अप्रैल 02, 2024 (नानोवरक स्पॉटलाइट) microfluidicsसबमिलीमीटर पैमाने पर तरल पदार्थों को सटीक रूप से नियंत्रित करने की तकनीक ने लंबे समय से जैविक अनुसंधान और चिकित्सा निदान में क्रांति लाने का वादा किया है। परख को छोटे पानी में तेल की बूंदों में छोटा करके, ये प्लेटफ़ॉर्म अभिकर्मक लागत को काफी कम करते हुए अभूतपूर्व गति और दक्षता के साथ व्यक्तिगत कोशिकाओं का विश्लेषण कर सकते हैं। प्रत्येक पिकोलिटर-स्केल बूंद एक पृथक माइक्रोरिएक्टर के रूप में कार्य करती है, जो सेलुलर व्यवहार के उच्च-थ्रूपुट अध्ययन की अनुमति देती है और दवा स्क्रीनिंग से लेकर दुर्लभ सेल विश्लेषण तक विविध अनुप्रयोगों को सक्षम करती है। हालाँकि, इन छोटे डिब्बों की सामग्री का तेजी से और व्यापक रूप से विश्लेषण करने की चुनौती से छोटी बूंद माइक्रोफ्लुइडिक्स की पूरी क्षमता को अनलॉक करना बाधित हो गया है। पारंपरिक दृष्टिकोण जटिल और महंगे माइक्रोस्कोपी सेटअप पर निर्भर करते हैं, जो डिवाइस के माध्यम से प्रवाहित होने वाली प्रत्येक बूंद की छवि बनाने के लिए उच्च गति वाले कैमरों का उपयोग करते हैं। ऐसी प्रणालियों से जुड़ी तकनीकी जटिलता और भारी लागत ने अनुसंधान और नैदानिक ​​सेटिंग्स में बूंद-आधारित तकनीकों को व्यापक रूप से अपनाने को सीमित कर दिया है। अब, वैज्ञानिकों की एक बहु-विषयक टीम ने ऑप्टिड्रॉप विकसित किया है, जो एक अभिनव उपकरण है जो माइक्रोफ्लुइडिक चिप के भीतर सीधे ऑप्टिकल फाइबर को एकीकृत करके इन सीमाओं को पार कर जाता है। यह नया दृष्टिकोण माइक्रोस्कोप या कैमरे पर भरोसा किए बिना व्यक्तिगत बूंदों और उनकी सामग्री से कई ऑप्टिकल मापदंडों का पता लगाने में सक्षम बनाता है। परिणाम, माइक्रोसिस्टम्स और नैनोइंजीनियरिंग में रिपोर्ट किया गया ("ड्रॉपलेट माइक्रोफ्लुइडिक अनुप्रयोगों के लिए ऑन-चिप फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग करके एकल कोशिका रिज़ॉल्यूशन के साथ बहुसंकेतन प्रतिदीप्ति और बिखराव का पता लगाना"), एक लघु, किफायती और उपयोगकर्ता के अनुकूल मंच है जो मल्टीपैरामीटर सिंगल-सेल विश्लेषण की शक्ति को बेंचटॉप प्रारूप में लाता है। a ऑप्टिड्रॉप प्लेटफॉर्म में प्रवाह-फोकस जंक्शन पर बूंदों के निर्माण के लिए एक तेल और पानी इनलेट के साथ एक माइक्रोफ्लुइडिक चिप शामिल है। जलीय चरण बूंदों के भीतर समाहित होता है और बाद में केंद्रीय चैनल के चारों ओर व्यवस्थित ऑप्टिकल फाइबर खांचे के एक सेट से घिरे ऑप्टिकल पूछताछ स्थल (इनसेट) के माध्यम से बहता है। चिप पर खांचे का उपयोग ऑप्टिकल फाइबर को निर्धारित कोणीय स्थिति में रखने के लिए किया जाता है, जिससे घटना लेजर प्रकाश के साथ प्रभावी बूंद रोशनी और बिखरे हुए प्रकाश और प्रतिदीप्ति संकेतों के संग्रह की अनुमति मिलती है क्योंकि बूंद प्रकाश किरण से गुजरती है। पता लगाने के लिए ऑप्टिकल फाइबर आउटपुट को पीएमटी में जोड़ा जाता है। प्रत्येक पीएमटी से टीटीएल पल्स काउंट को एफपीजीए चिप द्वारा पल्स काउंटर के साथ एकीकृत किया जाता है और कच्चे सिग्नल तीव्रता शिखर डेटा के रूप में प्लॉट किया जाता है। रुचि की कोशिकाओं से प्रतिदीप्ति तीव्रता को पहचानने या मापने के लिए कच्चे डेटा