एक जाने-माने सेल्फ-असेंबलिंग बैक्टीरियल शेल प्रोटीन की नई खोजी गई सेमीकंडक्टर प्रॉपर्टी सुरक्षित, पर्यावरण के अनुकूल इलेक्ट्रॉनिक्स का रास्ता खोल सकती है - मोबाइल फोन और स्मार्ट घड़ियों से लेकर चिकित्‍सा उपकरणों और पर्यावरण संबंधी सेंसर तक।

सिलिकॉन जैसे पारंपरिक सेमीकंडक्टर मैटीरियल कीमती टेक्नोलॉजिकल टूल हैं, लेकिन उनकी कुछ सीमाएँ हैं। वे कठोर होते हैं, उन्हें हाई-एनर्जी प्रोसेसिंग की ज़रूरत होती है, और वे इलेक्ट्रॉनिक कचरे की बढ़ती समस्या में योगदान करते हैं। इसलिए, टिकाऊ, मुलायम और बायोकम्पैटिबल इलेक्ट्रॉनिक्स (पहनने योग्य, इम्प्लांटेबल, ग्रीन सेंसर) की मांग बढ़ रही है।

डिपार्टमेंट ऑफ़ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (डीएसटी) के एक स्‍वायत्‍तशासी इंस्टीट्यूट, इंस्टीट्यूट ऑफ़ नैनो साइंस एंड टेक्नोलॉजी (आईएनएसटी), मोहाली के वैज्ञानिकों की एक टीम सेल्फ-असेंबलिंग बैक्टीरियल शेल प्रोटीन पर प्रयोग कर रही थी। उन्होंने यह पता लगाने की कोशिश की कि क्या वे प्रोटीन जो नैचुरली स्टेबल, बड़ी फ्लैट 2डी शीट्स बनाते हैं जिनमें बिल्ट-इन इलेक्ट्रॉन डेंसिटी पैटर्न और एरोमैटिक रेसिड्यू होते हैं, वे खुद से फोटोएक्टिव हो सकते हैं।

डॉ. शर्मिष्ठा सिन्हा के नेतृत्व में एक रिसर्च टीम ने, जिसमें स्टूडेंट रिसर्चर सुश्री सिल्की बेदी और श्री एस. एम. रोज़ शामिल थे, पाया कि जब प्रोटीन फ्लैट, शीट जैसी फिल्में बनाते हैं, तो वे यूवी लाइट को एब्जॉर्ब करते हैं और बिना किसी अतिरिक्त डाई, मेटल या बाहरी पावर के इलेक्ट्रिकल करंट पैदा करते हैं और लाइट से चलने वाले, स्केफोल्ड-फ्री सेमीकंडक्टर के रूप में काम करते हैं, ठीक वैसे ही जैसे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट और सेंसर में इस्तेमाल होने वाले मटेरियल।

अनुसंधानकर्ताओं ने पाया कि ये प्रोटीन नैचुरली खुद को पतले, शीट जैसी संरचनाओं में व्यवस्थित कर लेते हैं। जब उन पर यूवी लाइट पड़ती है, तो छोटे इलेक्ट्रिकल चार्ज प्रोटीन की सतह पर घूमने लगते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि प्रोटीन में टायरोसिन होता है, जो एक नेचुरल अमीनो एसिड है जो लाइट से एक्साइटेड होने पर इलेक्ट्रॉन छोड़ सकता है। जैसे ही ये इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन घूमते हैं, प्रोटीन शीट एक इलेक्ट्रिकल सिग्नल पैदा करती है - ठीक वैसे ही जैसे एक छोटा सोलर सेल काम करता है। यह लाइट से चलने वाला प्रभाव प्रोटीन के अंदरूनी क्रम पर निर्भर करता है और इसके लिए किसी सिंथेटिक एडिटिव या हाई-टेंपरेचर मैन्युफैक्चरिंग की ज़रूरत नहीं होती है।

चित्र: अगली पीढ़ी के बायो-इलेक्ट्रॉनिक मैटीरियल के लिए सेमीकंडक्टिंग और फोटोरेस्पॉन्सिव गुणों वाली सेल्फ-असेम्बल्ड शेल प्रोटीन शीट

इस खोज से असल दुनिया के इस्तेमाल के लिए रोमांचक संभावनाएं खुलती हैं। क्योंकि यह मटीरियल लचीला और शरीर के लिए सुरक्षित है, इसलिए इसका इस्तेमाल पहनने योग्य हेल्थ मॉनिटर, त्वचा के लिए सुरक्षित यूवी-डिटेक्शन पैच और इम्प्लांटेबल मेडिकल सेंसर बनाने के लिए किया जा सकता है जो मानव शरीर के अंदर सुरक्षित रूप से काम करते हैं। इसका इस्तेमाल अस्थायी या डिस्पोजेबल एनवायरनमेंटल सेंसर में भी किया जा सकता है, जैसे कि प्रदूषण डिटेक्टर या सूरज की रोशनी ट्रैकर्स, जो इस्तेमाल के बाद पर्यावरण को नुकसान पहुंचाए बिना स्वाभाविक रूप से टूट जाते हैं। परिवार, मरीज़ और उपभोक्ता एक दिन नरम, आरामदायक और पर्यावरण के प्रति ज़िम्मेदार उपकरणों से लाभ उठा सकते हैं जो रोज़मर्रा की ज़िंदगी में आसानी से घुल-मिल जाते हैं।

इस समझ तक पहुंचने के लिए, आईएनएसटी टीम ने जांच की कि प्रोटीन कैसे इकट्ठा होते हैं, वे रोशनी में कैसा व्यवहार करते हैं, और बिजली उनमें कैसे प्रवाहित होती है। उन्नत माइक्रोस्कोप और सटीक रूप से नियंत्रित इलेक्ट्रिकल परीक्षणों का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि यह सेमीकंडक्टर जैसा व्यवहार प्रोटीन की व्यवस्थित संरचना और प्रोटीन के केंद्रीय क्षेत्र में टायरोसिन अवशेषों के विशेष अभिविन्यास पर निर्भर करता है। टायरोसिन वाले बिना मुड़े या अव्यवस्थित प्रोटीन के साथ परिणामों की तुलना करके, टीम ने दिखाया कि यह प्रभाव स्वाभाविक रूप से व्यवस्थित प्रोटीन शीट के लिए अद्वितीय है।

रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री के जर्नल केमिकल साइंस में प्रकाशित यह अध्ययन बायो-प्रेरित इलेक्ट्रॉनिक्स की दिशा में एक आशाजनक कदम है, जहां प्रकृति में पाए जाने वाले सरल तंत्रों से सीधे सीखकर सामग्री डिज़ाइन की जाती है। ऐसी सामग्री इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकियों की एक नई पीढ़ी को जन्म दे सकती है जो न केवल कार्यात्मक और कुशल हैं, बल्कि टिकाऊ, सुरक्षित और लोगों और ग्रह दोनों की ज़रूरतों के अनुरूप भी हैं।

यह प्रकाश-संवेदनशील सामग्री बनाने के लिए एक आनुवंशिक रूप से जैविकीय कार्य प्रणाली को नियंत्रित करने योग्य, कम ऊर्जा वाला मार्ग प्रदान कर सकता है जो कम लागत वाले डिटेक्टरों, बायोकम्पैटिबल सेंसर और सुरक्षित कम आक्रामक इम्प्लांटेबल उपकरणों के लिए उपयोगी हैं।

प्रकाशन सम्‍पर्क: DOI: 10.1039/D5SC05716G

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पीके/केसी/केपी/एसएस

 

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