हाल ही में विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग के तहत स्वायत्त संस्थान, ‘अगरकर अनुसंधान संस्थान’, पुणे के शोधकत्र्ताओं ने क्वांटम कुशल तथा जैव-अनुकूल क्वांटम डाट्स के संश्लेषण के लिये एक नई प्रक्रिया विकसित की है। शोधकत्र्ताओं द्वारा विकसित इस नई प्रक्रिया को ‘एडवांसेज इन कोलाइड एंड इंटरफेस साइंस’ नामक जर्नल में प्रकाशित किया गया है।

इस प्रक्रिया का उपयोग विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम में दृश्य तरंगदैध्र्य का प्रयोग करते हुए कोशिकांगों (Cellular Organelles) तथा उनमें होने वाली गतिविधियों की तस्वीरें लेने में किया जाता है। प्रक्रिया में एक निरंतर प्रवाह शामिल है तथा एक सक्रिय माइक्रोरिएक्टर की सहायता से इस प्रवाह की निरंतरता को बनाए रखा जाता है।

वर्तमान समय में जैव-प्रतिबिंबन (Bio Imaging) अनुप्रयोगों जैसे- कोशिकीय अंगों का दृश्य, कोशिकीय प्रक्रियाओं पर नज़र रखना इत्यादि पारंपरिक फ्लूरोफोर/फ्लोरोफोरे (Fluorophore) पर निर्भर है।

फ्लूरोफोर/फ्लोरोफोरे प्रतिदीप्त रासायनिक यौगिक हैं जो उत्तेजित होने पर फिर से प्रकाश उत्सर्जित कर सकते हैं। ये फ्लोरोफोरे फोटोब्लीचिंग से कमज़ोर या ख़राब हो जाते हैं, इनकी संकेत तीव्रता कम होती है और इनका अतिव्यापी वर्णक्रम/स्पेक्ट्रा इनके उपयोग (विशेष रूप से मल्टीस्पेक्ट्रल बायोइमेजिंग में) को सीमित करता है।

क्वांटम दक्षता, प्रकाश और रासायनिक स्थिरता के संदर्भ में पारंपरिक फ्लोरोफोरे की तुलना में क्वांटम डाट्स के विशेष लाभ हैं। साथ ही एक सरफेस कोटिंग द्वारा इनकी विषाक्तता से भी निपटा जा सकता है। यह मल्टीस्पेक्ट्रल बायोइमेजिंग के दौरान विभिन्न अंगों को लक्षित करते हुए विभिन्न जैव-सूचकों (Biomarker) के संयुग्मन की संभावना को बढ़ाता है।

जैवसूचक/बायोमार्कर प्रमुख आणविक या कोशिकीय घटनाएँ हैं, जो किसी विशिष्ट पर्यावरणीय आवरण को स्वास्थ्य के लक्षणों से जोड़ती हैं। क्वांटम डाट्स (QDs)- क्वांटम डाट्स मानव निर्मित नैनोस्केल क्रिस्टल हैं, जो इलेक्ट्रानों का एक स्थान से दूसरे स्थान पर संचरण करते हैं। क्वांटम डाट्स कृत्रिम नैनो संरचनाएँ हैं। जब पराबैंगनी प्रकाश इन अर्द्धचालक नैनो-कणों से टकराता है, तो इनके द्वारा विभिन्न रंगों के प्रकाश का उत्सर्जन किया जाता हैं। एकल अणु के स्तर पर ये कोशिकीय प्रक्रियाओं का अध्ययन करने में सक्षम हैं तथा कैंसर जैसे रोगों के निदान और उपचार में सहायक हो सकते हैं।

संश्लेषित क्वांटम डाट्स की विषेशता

संश्लेषित क्वांटम डाट्स पर सिलिकान की कोटिंग कर उन्हें जैव-अनुकूल बनाया गया है। संश्लेषित क्वांटम डाट्स द्वारा क्वांटम दक्षता और फोटोस्टेबिलिटी क्षमता को भी बढ़ाया गया है। साथ ही मल्टीस्पेक्ट्रल बायोइमेजिंग के लिये इनका उपयोग सफलतापूर्वक किया जा सकता है। क्वांटम डाट्स एक प्रकार की सामग्री है जिसका आकार 2-10 नैनोमीटर सिंथेटिक क्रिस्टल से लेकर शून्य-आयाम तक होता है, और ये विशिष्ट इलेक्ट्रानिक और आप्टिकल गुण प्रदर्शित करने में सक्षम होते हैं। इसकी खोज सबसे पहले 1981 में रूसी वैज्ञानिक एलेक्सी एकिमोव ने की थी।

