Biohybrid microswimmer
একটি বায়োহাইব্রিড মাইক্রোউইমারকে একটি মাইক্রোউইমার হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে যা জৈবিক এবং কৃত্রিম উভয় উপাদান নিয়ে গঠিত, উদাহরণস্বরূপ, এক বা একাধিক জীবিত অণুজীব এক বা বিভিন্ন সিন্থেটিক অংশে সংযুক্ত থাকে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে ন্যানোস্কোপিক এবং মেসোস্কোপিক বস্তুগুলি প্রকৃতি থেকে সরাসরি অনুপ্রেরণার মাধ্যমে বা এর বিদ্যমান সরঞ্জামগুলি ব্যবহার করে সম্মিলিতভাবে চলাচলের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। ছোট মেসোস্কোপিক থেকে ন্যানোস্কোপিক সিস্টেমগুলি সাধারণত কম রেনল্ডস সংখ্যায় কাজ করে এবং তাদের গতি বোঝা চ্যালেঞ্জিং হয়ে ওঠে। গতিবহন ঘটতে হলে, ব্যবস্থার প্রতিসাম্য ভেঙে ফেলতে হবে। উপরন্তু, সমষ্টিগত গতির জন্য সমষ্টিগত গঠনকারী সত্তাগুলির মধ্যে একটি সংযোগ প্রক্রিয়া প্রয়োজন। ঝাঁকুনিতে সক্ষম মেসোস্কোপিক থেকে ন্যানোস্কোপিক সত্তার বিকাশের জন্য, এটি অনুমান করা হয়েছে যে সত্তাগুলি একটি সু-সংজ্ঞায়িত অঙ্গসংস্থানের সাথে ভাঙা প্রতিসাম্য দ্বারা চিহ্নিত করা হয় এবং শক্তি সংগ্রহের জন্য সক্ষম কিছু উপাদান দিয়ে চালিত হয়। যদি সংগৃহীত শক্তির ফলে বস্তুটির চারপাশে একটি ক্ষেত্র তৈরি হয়, তবে এই ক্ষেত্রটি পার্শ্ববর্তী বস্তুর ক্ষেত্রের সাথে যুক্ত হতে পারে এবং সমষ্টিগত আচরণে কিছুটা সমন্বয় আনতে পারে। এই ধরনের রোবোটিক ঝাঁকগুলিকে একটি অনলাইন বিশেষজ্ঞ প্যানেল দ্বারা রোবোটিক্সের ক্ষেত্রে 10টি বড় অমীমাংসিত গোষ্ঠী চ্যালেঞ্জের মধ্যে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছে। যদিও তাদের ক্রিয়ার অন্তর্নিহিত প্রক্রিয়াটির তদন্ত এখনও তার শৈশবে রয়েছে, বিভিন্ন ব্যবস্থা তৈরি করা হয়েছে যা শক্তি সংগ্রহের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত এবং অনিয়ন্ত্রিত ঝাঁকুনিতে সক্ষম (যেমন, আলো, তাপ ইত্যাদি)। গত এক দশকে, বায়োহাইব্রিড মাইক্রোবটগুলি, যেখানে জীবিত সচল অণুজীবগুলি শারীরিকভাবে সংযুক্ত কৃত্রিম কাঠামোর সাথে সংহত করা হয়েছে, একটি লক্ষ্য গন্তব্যে সক্রিয় গতিবিধি এবং পণ্যসম্ভার সরবরাহ সক্ষম করার জন্য ক্রমবর্ধমান আগ্রহ অর্জন করেছে। গতিশীলতার পাশাপাশি, কৃত্রিম এবং পরিবেশগত পরিবর্তনের যথাযথ প্রতিক্রিয়া অনুধাবন এবং প্রকাশের অভ্যন্তরীণ ক্ষমতা কোষ-ভিত্তিক জৈব-সংকর মাইক্রোবটগুলিকে ডায়াগনস্টিক এবং থেরাপিউটিক এজেন্টগুলির স্থানীয় সক্রিয় সরবরাহের জন্য মানব দেহের দুর্গম গহ্বরে পণ্যসম্ভার পরিবহনের জন্য আবেদন করে। পটভূমি বায়োহাইব্রিড মাইক্রোউইমারকে মাইক্রোউইমার হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে যা জৈবিক এবং কৃত্রিম উভয় উপাদান নিয়ে গঠিত, উদাহরণস্বরূপ, এক বা একাধিক জীবিত অণুজীব এক বা বিভিন্ন সিন্থেটিক অংশে সংযুক্ত থাকে। এই ক্ষেত্রের অগ্রগামীরা ছিলেন মন্টেম্যাগনো এবং বাচান্দ, যারা 1999 সালে ন্যানোফ্যাব্রিকেটেড সাবস্ট্রেটে জৈবিক অণুগুলির নির্দিষ্ট সংযুক্তি কৌশল নিয়ে কাজ করেছিলেন, যা হাইব্রিড অজৈব/জৈব ন্যানোইলেক্ট্রোমেকানিকাল সিস্টেম প্রস্তুত করতে সক্ষম করে, যাকে এনইএমএস বলা হয়। তারা ইলেক্ট্রন বিম লিথোগ্রাফি দ্বারা উত্পাদিত সোনা, তামা বা নিকেলের ন্যানো