ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিস

ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিস (সিই) হলো একগুচ্ছ ইলেকট্রোকাইনেটিক পৃথকীকরণ পদ্ধতি, যা মিলিমিটারের চেয়ে কম ব্যাসের কৈশিক নল (ক্যাপিলারি) এবং মাইক্রো ও ন্যানোফ্লুইডিক চ্যানেলে সম্পন্ন করা হয়। প্রায়শই সিই বলতে ক্যাপিলারি জোন ইলেকট্রোফোরেসিস (সিজেডই) কে বোঝানো হয়। তবে ক্যাপিলারি জেল ইলেকট্রোফোরেসিস (সিজিই), ক্যাপিলারি আইসোইলেক্ট্রিক ফোকাসিং (সিআইইএফ), ক্যাপিলারি আইসোট্যাকোফোরেসিস এবং মাইসেলার ইলেকট্রোকাইনেটিক ক্রোমাটোগ্রাফি (এমইকেসির) মতো অন্যান্য ইলেকট্রোফোরেটিক কৌশলগুলোও এই পদ্ধতির অন্তর্ভুক্ত। সিই পদ্ধতিতে কোনো একটি ইলেক্ট্রোলাইট দ্রবণের মধ্য দিয়ে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে বিশ্লেষ্য বস্তুগুলো চলাচল করে। বস্তুর আয়নিক গতিশীলতা এবং/অথবা অ-সমযোজী মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে কোনো বিকল্প দশায় বিভাজিত হওয়ার বৈশিষ্ট্যের ওপর ভিত্তি করে এদের পৃথক করা হয়। এছাড়াও, পরিবাহিতা এবং পিএইচ এর গ্রেডিয়েন্ট বা নতিমাত্রা ব্যবহার করে বিশ্লেষ্য বস্তুগুলোকে ঘনীভূত বা "নির্দেশ " করা যেতে পারে।