क्वांटम डाट्स QDs और बल्क मटीरियल के बीच अंतर

क्वांटम डाट्स QDs अपने आकार-निर्भर ऊर्जा बैंड गैप के आधार पर बल्क मटीरियल से भिन्न होते हैं। बल्क मटीरियल में, बैंड गैप स्वयं मटीरियल का एक गुण होता है और आकार के साथ नहीं बदलता है। बैंड गैप QDs के आकार के व्युत्क्रमानुपाती होता है। क्वांटम डाट्स (QDs) का आयतन महत्वपूर्ण है क्योंकि यह क्वांटम कारावास घटना की तीव्रता को निर्धारित करता है। छोटे क्वांटम डाट QDs मजबूत क्वांटम पैदावार प्रदर्शित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनके बड़े समकक्षों की तुलना में उच्च ऊर्जा स्तर होता है।

विकास प्रक्रिया के दौरान QDsआकार को नियंत्रित करना उपकरणों की उन्नति और नवाचार में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो विभिन्न अनुप्रयोगों में योगदान देता है। यह आकार-निर्भर बैंड गैप ट्यून करने योग्य अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के साथ आप्टिकल गुणों की एक विस्तृत श्रृंखला की ओर ले जाता है। क्वांटम डाट फक्े के प्रकार और गुण उनकी रासायनिक संरचना और वास्तुकला के आधार पर, क्वांटम डाट फक्े को विभिन्न प्रकारों जैसे कोर प्रकार, कोर-शेल और मिश्र धातु क्वांटम डाट्स में वर्गीकृत किया जा सकता है।

इन क्वांटम डाट QDs में यूवी विकिरण के तहत तरंग दैध्र्य (प्रकाश) के एक व्यापक स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करने की क्षमता है। जब एक क्वांटम डाट QDs विकिरणित होता है, तो बड़ी संख्या में इलेक्ट्रान सक्रिय हो जाते हैं और इसके परमाणुओं से बाहर निकल जाते हैं, जिससे एक चालन बैंड बनता है, जहां इलेक्ट्रानों को सामग्री के माध्यम से जाने की अनुमति मिलती है। यदि ये इलेक्ट्रान वैलेंस बैंड में लौटते हैं, तो वे प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, और प्रकाश की तरंग दैध्र्य वैलेंस बैंड और चालन बैंड के बीच ऊर्जा अंतर पर निर्भर करती है।

क्वांटम डाट QDs की अर्धचालक प्रकृति तीन स्थानिक आयामों में इलेक्ट्रानों के बंधन के लिए जिम्मेदार है, जो हजारों परमाणु होने के बावजूद एकल क्वांटम कणों की तरह व्यवहार करते हैं। क्वांटम डाट QDs की यह संपत्ति ट्रांजिस्टर, सौर सेल और थर्मो-इलेक्ट्रिक उपकरणों के विकास की सुविधा प्रदान करती है। तैयारी और अनुप्रयोग क्वांटम डसट QDs के संश्लेषण के लिए चुने गए कच्चे माल की प्रकृति के आधार पर, ऊपर से नीचे या नीचे से ऊपर की विधियों का उपयोग किया जाता है। क्यूडी का उच्च विलुप्त होने का गुणांक ठोस-राज्य प्रकाश प्रणालियों, फोटो-डिटेक्टरों, प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी), डिस्प्ले डिवाइस, फ्लोरोसेंट जैविक लेबलिंग, कंपोजिट और मेडिकल इमेजिंग के निर्माण के लिए असाधारण आप्टिकल व्यवहार प्रदान करता है। इसके अलावा, इसका उपयोग दवा वितरण, कैंसर थेरेपी और लक्षित आणविक थेरेपी में भी किया जा सकता है।