অ্যারে প্যাটার্নে স্থির করা এফ 1-এটিপিজ জৈব আণবিক মোটর প্রস্তুতির জন্য থার্মোফিলিক ব্যাকটেরিয়া ব্যাসিলাস পিএস 3 থেকে প্রচুর পরিমাণে এফ 1-এটিপিজের উৎপাদনের বর্ণনা দিয়েছেন। এই প্রোটিনগুলি একটি সিন্থেটিক পেপটাইডের সাথে ট্যাগ করা একটি মাইক্রন মাইক্রোস্ফিয়ারের সাথে সংযুক্ত ছিল। ফলস্বরূপ, তারা রাসায়নিকভাবে সক্রিয় সাইটগুলির সাথে একটি প্ল্যাটফর্মের প্রস্তুতি এবং জৈব-আণবিক মোটরগুলির শক্তিকে দরকারী কাজে রূপান্তর করতে সক্ষম জৈব-সংকর যন্ত্রগুলির বিকাশ সম্পন্ন করেছে। বিজ্ঞানের সবচেয়ে মৌলিক প্রশ্নগুলির মধ্যে একটি হল জীবনের সংজ্ঞা কী। সমষ্টিগত গতি জীবনের অন্যতম বৈশিষ্ট্য। এটি সাধারণত প্রকৃতিতে বিভিন্ন মাত্রিক স্তরে দেখা যায় কারণ সক্রিয় সত্তাগুলি একটি সমন্বিত প্রচেষ্টায় গতিশীল সমষ্টিগত নিদর্শনগুলিতে একত্রিত হয়। এই গতিশীল সমষ্টিগত ঘটনাগুলি, অন্যান্য অনেক কিছুর মধ্যে, গতিশীল ঝাঁক হিসাবে লক্ষ্য করা যায়; যেমন, ব্যাকটেরিয়া, পঙ্গপালের ঝাঁক বা পাখির ঝাঁকুনিতে আচরণের মতো এককোষী জীব। নিউটন তাঁর গতির সমীকরণগুলি প্রতিষ্ঠিত করার পর থেকে, মাইক্রোস্কেলে গতির রহস্য বৈজ্ঞানিক ইতিহাসে ঘন ঘন আবির্ভূত হয়েছে, যেমনটি কয়েকটি নিবন্ধ দ্বারা বিখ্যাতভাবে প্রদর্শিত হয়েছে যা সংক্ষেপে আলোচনা করা উচিত। প্রথমত, অসবর্ন রেনল্ডস দ্বারা জনপ্রিয় একটি অপরিহার্য ধারণা হল যে কোনও তরলের গতির জন্য জড়তা এবং সান্দ্রতার আপেক্ষিক গুরুত্ব বিবেচনাধীন সিস্টেমের নির্দিষ্ট বিবরণের উপর নির্ভর করে। তাঁর সম্মানে নামকরণ করা রেনল্ডস সংখ্যা, এই তুলনাটিকে চরিত্রগত জড় এবং সান্দ্র শক্তির মাত্রাহীন অনুপাত হিসাবে পরিমাপ করেঃ এখানে, তরলের ঘনত্বকে উপস্থাপন করে; এটি সিস্টেমের একটি চরিত্রগত বেগ (উদাহরণস্বরূপ, একটি সাঁতারের কণার বেগ); একটি চরিত্রগত দৈর্ঘ্যের স্কেল (যেমন, সাঁতারের আকার); এবং এটি তরলের সান্দ্রতা। ঝুলন্ত তরলকে জল হিসাবে গ্রহণ করে এবং পরীক্ষামূলকভাবে পর্যবেক্ষিত মানগুলি ব্যবহার করে, কেউ নির্ধারণ করতে পারে যে মাছের (= 100) মতো ম্যাক্রোস্কোপিক সাঁতারুদের জন্য জড়তা গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে সান্দ্রতা ব্যাকটেরিয়ার (= 10−4) মতো মাইক্রোস্কেল সাঁতারুদের গতিতে আধিপত্য বিস্তার করে। মাইক্রোমিটার স্কেলে সাঁতার কাটার জন্য সান্দ্রতার অপ্রতিরোধ্য গুরুত্ব সাঁতার কৌশলের জন্য গভীর প্রভাব ফেলে। ই. এম. পার্সেল এটি স্মরণীয়ভাবে আলোচনা করেছেন, যিনি পাঠককে অণুজীবের জগতে আমন্ত্রণ জানিয়েছিলেন এবং তাত্ত্বিকভাবে তাদের গতির অবস্থা অধ্যয়ন করেছিলেন। প্রথমত, বড় মাপের সাঁতারুদের প্রপালশন কৌশলগুলি প্রায়শই পর্যায়ক্রমিক বিচ্ছিন্ন ঘটনাগুলিতে পার্শ্ববর্তী তরলকে গতি প্রদান করে, যেমন ভোর্টেক্স শেডিং এবং জড়তার মাধ্যমে এই ঘটনাগুলির মধ্যে উপকূল স্থাপন। এটি ব্যাকটেরিয়ার মতো মাইক্রোস্কেল সাঁতারুদের জন্য কার্যকর হতে পারে নাঃ বড় সান্দ্র আর্দ্রতার কারণে, একটি মাইক্রন আকারের বস্তুর জড় উপকূলবর্তী সময় 1 মাইক্রোএসের ক্রমে থাকে। একটি সাধারণ গতিতে চলমান একটি অণুজীবের উপকূলবর্তী দূরত্ব প্রায় 0.1 অ্যাংস্ট্রম (Å)। পার্সেল এই উপসংহারে পৌঁছেছে যে শুধুমাত্র একটি মাইক্রোস্কেল বস্তুর উপর বর্তমান মুহুর্তে প্রয়োগ করা শক্তিগুলি