बायोसेंसर, या सिक्स्थ सेंस

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ( MIT, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ) के कर्मचारियों ने एक नए प्रकार के बायोसेंसर का प्रस्ताव किया है जो लचीला है और एक बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र है। माइक्रोफिबर्स बायोसेंसर के लिए आधार के रूप में कार्य करते हैं, एक प्रवाहकीय बहुलक उन पर जमा होता है, और बदले में, एविडिन प्रोटीन के अणुओं को बहुलक से जोड़ा जाता है। एडवांस्ड फंक्शनल मटेरियल (प्रभाव कारक 8.49) जर्नल में अंतिम गिरावट के साथ प्रकाशित एक लेख में, लेखकों ने कहा कि इस तरह के एक "तीन-परत" डिजाइन एक तरल में बायोटिन की सबसे छोटी सांद्रता पर कब्जा करने की अनुमति देता है - और यह 6 गुना तेजी से है अगर विश्लेषक अणु संलग्न थे समतल सतह। लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि एक समान बायोसेंसर संरचना का उपयोग अन्य बायोमॉलेक्यूलस की पहचान करने के लिए किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, खाद्य रोगजनकों।


यह सब किस लिए है?

"तुम मेरे कप से कोशिश करो"
फिल्म "इवान वासिलिविच ने अपना पेशा बदला"

बुनियादी विन्यास के व्यक्ति में 5 प्रकार की भावनाएँ होती हैं। यह एक विशाल नीचे ट्रैक करने के लिए या एक कृपाण-दांतेदार बाघ के पंजे के नीचे एक शाखा की कमी को सुनने के लिए पर्याप्त है। आज, एक शहरवासी केवल एक चिड़ियाघर में एक बाघ को देखता है, और अगर एक विशाल पाया जाता है, तो उसे पहले से ही सॉस में तैयार खाने के लिए परोसा जाएगा। खतरों को कुचल दिया गया - आकार में, लेकिन पैमाने में नहीं। आज लोग वायरस और बैक्टीरिया, विस्फोटक और दवाओं, विषाक्त पदार्थों और भारी धातुओं से डरते हैं। हर कोई यह जानना चाहेगा कि उसकी सूप प्लेट में पीरियड टेबल के कितने तत्व मौजूद थे या उस संदिग्ध दाढ़ी वाले की जेब में क्या था। "रासायनिक दृष्टि" वह है जो आज के अस्तित्व के लिए चल रहे संघर्ष में आधुनिक मनुष्य की कमी है।

बायोसेंसर को केवल सशर्त "रासायनिक दृष्टि" के अंग कहा जा सकता है। रासायनिक विश्लेषण के पारंपरिक तरीकों के विपरीत, बायोसेंसर बहुत सटीक नहीं हो सकते हैं (जैसे हमारी आंख उपकरण माप की तुलना में सटीक नहीं है), वे पूर्ण नहीं हो सकते हैं (जैसे हम उनकी सभी श्रेणियों में ध्वनि तरंगों को नहीं सुनते हैं)। लेकिन उन्हें तेज, सुविधाजनक और सस्ता होना चाहिए, क्योंकि हमारे पास जो मूल उपकरण हैं, वही है, और जो भी ऊपर है वह आपके पैसे के लिए खरीदना आवश्यक है।

यह कैसे काम करता है?

“1907 में, लीबिया के सैन्य बंदरगाह में अजीब नाविक दिखाई दिए। जागने, प्रार्थना करने और नाश्ता करने के बाद, वे सफेद चूहों के साथ पिंजरे लेकर बैरक से बाहर निकल गए। केवल दीक्षाओं को पता था कि पनडुब्बी अपने रहस्यमय जहाजों पर जा रही है। और उन्हें जानवरों के व्यवहार से डिब्बों में वायु प्रदूषण को निर्धारित करने के लिए चूहों की आवश्यकता होती है। आखिरकार, नाव ऑक्सीजन की आपूर्ति के साथ पानी में चली गई जो डिब्बों में निहित थी। और केवल। ”
"पानी के रसातल से: पनडुब्बी के संस्मरणों में घरेलू पनडुब्बी बेड़े के क्रॉनिकल", 1990

