वैज्ञानिकों ने अत्यंत कम सांद्रता में विषाक्त अणुओं का पता लगाने का एक सरल किन्तु प्रभावी तरीका खोज निकाला है - उसी प्रक्रिया का उपयोग करके जिससे कॉफ़ी के दाग बनते हैं।

जब कॉफ़ी की एक बूंद टेबलटॉप पर वाष्पित होती है, तो वह किनारे के चारों ओर एक विशिष्ट काला घेरा बना देती है। यह दैनिक घटना, या कॉफ़ी-दाग प्रभाव, इस तथ्य के कारण है कि जैसे-जैसे द्रव सूखता है, द्रव में निलंबित कण बाहर की ओर बढ़ते हैं और किनारे पर एकत्रित होते हैं। शोधकर्ताओं को कुछ समय से पता है कि यही सिद्धांत केवल कॉफ़ी के लिए ही नहीं, बल्कि अन्य कणों की बूंदों के लिए भी सही है।

इस प्राकृतिक घटना की जांच और उसमें हेरफेर करके, वैज्ञानिक नैनोकणों को सूखे दागों के किनारों पर विशिष्ट, उच्च-क्रमबद्ध पैटर्न में संरेखित करने के लिए प्रेरित कर सकते हैं। इन वलय के आकार के जमावों का उपयोग छोटे परिदृश्यों के रूप में किया जा सकता है जहाँ प्रकाश पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करता है। इससे कुछ पदार्थों की मात्रा का पता लगाने के अनूठे अवसर पैदा होते हैं जो अन्यथा मापने के लिए बहुत कम होते।

चित्र 1. सुखाने की प्रक्रिया के दौरान एक बूंद में कणों का वलय के किनारे की ओर गति

भारत सरकार के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) द्वारा समर्थित एक स्वायत्त संस्थान, रमन अनुसंधान संस्थान (आरआरआई) के शोधकर्ताओं ने रोडामाइन बी पर ध्यान केंद्रित किया, जो वस्त्रों और सौंदर्य प्रसाधनों में इस्तेमाल होने वाला एक फ्लोरोसेंट सिंथेटिक रंग है। हालांकि, यह रंग विषैला होता है और त्वचा, आंखों और यहां तक कि श्वसन तंत्र को भी नुकसान पहुंचाता है। यह एक महत्वपूर्ण पर्यावरणीय प्रदूषक भी है क्योंकि यह पानी में मौजूद रहता है।

टीम ने सोने की नैनो छड़ों, कुछ दसियों नैनोमीटर लंबी सूक्ष्म छड़ों, के साथ कॉफी के दाग के प्रभाव का फायदा उठाया। इसके लिए उन्होंने इन छड़ों से युक्त पानी की एक बूंद को एक साफ, पानी को दृढ़ता से आकर्षित करने वाली सिलिकॉन सतह पर जमा किया और पानी को वाष्पित होने दिया। जैसे ही बूंद वाष्पित हुई, छड़ें उसके किनारे पर पहुँच गईं और वहाँ एक वलय के रूप में रह गईं। बूंद में छड़ों की सघनता के आधार पर, किनारे पर जमाव या तो एक पतली, शिथिल रूप से फैली हुई परत हो सकती है या एक घनी, ऊँची संरचना हो सकती है जिसमें छड़ें सिरे से सिरे तक और अगल-बगल एक साथ सटी हुई हों। ये सघन किनारा संरचनाएँ विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं क्योंकि ये सैकड़ों "हॉट स्पॉट" बनाती हैं जिनमें प्रकाश अत्यधिक तीव्र होता है। जब दाग पर लेज़र की दिशा निर्धारित की जाती है, तो इन क्षेत्रों में सोने की छड़ों से जुड़े रोडामाइन बी अणु, व्यक्तिगत रूप से उत्पन्न होने वाले प्रकाशीय संकेतों की तुलना में कहीं अधिक चमकीले प्रकाशीय संकेत उत्पन्न करते हैं।