তার প্রবাহে অবদান রাখে, তাই একটি ধ্রুবক শক্তি রূপান্তর পদ্ধতি অপরিহার্য। অণুজীবগুলি ক্রমাগত শক্তি উৎপাদনের জন্য তাদের বিপাক প্রক্রিয়াকে অনুকূল করেছে, অন্যদিকে বিশুদ্ধ কৃত্রিম মাইক্রোউইমারদের (মাইক্রোবট) অবশ্যই পরিবেশ থেকে শক্তি অর্জন করতে হবে, কারণ তাদের অন-বোর্ড-স্টোরেজ-ক্ষমতা খুব সীমিত। শক্তির ক্রমাগত অপচয়ের আরও ফলস্বরূপ, জৈবিক এবং কৃত্রিম মাইক্রোউইমাররা ভারসাম্য পরিসংখ্যানগত পদার্থবিজ্ঞানের নিয়মগুলি মেনে চলে না এবং ভারসাম্যহীন গতিবিদ্যা দ্বারা বর্ণনা করা প্রয়োজন। গাণিতিকভাবে, পার্সেল নেভিয়ার-স্টোকস সমীকরণ গ্রহণ করে এবং জড় পদগুলি বাদ দিয়ে নিম্ন রেনল্ডস সংখ্যার প্রভাবগুলি অন্বেষণ করেছিলেনঃ যেখানে তরলের বেগ এবং চাপের গ্রেডিয়েন্ট। পার্সেল যেমন উল্লেখ করেছেন, ফলস্বরূপ প্রাপ্ত সমীকরণ-স্টোকস সমীকরণ-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- একটি ঝুলন্ত দেহ (যেমন, একটি ব্যাকটেরিয়া) পর্যায়ক্রমিক যান্ত্রিক গতি বা বিকৃতি (যেমন, একটি ফ্ল্যাজেলামের) মাধ্যমে কীভাবে সাঁতার কাটতে পারে তার জন্য এর কিছু গুরুত্বপূর্ণ পরিণতি রয়েছে। প্রথমত, মাইক্রোউইমার এবং পার্শ্ববর্তী তরলের গতির জন্য গতির হার কার্যত অপ্রাসঙ্গিকঃ গতির হার পরিবর্তন করলে তরল এবং মাইক্রোউইমারের বেগের মাত্রা পরিবর্তিত হবে, তবে এটি তরল প্রবাহের ধরণ পরিবর্তন করবে না। দ্বিতীয়ত, যান্ত্রিক গতির দিকটি বিপরীত করা কেবল সিস্টেমের সমস্ত বেগকে বিপরীত করবে। স্টোকস সমীকরণের এই বৈশিষ্ট্যগুলি সম্ভাব্য সাঁতার কৌশলগুলির পরিসরকে গুরুতরভাবে সীমাবদ্ধ করে। বায়োহাইব্রিড মাইক্রোসুইমারদের সাম্প্রতিক প্রকাশনাগুলির মধ্যে রয়েছে শুক্রাণু কোষ, সঙ্কুচিত পেশী কোষ এবং জৈবিক উপাদান হিসাবে ব্যাকটেরিয়ার ব্যবহার, কারণ তারা দক্ষতার সাথে রাসায়নিক শক্তিকে চলাচলে রূপান্তরিত করতে পারে এবং অতিরিক্তভাবে পরিবেশগত অবস্থার উপর নির্ভর করে জটিল গতি সম্পাদন করতে সক্ষম। এই অর্থে, জৈব-সংকর মাইক্রোসুইমার ব্যবস্থাকে বিভিন্ন কার্যকরী উপাদানের সংমিশ্রণ হিসাবে বর্ণনা করা যেতে পারেঃ পণ্যসম্ভার এবং বাহক। পণ্যসম্ভার হল আগ্রহের একটি উপাদান যা কাস্টমাইজড উপায়ে সরানো (এবং সম্ভবত ছেড়ে দেওয়া) উচিত। বাহক হল বায়োহাইব্রিডের চলাচলের জন্য দায়ী উপাদান, যা তার পৃষ্ঠের সাথে সংযুক্ত কাঙ্ক্ষিত পণ্যসম্ভার পরিবহনের জন্য দায়ী। এই ব্যবস্থাগুলির বেশিরভাগই লক্ষ্যযুক্ত ওষুধ সরবরাহের জন্য সিন্থেটিক পণ্যসম্ভার পরিবহনের জন্য জৈবিক গতিশীল প্রপালশনের উপর নির্ভর করে/বিপরীত ক্ষেত্রেও উদাহরণ রয়েছেঃ জৈবিক পণ্যসম্ভার ব্যবস্থার সাথে কৃত্রিম মাইক্রোসুইমার। গত এক দশকে, বায়োহাইব্রিড মাইক্রোবটগুলি, যেখানে জীবিত সচল অণুজীবগুলি শারীরিকভাবে সংযুক্ত কৃত্রিম কাঠামোর সাথে সংহত করা হয়েছে, একটি লক্ষ্য গন্তব্যে সক্রিয় গতিবিধি এবং পণ্যসম্ভার সরবরাহ সক্ষম করার জন্য ক্রমবর্ধমান আগ্রহ অর্জন করেছে। গতিশীলতার পাশাপাশি, কৃত্রিম এবং পরিবেশগত পরিবর্তনের যথাযথ প্রতিক্রিয়া অনুধাবন এবং প্রকাশের অভ্যন্তরীণ ক্ষমতা কোষ-ভিত্তিক জৈব-সংকর মাইক্রোবটগুলিকে ডায়াগনস্টিক এবং থেরাপিউটিক এজেন্টগুলির স্থানীয় সক্রিয় সরবরাহের জন্য মানব দেহের দুর্গম গহ্বরে পণ্যসম্ভার পরিবহনের জন্য আবেদন করে। সচল মাইক্রোবটগুলিতে সংযুক্ত কেন্দ্রীভূত থেরাপিউটিক এবং ডায়াগনস্টিক এজেন্টগুলির সক্রিয় গতিবিধি, লক্ষ্যমাত্রা নির্ধারণ এবং পরিচালনা প্রচলিত থেরাপির বিদ্যমান চ্যালেঞ্জগুলি কাটিয়ে উঠতে পারে। এই লক্ষ্যে, ব্যাকটেরিয়া সাধারণত সংযুক্ত পুঁতি এবং ভূত কোষের সাথে ব্যবহার করা হয়। ব্যাকটেরিয়াল জৈব সংকর কৃত্রিম মাইক্রো এবং ন্যানোসুইমার হল ছোট আকারের যন্ত্র যা শক্তিকে চলাচলে রূপান্তরিত করে। 