का और अधिक विश्लेषण किया जा सकता है। b लाइव डेटा स्ट्रीम देखने वाली स्क्रीन और सिरिंज पंप के साथ स्केल के लिए फ़ुट रूलर के साथ बेंचटॉप असेंबल यूनिट। (छवि: माइक्रोसिस्टम्स और नैनोइंजीनियरिंग, सीसी बाय 4.0) ऑप्टिड्रॉप का मुख्य नवाचार माइक्रोफ्लुइडिक चैनल के आसपास ऑप्टिकल फाइबर की रणनीतिक स्थिति में निहित है। जैसे ही प्रत्येक बूंद पूछताछ बिंदु से गुजरती है, एक लेजर इसे रोशन करता है, जिससे बिखराव और प्रतिदीप्ति संकेत उत्पन्न होते हैं। इन ऑप्टिकल संकेतों को 45° के कोण पर रखे गए फाइबर द्वारा कुशलतापूर्वक एकत्र किया जाता है और फिर अलग-अलग डिटेक्टरों में भेजा जाता है। कस्टम-निर्मित इलेक्ट्रॉनिक्स वास्तविक समय में संकेतों को डिजिटलीकृत करते हैं, जिससे प्रत्येक बूंद के ऑप्टिकल प्रोफाइल का तात्कालिक दृश्य और विश्लेषण सक्षम होता है। ऑप्टिड्रॉप के प्रदर्शन को मान्य करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले मानकीकृत फ्लोरोसेंट रंगों का उपयोग करके इसकी संवेदनशीलता और गतिशील रेंज की विशेषता बताई। प्रभावशाली ढंग से, यह उपकरण 1 नैनोमोलर जितनी कम डाई सांद्रता का पता लगा सकता है, जो पारंपरिक उपकरणों द्वारा प्राप्त पहचान की सीमाओं को प्रतिद्वंद्वी करता है, जबकि नमूना मात्रा के केवल एक अंश की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, ऑप्टिड्रॉप द्वारा मापी गई प्रतिदीप्ति तीव्रता को सांद्रता की एक विस्तृत श्रृंखला में रैखिक रूप से बढ़ाया जाता है, जिससे सटीक और विश्वसनीय मात्रा का ठहराव सुनिश्चित होता है। इसके बाद शोधकर्ताओं ने सेल नकल के रूप में विभिन्न आकारों और प्रतिदीप्ति तीव्रता के माइक्रोबीड्स का उपयोग करके कण विश्लेषण के लिए ऑप्टिड्रॉप की क्षमताओं का प्रदर्शन किया। मंच ने मोतियों के बीच उनके भौतिक आयामों और ऑप्टिकल गुणों दोनों के आधार पर आसानी से अंतर किया। विशेष रूप से, मंद और चमकीले फ्लोरोसेंट मोतियों के एक विषम मिश्रण में भी, ऑप्टिड्रॉप ने प्रत्येक उप-जनसंख्या की सटीक पहचान की और गणना की। यह विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं वाले जटिल जैविक नमूनों का विश्लेषण करने में प्रणाली की मजबूती को उजागर करता है। जैविक रूप से प्रासंगिक अनुप्रयोग के लिए प्लेटफ़ॉर्म की उपयोगिता प्रदर्शित करने के लिए, टीम ने प्रतिरक्षा कोशिकाओं पर प्रमुख हिस्टोकम्पैटिबिलिटी कॉम्प्लेक्स (एमएचसी) प्रोटीन की सतह अभिव्यक्ति की जांच करते हुए एक लाइव-सेल परख आयोजित की। एमएचसी अणु रोगजनकों और असामान्य कोशिकाओं के खिलाफ प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं के महत्वपूर्ण नियामक हैं, जो उनकी अभिव्यक्ति के स्तर को मूल्यवान बायोमार्कर बनाते हैं। फ्लोरोसेंटली लेबल वाले एंटीबॉडी का लाभ उठाकर, ऑप्टिड्रॉप ने बूंदों के भीतर समाहित व्यक्तिगत कोशिकाओं पर एमएचसी वर्ग I और II दोनों प्रोटीनों का एक साथ पता लगाने की अनुमति दी। इंटरफेरॉन-गामा, एक इम्यूनोस्टिम्युलेटरी साइटोकिन के साथ कोशिकाओं की उत्तेजना ने एमएचसी अभिव्यक्ति के प्रत्याशित अपग्रेडेशन को प्राप्त किया, जिसे ऑप्टिड्रॉप प्लेटफॉर्म द्वारा संवेदनशील रूप से निर्धारित किया गया