बायोसेंसर की कार्रवाई का सिद्धांत काफी सरल है। कल्पना करें कि हमें पानी या हवा में किसी पदार्थ का पता लगाने की आवश्यकता है, और हम स्पष्ट रूप से जानते हैं कि यह बहुत अधिक नहीं होना चाहिए। यही है, यह पदार्थ अलग-अलग अणुओं के रूप में पूरे खंड में बिखरा हुआ है, और उनमें से प्रत्येक की संरचना और स्थानिक ज्यामिति समान है। अणु के रूप में इस तरह की एक छोटी वस्तु को पकड़ने के लिए, आपको एक उपकरण की आवश्यकता होती है, जिसमें कोई लघु नहीं होता है - अर्थात, सबसे अधिक संभावना है, कुछ अन्य अणु। इस तरह के एक अणु को खोजने के लिए नंबर एक कार्य है । इसके अलावा, यदि सेंसर अणु लक्ष्य अणु के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो सिस्टम को एक संकेत देना होगा - इसके अलावा, एक संकेत जो आसानी से पता लगाया जा सकता है। एक ऐसी प्रणाली बनाना जो विश्लेषण की सबसे छोटी सांद्रता के लिए जितना संभव हो उतना संवेदनशील है, कार्य संख्या दो है।

पहला कार्य, सौभाग्य से, पहले से ही प्रकृति द्वारा हल किया गया है। हमारा शरीर (किसी भी स्तनधारी के शरीर की तरह) विदेशी अणुओं को पूरी तरह से पहचान सकता है - उदाहरण के लिए, प्रोटीन या शर्करा। इस मामले में थोक में सभी को एंटीजन कहा जाता है। उनकी उपस्थिति का मतलब आमतौर पर बैक्टीरिया या वायरल संक्रमण की शुरुआत है। उनके एंटीबॉडी को पहचानें, इम्युनोग्लोबुलिन के वर्ग के विशेष प्रोटीन अणु। भ्रूण के विकास के दौरान भी, मानव शरीर लगभग 10 हजार वेरिएंट बनाता है, जो चर भाग की संरचना में एक-दूसरे से थोड़ा अलग होता है, जिसकी तुलना एक पहेली के टुकड़े से की जा सकती है। इम्युनोग्लोबुलिन लगातार रक्त में घूमते हैं, इस तरह के एंटीजन अणु की प्रतीक्षा कर रहे हैं जो उनके चर भाग में फिट होंगे, क्योंकि एक पहेली तत्व दूसरे पर फिट बैठता है। फिर यह एंटीबॉडी प्रतिरक्षा प्रणाली को एक संकेत देता है और प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं के एक जटिल और लंबे कैस्केड को लॉन्च करता है, जिसके परिणामस्वरूप शरीर में प्रतिक्रियाशील एंटीबॉडी की कई प्रतियां दिखाई देती हैं।

एक अधिक व्यावहारिक अनुप्रयोग में, इसका मतलब है कि हमारे लिए ब्याज के पदार्थ को एक माउस या खरगोश में इंजेक्ट किया जा सकता है, और थोड़ी देर बाद उनके रक्त में कई एंटीबॉडी दिखाई देंगे - विशिष्ट अणु जो हमेशा चुनिंदा रूप से इस पदार्थ के अणुओं के लिए बाध्य होंगे। ठीक है, आप जानवर को यातना नहीं दे सकते हैं, और यह सब इन विट्रो में किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, मोनोक्लेरी एंटीबॉडी की तकनीक का उपयोग करके।

दूसरी समस्या पहले से ही इंजीनियरों द्वारा हल की गई है, और यहां कई संभावित तरीके हैं। एक स्पष्ट तरीका इन उद्देश्यों के लिए बिजली को अनुकूलित करना है। केमोरसिस्टिव बायोसेंसर प्रतिरोध में बदलाव का जवाब देते हैं जो तब होता है जब किसी विश्लेषक का एक अणु बायोसैक्टर से जुड़ा होता है। इस तरह के उपकरणों में कई महत्वपूर्ण फायदे हैं: वे जल्दी और चुनिंदा रूप से प्रतिक्रिया करते हैं, सस्ती, पोर्टेबल और विश्वसनीय हैं। ऐसे सेंसरों में एक कंडक्टर के रूप में विद्युत प्रवाहकीय पॉलिमर का उपयोग करना सुविधाजनक है। वे अपने यांत्रिक गुणों (लचीले, लेकिन टिकाऊ) में अच्छे हैं, वे सस्ती हैं और इसके अलावा, विश्लेषक अणुओं को रासायनिक रूप से उनके साथ जोड़ा जा सकता है। चित्र 1 इस प्रकार के सेंसर का एक योजनाबद्ध आरेख दिखाता है।