2002 সালে তাদের কর্মক্ষমতার প্রথম প্রদর্শনের পর থেকে, নতুন প্রস্তুতি পদ্ধতি, প্রপালশন কৌশল, গতি নিয়ন্ত্রণ এবং পরিকল্পিত কার্যকারিতার ক্ষেত্রে এই ক্ষেত্রটি দ্রুত বিকশিত হয়েছে। এই ক্ষেত্রটি ওষুধ সরবরাহ, পরিবেশগত প্রতিকার এবং সংবেদনশীলতার মতো প্রয়োগের প্রতিশ্রুতি রাখে। এই ক্ষেত্রের প্রাথমিক ফোকাস মূলত কৃত্রিম ব্যবস্থার উপর ছিল, তবে সাহিত্যে ক্রমবর্ধমান সংখ্যক "জৈব সংকর" আবির্ভূত হচ্ছে। কৃত্রিম এবং জৈবিক উপাদানগুলির সংমিশ্রণ নতুন, সু-নিয়ন্ত্রিত মাইক্রোসুইমার কার্যকারিতা অর্জনের একটি আশাব্যঞ্জক কৌশল, কারণ জীবের প্রয়োজনীয় ক্রিয়াকলাপগুলি চলাচলের ক্ষমতার সাথে অন্তর্নিহিতভাবে সম্পর্কিত। সমস্ত স্কেলের জীবন্ত প্রাণী পরিবেশগত উদ্দীপনার প্রতিক্রিয়ায় (যেমন, তাপমাত্রা বা পিএইচ), খাদ্যের উৎস খুঁজতে, পুনরুত্পাদন করতে বা শিকারিদের থেকে পালাতে চলাচল করে। আরও সুপরিচিত জীবন্ত মাইক্রো সিস্টেমগুলির মধ্যে একটি হল সুইমিং ব্যাকটেরিয়া, তবে নির্দেশিত গতি এমনকি আণবিক স্কেলেও ঘটে, যেখানে জৈবিক কাজগুলি সম্পাদনের জন্য এনজাইম এবং প্রোটিনগুলি গঠনমূলক পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যায়। সাঁতারের ব্যাকটেরিয়া কোষগুলি সংকর মাইক্রোসুইমারের বিকাশে ব্যবহৃত হয়েছে। ব্যাকটেরিয়া কোষের সাথে পণ্যসম্ভারের সংযুক্তি তাদের সাঁতারের আচরণকে প্রভাবিত করতে পারে। ঝাঁকুনিতে ব্যাকটেরিয়াল কোষগুলি হাইব্রিড মাইক্রোসুইমারের বিকাশেও ব্যবহৃত হয়েছে। সোয়ারিং সেরাটিয়া মার্সেসেন্স কোষগুলি পিডিএমএস-লেপা কভারস্লিপে স্থানান্তরিত হয়েছিল, যার ফলে লেখকদের দ্বারা "ব্যাকটেরিয়াল কার্পেট" হিসাবে উল্লেখ করা একটি কাঠামো তৈরি হয়েছিল। "অটো-মোবাইল চিপস" নামে পরিচিত এই ব্যাকটেরিয়াল কার্পেটগুলির ভিন্ন আকৃতির সমতল টুকরোগুলি দুটি মাত্রায় মাইক্রোস্কোপ স্লাইডের পৃষ্ঠের উপরে চলে যায়। অন্যান্য অনেক কাজে সংকর মাইক্রোসুইমারের বিকাশের জন্য সেরাটিয়া মার্সেসেন্স ঝাঁকুনিতে কোষের পাশাপাশি ই. কোলাই ঝাঁকুনিতে কোষ ব্যবহার করা হয়েছে। চৌম্বকীয় ব্যাকটেরিয়া জৈব-সংকর গতি ব্যবস্থায় তাদের বহুমুখী ব্যবহারের কারণে বিভিন্ন গবেষণার কেন্দ্রবিন্দুতে রয়েছে। প্রোটিস্ট বায়োহাইব্রাইডস অ্যালগাল ক্ল্যামিডোমোনাস রেইনহার্ডটি একটি এককোষী সবুজ মাইক্রোঅ্যালগা। বন্য-ধরনের সি. রেইনহার্টির একটি গোলাকার আকৃতি রয়েছে যার গড় ব্যাস প্রায় 10 মাইক্রোমিটার। এই অণুজীবটি দৃশ্যমান আলোকে অনুধাবন করতে পারে এবং 100-200 μms−1 পরিসরে উচ্চ সাঁতারের গতিতে এটি (অর্থাৎ ফটোট্যাক্সিস) দ্বারা চালিত হতে পারে। এটিতে প্রাকৃতিক অটোফ্লোরেসেন্স রয়েছে যা লেবেল-মুক্ত ফ্লুরোসেন্ট ইমেজিংয়ের অনুমতি দেয়। সি. রেইনহার্ডটি সক্রিয়ভাবে থেরাপিউটিক্সের সক্রিয় বিতরণের জন্য বায়োহাইব্রিড মাইক্রোরোবটের জীবন্ত উপাদান হিসাবে অনুসন্ধান করা হয়েছে। এগুলি সুস্থ স্তন্যপায়ী কোষের সাথে জৈব সামঞ্জস্যপূর্ণ, কোনও পরিচিত বিষাক্ত পদার্থ ছেড়ে যায় না, শারীরবৃত্তীয়ভাবে প্রাসঙ্গিক মাধ্যমে সচল থাকে এবং কোষের দেওয়ালে পণ্যসম্ভার বহন করার জন্য পৃষ্ঠের পরিবর্তনের অনুমতি দেয়। ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক মিথস্ক্রিয়া এবং সমযোজী বন্ধনের মাধ্যমে মিথস্ক্রিয়াশীল পৃষ্ঠগুলিকে সংশোধন করার মাধ্যমে সমাবেশের জন্য সি. রেইনহার্ড্টির জন্য বিকল্প সংযুক্তি কৌশল প্রস্তাব করা হয়েছে। রোবোকোলিথের সমষ্টিগত গতি জীবনের অন্যতম বৈশিষ্ট্য। পৃথকভাবে যা সম্পন্ন করা হয় তার বিপরীতে, একাধিক সত্তা প্রতিটি অংশগ্রহণকারীর মধ্যে স্থানীয় মিথস্ক্রিয়া কাছাকাছি ঘটতে সক্ষম করে। যদি আমরা সমষ্টিগত আচরণে প্রতিটি অংশগ্রহণকারীকে একটি (জৈব) শারীরিক ট্রান্সডিউসার হিসাবে বিবেচনা করি, তবে শক্তি এক প্রকার থেকে অন্য প্রকারে রূপান্তরিত হবে। প্রক্সিমিক্স তখন শক্তির ট্রান্সডাকশনের মাধ্যমে প্রতিবেশী ব্যক্তিদের মধ্যে উন্নত যোগাযোগের পক্ষে থাকবে, যা যৌগিক চালিত কাঠামোর গতিশীল এবং জটিল সিনার্জেটিক আচরণের দিকে পরিচালিত করবে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে ন্যানোস্কোপিক এবং মেসোস্কোপিক বস্তুগুলি প্রকৃতি থেকে সরাসরি অনুপ্রেরণার মাধ্যমে বা এর বিদ্যমান সরঞ্জামগুলি ব্যবহার করে সম্মিলিতভাবে চলাচলের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। এই ধরনের রোবোটিক ঝাঁকগুলিকে একটি অনলাইন বিশেষজ্ঞ প্যানেল দ্বারা রোবোটিক্সের ক্ষেত্রে 10 টি মহান অমীমাংসিত গোষ্ঠী চ্যালেঞ্জের মধ্যে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছিল। যদিও তাদের ক্রিয়ার অন্তর্নিহিত প্রক্রিয়াটির তদন্ত এখনও তার শৈশবে রয়েছে, বিভিন্ন ব্যবস্থা তৈরি করা হয়েছে যা শক্তি সংগ্রহের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত এবং অনিয়ন্ত্রিত ঝাঁকুনিতে সক্ষম (যেমন, আলো, তাপ ইত্যাদি)। গুরুত্বপূর্ণভাবে, এই শক্তিকে সিস্টেমের চলাচলের জন্য একটি নিট শক্তিতে রূপান্তরিত করা উচিত। ছোট মেসোস্কোপিক থেকে ন্যানোস্কোপিক সিস্টেমগুলি সাধারণত কম রেনল্ডস সংখ্যায় কাজ করে এবং তাদের গতি বোঝা চ্যালেঞ্জিং হয়ে ওঠে। গতিশীল হওয়ার জন্য, সিস্টেমের প্রতিসাম্য অবশ্যই broken.14 হতে হবে উপরন্তু, সমষ্টিগত গতির জন্য সমষ্টিগত গঠনকারী সত্তাগুলির মধ্যে একটি সংযোগ প্রক্রিয়া প্রয়োজন। ঝাঁকুনিতে সক্ষম মেসোস্কোপিক থেকে ন্যানোস্কোপিক সত্তার বিকাশের জন্য, এটি অনুমান করা হয়েছে যে সত্তাগুলি একটি সু-সংজ্ঞায়িত অঙ্গসংস্থানের সাথে ভাঙা প্রতিসাম্য দ্বারা চিহ্নিত করা হয় এবং শক্তি সংগ্রহের জন্য সক্ষম কিছু উপাদান দিয়ে চালিত হয়। যদি সংগৃহীত শক্তির ফলে বস্তুটির চারপাশে একটি ক্ষেত্র তৈরি হয়, তবে এই ক্ষেত্রটি পার্শ্ববর্তী বস্তুর ক্ষেত্রের সাথে যুক্ত হতে পারে এবং সমষ্টিগত আচরণে কিছুটা সমন্বয় আনতে পারে। এমিলিয়ানিয়া হাক্সলেই (ই. এইচ. ইউ. এক্স) কোকোলিথোফোর-উদ্ভূত অসমমিত কোকোলিথগুলি ভাঙা প্রতিসাম্য এবং সু-সংজ্ঞায়িত অঙ্গসংস্থান সহ একটি ন্যানো/মেসোস্কোপিক বস্তুর পছন্দের জন্য প্রার্থী হিসাবে দাঁড়িয়ে আছে। ক্যালসাইট গঠনের কারণে