 যন্ত্রপাতি 
ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিস পরিচালনার জন্য প্রয়োজনীয় যন্ত্রপাতি তুলনামূলকভাবে সহজ। একটি ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিস সিস্টেমের মৌলিক নকশা চিত্র ১ এ দেখানো হয়েছে। এই সিস্টেমের প্রধান অংশগুলো হলো: নমুনার পাত্র (ভায়াল), উৎস ও গন্তব্য পাত্র, একটি ক্যাপিলারি নল, ইলেকট্রোড, একটি উচ্চ-ভোল্টেজ পাওয়ার সাপ্লাই, একটি ডিটেক্টর বা শনাক্তকারী যন্ত্র এবং একটি ডেটা আউটপুট ও হ্যান্ডলিং ডিভাইস। উৎস পাত্র, গন্তব্য পাত্র এবং ক্যাপিলারি নলটি বাফার দ্রবণের মতো কোনো একটি ইলেকট্রোলাইট দ্বারা পূর্ণ থাকে। নমুনা প্রবেশের জন্য ক্যাপিলারি নলের প্রবেশমুখটি নমুনার পাত্রে রাখা হয়। কৈশিক ক্রিয়া (ক্যাপিলারি অ্যাকশন), চাপ, সাইফনিং বা ইলেকট্রোকাইনেটিক পদ্ধতিতে নমুনাটি ক্যাপিলারিতে প্রবেশ করানো হয় এবং এরপর ক্যাপিলারিটিকে পুনরায় উৎস পাত্রে ফিরিয়ে আনা হয়। বিশ্লেষ্য বস্তুগুলোর চলাচল শুরু হয় উৎস ও গন্তব্য পাত্রের মধ্যে প্রয়োগ করা একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের মাধ্যমে, যা উচ্চ-ভোল্টেজ পাওয়ার সাপ্লাই থেকে ইলেকট্রোডগুলোতে সরবরাহ করা হয়। সিইএর সবচেয়ে সাধারণ মোডে, ধনাত্মক বা ঋণাত্মক, সব ধরনের আয়নই ইলেক্ট্রোঅসমোটিক প্রবাহের মাধ্যমে একই দিকে ক্যাপিলারি নলের ভেতর দিয়ে অগ্রসর হয়। বস্তুগুলো তাদের ইলেকট্রোফোরেটিক গতিশীলতার কারণে আলাদা হয়ে যায় এবং ক্যাপিলারি নলের শেষ প্রান্তের কাছে শনাক্ত করা হয়। ডিটেক্টরের প্রাপ্ত ফলাফল একটি ইন্টিগ্রেটর বা কম্পিউটারের মতো ডেটা হ্যান্ডলিং ডিভাইসে পাঠানো হয়। এরপর তথ্যগুলো একটি ইলেক্ট্রোফেরোগ্রাম হিসেবে প্রদর্শিত হয়, যা সময়ের সাপেক্ষে ডিটেক্টরের প্রতিক্রিয়া নির্দেশ করে। একটি ইলেক্ট্রোফেরোগ্রামে পৃথক হওয়া রাসায়নিক যৌগগুলোকে বিভিন্ন সময়ের ব্যবধানে আলাদা আলাদা 'পিক'  হিসেবে দেখা যায়। এই পদ্ধতির কৃতিত্ব প্রায়শই জেমস ডব্লিউ. জর্গেনসন এবং ক্রিন ডিয়ারম্যান লুকাচকে দেওয়া হয়, যারা প্রথম এই কৌশলের ক্ষমতা প্রদর্শন করেছিলেন। রিচার্ড ডি. স্মিথ ও তার সহকর্মীরা প্রথম ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসকে মাস স্পেকট্রোমেট্রির সাথে যুক্ত করেন, যা খুব ছোট নমুনার বিশ্লেষণের ক্ষেত্রে অত্যন্ত উচ্চ সংবেদনশীলতা প্রদান করে। নমুনার আকার খুব ছোট হওয়া সত্ত্বেও (সাধারণত মাত্র কয়েক ন্যানোলিটার), ইনজেকশন কৌশলগুলোর কারণে উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং সুস্পষ্ট পিক পাওয়া যায়। এর ফলে বিশ্লেষ্য বস্তুগুলো ক্যাপিলারির প্রবেশমুখের কাছে একটি সংকীর্ণ অঞ্চলে ঘনীভূত হয়। 

অধিক নমুনা দ্রুত বিশ্লেষণের জন্য, একসাথে অনেক নমুনা পরীক্ষা করতে ক্যাপিলারি অ্যারে সমৃদ্ধ যন্ত্র ব্যবহার করা হয়। ১৬ বা ৯৬টি ক্যাপিলারি বিশিষ্ট এ ধরনের 'ক্যাপিলারি অ্যারে ইলেকট্রোফোরেসিস' (সিএই) যন্ত্রগুলো মাঝারি থেকে উচ্চ-গতির ডিএনএ সিকোয়েন্সিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়। 

