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शोधकर्ता विशेष, हीरे के सेंसर में प्रतिदीप्ति परिवर्तन को छवि समय-भिन्न क्षेत्रों में टैप करते हैं
शोधकर्ता विशेष, हीरे के सेंसर में प्रतिदीप्ति परिवर्तन को छवि समय-भिन्न क्षेत्रों में टैप करते हैं
मुंबई और खड़गपुर में भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान (IIT) के शोधकर्ताओं ने एक माइक्रोस्कोप बनाया है जो सूक्ष्म द्वि-आयामी नमूनों के भीतर चुंबकीय क्षेत्रों की छवि बना सकता है जो मिलीसेकंड में बदलते हैं। इसमें वैज्ञानिक अनुप्रयोगों के लिए एक बड़ी क्षमता है, जैसे कि न्यूरॉन्स की जैविक गतिविधि को मापने और सुपरकंडक्टर्स में भंवरों की गतिशीलता को मापने में। इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विभाग से आईआईटी बॉम्बे के प्रोफेसर कस्तूरी साहा के नेतृत्व में काम, में प्रकाशित किया गया है वैज्ञानिक रिपोर्ट। यह पहली बार है कि ऐसा उपकरण चुंबकीय क्षेत्रों की छवि बनाने के लिए बनाया गया है जो मिलीसेकंड के भीतर बदलते हैं।
कैप्चरिंग परिवर्तन
प्रो साहा बताते हैं कि बदलते चुंबकीय क्षेत्र को पकड़ने के लिए आदर्श फ्रेम दर वह है जो बदलते क्षेत्र की आवृत्ति से दोगुनी आवृत्ति पर डेटा कैप्चर करती है। प्रकृति में सिग्नल आवृत्तियों की एक श्रृंखला प्रदर्शित करते हैं – भूवैज्ञानिक रॉक नमूनों में चुंबकत्व और दुर्लभ पृथ्वी चुंबक महीनों में स्थिर हो सकते हैं; जीवित कोशिकाओं के अंदर चुंबकीय नैनोकणों का एकत्रीकरण मिनटों में होता है; न्यूरॉन्स में ऐक्शन पोटेंशिअल तेजी से होते हैं, मिलीसेकंड लेते हैं, जबकि जटिल अणुओं में परमाणु स्पिन की पूर्वता केवल माइक्रोसेकंड लेती है। इस टीम ने जो उपकरण बनाया है वह मिलीसेकंड रेंज में काम करता है।
इस सेंसर का मुख्य पहलू हीरे के क्रिस्टल में “नाइट्रोजन रिक्ति (एनवी) दोष केंद्र” है। ऐसे एनवी केंद्र इलेक्ट्रॉनिक राज्यों के साथ छद्म परमाणुओं के रूप में कार्य करते हैं जो उनके आसपास के क्षेत्रों और ग्रेडिएंट्स (चुंबकीय क्षेत्र, तापमान, विद्युत क्षेत्र और तनाव) के प्रति संवेदनशील होते हैं।
“विशेष रूप से, इन एनवी केंद्रों से उत्सर्जित फ्लोरोसेंस चुंबकीय क्षेत्र की जानकारी को एन्कोड करता है,” प्रो साहा कहते हैं। “अल्ट्रा-छोटे चुंबकीय क्षेत्रों की माप के दौरान, फ्लोरोसेंस स्तरों में परिवर्तन बेहद छोटा होता है और इसलिए, इमेजिंग फ्रेम दर को सीमित करता है और माप के सिग्नल-टू-शोर अनुपात को कम करता है।”
इस सीमा को पार करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक “लॉक-इन डिटेक्शन स्कीम” को नियोजित किया, जो एक छोटी आवृत्ति रेंज के हल्के उतार-चढ़ाव का चयन करती है, दूसरों को अस्वीकार करती है, और इस तरह प्रतिदीप्ति में छोटे बदलावों की संवेदनशीलता में सुधार करती है।
बेहतर फ्रेम दर
पहले रिपोर्ट की गई चुंबकीय क्षेत्र इमेजिंग फ्रेम दर प्रति फ्रेम 1-10 मिनट के करीब थी। यह जैविक कोशिकाओं जैसे चुनौतीपूर्ण नमूनों के लिए प्रति फ्रेम लगभग आधे घंटे तक बढ़ जाएगा। इस समूह द्वारा निर्मित उपकरण लगभग 50-200 फ्रेम प्रति सेकंड की एक इमेजिंग फ्रेम दर प्रदर्शित करता है, जो लगभग 2-5 मिलीसेकंड के फ्रेम अधिग्रहण समय में तब्दील हो जाएगा। प्रो साहा कहते हैं, “यह माइक्रो-मैग्नेट में मिलीसेकंड स्केल मैग्नेटाइजेशन परिवर्तन, कोशिकाओं में डायनेमिक माइक्रो स्केल थर्मोमेट्री और आगे के सुधारों के साथ स्तनधारी न्यूरॉन्स में जांच क्षमता को सक्षम कर सकता है।”
ऐसे एनवी केंद्रों के उच्च घनत्व के साथ एम्बेडेड एक विशेष डायमंड क्रिस्टल, एक माइक्रोमीटर मोटा बनाया जाता है। यह एक सेंसर के रूप में कार्य करता है जब एक पतला द्वि-आयामी नमूना इसके करीब लाया जाता है – 10 माइक्रोमीटर से कम। इस तकनीक का उपयोग करके, शोधकर्ता 150 माइक्रोमीटर के क्षेत्र में 150 माइक्रोमीटर की छवि बना सकते हैं, जो काफी उपलब्धि है।
प्रोफेसर साहा कहते हैं, “एनवी सेंटर इमेजिंग तकनीक किसी भी नमूने में सूक्ष्म चुंबकीय क्षेत्र भिन्नताओं की इमेजिंग के संदर्भ में एक अनूठा उपकरण है।”
टीम ने 2017 में IIT खड़गपुर के साथ मिलकर मस्तिष्क की छवि बनाने के लिए एक नई प्रणाली बनाने के महत्वाकांक्षी लक्ष्य के साथ सहयोग शुरू किया था। उन्होंने शारबा बंदोपाध्याय के साथ सहयोग किया, जिन्होंने क्वांटम ऑप्टिक्स, क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम सेंसिंग के ज्ञान को पूरक करने के लिए न्यूरोबायोलॉजी और बायोइंजीनियरिंग में विशेषज्ञता लाई, जो प्रो। साहा की विशेषता थी।
प्रोफेसर साहा कहते हैं, “हमने पीएचडी छात्र मधुर पाराशर के साथ मिलकर एनवी क्वांटम सेंसर का उपयोग करके 3डी में न्यूरॉन्स की छवि के लिए एक एल्गोरिदम विकसित किया है।”
यह काम . में प्रकाशित हुआ था संचार भौतिकी 2020 में हमने संयुक्त रूप से वर्तमान कार्य के लिए एक पेटेंट दायर किया है, वह आगे कहती हैं।