তাপগতিবিদ্যার স্থায়িত্ব ছাড়াও, ই. এইচ. ইউ. এক্স কোক্কোলিথের গুরুত্বপূর্ণ সুবিধা হল তাদের স্বতন্ত্র এবং পরিশীলিত অসমমিতিক অঙ্গসংস্থান। ই. এইচ. ইউ. এক্স কোক্কোলিথগুলি একটি কেন্দ্রীয় বলয় দ্বারা সংযুক্ত একটি প্রক্সিমাল এবং ডিস্টাল ডিস্ক গঠনের জন্য স্থাপন করা বেশ কয়েকটি হাতুড়ি-মাথার পাঁজর দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। এই ডিস্কগুলির বিভিন্ন আকার রয়েছে তবে কোক্কোলিথকে একটি বক্রতা থাকতে দেয়, যা আংশিকভাবে একটি ওয়াগন চাকার অনুরূপ। ই. এইচ. ইউ. এক্স কোক্কোলিথগুলি ই. এইচ. ইউ. এক্স কোক্কোলিথোফোর থেকে পৃথক করা যেতে পারে, যা এককোষী সামুদ্রিক শৈবালের একটি অনন্য গোষ্ঠী যা সমুদ্রে বায়োজেনিক ক্যালসাইটের প্রাথমিক উৎপাদক। কোক্কোলিথোফোরগুলি আন্তঃকোষীয়ভাবে জটিল ত্রিমাত্রিক খনিজ কাঠামো তৈরি করতে পারে, যেমন ক্যালসিয়াম কার্বনেট স্কেল (অর্থাৎ, কোক্কোলিথ), এমন একটি প্রক্রিয়ায় যা একটি বিশেষ ভেসিকল দ্বারা ক্রমাগত চালিত হয়। প্রক্রিয়াটি শেষ হওয়ার পরে, গঠিত কোক্কোলিথগুলি কোষের পৃষ্ঠে নিঃসৃত হয়, যেখানে তারা এক্সোস্কেলেটন (অর্থাৎ, কোকোস্ফিয়ার) গঠন করে। কোকোলিথ স্থাপত্যের বিস্তৃত বৈচিত্র্যের ফলে ন্যানোটেকনোলজি বা বায়োমেডিসিনে নির্দিষ্ট প্রয়োগের আরও সম্ভাবনা রয়েছে। ই. এইচ. ইউ. এক্স জীবিত কোক্কোলিথোফোর থেকে নির্জীব কোক্কোলিথগুলি, বিশেষত, কম কালচার খরচ এবং দ্রুত প্রজনন হার সহ পরীক্ষাগারে সহজেই বিচ্ছিন্ন করা যেতে পারে এবং একটি যুক্তিসঙ্গতভাবে মাঝারি পৃষ্ঠ এলাকা (~ 20 মি2/গ্রাম) রয়েছে যা একটি মেসোপোরাস কাঠামো (4 এনএম পরিসরে ছিদ্রের আকার) প্রদর্শন করে। সম্ভবত, যদি ই. এইচ. ইউ. এক্স কোক্কোলিথের উভয় পাশে শক্তি সংগ্রহ করা হয়, তবে এটি একটি নিট শক্তি উৎপাদনের অনুমতি দেবে, যার অর্থ একটি দিকনির্দেশক পদ্ধতিতে চলাচল। কোকোলিথের প্রচুর প্রয়োগের অপার সম্ভাবনা রয়েছে, তবে শক্তি সংগ্রহ করতে সক্ষম করার জন্য, তাদের পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যগুলি সূক্ষ্মভাবে সুর করা আবশ্যক। ঝিনুকগুলিতে আঠালো প্রোটিনের গঠন দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়ে, পলিডোপামিনে ডোপামিন স্ব-পলিমারাইজেশন বর্তমানে কার্যত সমস্ত ধরণের উপকরণের জন্য সবচেয়ে বহুমুখী কার্যকরীকরণ কৌশল। তার পৃষ্ঠের রসায়ন এবং হালকা শোষণ বৈশিষ্ট্যের বিস্তৃত পরিসরের কারণে, পলিডোপামিন নিষ্ক্রিয় স্তরের উপর সহায়ক শক্তি সংগ্রহের জন্য একটি আদর্শ পছন্দ। এই কাজে, আমরা পলিডোপামাইন লেপের সুবিধাগুলি কাজে লাগানোর লক্ষ্য রাখি যাতে অন্যথায় নিষ্ক্রিয় এবং নির্জীব কোক্কোলিথগুলিকে উন্নত শক্তি সংগ্রহের কার্যকারিতা প্রদান করা যায়। পলিডোপামাইন (পিডিএ) ইতিমধ্যেই পলিস্টাইরিন পুঁতির চলাচলকে প্ররোচিত করতে দেখা গেছে কারণ নিকট-ইনফ্রারেড (এনআইআর) আলো উত্তেজনার অধীনে বস্তু এবং পার্শ্ববর্তী জলীয় দ্রবণের মধ্যে 2 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত তাপীয় বিস্তার প্রভাব রয়েছে। তবে, কোনও সম্মিলিত আচরণের খবর পাওয়া যায়নি। এখানে, আমরা প্রথমবারের মতো প্রমাণ করছি যে, পলিডোপামিন দৃশ্যমান আলোতে (300-600 nm), কাঠামোগতভাবে জটিল, প্রাকৃতিক এবং চ্যালেঞ্জিং-থেকে-নিয়ন্ত্রণ কাঠামোর