था। ऑप्टिड्रॉप का विकास अत्याधुनिक एकल-सेल विश्लेषण क्षमताओं को लोकतांत्रिक बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतीक है। लागत और जटिलता बाधाओं पर काबू पाकर, जो छोटी बूंदों के माइक्रोफ्लुइडिक्स को अपनाने में बाधा बनती हैं, यह अभिनव मंच शोधकर्ताओं और चिकित्सकों की एक विस्तृत श्रृंखला की पहुंच के भीतर शक्तिशाली सेलुलर पूछताछ उपकरण लाता है। इसकी सामर्थ्य, उपयोगकर्ता-मित्रता और मजबूती इसे बायोमेडिकल अनुसंधान प्रयोगशालाओं और पॉइंट-ऑफ-केयर डायग्नोस्टिक सेटिंग्स में नियमित तैनाती के लिए उपयुक्त बनाती है। OptiDrop के संभावित अनुप्रयोग विशाल और दूरगामी हैं। रोग निगरानी के क्षेत्र में, यह दुर्लभ बायोमार्कर का अति संवेदनशील पता लगाने में सक्षम हो सकता है, जिससे गैर-आक्रामक प्रारंभिक निदान और उपचार प्रतिक्रिया मूल्यांकन की सुविधा मिल सकती है। एकल-कोशिका अनुक्रमण वर्कफ़्लो के साथ एकीकरण, जीन अभिव्यक्ति प्रोफाइल के साथ दृश्य फेनोटाइप के सीधे सहसंबंध की अनुमति दे सकता है, जो सेलुलर राज्यों की अधिक व्यापक समझ प्रदान करता है। इसके अलावा, प्लेटफ़ॉर्म का बंद डिज़ाइन और नैदानिक ​​​​नमूनों को तेजी से संसाधित करने की क्षमता इसे संक्रामक रोग परीक्षण और अन्य समय-संवेदनशील नैदानिक ​​​​अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से आकर्षक बनाती है। जबकि ऑप्टिड्रॉप एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है, इसकी क्षमताओं के और अनुकूलन और विस्तार के लिए अभी भी जगह है। तेज़ बूंदों के प्रवाह दर को सक्षम करके और छोटी बूंदों को उत्पन्न करके थ्रूपुट को बढ़ाने से इसकी दक्षता और स्केलेबिलिटी बढ़ सकती है। सक्रिय सॉर्टिंग कार्यक्षमताओं को एकीकृत करने से उपयोगकर्ताओं को उनके ऑप्टिकल हस्ताक्षरों के आधार पर रुचि की विशिष्ट उप-जनसंख्या को अलग करने में मदद मिलेगी, जिससे डाउनस्ट्रीम आणविक विश्लेषण सक्षम होंगे। इसके अलावा, इसके संचालन और डेटा व्याख्या को सुव्यवस्थित करने के लिए मानकीकृत कार्ट्रिज डिजाइन और सहज सॉफ्टवेयर इंटरफेस का विकास महत्वपूर्ण होगा। जैसे-जैसे जैविक प्रणालियों के बारे में हमारी समझ अधिक सूक्ष्म होती जा रही है, ऑप्टिड्रॉप जैसे उपकरण जो माइक्रोफ्लुइडिक्स, ऑप्टिक्स और इलेक्ट्रॉनिक्स को सहजता से एकीकृत करते हैं, उनकी जटिलताओं को उजागर करने के लिए अपरिहार्य होंगे। उच्च-थ्रूपुट एकल-सेल विश्लेषण के लिए एक सुलभ और बहुमुखी मंच प्रदान करके, ऑप्टिड्रॉप शोधकर्ताओं और चिकित्सकों को नए प्रश्न पूछने, मौजूदा प्रतिमानों को चुनौती देने और अभूतपूर्व खोजों को सार्थक वास्तविक दुनिया के प्रभावों में अनुवाद करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण से लैस करता है।

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माइकल
चरवाहा

- माइकल रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री द्वारा तीन पुस्तकों के लेखक हैं:
नैनो-सोसाइटी: प्रौद्योगिकी की सीमाओं को धक्का देना,
नैनो टेक्नोलॉजी: द फ्यूचर इज टिनी, तथा
नैनोइंजीनियरिंग: स्किल्स एंड टूल्स मेकिंग टेक्नोलॉजी इनविजिबल
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