 

चित्र 2. (बाएं और मध्य) अलग-अलग सांद्रता में अंगूठी के किनारे पर जमा सोने के नैनोरोड्स का कलाकार प्रभाव, (दाएं) सोने के नैनोरोड समाधान की बढ़ती सांद्रता में रोडामाइन की तीव्रता प्रोफ़ाइल का पता चला

सोने के नैनोरॉड्स की कम सांद्रता पर, रोडामाइन बी की केवल अपेक्षाकृत उच्च मात्रा का ही पता लगाया जा सका - जो लगभग एक गिलास पानी में डाई की एक बूंद के बराबर है। जैसे-जैसे नैनोरॉड की सांद्रता बढ़ती गई, पता लगाने की सीमा में तेज़ी से सुधार हुआ। सबसे सघन वलय जमाव के साथ, यह प्रणाली रोडामाइन बी का पता एक ट्रिलियन में एक भाग तक लगा सकी। उल्लेखनीय रूप से, नैनोरॉड सांद्रता में सौ गुना वृद्धि संवेदनशीलता में लगभग दस लाख गुना वृद्धि में परिवर्तित हो गई।

आरआरआई के शोधकर्ता ए. डब्ल्यू. ज़ैबूदीन ने कहा, "रोडामाइन बी जैसे डाई अणुओं को उनकी विषाक्तता के कारण खाद्य और सौंदर्य प्रसाधन जैसे उत्पादों में प्रतिबंधित किया गया है, लेकिन नियामकों को उनके अवैध उपयोग की निगरानी करने में चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जिसमें उत्पादों में कम मात्रा का उपयोग और पता लगाने वाले उपकरणों की उपलब्धता की कमी शामिल है।"

सॉफ्ट कंडेंस्ड मैटर के इंजीनियर बी, यतीन्द्रन के. एम. ने कहा, "एक बार जब ये रंग भोजन या जल निकायों में मिल जाते हैं, तो ये प्रति ट्रिलियन भागों जितनी कम सांद्रता तक तनु हो सकते हैं, जिससे पारंपरिक लक्षण वर्णन तकनीकों का उपयोग करके इनका पता लगाना मुश्किल हो जाता है। इसलिए, सतह-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (SERS) जैसी अधिक संवेदनशील पहचान विधि की आवश्यकता हो सकती है।"

व्यावहारिक रूप से, वैज्ञानिकों ने प्रदर्शित किया कि एक सरल, प्राकृतिक रूप से निर्मित पैटर्न का उपयोग करना संभव है, जो उसी घटना से उत्पन्न होता है जिससे मेज पर कॉफी के छल्ले बनते हैं, रासायनिक पहचान के लिए एक अत्यंत शक्तिशाली और सस्ती तकनीक में परिवर्तित हो सकता है।

"यह तकनीक सरल और लागत प्रभावी है। तरल की बूंद के वाष्पित होने के बाद, सूखा पैटर्न नैनोकणों को केंद्रित करता है, और बनने वाले हॉटस्पॉट हमें विषाक्त पदार्थों की पिकोमोलर मात्रा का भी पता लगाने की अनुमति देते हैं। यहाँ तक कि हाथ से पकड़े जाने वाले रमन स्पेक्ट्रोमीटर का भी इस तकनीक का उपयोग करके विषाक्त पदार्थों का पता लगाने के लिए संभावित रूप से उपयोग किया जा सकता है," आरआरआई में सॉफ्ट कंडेंस्ड मैटर की प्रोफेसर रंजिनी बंद्योपाध्याय ने कहा।

सामान्यतः, इस तकनीक का उपयोग हानिकारक पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए किया जा सकता है, और इसे बीमारी और पर्यावरणीय नुकसान को कम करने के लिए उन्नत तकनीक में बदला जा सकता है।

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