সমষ্টিগত আচরণ যেমন কোক্কোলিথকে প্ররোচিত করার জন্য একটি সক্রিয় উপাদান হিসাবে কাজ করতে পারে। ফলস্বরূপ, জৈব-অজৈব সংকর সংমিশ্রণ (কোক্কোলিথ-পলিডোপামিন) রোবোক্লিথের নকশা তৈরি করতে সক্ষম হবে। ডোপামিন পলিমারাইজেশন একটি দ্রবণে অগ্রসর হয়, যেখানে এটি ছোট কোলয়েডাল সমষ্টি গঠন করে যা কোক্কোলিথের পৃষ্ঠে শোষণ করে, একটি সংহত ফিল্ম গঠন করে। এই ফিল্মটি উচ্চ রুক্ষতা দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, যা একটি উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা এবং শক্তির বর্ধিত সংগ্রহের মধ্যে অনুবাদ করে। পলিমার মেরুদণ্ডের সংযুক্ত প্রকৃতির কারণে, পলিডোপামিন দৃশ্যমান অঞ্চল সহ একটি বিস্তৃত বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় বর্ণালীতে আলো শোষণ করতে পারে। ফলস্বরূপ, কোক্কোলিথের পৃষ্ঠ একটি ফটোথার্মাল প্রভাব দ্বারা সমৃদ্ধ, স্থানীয়ভাবে গরম এবং পিডিএ উপস্থিতি দ্বারা প্ররোচিত পরিচলন তৈরি করে। এই স্থানীয় পরিচলনটি নিকটবর্তী আরেকটি স্থানীয় পরিচলন সহ মিলিত হয়, যা পৃথক রোবোকলিথের মধ্যে সংযোগের অনুমতি দেয়, তাদের সমষ্টিগত গতি সক্ষম করে (চিত্র 1)। অতএব, যখন আলো অ্যানিসোমেট্রিক রোবোকোলিথের মুখোমুখি হয়, তখন তাদের পৃষ্ঠে পিডিএ উপস্থিতির দ্বারা প্ররোচিত ফটোথার্মাল রূপান্তরের কারণে তারা স্থানীয়ভাবে গরম হয়। তীব্র স্থানীয় উত্তাপ রোবোকোলিথের উভয় পাশে ভিন্ন ধরনের পরিচলন তৈরি করে, যার ফলে এর পর্যবেক্ষণমূলক গতিবিধি ঘটে। এই ধরনের পরিচলন পার্শ্ববর্তী রোবোকোলিথের পরিচলনের সাথে যুক্ত হতে পারে, যার ফলে একটি "ঝাঁকুনিতে" গতি হতে পারে। উপরন্তু, রোবোকোলিথের পৃষ্ঠটি অ্যান্টিফাউলিং পলিমার ব্রাশগুলিকে সামঞ্জস্য করার জন্য এবং সম্ভাব্যভাবে তাদের সমষ্টি রোধ করার জন্য ইঞ্জিনিয়ার করা হয়। যদিও রোবোকোলিথের গতি বোঝার জন্য প্রথম পদক্ষেপ হিসাবে একটি প্রাথমিক আলোক-সক্রিয় পরিবাহী পদ্ধতি গ্রহণ করা হয়, তবে বর্তমানে জৈব-মাইক্রোমেশিনের ঝাঁকুনিতে পরবর্তী প্রজন্মের বহুমুখী রোবোকোলিথের পথ সুগম করার জন্য প্রচুর যান্ত্রিক পদ্ধতি তৈরি করা হচ্ছে। প্রধানত সমন্বিত জৈবিক অ্যাকচুয়েটর এবং সিন্থেটিক কার্গো বাহক দ্বারা গঠিত বায়োহাইব্রিড মাইক্রোসুইমারস সম্প্রতি ন্যূনতম আক্রমণাত্মক থেরানোস্টিক প্রয়োগের প্রতি প্রতিশ্রুতি দেখিয়েছে। ব্যাকটেরিয়া, মাইক্রোঅ্যালগে এবং স্পার্মাটোজয়েড সহ বিভিন্ন অণুজীব উন্নত চিকিৎসা কার্যকারিতা সহ বিভিন্ন বায়োহাইব্রিড মাইক্রোউইমার তৈরি করতে ব্যবহার করা হয়েছে, যেমন লক্ষ্য করার জন্য পরিবেশগত উদ্দীপনার সাথে স্বায়ত্তশাসিত নিয়ন্ত্রণ, সংকীর্ণ ফাঁকগুলির মধ্য দিয়ে নেভিগেশন এবং টিউমার পরিবেশের নেক্রোটিক অঞ্চলে জমা হওয়া। অ্যাকোস্টিক বা চৌম্বক ক্ষেত্রের মতো দীর্ঘ-পরিসীমা প্রয়োগকৃত বাহ্যিক ক্ষেত্রগুলির সাথে সিন্থেটিক কার্গো বাহকগুলির পরিচালনাযোগ্যতা এবং বিভিন্ন পরিবেশগত উদ্দীপনার প্রতি জৈবিক অ্যাকচুয়েটরগুলির অভ্যন্তরীণ ট্যাক্সি আচরণ, যেমন কেমোঅ্যাট্র্যাক্ট্যান্টস, পিএইচ এবং অক্সিজেন, বায়োহাইব্রিড মাইক্রোসুইমারদের চিকিৎসা সক্রিয় কার্গো ডেলিভারি অ্যাপ্লিকেশনের বিস্তৃত পরিসরের জন্য একটি আশাব্যঞ্জক প্রার্থী করে তোলে। কম রেনল্ডস (রি) সংখ্যা প্রবাহে ব্যাকটেরিয়ার