्तविक आणविक फिट के साथ सेंसर की इस विशिष्टता की पुष्टि की, जिससे पता चला कि वे दोनों मजबूती से एक-दूसरे में फिट होते हैं जबकि अन्य अणु नहीं।

केवल यौगिक का पता लगाने के अलावा, सेंसर ने उत्कृष्ट स्थिरता और विश्वसनीयता भी दिखाई। जब शोधकर्ताओं ने एक ही समय में बनाए गए कई सेंसरों का परीक्षण किया, तो उन्होंने लगभग समान परिणाम दिए, और यहाँ तक कि अलग-अलग दिनों में बनाए गए सेंसरों ने भी निरंतर प्रदर्शन किया। उपकरण एक सप्ताह तक रेफ्रिजरेटर में रखने पर भी प्रभावी बना रहा, जो सुझाव देता है कि यह व्यावहारिक उपयोग के लिए पर्याप्त मजबूत है। यह कार्य यह प्रदर्शित करता है कि एक प्राकृतिक जैविक रिसेप्टर को एक सरल, प्रवाहकीय सामग्री के साथ जोड़कर, एक ऐसा उपकरण बनाना संभव है जो अत्यधिक संवेदनशील और उपयोग में आसान दोनों हो। यह दृष्टिकोण दवाओं और खाद्य पदार्थों की गुणवत्ता के विश्लेषण के लिए एक नया मार्ग प्रदान करता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि जटिल प्रयोगशाला सेटअप की आवश्यकता के बिना सही मात्रा में मीठे, लाभकारी यौगिक मौजूद हैं।