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 खोज है जिसने वर्ष 2018 में नोबेल पुरस्कार जीता है। आधुनिक अनुसंधान में यह एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गया है, जिससे प्रकाश का उपयोग करके अत्यंत सूक्ष्म वस्तुओं में हेरफेर और गति करना संभव हो गया है। सूक्ष्म बलों को मापने के लिए इनका उपयोग जीव विज्ञान, जैव अभियांत्रिकी, पदार्थ विज्ञान और नैनो प्रौद्योगिकी सहित कई क्षेत्रों में उपयोगी रहा है।

ऑप्टिकल ट्वीज़र्स के आविष्कार के दशकों बाद भी, कुछ डिज़ाइनों को वर्तमान अनुप्रयोगों के लिए बहुमुखी प्रतिभा की चुनौती का सामना करना पड़ रहा है। फंसे हुए माइक्रो-आकार के कणों के बीच परस्पर क्रिया, बायोपॉलिमर फिलामेन्ट्स के यांत्रिक गुण, और प्रोटीन नैनोमशीनों द्वारा उत्पन्न बल पर अक्सर दोहरे ट्रैप सिस्टम में शोध किया जाता है, जहां फंसे हुए कणों को नियंत्रित करने के लिए दो किरणों का उपयोग किया जाता है। लेकिन एक समस्या है: पारंपरिक प्रणालियां फंसे हुए कणों से होकर गुजरने वाले प्रकाश का पता लगाने पर निर्भर करती हैं, और इस पद्धति की सीमाएँ हैं।

 

चित्र 1 : पारंपरिक दोहरे-जाल ऑप्टिकल ट्वीजर सेट-अप

 

भारत सरकार के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) द्वारा समर्थित एक स्वायत्त संस्थान, रमन अनुसंधान संस्थान ने एक नई ऑप्टिकल ट्रैपिंग योजना विकसित की है जो पारंपरिक दोहरे ट्रैप ऑप्टिकल ट्वीज़र्स की कमियों को दूर करती है। इस नवीनता में एक कॉन्फोकल डिटेक्शन योजना का उपयोग शामिल है यह एक ऐसी प्रणाली है जिसमें प्रत्येक डिटेक्टर केवल अपने ट्रैप से वापस आने वाले प्रकाश को देखता है और बाकी सब कुछ अनदेखा कर देता है। इस प्रकार दो ट्रैप से आने वाले सिग्नल एक-दूसरे में हस्तक्षेप नहीं करते और पूरी तरह से स्वतंत्र रहते हैं।

सबसे उल्लेखनीय बात यह है कि ट्रैप के अंदर कणों की स्थिति का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले डिटेक्टर, ट्रैप के गतिमान होने पर भी पूरी तरह से संरेखित रहते हैं। सभी सिग्नल व्यवधानों को दूर करके, यह प्रणाली प्रत्येक ट्रैप के लिए विशिष्ट, विश्वसनीय माप प्रदान करती है।

 

चित्र 2 : पीछे की ओर बिखरे प्रकाश का उपयोग करते हुए नया डुअल-ट्रैप ऑप्टिकल ट्वीजर सेट-अप

 

रमन अनुसंधान संस्थान में पीएचडी स्कॉलर, एमडी अरसलान अशरफ ने कहा कि अद्वितीय ऑप्टिकल ट्रैपिंग योजना, फंसे हुए कणों की स्थिति का पता लगाने के लिए नमूने द्वारा वापस बिखेरे गए लेज़र प्रकाश का उपयोग करती है। यह तकनीक दोहरे-ट्रैप विन्यास की कुछ लंबे समय से चली आ रही बाधाओं को दूर करती है और सिग्नल के हस्तक्षेप को दूर करती है और एकल मॉड्यूल डिज़ाइन मानक माइक्रोस्कोपी ढांचों के साथ सहजता से एकीकृत हो जाता है।

