एक सदी से अधिक समय पहले, एक 26 वर्षीय अल्बर्ट आइंस्टीन ने ब्राउनियन मोशन को उनके चार पत्रों में से एक में बताया था। अन्नसचमत्कारी वर्ष, कहा जाता है क्योंकि इन पत्रों ने उसे प्रसिद्धि के लिए गोली मार दी। ब्राउनियन गति एक तरल पदार्थ में छोटे कणों की यादृच्छिक घबराना है, क्योंकि वे लगातार अपने चारों ओर अणुओं से टकरा रहे हैं।
अब, कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (CALTECH) के वैज्ञानिकों ने एक सफलता इमेजिंग तकनीक विकसित की है जो इन आणविक गतियों के वास्तविक समय के फिल्मांकन को सक्षम करती है। उनके निष्कर्ष प्रकाशित किए गए थे में प्रकृति संचार।
‘असली अनुभव’
परंपरागत माइक्रोस्कोप आक्रामक हैं और देखने के सीमित क्षेत्र हैं। अन्य सूक्ष्मदर्शी अभी भी व्यक्तिगत अणुओं को अलग नहीं कर सकते हैं, जो आकार में दसियों एंगस्ट्रॉम के आसपास हैं (1 एंगस्ट्रॉम = 0.0000000001 मीटर)। तुलना करने के लिए, एक मानव बाल लगभग एक मिलियन एंगस्ट्रॉम मोटा है।
कैलटेक टीम ने अब प्रकाश के साथ अपनी बातचीत का अवलोकन करके अप्रत्यक्ष रूप से अणुओं का पता लगाने का एक तरीका ढूंढ लिया है। उनकी तकनीक भी कणों की ब्राउनियन गति में टैप करती है।
डिवाइस का उपयोग करके उन्होंने बताया कि वे दसियों एंगस्ट्रॉम को देख सकते हैं। योगेश्वर नाथ मिश्रा, जो कि कैलटेक के जेट प्रोपल्सन लेबोरेटरी में अध्ययन का नेतृत्व करते हैं, ने कहा, “एंगस्ट्रॉम स्केल में वास्तविक समय में आणविक आकारों की कल्पना करने के लिए यह एक वास्तविक अनुभव था,” जब कैलटेक के जेट प्रोपल्सन लेबोरेटरी में अध्ययन किया गया था और जो अब आईआईटी-जोधपुर में सहायक प्रोफेसर हैं, ने कहा।
“इससे भी अधिक उल्लेखनीय यह अहसास था कि कोई भी मौजूदा तकनीक इस स्तर के विस्तार को प्राप्त नहीं कर सकती है।”
गति की जरूरत
अधिक बड़े पैमाने पर एक कण, इसकी ब्राउनियन गति को धीमा कर देता है। “[It] यह देखने जैसा है कि प्रकाश द्वारा नग्न होने के बाद एक कताई ऑब्जेक्ट ट्विस्ट कितना ट्विस्ट करता है। छोटे अणु तेजी से स्पिन करते हैं और प्रकाश को अधिक हाथापाई करते हैं। बड़े अणु धीरे -धीरे स्पिन करते हैं और इसे संरेखित करते हैं, “कैलटेक ऑप्टिकल इमेजिंग प्रयोगशाला के निदेशक और अध्ययन की देखरेख करने वाले लिहोंग वांग ने कहा।
इसलिए यह मापने से कि अणु कितनी तेजी से प्रकाश के गुणों को बदलता है, वे इसके आकार को निर्धारित कर सकते हैं।
कैलटेक से मिस्र-अमेरिकी रसायनज्ञ अहमद ज़ावेल सुपर-शॉर्ट टाइम स्केल पर कण गति को मापने वाले पहले व्यक्ति थे। इस काम ने उनकी टीम को रासायनिक प्रतिक्रियाओं का निरीक्षण करने की अनुमति दी क्योंकि वे पहली बार हुए थे। उन्हें सम्मानित किया गया 1999 में रसायन विज्ञान के लिए नोबेल पुरस्कार।
“जबकि पारंपरिक तकनीकें अक्सर समय लेने वाली बिंदु-दर-बिंदु स्कैनिंग पर भरोसा करती हैं, हमारा दृष्टिकोण एक ही शॉट में दृश्य को पकड़ लेता है,” वांग ने कहा। “हमने प्रति सेकंड सैकड़ों अरबों फ्रेमों की इमेजिंग गति भी हासिल की, जिससे अभूतपूर्व धीमी गति में आणविक बातचीत का निरीक्षण करना संभव हो गया।”
इस प्रकार डिवाइस दुनिया का सबसे तेज सिंगल-शॉट माइक्रोस्कोप है।
“अंत में, इसके विपरीत [traditional methods] जिसमें व्यापक नमूना तैयार करने की आवश्यकता होती है और अक्सर नमूने को नुकसान पहुंचाता है, हमारी विधि गैर-घुसपैठ है, प्रत्यक्ष, प्रत्यक्ष, बगल में माप, ”वांग ने कहा।
“इस माइक्रोस्कोप की कुछ सबसे रोमांचक विशेषताओं में इसकी विस्तृत-क्षेत्र इमेजिंग क्षमता शामिल है, जो कुछ वर्ग सेंटीमीटर की एक छवि क्षेत्र की पेशकश करती है, पारंपरिक सूक्ष्मदर्शी से बड़ा परिमाण का एक क्रम,” प्रति मिश्रा। “हमारे ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, हमारा काम एकल-शॉट 2 डी आणविक आकार के करतब को प्राप्त करने वाला पहला है।”
खेल खेलना