प्रदर्शन उपकरण क्वांटम डाट्स (क्यूडी) प्रकाश उत्सर्जक उपकरणों के उत्पादन में अनुप्रयोग पाते हैं, और इसके अलावा, वे प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) की दक्षता बढ़ाने में योगदान करते हैं, जिससे ‘‘क्वांटम डाट प्रकाश उत्सर्जक“ की अभिनव अवधारणा को जन्म मिला।। ये क्वांटम डाट, फक्े डायोड“ -आधारित (स्म्क्) उल्लेखनीय रूप से अच्छा और सटीक रंग प्रतिपादन प्रदर्शित करते हैं। तकनीकी दृष्टिकोण से, क्यूडी का एक प्रदर्शन कई साल पहले सफलतापूर्वक किया गया था, जिसमें दृश्य और निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रा में जीवंत उत्सर्जन के साथ सराहनीय प्रदर्शन दिखाया गया था। पारंपरिक डिस्प्ले की तुलना में, आधुनिक डिस्प्ले उच्च कंट्रास्ट अनुपात और चमक प्रदान करते हैं, कम बिजली की खपत करते हैं, उच्च रिजाल्यूशन वाले होते हैं और अत्यधिक इमर्सिव हाई-डायनामिक रेंज (एचडीआर) अनुभव प्रदान करते हैं। इसलिए, फक्े का उपयोग डिस्प्ले डिवाइसों में तेजी से किया जा रहा है।

क्वांटम डाट QDs का संकीर्ण उत्सर्जन स्पेक्ट्रम और व्यापक उत्तेजना प्रोफाइल उन्हें दृश्य स्पेक्ट्रम के भीतर प्रकाश को किसी भी रंग में परिवर्तित करने में अधिक कुशल बनाता है। बायोमेडिकल अनुप्रयोग उच्च चमक, संकीर्ण उत्सर्जन, कम विषाक्तता (सामग्री संरचना के आधार पर), और क्यूडी की जैव-अनुकूलता उन्हें जैव-इमेजिंग, निदान और जैव-संवेदन अनुप्रयोगों के लिए एक आदर्श उम्मीदवार बनाती है। उदाहरण के लिए, रेशेदार फास्फोरस फक्े को मानव एडेनोकार्सिनोमा बायोइमेजिंग के लिए फ्लोरोसेंट लेबल के रूप में प्रदर्शित किया गया था, कम गैर-विशिष्ट बंधन और संभावित जैव-संयुग्मन के साथ CuInS2@ZnS QDs को सेल इमेजिंग के लिए मार्कर के रूप में प्रदर्शित किया गया था।

इसके अलावा, क्यूडी की दवा वितरण प्रणालियों में कई आकर्षक विशेषताएं हैं, जिनमें निर्माण में आसानी, विभिन्न दवाओं के साथ संयोजन करने की क्षमता, ट्यून किए गए भौतिक रासायनिक गुण और आकर्षक आप्टिकल गुण शामिल हैं, जो उन्हें मानव शरीर में पता लगाने योग्य दवा वितरण और प्रशासन के लिए उपयुक्त बनाते हैं। उत्तरार्द्ध को आसानी से देखा जा सकता है। स्वास्थ्य जोखिमों और सुरक्षा पहलुओं के अलावा, क्वांटम डाट्स का छोटा आकार मानव कोशिकाओं में प्रवेश करने की उनकी क्षमता के बारे में चिंता पैदा करता है।

इन कणों के नैनोस्केल आयाम उन्हें सेलुलर स्तर पर जैविक प्रणालियों के साथ बातचीत करने में सक्षम बनाते हैं। हालांकि यह दवा वितरण और सेलुलर

इमेजिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद है, लेकिन कृत्रिम क्वांटम डाट्स के संचालन और उत्पादन में शामिल लोगों की बढ़ती संख्या को देखते हुए, मानव स्वास्थ्य पर उनके संभावित प्रभाव की पूरी समझ की भी आवश्यकता है। साथ ही व्यावसायिक जोखिम का सामना करना पड़ सकता है। उचित सुरक्षा उपायों सहित क्वांटम डाट कार्यान्वयन में समस्याएं है। क्वांटम डाट्स के संश्लेषण के दौरान कुछ आवश्यक/ महत्वपूर्ण गुणों को पुनः प्राप्त करना एक चुनौतीपूर्ण कार्य है। व्यावसायिक दृष्टिकोण से, इसका उपयोग पारंपरिक फ्लोरोफोरस जितना संभव नहीं है, क्योंकि क्वांटम डाट्स सिंथेटिक नैनोस्ट्रक्चर हैं। जब यूवी प्रकाश इन अर्धचालक नैनो-कणों से टकराता है, तो वे प्रकाश के विभिन्न रंगों का उत्सर्जन करते हैं। वे एकल अणु स्तर पर सेलुलर प्रक्रियाओं का अध्ययन करने में सक्षम हैं और कैंसर जैसी बीमारियों के निदान और उपचार में सहायक होते हैं।

स संजय गोस्वामी
यमुना जी -13, अणुशक्तिनगर,
मुंबई -94