पारंपरिक डिज़ाइनों में फंसी हुई वस्तुओं की स्थिति को उनके माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश द्वारा मापा जाता है। हालांकि यह प्रभावी है, लेकिन इससे तीन चीज़ें बुरी तरह प्रभावित होती हैं। पहला, जब दो ट्रैप्स एक साथ काम कर रहे होते हैं तो सिग्नल में व्यवधान होता है। इंजीनियरों ने अलग-अलग लेज़रों या अधिक जटिल प्रकाशिकी का उपयोग करके इस प्रकार के व्यवधान, 'क्रॉस-टॉक' को कम करने का प्रयास किया है, जिससे लागत और प्रणाली की जटिलता बढ़ जाती है। इसके अलावा, ये प्रणालियां अक्सर सूक्ष्मदर्शी के अन्य घटकों पर कब्ज़ा करने की कोशिश करती हैं और चरण-विपरीतता या प्रतिदीप्ति इमेजिंग जैसी चीज़ों को शामिल करना अधिक कठिन हो जाता है। तीसरा, ट्रैप्स के हिलने पर, संसूचन प्रणाली को पुनः स्थापित करना पड़ता है। इससे डाउनटाइम बढ़ता है और गतिशील प्रयोगों में सटीकता कम होती है।

रमन अनुसंधान संस्थान के वैज्ञानिकों द्वारा विकसित यह नया डिज़ाइन न केवल वैचारिक रूप से बेहतर है, बल्कि अधिक बहुमुखी भी है। इसमें कोई क्रॉस-टॉक नहीं है, और दोनों ट्रैप्स को पास-पास लाने पर भी, दोनों ट्रैप्स से प्राप्त माप एक-दूसरे में हस्तक्षेप नहीं करते। ट्रैप्स को कणों को ट्रैक करने की क्षमता खोए बिना स्वतंत्र रूप से विस्थापित किया जा सकता है और यह प्रणाली तापमान परिवर्तन के बावजूद भी लंबे समय तक स्थिर रहती है। यह प्रणाली मौजूदा इमेजिंग तकनीकों के साथ सहजता से काम करती है और इसमें किसी संशोधन की आवश्यकता नहीं होती। इसका कॉम्पैक्ट और मॉड्यूलर डिज़ाइन इसे माइक्रोस्कोप की मूल संरचना में बदलाव किए बिना आसानी से एक नियमित माइक्रोस्कोप में जोड़ने की सुविधा देता है।

रमन अनुसंधान संस्थान के प्रमुख पीआई एवं संकाय सदस्य प्रमोद ए. पुल्लारकट ने कहा कि यह नया एकल मॉड्यूल ट्रैपिंग और डिटेक्शन डिजाइन एकल अणुओं के उच्च परिशुद्धता बल माप अध्ययन, जैविक नमूनों सहित नरम पदार्थों की जांच और कोशिकाओं जैसे जैविक नमूनों के सूक्ष्म हेरफेर को अधिक सुविधाजनक और लागत प्रभावी बनाता है।

यह डिज़ाइन बौद्धिक संपदा के दृष्टिकोण से, दोहरे ऑप्टिकल ट्रैप के उपयोग में अद्वितीय है। यह सिग्नल हस्तक्षेप की लगातार चुनौती को न्यूनतम तरीके से हल करता है, सटीकता और विश्वसनीयता में सुधार करते हुए मज़बूती और एकीकरण को बढ़ाता है। ये सभी कारक इसे पेटेंट संरक्षण के लिए एक उत्कृष्ट बनाते हैं।

इस आधार का लाभ उठाते हुए, आविष्कारकर्ता अब इस दोहरे ट्रैप तकनीक को प्लग-एंड-प्ले क्षमताओं वाले मौजूदा वाणिज्यिक सूक्ष्मदर्शी के लिए एकल मॉड्यूल ऐड-ऑन उत्पाद के रूप में व्यावसायीकरण करने में रुचि रखते हैं।

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पीके/केसी/एचएन/एसवी

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