लाइट के साथ भविष्य को ‘ट्रैप’ करने से जीव विज्ञान, चिकित्सा और नैनो विज्ञान की सीमाओं को आगे बढ़ाया जा सकता है
Optical tweezers, a revolutionary technology that won the Nobel Prize in 2018, have enabled the manipulation and control of microscopic objects using the power of light. This technique has become extremely valuable for measuring minute forces in fields such as biology, bioengineering, materials science, and nanotechnology. However, traditional dual-trap optical tweezers have certain limitations, particularly the issue of signal interference (cross-talk), which affects the accuracy of measurements. To address these challenges, the Raman Research Institute (RRI), an autonomous institution supported by the Department of Science and Technology (DST) of the Government of India, has developed an innovative dual-trap optical tweezers system. This new design not only overcomes the shortcomings of traditional systems but also makes the technology more accessible to Indian scientists, opening up new possibilities for discoveries in nanoscience, drug development, and medical research.
By- Jyoti Rawat
एकल जैव-अणुओं पर बलों की अत्यंत सटीकता से जांच करने की कोशिश करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक दोहरे ट्रैप ऑप्टिकल ट्वीज़र्स सिस्टम की अपनी आवश्यकता को पूरा किया है। उन्होंने इस उपकरण का अपना संस्करण आविष्कार किया है, जिससे यह तकनीक भारत के वैज्ञानिकों के लिए भी सुलभ हो गई है। इससे न केवल नैनो विज्ञान में, बल्कि दवा विकास और अन्य चिकित्सा अनुसंधान जैसे क्षेत्रों में भी नई खोजों की लहर चल सकती है। ऑप्टिकल ट्वीज़र्स, एक ऐसी क्रांतिकारी तकनीक जिसने 2018 में नोबेल पुरस्कार जीता, ने प्रकाश की शक्ति का उपयोग करके सूक्ष्म वस्तुओं को हेरफेर करने और उनकी गति को नियंत्रित करने की क्षमता प्रदान की है। यह तकनीक जीव विज्ञान, जैव अभियांत्रिकी, पदार्थ विज्ञान और नैनो प्रौद्योगिकी जैसे क्षेत्रों में सूक्ष्म बलों को मापने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण बन गई है। हालांकि, पारंपरिक दोहरे-जाल ऑप्टिकल ट्वीज़र्स में कुछ कमियां हैं, विशेष रूप से सिग्नल हस्तक्षेप (क्रॉस-टॉक) की समस्या, जो माप की सटीकता को प्रभावित करती है।
इन चुनौतियों का समाधान करने के लिए, भारत सरकार के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) द्वारा समर्थित एक स्वायत्त संस्थान, रमन अनुसंधान संस्थान (आरआरआई) ने एक नवीन दोहरे-जाल ऑप्टिकल ट्वीज़र्स प्रणाली विकसित की है। यह नया डिज़ाइन न केवल पारंपरिक प्रणालियों की कमियों को दूर करता है, बल्कि इसे भारतीय वैज्ञानिकों के लिए अधिक सुलभ बनाता है, जिससे नैनो विज्ञान, औषधि विकास और चिकित्सा अनुसंधान में नई खोजों की संभावनाएं बढ़ती हैं।
नई प्रणाली की प्रमुख विशेषताएं
इस नई प्रणाली में एक कॉन्फोकल डिटेक्शन योजना का उपयोग किया गया है, जिसमें प्रत्येक डिटेक्टर केवल अपने संबंधित जाल से वापस आने वाले प्रकाश को ग्रहण करता है और अन्य सभी सिग्नलों को अनदेखा कर देता है। इससे दोनों जालों के बीच सिग्नल हस्तक्षेप की समस्या पूरी तरह समाप्त हो जाती है, और स्वतंत्र, विश्वसनीय माप सुनिश्चित होते हैं। विशेष रूप से, यह प्रणाली जालों के गतिमान होने पर भी डिटेक्टरों को पूरी तरह संरेखित रखती है, जिससे लगातार सटीक डेटा प्राप्त होता है।