একটি উচ্চ সাঁতারের গতি এবং দক্ষতা রয়েছে, বাহ্যিক পরিবেশগত সংকেতগুলি অনুধাবন করতে এবং প্রতিক্রিয়া জানাতে সক্ষম এবং ফ্লুরোসেন্স বা আল্ট্রাসাউন্ড ইমেজিং কৌশলগুলির মাধ্যমে বাহ্যিকভাবে সনাক্ত করা যেতে পারে। তাদের অন্তর্নিহিত সংবেদন ক্ষমতার কারণে, বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া প্রজাতিগুলি সম্ভাব্য অ্যান্টি-টিউমার এজেন্ট হিসাবে তদন্ত করা হয়েছে এবং প্রাক-ক্লিনিকাল এবং ক্লিনিকাল পরীক্ষার বিষয় হয়ে দাঁড়িয়েছে। মানবদেহে বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া প্রজাতির উপস্থিতি, যেমন ত্বক এবং অন্ত্রের মাইক্রোএনভায়রনমেন্ট, বিভিন্ন চিকিৎসা প্রয়োগে সম্ভাব্য থেরানোস্টিক এজেন্ট বা বাহক হিসাবে তাদের ব্যবহারকে উন্নীত করেছে। অন্যদিকে, বিশেষায়িত ইউক্যারিওটিক কোষ, যেমন লোহিত রক্তকণিকা (আরবিসি), প্রকৃতির সবচেয়ে দক্ষ নিষ্ক্রিয় বাহকগুলির মধ্যে একটি, যার উচ্চ পেলোড দক্ষতা, বিকৃতি, অবক্ষয় এবং জৈব সামঞ্জস্য রয়েছে এবং বিভিন্ন চিকিৎসা প্রয়োগেও ব্যবহৃত হয়েছে। আর. বি. সি এবং আর. বি. সি-থেকে উদ্ভূত ন্যানোভেসিকেল, যেমন ন্যানো-এরিথ্রোসোম, শরীরে প্রয়োগকৃত পদার্থের সঞ্চালনের সময় বাড়ানোর জন্য এবং যকৃত, প্লীহা এবং লিম্ফ নোডগুলিতে পর্যবেক্ষণ করা বিভিন্ন রোগের চিকিত্সার জন্য বিভিন্ন জৈব সক্রিয় পদার্থ সরবরাহ করার জন্য প্যাসিভ কার্গো বাহক হিসাবে সফলভাবে গৃহীত হয়েছে, এবং ক্যান্সারও শিরায়, ইন্ট্রাপেরিটোনিয়াল, সাবকুটেনিয়াস এবং ইনহেলেশনাল রুটের মাধ্যমে পরিচালিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, ইঁদুরের মধ্যে শিরায় ইনজেকশন দেওয়ার আগে আর. বি. সি-র ঝিল্লির সাথে সংযুক্ত হলে ইমিউন কোষ দ্বারা ড্রাগ-লোডেড কণাগুলির স্বীকৃতি হ্রাস পাওয়া যায়। উপরন্তু, ন্যানোক্যারিয়ারগুলির পরিবর্তিত জৈব সঞ্চয়ের রূপরেখা দেখানো হয়েছিল যখন আর. বি. সি-তে সংযুক্ত করা হয়, যা লক্ষ্য অঙ্গগুলিতে ন্যানোক্যারিয়ার সরবরাহকে বাড়িয়ে তোলে। এটিও জানা গেছে যে ফুসফুসীয় ধমনী উচ্চ রক্তচাপের ওষুধ ফাসুদিলের অর্ধ-জীবন শরীরের অভ্যন্তরে প্রায় ছয়গুণ থেকে আটগুণ বৃদ্ধি পায় যখন এটি ন্যানো-এরিথ্রোসোমে লোড করা হয়। আরবিসি-র উন্নত পণ্যসম্ভার বহনকারী বৈশিষ্ট্যগুলিও জৈব-সংকর মাইক্রোসুইমার নকশায় তাদের ব্যবহারের জন্য আগ্রহ বৃদ্ধি করেছে। সম্প্রতি, শব্দ তরঙ্গ এবং চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে ড্রাগ এবং সুপারপ্যারাম্যাগনেটিক ন্যানো পার্টিকল (স্পিয়ন)-লোডেড আরবিসিগুলির সক্রিয় নেভিগেশন এবং নিয়ন্ত্রণ উপস্থাপন করা হয়েছে। সক্রিয় কার্গো ডেলিভারি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গতিশীল ব্যাকটেরিয়া দ্বারা চালিত নরম বায়োহাইব্রিড মাইক্রোসুইমার তৈরিতে আরবিসিগুলি আরও ব্যবহার করা হয়েছিল। ওষুধের অণু এবং স্পিওন দ্বারা ভরা আরবিসিগুলি ব্যাকটেরিয়া দ্বারা চালিত হত এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের মাধ্যমে চালিত হত, যা আরবিসিগুলির সহজাত উচ্চ বিকৃতিশীলতার কারণে তাদের আকারের চেয়ে ছোট ফাঁকগুলির মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করতে সক্ষম ছিল। তথ্যসূত্র মাইক্রোসুইমারস মাইক্রোঅর্গানিজমস রোবোটিক্স