पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय के इंजीनियरों ने व्यक्तिगत परमाणुओं से संकेतों का पता लगाने के लिए एक विधि विकसित की है, जो सटीकता के उस स्तर को प्राप्त करती है जिसे पहले असंभव माना जाता था। यह प्रगति अभूतपूर्व पैमाने पर आणविक संरचनाओं को प्रकट करके प्रोटीन फोल्डिंग को समझने और नई दवाओं को विकसित करने में सहायता कर सकती है।
नैनो लेटर्स में विस्तृत नई तकनीक, परमाणु चतुर्भुज अनुनाद (एनक्यूआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी नामक दशकों पुरानी विधि को परिष्कृत करती है, जिसका उपयोग आमतौर पर विस्फोटकों का पता लगाने और फार्मास्यूटिकल्स का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। जबकि पारंपरिक तरीके खरबों परमाणुओं से संकेतों का औसत निकालते हैं, यह दृष्टिकोण व्यक्तिगत परमाणु संकेतों को अलग और माप सकता है।
इलेक्ट्रिकल और सिस्टम इंजीनियरिंग में एसोसिएट प्रोफेसर और पेन की क्वांटम इंजीनियरिंग प्रयोगशाला के निदेशक ली बैसेट कहते हैं, “यह तकनीक हमें अलग-अलग नाभिकों को अलग करने और समान अणुओं में छोटे अंतर प्रकट करने की अनुमति देती है।” “एकल नाभिक पर ध्यान केंद्रित करके, हम आणविक संरचना और गतिशीलता के बारे में विवरण उजागर कर सकते हैं जो पहले छिपे हुए थे।”
यह खोज हीरे में क्वांटम सेंसर के साथ नियमित प्रयोगों के दौरान एक अप्रत्याशित अवलोकन से सामने आई। एलेक्स ब्रेइटवाइज़र, जो उस समय डॉक्टरेट के छात्र थे और अब आईबीएम में हैं, ने डेटा में असामान्य पैटर्न देखा जो व्यापक परीक्षण के बावजूद कायम रहा। 1950 और 60 के दशक की भौतिकी पाठ्यपुस्तकों से परामर्श करके, उन्होंने पहले से खारिज किए गए भौतिक तंत्र की पहचान की जो उनकी टिप्पणियों को समझाता था।
ब्रेइटवाइज़र बताते हैं, “हमें एहसास हुआ कि हम सिर्फ एक विसंगति नहीं देख रहे थे।” “हम भौतिकी की एक नई व्यवस्था में प्रवेश कर रहे थे जिसे हम इस तकनीक से प्राप्त कर सकते हैं।”
मैथ्यू ओउलेट, हाल ही में डॉक्टरेट स्नातक और सह-प्रथम लेखक, इस उपलब्धि की तुलना डेटा विश्लेषण से करते हैं: “यह एक विशाल स्प्रेडशीट में एक पंक्ति को अलग करने जैसा है। पारंपरिक एनक्यूआर एक औसत जैसा कुछ उत्पन्न करता है – आपको समग्र रूप से डेटा का एहसास होता है, लेकिन व्यक्तिगत डेटा बिंदुओं के बारे में कुछ नहीं पता होता है। इस पद्धति के साथ, ऐसा लगता है जैसे हमने औसत के पीछे के सभी डेटा को उजागर कर दिया है, सिग्नल को एक नाभिक से अलग कर दिया है और इसके अद्वितीय गुणों को प्रकट किया है।
परिणामों को समझने का मार्ग जटिल था। ओउलेट कहते हैं, “यह लक्षणों के आधार पर किसी मरीज का निदान करने जैसा है।” “डेटा कुछ असामान्य की ओर इशारा करता है, लेकिन अक्सर कई संभावित स्पष्टीकरण होते हैं। सही निदान तक पहुंचने में काफी समय लग गया।”
अनुसंधान में प्रायोगिक भौतिकी, क्वांटम सेंसिंग और सैद्धांतिक मॉडलिंग में विशेषज्ञता का संयोजन करते हुए नीदरलैंड में डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी के साथ सहयोग शामिल था। इस कार्य को नेशनल साइंस फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था, जिसमें कनाडा के प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद और आईबीएम से अतिरिक्त धन शामिल था।
यह प्रगति उस प्रौद्योगिकी पर आधारित है जो 1950 के दशक से वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए मौलिक रही है, जब वैज्ञानिकों ने पहली बार आणविक संरचनाओं की पहचान करने के लिए रेडियो तरंगों का उपयोग करना शुरू किया था। बढ़ी हुई सटीकता से दवा विकास और रोग अनुसंधान के लिए महत्वपूर्ण प्रोटीन फोल्डिंग और आणविक इंटरैक्शन की बेहतर समझ हो सकती है।
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