रमन अनुसंधान संस्थान में पीएचडी स्कॉलर, एमडी अरसलान अशरफ के अनुसार, यह अनूठी ऑप्टिकल ट्रैपिंग योजना नमूने द्वारा पीछे बिखरे गए लेज़र प्रकाश का उपयोग करके फंसे हुए कणों की स्थिति का पता लगाती है। यह तकनीक दोहरे-जाल विन्यास की कई पुरानी बाधाओं को दूर करती है और मानक माइक्रोस्कोपी ढांचों के साथ सहजता से एकीकृत हो जाती है।
पारंपरिक प्रणालियों की कमियों का समाधान
पारंपरिक दोहरे-जाल ऑप्टिकल ट्वीज़र्स में तीन प्रमुख समस्याएं हैं:
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सिग्नल हस्तक्षेप (क्रॉस-टॉक): जब दो जाल एक साथ काम करते हैं, तो उनके सिग्नल आपस में हस्तक्षेप करते हैं, जिससे माप की सटीकता कम हो जाती है। इंजीनियरों ने अलग-अलग लेज़रों या जटिल प्रकाशिकी का उपयोग करके इस हस्तक्षेप को कम करने की कोशिश की है, लेकिन इससे लागत और प्रणाली की जटिलता बढ़ जाती है।
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एकीकरण की चुनौतियां: पारंपरिक प्रणालियां अक्सर माइक्रोस्कोप के अन्य घटकों पर कब्जा कर लेती हैं, जिससे चरण-विपरीतता या प्रतिदीप्ति इमेजिंग जैसी तकनीकों को शामिल करना कठिन हो जाता है।
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पुनर्संरेखण की आवश्यकता: जब जालों को स्थानांतरित किया जाता है, तो संसूचन प्रणाली को पुनः संरेखित करना पड़ता है, जिससे समय की हानि होती है और गतिशील प्रयोगों में सटीकता कम हो जाती है।
आरआरआई की नई प्रणाली इन समस्याओं का व्यापक समाधान प्रस्तुत करती है:
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हस्तक्षेप मुक्त माप: कॉन्फोकल डिटेक्शन योजना सुनिश्चित करती है कि दोनों जालों से प्राप्त माप स्वतंत्र रहें, भले ही जाल एक-दूसरे के करीब हों।
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सहज एकीकरण: इसका मॉड्यूलर और कॉम्पैक्ट डिज़ाइन मौजूदा माइक्रोस्कोपी सेटअप के साथ बिना किसी संशोधन के आसानी से एकीकृत हो जाता है।
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स्थिरता और लचीलापन: यह प्रणाली तापमान परिवर्तनों के बावजूद स्थिर रहती है और जालों को स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति देती है, बिना ट्रैकिंग सटीकता खोए।
प्रभाव और अनुप्रयोग
रमन अनुसंधान संस्थान के प्रमुख अनुसंधानकर्ता और संकाय सदस्य, प्रमोद ए. पुल्लारकट के नेतृत्व में विकसित यह डिज़ाइन, एकल अणुओं, नरम पदार्थों, और कोशिकाओं जैसे जैविक नमूनों पर उच्च-सटीक बल माप को अधिक सुलभ और लागत-प्रभावी बनाता है। इसकी मजबूती, सटीकता और मौजूदा इमेजिंग तकनीकों के साथ संगतता इसे जीव विज्ञान, चिकित्सा और नैनो विज्ञान में अत्याधुनिक अनुसंधान के लिए एक बहुमुखी उपकरण बनाती है।
बौद्धिक संपदा के दृष्टिकोण से, यह डिज़ाइन दोहरे-जाल ऑप्टिकल ट्वीज़र्स के उपयोग में अद्वितीय है। यह सिग्नल हस्तक्षेप की निरंतर चुनौती को न्यूनतम तरीके से हल करता है, सटीकता और विश्वसनीयता को बढ़ाते हुए मजबूती और एकीकरण को बेहतर बनाता है। ये सभी विशेषताएं इसे पेटेंट संरक्षण के लिए एक उत्कृष्ट उम्मीदवार बनाती हैं।
व्यावसायिक संभावनाएं
इस आधार का लाभ उठाते हुए, आविष्कारक इस दोहरे-जाल तकनीक को मौजूदा वाणिज्यिक माइक्रोस्कोप के लिए एकल मॉड्यूल ऐड-ऑन उत्पाद के रूप में व्यावसायीकरण करने की योजना बना रहे हैं। यह प्लग-एंड-प्ले उत्पाद विश्व भर के शोधकर्ताओं को इस उन्नत तकनीक को अपनाने में सक्षम बनाएगा, बिना उनके मौजूदा सेटअप में बदलाव किए। यह कदम वैज्ञानिक अनुसंधान में अत्याधुनिक उपकरणों को लोकतांत्रिक बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।
ऑप्टिकल ट्रैपिंग की सीमाओं को आगे बढ़ाकर, आरआरआई का यह नवाचार न केवल भारत की वैश्विक वैज्ञानिक योगदान को मजबूत करता है, बल्कि मानव प्रगति के लिए महत्वपूर्ण क्षेत्रों में नई खोजों को प्रेरित करने की क्षमता भी रखता है।