 শনাক্তকরণ 
ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসে পৃথকীকরণ বেশ কয়েকটি যন্ত্রের মাধ্যমে শনাক্ত করা যায়। বেশিরভাগ বাণিজ্যিক সিস্টেমে অতিবেগুনী রশ্মি বা ইউভি-ভিস শোষণ পদ্ধতিকে প্রধান শনাক্তকরণ পদ্ধতি হিসেবে ব্যবহার করা হয়। এই সিস্টেমে ক্যাপিলারি নলের একটি অংশকেই ডিটেকশন সেল হিসেবে ব্যবহার করা হয়। টিউবের ভেতরেই শনাক্তকরণের ফলে পৃথক হওয়া বস্তুর গুণমান নষ্ট হয় না। সাধারণত নমনীয়তা বাড়ানোর জন্য ক্যাপিলারি নলে একটি পলিমারের (যেমন পলিমাইড বা টেফলন) প্রলেপ দেওয়া হয়। তবে অতিবেগুনি রশ্মি (ইউভি) শনাক্তকরণের জন্য ব্যবহৃত অংশটি অবশ্যই স্বচ্ছ হতে হবে। পলিমাইড-প্রলিপ্ত ক্যাপিলারির ক্ষেত্রে প্রলেপের একটি অংশ পুড়িয়ে বা ঘষে কয়েক মিলিমিটার লম্বা একটি স্বচ্ছ জানালা তৈরি করা হয়। এই খালি অংশটি সহজেই ভেঙে যেতে পারে, তাই স্থায়িত্ব বাড়াতে স্বচ্ছ প্রলেপযুক্ত ক্যাপিলারিও পাওয়া যায়। ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসে ডিটেকশন সেলের আলোক পথের দৈর্ঘ্য (প্রায় ৫০ মাইক্রোমিটার) ঐতিহ্যবাহী ইউভি সেলের (প্রায় ১ সেমি) তুলনায় অনেক কম। বিয়ার-ল্যাম্বার্ট সূত্র অনুসারে, ডিটেক্টরের সংবেদনশীলতা সেলের আলোক পথের দৈর্ঘ্যের সমানুপাতিক। সংবেদনশীলতা বাড়াতে পথের দৈর্ঘ্য বাড়ানো যেতে পারে, যদিও এর ফলে রেজোলিউশন বা পৃথকীকরণের স্পষ্টতা কমে যাওয়ার ঝুঁকি থাকে। চিত্র ২ এ দেখানো হয়েছে যে, ডিটেকশন পয়েন্টে ক্যাপিলারি নলটিকে প্রসারিত করে একটি "বাবল সেল" তৈরি করা যেতে পারে অথবা অতিরিক্ত টিউব যুক্ত করা যেতে পারে। তবে এই উভয় পদ্ধতিই পৃথকীকরণের রেজোলিউশন কমিয়ে দেয়।


যেসব নমুনা প্রাকৃতিকভাবে প্রতিপ্রভা তৈরি করে বা যেগুলোকে রাসায়নিকভাবে ফ্লুরোসেন্ট ট্যাগ যুক্ত করা হয়েছে, সেগুলোর জন্য প্রতিপ্রভা বা ফ্লুরোসেন্স শনাক্তকরণ পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে। এই পদ্ধতিতে উচ্চ সংবেদনশীলতা পাওয়া যায়, তবে যেসব নমুনা প্রতিপ্রভা তৈরি করে না সেগুলোর ক্ষেত্রে এটি ব্যবহার করা যায় না। প্রোটিন এবং ডিএনএ-সহ বিভিন্ন অণুর ফ্লুরোসেন্ট ডেরিভেটিভ তৈরির জন্য অসংখ্য লেবেলিং কৌশল ব্যবহার করা হয়। ল্যাবরেটরিতে ফ্লুরোসেন্স শনাক্তকরণের ব্যবস্থা করা বেশ জটিল হতে পারে, কারণ আলোক রশ্মিকে ক্যাপিলারির ওপর সঠিকভাবে ফোকাস করতে হয়। লেজার প্ররোচিত ফ্লুরোসেন্স (এলআইএফ) পদ্ধতিতে অত্যন্ত উচ্চ সংবেদনশীলতা পাওয়া যায়। ৪ এবং ৫ কালার এলআইএফ  সিস্টেমগুলো সাধারণত ডিএনএ সিকোয়েন্সিং এবং জিনোটাইপিং বা "ডিএনএ ফিঙ্গারপ্রিন্টিং" এ ব্যবহৃত হয়।  