उन्होंने फ्लोरेसिन-डेक्सट्रान नामक एक अणु का उपयोग करके अपने माइक्रोस्कोप का परीक्षण किया। फ्लोरेसिन एक खाद्य रंग रंग डाई है। फ्लोरेसिन-डेक्सट्रान का उपयोग रक्त प्रवाह, दवा वितरण और ऊतक और सेल लेबलिंग की निगरानी के लिए किया जाता है। ये फ्लोरोसेंट अणु पाउडर के रूप में आते हैं। वैज्ञानिकों ने उन्हें पानी के साथ मिश्रित किया और इन नमूनों की बूंदों को क्यूवेट्स में डालने के लिए साफ पिपेट का इस्तेमाल किया (तरल नमूनों को रखने के लिए स्पष्ट, छोटा, आयताकार ट्यूब)।
फ्लोरसिन पाउडर लगभग 15 सेकंड के बाद एक विशिष्ट ब्लैकलाइट के नीचे एक चमकीले हरे रंग के नल के घोल में गिरा दिया गया। | फोटो क्रेडिट: ब्रिक्सनाइट (सीसी द्वारा)
फिर वे एक लेजर से अल्ट्रैशोर्ट दालों की ओर मुड़ गए। ये लेज़र लसिक और मोतियाबिंद सर्जरी में इस्तेमाल किए गए लोगों के विपरीत नहीं हैं। लेजर शीट क्यूवेट में नमूने के माध्यम से स्लाइस करता है। जैसा कि यह करता है, नमूना प्रकाश का उत्सर्जन करता है जो एक डिजिटल माइक्रोमायर डिवाइस (डीएमडी) बनाने वाले छोटे वर्ग दर्पणों की एक सरणी पर आता है।
DMD का काम लाइट बीम को आकार देना है। शोधकर्ता इनपुट छवि में संबंधित पिक्सेल के आधार पर इस प्रकाश-पार-समय में प्रत्येक व्यक्तिगत दर्पण को झुकाने के लिए सॉफ्टवेयर कोड का उपयोग करते हैं।
“कल्पना कीजिए कि आप एक पहेली को हल करने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन सभी टुकड़े होने के बजाय, आपके पास केवल उनमें से कुछ हैं – और आश्चर्यजनक रूप से, आप अभी भी यह पता लगा सकते हैं कि पूरी तस्वीर कैसी दिखती है,” वांग ने कहा।
यह विचार टीम की तकनीक को रेखांकित करता है, जो बहुत कम मापों से पूरी तस्वीर को फिर से संगठित कर सकता है बशर्ते कि संरचना दोहराव है। DMD क्षणिक दृश्य को एक यादृच्छिक आरा पैटर्न में परिवर्तित करता है जिससे शोधकर्ता पूर्ण चित्र के बारे में जानकारी निकाल सकते हैं।
प्रकाश अंत में एक लकीर ट्यूब से होकर गुजरता है जो फोटॉन को प्रकाश में इलेक्ट्रॉनों में परिवर्तित करता है। एक फॉस्फोर स्क्रीन इन इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करती है क्योंकि वे उस पर स्वीप करते हैं और लकीरों का एक पैटर्न बनाते हैं। स्ट्रीक पैटर्न पल्स अवधि को प्रकट करता है जिससे वैज्ञानिक अणुओं के आकार का अनुमान लगा सकते हैं।
अणुओं का पहनावा
“यह काम का एक दिलचस्प टुकड़ा है। इस काम में कुंजी नैनोसेकंड में गतिशीलता का पता लगाने के लिए स्ट्रीक कैमरे का उपयोग है। यह अणुओं के वास्तविक जीवनकाल के भीतर है और धीमी डिटेक्टरों या फोटोडेटेक्टर्स के साथ संभव नहीं होगा,” बासुदेव रॉय, आईआईटी मद्रास में एक एसोसिएट प्रोफेसर, जो हाल ही में अध्ययन में काम करता है।
पिछले अनुमानों के साथ उनकी तकनीक का उपयोग करके मापा गया अणुओं का आकार। “यह अभी भी एक पता लगाने वाले क्षेत्र के अंदर अणुओं का एक पहनावा देखता है – यह अभी भी अभी भी एक भी अणु नहीं देखता है। लेकिन गतिशीलता रासायनिक रचनाओं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का संकेत देती है,” रॉय ने कहा।
“आश्चर्यजनक रूप से, हमें पता चला कि तकनीक भी गैस चरणों में काम करती है। … शुरू में, हमने मान लिया कि यह लागू करना चुनौतीपूर्ण होगा [it] अशांत वातावरण में, जैसे कि एक लौ के भीतर, ”अध्ययन के सह-लीड पेंग वांग ने कहा।
टीम ने माइक्रोस्कोप के माध्यम से आग की लपटों में काले कार्बन नैनोकणों का अवलोकन किया। “गैस चरण में हमारा डेटा उत्कृष्ट रूप से काम करने के लिए निकला और अणु आकार मैच … प्रयोगात्मक अवलोकन अच्छी तरह से,” पेंग ने कहा।
यह नई इमेजिंग तकनीक बेहतर प्रक्रियाओं की कल्पना करने और बायोमेडिकल रिसर्च, रोग का पता लगाने, दवा डिजाइन और नैनोमैटेरियल फैब्रिकेशन को बदलने में मदद कर सकती है।
अन्नती अशर एक स्वतंत्र विज्ञान पत्रकार हैं।
