शोधकर्ताओं ने हाल ही में दिखाया है कि ऑप्टिकल ट्वीजर इलेक्ट्रोफोरेसिस का इस्तेमाल करके  हमें यह समझने में मदद मिल सकती है कि कण छोटे पैमाने पर, कम समय के पैमाने पर सतहों से कैसे चिपकते हैं। यह एक ऐसी घटना है जिसका उपयोग कोटिंग से लेकर जल शोधन तक के अनुप्रयोगों में किया जाता है।

उद्योग जगत में किसी उत्पाद को कोटिंग करने के लिए अवशोषण परिघटना का उपयोग किया जाता है और यह एक सामग्री का दूसरी सामग्री की सतह पर चिपकना होता है। इस परिघटना का उपयोग जल शोधन में प्रदूषकों को हटाने में और फूड इमल्शन के संश्लेषण के दौरान कोलाइडल स्थिरीकरण के लिए भी किया जाता है। आमतौर पर, अधिशोषण का पता द्रव्यमान या आयतन में परिवर्तन के माध्यम से लगाया जाता है।

भारत सरकार के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) द्वारा वित्त पोषित एक स्वायत्त संस्थान, रमन रिसर्च इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं ने लैपोनाइट क्ले नैनोप्लेटलेट्स (सोखना) और लेटेक्स क्षेत्रों (सोखना) का उपयोग करके अवशोषण का अध्ययन किया है ताकि यह समझा जा सके कि व्यक्तिगत कण किस तरह से सोखते हैं।

शोधकर्ताओं ने ऑप्टिकल ट्वीजर इलेक्ट्रोफोरेसिस का प्रयोग किया है। यह एक ऐसी तकनीक है, जो अधिशोषक पर विद्युत आवेश में होने वाले परिवर्तनों को परखती है। प्रकाश का उपयोग करके एक माइक्रोन आकार की वस्तु में बदलाव करने की तकनीक को ऑप्टिकल ट्वीजर के रूप में जाना जाता है और इसे 2018 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। शोधकर्ताओं ने एक केंद्रित लेजर किरण द्वारा लगाए गए प्रकाशीय बल का उपयोग करके मिट्टी-पानी के मिश्रण में रुके हुए एक माइक्रोन आकार के लेटेक्स कण को ​​पकड़ लिया।

इसके बाद शोधकर्ताओं ने मिट्टी-पानी के मिश्रण पर विद्युत क्षेत्र प्रयोग किया और फंसे हुए लेटेक्स गोले की गति को 30,000 माप/सेकंड की अत्यंत तीव्र दर से ट्रैक किया। मिट्टी के कणों के अवशोषण से आवेश फंसे हुए माइक्रोस्फीयर में स्थानांतरित हो जाते हैं।

शोधकर्ताओं ने अवशोषण के कारण फंसे हुए गोले पर प्रभावी आवेशों में परिवर्तन का पता लगाया। इन मापनों के तीव्र अस्थायी समाधान से अवशोषण की घटनाओं की निगरानी करना संभव हो गया, जिससे गतिशील अंतःक्रियाओं की समझ बढ़ी और अवशोषण तंत्र के अध्ययन के लिए बेहतर आधार उपलब्ध हुआ। इन मापों से नैनोप्लेटलेट अवशोषण की दर और सीमा के बारे में जानकारी मिली है। रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री की पत्रिका सॉफ्ट मैटर में प्रकाशित परिणामों से पता चला कि लैपोनाइट की उच्च सांद्रता ने नैनोप्लेटलेट की उपलब्धता में वृद्धि के कारण अवशोषण प्रक्रिया को तेज कर दिया।

मात्रात्मक सहसंबंधी परीक्षण के रूप में, शोधकर्ताओं ने मिट्टी के अवशोषण के पैटर्न को अधिक स्पष्ट रूप से देखने और मिट्टी अवशोषण के तंत्र की बेहतर समझ हासिल करने के लिए क्रायोजेनिक-फील्ड एमिशन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (क्रायो-एफईएसईएम) का उपयोग किया। जल में रुके लेटेक्स माइक्रोस्फीयर की क्रायो-एफईएसईएम छवियों से चिकनी सतह की बनावट का पता चला है, जो शुद्ध जल में कोई महत्वपूर्ण अवशोषण नहीं दर्शाता है। हालांकि, जब माइक्रोस्फीयर को जल-मिट्टी के मिश्रण में डुबोया गया, तो मिट्टी के कण माइक्रोस्फीयर पर चिपक गए और मिट्टी के नैनोप्लेटलेट्स के अनुरूप पैच प्रदर्शित करने लगे।