নমুনার উপাদানগুলোর পরিচয় নিশ্চিত করতে ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসকে সরাসরি মাস স্পেকট্রোমিটার বা সারফেস-এনহ্যান্সড রামন স্পেকট্রোস্কোপি (এসইআরএস) এর সাথে যুক্ত করা যেতে পারে। বেশিরভাগ সিস্টেমে ক্যাপিলারির শেষ প্রান্তটি একটি আয়ন উৎসে প্রবেশ করানো হয় যা ইলেক্ট্রোস্প্রে আয়নাইজেশন (ইএসআই) ব্যবহার করে। এরপর উৎপন্ন আয়নগুলি মাস স্পেকট্রোমিটার দ্বারা বিশ্লেষণ করা হয়।

 পৃথকীকরণ পদ্ধতি 
ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসে যৌগগুলোর পৃথকীকরণ নির্ভর করে প্রয়োগকৃত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে বিশ্লেষ্য বস্তুগুলোর গতির পার্থক্যের ওপর। বিপরীত চার্জযুক্ত ইলেকট্রোডের দিকে একটি বস্তুর ইলেকট্রোফোরেটিক গতিবেগ () হলো:


যেখানে  হলো ইলেকট্রোফোরেটিক গতিশীলতা এবং  হলো বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি। ইলেকট্রোফোরেটিক গতিশীলতা পরীক্ষার মাধ্যমে নিচের সূত্র থেকে নির্ণয় করা যায়:

যেখানে  হলো প্রবেশমুখ থেকে শনাক্তকরণ বিন্দুর দূরত্ব,  হলো শনাক্তকরণ বিন্দুতে পৌঁছাতে প্রয়োজনীয় সময়,  হলো প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ এবং  হলো ক্যাপিলারির মোট দৈর্ঘ্য। যেহেতু শুধুমাত্র চার্জযুক্ত আয়নগুলি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা প্রভাবিত হয়, তাই চার্জহীন বা নিরপেক্ষ বস্তুগুলো ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসে সহজে পৃথক হয় না।

ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসে কোনো বস্তুর গতিবেগ বাফার দ্রবণের ইলেক্ট্রোঅসমোটিক প্রবাহের (ইওএফ) হারের ওপরও নির্ভর করে। একটি সাধারণ সিস্টেমে ইলেক্ট্রোঅসমোটিক প্রবাহ ঋণাত্মক চার্জযুক্ত ক্যাথোডের দিকে পরিচালিত হয়। ফলে ঋণাত্মক চার্জযুক্ত বস্তুগুলো অ্যানোডের দিকে আকৃষ্ট হলেও ইলেক্ট্রোঅসমোটিক প্রবাহের কারণে শেষ পর্যন্ত ক্যাথোডের দিকেই ধাবিত হয় (চিত্র ৩ দ্রষ্টব্য)।


ইলেক্ট্রোঅসমোটিক প্রবাহের গতিবেগ,  কে এভাবে লেখা যায়:

যেখানে  হলো ইলেক্ট্রোঅসমোটিক গতিশীলতা। বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে একটি বস্তুর মোট গতিবেগ () হলো:

যেহেতু বাফার দ্রবণের ইলেক্ট্রোঅসমোটিক প্রবাহ সাধারণত বিশ্লেষ্য বস্তুগুলোর ইলেকট্রোফোরেটিক গতিশীলতার চেয়ে বেশি হয়, তাই সব বস্তুই বাফার দ্রবণের সাথে ক্যাথোডের দিকে চলে যায়। ডিটেক্টরে এদের পৌঁছানোর ক্রম হলো: ছোট ও বহু-চার্জযুক্ত ক্যাটায়নগুলো দ্রুত পৌঁছায় এবং ছোট ও বহু-চার্জযুক্ত অ্যানায়নগুলো সবার শেষে পৌঁছায়।

 দক্ষতা ও রেজোলিউশন 
ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসে তাত্ত্বিক প্লেটের সংখ্যা বা পৃথকীকরণের দক্ষতা নিচের সূত্র দ্বারা প্রকাশ করা হয়:

