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अणु-वजनी डिवाइस का एक इलेक्ट्रॉन स्कैनिंग माइक्रोग्राफ। जब केंद्र में पुल जैसे हिस्से पर एक अणु उतरता है, तो यह एक आवृत्ति पर कंपन करता है जो इसके द्रव्यमान को इंगित करता है। कैलटेक / स्कॉट केलबर्ग और माइकल रूक्स के माध्यम से छवि
आपको लगता है कि एक अणु का वजन कितना है? एक अणु, जो बंधे हुए परमाणुओं का एकल समूह है - दो हाइड्रोजेन और एक ऑक्सीजन जो एच 2 ओ बनाते हैं, उदाहरण के लिए - लगभग असंगत रूप से छोटा है। पानी का एक तिल, जो लगभग 0.64 औंस होता है, में 602, 214, 078, 000, 000, 000, 000, 000 अणु होते हैं। अणु, संक्षेप में, वास्तव में, वास्तव में, वास्तव में छोटे हैं।
अब तक, वैज्ञानिक केवल अणुओं के बड़े समूहों की गणना कर सकते हैं, उन्हें आयनित करके (उन्हें एक विद्युत आवेश देकर) और फिर देखते हैं कि उन्होंने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ कितनी दृढ़ता से बातचीत की, एक तकनीक जिसे मास स्पेक्ट्रोमेट्री कहा जाता है। हालांकि, उनके पास एक अणु के द्रव्यमान को मापने का कोई तरीका नहीं था।
लेकिन कल कैल्टेक के वैज्ञानिकों ने एक उपकरण के आविष्कार की घोषणा की जो सीधे एक व्यक्ति के अणु के द्रव्यमान को मापता है। जैसा कि नेचर नैनोटेक्नोलॉजी पत्रिका में प्रकाशित एक पेपर में बताया गया है, छोटे उपकरण को एक पुल जैसी संरचना के चारों ओर बनाया गया है, जो इसके ऊपर अणु के द्रव्यमान के आधार पर एक विशिष्ट आवृत्ति पर कंपन करता है। पुल की कंपन आवृत्ति को सटीक रूप से ट्रैक करके, वे अणु के सटीक द्रव्यमान को निर्धारित कर सकते हैं।
"रौबदार अग्रिम जो हमने इस वर्तमान कार्य में किया है, वह यह है कि अब यह अणुओं को एक-एक करके तौलने की अनुमति देता है - जैसा कि वे आते हैं, " माइकल रौक्स, जो प्रयोगशाला का निर्माण करते हैं, के सिद्धांत अन्वेषक कहते हैं। "किसी ने पहले कभी ऐसा नहीं किया है।"
नग्न आंखों के लिए, डिवाइस अनिवार्य रूप से अदृश्य है - ऊपर की माइक्रोस्कोपिक छवि के नीचे का स्केल दो माइक्रोन लंबा या दो मिलियन मीटर का है। इसके केंद्र में कंपन पुल को तकनीकी रूप से नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम रेजोनेटर के रूप में जाना जाता है और एक दशक से अधिक समय से इसका विकास चल रहा है।
पिछले काम में, 2009 में प्रकाशित, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वे उपकरण पर छिड़काव किए गए कणों के द्रव्यमान को माप सकते हैं, लेकिन एक सीमा के साथ: यह एक समय में सिर्फ एक अणु को मापने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं था। क्योंकि विशिष्ट स्थान जहां एक कण उतरा, कंपन आवृत्ति को प्रभावित किया, और वैज्ञानिकों को यह जानने का कोई तरीका नहीं था कि यह कहां होगा, उन्हें औसत खोजने के लिए कई सौ समान कणों को लागू करने की आवश्यकता थी, जिससे द्रव्यमान का पता चला।
अग्रिम एक नई अंतर्दृष्टि का उपयोग करता है जिस तरह से पुल के हिल आवृत्ति जब एक अणु उस पर छिड़काव किया जाता है। कंपन दो मोडों में एक साथ होते हैं: पहला मोड साइड-टू-साइड नौकायन है, जबकि दूसरा मोड एस-आकार की लहर के रूप में होता है जो पुल को ऊपर और नीचे ले जाता है। अणु उपकरण के हिट होने पर इन तरीकों में से प्रत्येक को कैसे बदलता है, इसका विश्लेषण करके, शोधकर्ताओं ने पाया कि वे इसकी स्थिति निर्धारित कर सकते हैं, और इस प्रकार यह सटीक द्रव्यमान।
अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इम्युनोग्लोबुलिन एम, या आईजीएम नामक एक अणु के द्रव्यमान को मापकर उपकरण की प्रभावशीलता का प्रदर्शन किया, जो रक्त में प्रतिरक्षा कोशिकाओं द्वारा निर्मित एक एंटीबॉडी है और जो कई अलग-अलग रूपों में मौजूद हो सकता है। प्रत्येक अणु का वजन करके, वे यह निर्धारित करने में सक्षम थे कि संभावित भविष्य के चिकित्सा अनुप्रयोगों में इशारा करते हुए यह किस प्रकार का आईजीएम था। उदाहरण के लिए, एक प्रकार का कैंसर जिसे Waldenström macroglobulinemia के नाम से जाना जाता है, एक मरीज के रक्त में IgM अणुओं के एक विशेष अनुपात से परिलक्षित होता है, इसलिए इस सिद्धांत पर निर्माण करने वाले भविष्य के उपकरण कैंसर के एंटीबॉडी असंतुलन का पता लगाने के लिए रक्त की निगरानी कर सकते हैं।
वैज्ञानिक इस प्रकार के उपकरण को एक सेल के अंदर आणविक मशीनरी में देख रहे जैविक शोधकर्ताओं की सहायता के रूप में भी कल्पना करते हैं। चूंकि कोशिका के कामकाज को चलाने वाले एंजाइम अपनी सतह पर आणविक संलग्नक पर अत्यधिक निर्भर होते हैं, इसलिए विभिन्न समयों पर विभिन्न प्रकार के प्रोटीनों और विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में वजन करने से हमें सेलुलर प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझने में मदद मिल सकती है।
टीम ने यह भी भविष्यवाणी की है कि उनके आविष्कार में हर रोज़ वाणिज्यिक अनुप्रयोग हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, हवा में नैनोकणों के प्रदूषण को ट्रैक करने वाले पर्यावरणीय मॉनीटर इन वाइब्रेटिंग पुलों के सरणियों द्वारा सक्रिय किए जा सकते हैं।
महत्वपूर्ण रूप से, वैज्ञानिकों का कहना है, डिवाइस का निर्माण मानक सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन विधियों का उपयोग करके किया गया था - जो आम विद्युत परिपथों में उपयोग किया जाता है - इसलिए यह सैद्धांतिक रूप से उन आश्रितों तक बढ़ाया जा सकता है जिनमें एक बार में सैकड़ों या दसियों हजार एकल-अणु सेंसर शामिल हैं। "बड़े पैमाने पर एकीकरण के लिए तकनीकों द्वारा बनाए गए उपकरणों के समावेश के साथ, हम इस तरह के उपकरणों को बनाने के लिए अपने रास्ते पर हैं, " रॉक्स।