इस तरह की सामग्री की संवेदनशीलता को सबसे बड़ी संभव सतह के साथ समाप्त करके बढ़ाया जा सकता है, और फिर अधिक विश्लेषक अणु उस पर फिट होंगे। इस पथ के साथ संभावित विकल्पों में से एक है "संवाहक पॉलिमर" - "रिबन", "छड़", "थ्रेड्स" के नैनोस्ट्रक्चर। यह आधुनिक है, लेकिन तकनीकी रूप से कठिन है, और इसलिए महंगा है। इस लेख में, एक सरल तरीका प्रस्तावित किया गया है - गैर-प्रवाहकीय सामग्री के फाइबर बनाने के लिए "इलेक्ट्रोसपिनिंग" (ई-स्पून) की तकनीक का उपयोग करके, और फिर इसे विद्युत प्रवाहकीय बहुलक के साथ कवर करें। और पहले से ही सक्रिय समूहों के माध्यम से बहुलक अणु को "संलग्न" करें - लगभग चित्रा 2 में दिखाया गया है। फिर, "लक्ष्य - लक्ष्य" बंधन के गठन पर, प्रवाहकीय बहुलक का प्रतिरोध बदल जाएगा, और यह एक विशेष रूप से प्रशिक्षित डिवाइस के साथ तय किया जा सकता है। PROFIT, जैसा कि वे कुछ साइटों पर इस मामले में कहते हैं



नतीजतन, डिवाइस कुछ इस तरह दिखता है:



इससे क्या हो सकता है?

"आप झूठ बोल रहे हैं, नाटो का चेहरा, एक सैनिक रुतबागा के दो बैग नहीं खा सकता है!"
दाढ़ी वाला मजाक।

शोधकर्ताओं ने एक संवेदक के रूप में एविडिन प्रोटीन अणु, और संकेत के रूप में बायोटिन अणुओं का उपयोग किया। बायोटिन, हमारे बीच, एक विटामिन बी समूह है और काफी आम है: न केवल यह लगभग सभी खाद्य पदार्थों में पाया जाता है, हमारे आंतों के माइक्रोफ्लोरा भी इस यौगिक के साथ शरीर को खिलाते हैं। इसलिए, भोजन में बायोटिन की मात्रा का निर्धारण एक बहुत ही अव्यवहारिक मामला है। लेकिन बायोटिन-एविडिन मॉडल सुविधाजनक है, क्योंकि इन पदार्थों का एक-दूसरे के लिए बहुत उच्च संबंध है। एविडिन प्रोटीन एक चिकन अंडे में पाया गया था, और इसके सम्मान में इसका नाम भी दिया गया था: लैटिन से अनुवाद में ओवो - एक अंडा। यह प्रोटीन अंडे की सामग्री को बैक्टीरिया से बचाने वाली लाइनों में से एक है। यह बहुत ही चुनिंदा विटामिन बायोटिन को बांधता है, बैक्टीरिया को भुखमरी आहार पर छोड़ देता है। नतीजतन, बैक्टीरिया बढ़ने और गुणा करने की अपनी क्षमता खो देते हैं।

इसलिए, लेखक जोर देते हैं कि उनकी प्रणाली केवल एक मॉडल है, जिस पर उन्होंने इस प्रकार के बायोसेंसर की वास्तुकला पर काम किया। व्यावहारिक उपयोग के लिए, एविडिन को अन्य सेंसर अणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा, जाहिर है कि एंटीबॉडी जो हमने पहले ही उल्लेख किया है।

दिलचस्प बात यह है कि इस काम को यूएस आर्मी ने इंस्टीट्यूट ऑफ मिलिट्री नैनो टेक्नोलॉजी ( यूएस आर्मी, इंस्टीट्यूट ऑफ सोल्जर नैनोटेक्नोलॉजी) के जरिए सपोर्ट किया था। शायद बहुत जल्द, इस तरह के या समान निर्माणों की मदद से, सख्त अमेरिकी सार्जेंट सेवा दोपहर के भोजन की गुणवत्ता को नियंत्रित करेंगे। आधुनिक तकनीक शब्द के सबसे शाब्दिक अर्थ में, मार्च पर है।