যেখানে   হলো তাত্ত্বিক প্লেটের সংখ্যা,  হলো আপাত গতিশীলতা এবং  হলো বস্তুর ব্যাপন গুণাঙ্ক। এই সমীকরণ অনুযায়ী, পৃথকীকরণের দক্ষতা শুধুমাত্র ব্যাপন দ্বারা সীমাবদ্ধ এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তির সমানুপাতিক। তবে ব্যবহারিক ক্ষেত্রে উচ্চ ভোল্টেজ প্রয়োগ করলে ক্যাপিলারি নলে অত্যাধিক তাপ উৎপন্ন হতে পারে (জুল হিটিং), যা রেজোলিউশন কমিয়ে দেয়।

ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসের দক্ষতা সাধারণত এইচপিএলসির মতো অন্যান্য পৃথকীকরণ কৌশলের তুলনায় অনেক বেশি। এইচপিএলসির বিপরীতে এখানে দশাগুলোর মধ্যে কোনো ভর স্থানান্তর ঘটে না। এছাড়া ইওএফ চালিত সিস্টেমে প্রবাহের ধরণ সমতল বা ফ্ল্যাট হয়, যা ব্যান্ড ব্রডনিং বা পিক ছড়িয়ে যাওয়া রোধ করে। এর ফলে ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিসে কয়েক লক্ষ তাত্ত্বিক প্লেট পাওয়া সম্ভব।


 প্রয়োগ 
ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিস লালায় বিদ্যমান NH4+,, Na+, K+, Mg2+ এবং Ca2+ আয়নের সমসাময়িক পরিমাপের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।

ফরেনসিক বিজ্ঞানে সিই এর অন্যতম প্রধান প্রয়োগ হলো পলিমারেজ চেইন রিঅ্যাকশন (পিসিআর) ব্যবহার করে ডিএনএ খণ্ড শনাক্তকরণ। ডিএনএ পৃথকীকরণের জন্য সিই অত্যন্ত দ্রুত এবং দক্ষ একটি পদ্ধতি। ফরেনসিক জীববিজ্ঞানীগণ জৈবিক নমুনা থেকে এসটিআর টাইপিংয়ের মাধ্যমে ব্যক্তির প্রোফাইল তৈরি করতে এটি ব্যবহার করেন।

ফরেনসিকে সিই এর আরেকটি প্রয়োগ হলো কালির বিশ্লেষণ। জাল নথি এবং জাল নোট শনাক্তকরণের ক্ষেত্রে কালির রাসায়নিক উপাদান বিশ্লেষণ করা খুবই গুরুত্বপূর্ণ। মাইসেলার ইলেক্ট্রোফোরেটিক ক্যাপিলারি ক্রোমাটোগ্রাফি (এমইসিসি) পদ্ধতিতে কাগজের কালি বিশ্লেষণ করে এর উৎপত্তিস্থল নিশ্চিত করা যায়।

এছাড়া ঔষধ কোম্পানিগুলো প্রোটিন-লিগ্যান্ড মিথস্ক্রিয়া বোঝার জন্য অ্যাফিনিটি ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিস (এসিই) ব্যবহার করে। এটি এর সরলতা, দ্রুত ফলাফল এবং নমুনার কম ব্যবহারের কারণে ব্যাপক জনপ্রিয়। ক্যাপিলারি ইলেকট্রোফোরেসিস বর্তমানে উচ্চ-গতির ডিএনএ সিকোয়েন্সিংয়ের জন্য একটি অপরিহার্য ও সাশ্রয়ী পদ্ধতি হয়ে উঠেছে।

 তথ্যসূত্র 

 আরও পড়ুন 




 বহিঃসংযোগ 
  সিই অ্যানিমেশন

বিষয়শ্রেণী:ক্রোমাটোগ্রাফি
বিষয়শ্রেণী:ইলেকট্রোফোরেসিস
বিষয়শ্রেণী:ফরেনসিক কৌশল
বিষয়শ্রেণী:পলিমারেজ চেইন রিঅ্যাকশন