चमकीले-सफेद झींगा का रहस्य सुलझ गया - भौतिकी विश्व

इज़राइल में शोधकर्ताओं ने अद्वितीय ऑप्टिकल नैनोस्ट्रक्चर का पता लगाया है जो समुद्र में जाने वाले मेहतर को शानदार सफेद रंग देता है। इमेजिंग तकनीकों की एक श्रृंखला का उपयोग करते हुए, इज़राइल के नेगेव के बेन-गुरियन विश्वविद्यालय में बेंजामिन पामर के नेतृत्व में एक टीम ने दिखाया कि प्रशांत क्लीनर झींगा में गोलाकार कण सभी दिशाओं में आने वाली रोशनी को बिखेरते हैं, जबकि उनके द्वारा उत्पादित बिखरने वाले पैटर्न में किसी भी ओवरलैप से बचते हैं। इस खोज से नए जैव-प्रेरित सफेद रंगद्रव्य प्राप्त हो सकते हैं।

कई जीवों ने अनूठे और आकर्षक तरीकों से प्रकाश में हेरफेर करने की क्षमता विकसित की है। इन तंत्रों की नकल करके शोधकर्ताओं ने लेंस और दर्पण सहित कई ऑप्टिकल उपकरणों के लिए नए डिजाइन तैयार किए हैं। तितली के पंख और पक्षी के पंख जैसी संरचनाओं ने भी नई कोटिंग्स को प्रेरित किया है जो उनके नैनोस्ट्रक्चर द्वारा बिखरे हुए प्रकाश के माध्यम से ज्वलंत रंग उत्पन्न करते हैं।

हालाँकि, अब तक, इन संरचनात्मक साधनों के माध्यम से एक रंग का उत्पादन करना विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण साबित हुआ है - यानी, रासायनिक रंगों पर निर्भर हुए बिना। वीज़मैन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस के टीम सदस्य डैन ओरोन बताते हैं, "सबसे दिलचस्प समस्याओं में से एक अकार्बनिक सामग्रियों के विकल्पों की खोज है जो सफेद पेंट और खाद्य रंगों को सफेद रंग देते हैं।" "ऐसा इसलिए है क्योंकि इन उत्पादों में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली अकार्बनिक सामग्री - नैनोक्रिस्टलाइन टिटानिया - को हानिकारक माना जाता है।"

ऑप्टिकल क्राउडिंग पर काबू पाना

समस्या की जड़ यह है कि सफेद रंग उत्पन्न करने के लिए, सभी ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य के फोटॉन को कई बार बिखरने की आवश्यकता होती है, ताकि वे अपनी दिशात्मक जानकारी पूरी तरह से खो दें। ऐसा होने के लिए, बिखरने के लिए ज़िम्मेदार नैनोस्ट्रक्चर को बहुत कसकर पैक करने की आवश्यकता है। हालाँकि, ऐसी तंग पैकिंग, "ऑप्टिकल भीड़" की समस्या पैदा करती है, जहाँ बिखरने वाले पैटर्न ओवरलैप होते हैं - बिखरने वाली संरचना के समग्र प्रतिबिंब को कम करते हैं।

इन चुनौतियों के बावजूद, एक जानवर ने साबित कर दिया है कि ऑप्टिकल क्राउडिंग की जटिलताएँ दूर करने योग्य नहीं हैं। उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में प्रवाल भित्तियों में रहने वाले, प्रशांत क्लीनर झींगा को इसके एंटीना, छल्ली, पूंछ और जबड़े के हड़ताली सफेद रंग द्वारा आसानी से पहचाना जाता है, जो आने वाली रोशनी का 80% तक प्रतिबिंबित करता है।

उन्नत इमेजिंग और सिमुलेशन

अपने अध्ययन में, पामर और सहकर्मियों ने क्लीनर झींगा की क्रोमैटोफोर कोशिकाओं में नैनोस्ट्रक्चर पर ध्यान केंद्रित किया, जो उनके शानदार सफेद रंग के लिए जिम्मेदार माने जाते हैं। क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और ऑप्टिकल इमेजिंग के संयोजन का उपयोग करके, उन्होंने गोलाकार आकार के कणों की संरचना, संगठन और ऑप्टिकल गुणों की विशेषता बताई जो कोशिकाओं के भीतर बिखरने वाली परत बनाते हैं। उन्होंने समग्र रूप से बिखरने वाले माध्यम की ऑप्टिकल प्रतिक्रिया को समझने के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र प्रसार के संख्यात्मक सिमुलेशन का भी उपयोग किया।

टीम के विश्लेषण से पता चला कि ये कण अपने बिल्डिंग-ब्लॉक बनाने वाले फ्लैट अणुओं की अनूठी संरचना और व्यवस्था के कारण कई दिशाओं में प्रकाश बिखेरते हैं। ओरोन बताते हैं, "कण इन समतल अणुओं की तरल क्रिस्टलीय व्यवस्था हैं।" "इन सभी अणुओं को इस तरह व्यवस्थित किया गया है कि उनका सपाट पक्ष गोले की त्रिज्या के लंबवत है।"

कुल मिलाकर, यह संरचना झींगा के एंटीना और बैंड को सफेद दिखाने के लिए आवश्यक सामग्री की मात्रा को काफी कम कर देती है। यह क्लीनर झींगा की क्रोमैटोफोर कोशिकाओं को ऑप्टिकल भीड़ के प्रभाव को खत्म करने में सक्षम बनाता है, जबकि कणों से बिखरने पर घटना फोटॉनों के ध्रुवीकरण को भी रोकता है - उनकी दिशात्मक जानकारी को नष्ट कर देता है। "एक अर्थ में, यह ऑप्टिकल एनिसोट्रॉपी गोले के समूह को प्रकाश बिखेरती है जैसे कि वे वास्तव में उनके मुकाबले उच्च अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री से बने होते हैं," ओरोन बताते हैं।

सुरक्षित सफेद पेंट और खाद्य रंग

परिणाम इस बात का एक अच्छा उदाहरण हैं कि कैसे स्वच्छ झींगा जैसे जीवों के विकासवादी समाधान अनुकूलित प्रौद्योगिकियों को प्रेरित कर सकते हैं। ऑप्टिकल अनिसोट्रॉपी के लिए झींगा के तंत्र की नकल करके, पामर की टीम को उम्मीद है कि भविष्य के अध्ययनों में शोधकर्ता उन्नत, अल्ट्रा-व्हाइट कार्बनिक नैनोस्ट्रक्चर डिजाइन कर सकते हैं जो पेंट और खाद्य रंग जैसे उत्पादों में उपयोग के लिए सुरक्षित हैं।

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ओरॉन ने निष्कर्ष निकाला, "आम तौर पर, निष्कर्ष उस भूमिका की ओर इशारा करते हैं जो मजबूत ऑप्टिकल अनिसोट्रॉपी कृत्रिम ऑप्टिकल उपकरणों के निर्माण में एक डिजाइन पैरामीटर के रूप में ले सकती है, बशर्ते हम सही कार्बनिक अणुओं की समान क्रिस्टलीय व्यवस्था के विकास में महारत हासिल कर सकें।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/mystery-of-bright-white-shrimp-solved/