इन पैचों के आकार वितरण हिस्टोग्राम में 50 और 25 एनएम के करीब की रेंज दिखाई गई, जो छोटे मिट्टी के समुच्चयों और व्यक्तिगत नैनोप्लेटलेट्स के अनुरूप थी। शोधकर्ताओं ने साधारण नमक और पेप्टाइजिंग एजेंट जैसे योजकों का उपयोग करके मिट्टी के नैनोप्लेटलेट्स तथा लेटेक्स क्षेत्र के बीच अंतर-कणीय अंतःक्रियाओं को समायोजित करके अवशोषण प्रक्रिया को नियंत्रित किया। वे अवशोषण प्रक्रिया में दो आकर्षक बलों, फैलाव और इलेक्ट्रोस्टेटिक की भूमिकाओं को अलग करने में सक्षम थे। उन्होंने पाया कि ऑप्टिकल ट्वीजर आधारित एकल कोलाइड वैद्युतकणसंचलन और क्रायोजेनिक क्षेत्र उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी अवशोषण प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए विश्वसनीय तथा पूरक माप हैं।

ऑप्टिकल ट्वीजर-आधारित एकल-कोलाइड वैद्युत कण संचलन का उपयोग एकल कण पर नैनोप्लेटलेट अवशोषण की वास्तविक समय ट्रैकिंग को सक्षम बनाता है और हमें ऐसी जानकारी प्राप्त करने में सक्षम बनाता है, जो पहले अन्य तकनीकों के माध्यम से प्राप्त करना असंभव था। हालांकि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी अधिशोषित कणों का विस्तृत दृश्य प्रदान करता है, लेकिन यह अधिशोषण गतिकी को पकड़ नहीं सकता है। रमन रिसर्च इंस्टीट्यूट के पीएचडी छात्र और प्राथमिक लेखक वैभव राज सिंह परमार ने बताया कि हमने अपने निष्कर्षों को प्रमाणित करने के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग किया।

 

 

चित्र .1 लेटेक्स माइक्रोस्फीयर पर मिट्टी के नैनोप्लेटलेट्स के अवशोषण प्रक्रिया को नियंत्रित करने वाले तंत्र का योजनाबद्ध निरूपण।

शोधकर्ताओं ने गैर-इलेक्ट्रोस्टेटिक फैलाव अंतःक्रियाओं को प्रारंभिक नैनोप्लेटलेट अवशोषण को संचालित करने वाले प्रमुख तंत्र के रूप में पहचाना है। उच्च मिट्टी और आयनिक सांद्रता पर इलेक्ट्रोस्टैटिक स्क्रीनिंग ने नैनोप्लेटलेट्स, समुच्चयों तथा जेल नेटवर्क स्ट्रैंड्स के अवशोषण को तेज कर दिया। ये निष्कर्ष मिट्टी के नैनोप्लेटलेट्स के अवशोषण व्यवहार और विभिन्न आयनिक वातावरणों में कोलाइडल सतहों के साथ उनकी अंतःक्रिया के बारे में बहुमूल्य जानकारी प्रदान करते हैं।

आरआरआई की रीओडीएलएस लैब की प्रमुख प्रोफेसर रंजिनी बंद्योपाध्याय ने बताया कि हमारा अगला लक्ष्य उन्नत माइक्रोफ्लुइडिक तकनीकों के साथ ऑप्टिकल ट्वीजर इलेक्ट्रोफोरेसिस को एकीकृत करके हमारे माप की सटीकता को बढ़ाना है। हम वर्तमान में एक होलोग्राफिक ऑप्टिकल ट्वीजर विकसित कर रहे हैं, जो एक साथ कई मोतियों को पकड़ने में सक्षम है। यह हमें समान या विभिन्न सामग्रियों से बने मोतियों के बीच माध्यम-मध्यस्थ चार्ज हस्तांतरण की जांच करने में सक्षम करेगा।

छोटे स्थानिक और लौकिक पैमाने पर अधिशोषण गतिशीलता की ऐसी समझ उद्योगों को विशेष रूप से आवेशित सामग्रियों में अधिशोषण प्रक्रिया पर सटीक नियंत्रण प्राप्त करने में मदद कर सकती है।

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एमजी/आरपीएम/केसी/एनके/डीए

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