Nanofluidics
ন্যানোফ্লুইডিক্স হল তরলের আচরণ, কারসাজি এবং নিয়ন্ত্রণের অধ্যয়ন যা ন্যানোমিটার (সাধারণত 1-100 nm) বৈশিষ্ট্যগত মাত্রার (1 nm = 10−9 m) কাঠামোর মধ্যে সীমাবদ্ধ। এই কাঠামোগুলিতে সীমাবদ্ধ তরলগুলি শারীরিক আচরণ প্রদর্শন করে যা বৃহত্তর কাঠামোতে দেখা যায় না, যেমন মাইক্রোমিটার মাত্রা এবং তার উপরে, কারণ তরলের বৈশিষ্ট্যযুক্ত শারীরিক স্কেলিং দৈর্ঘ্য, (যেমন। ডেবাই দৈর্ঘ্য, হাইড্রোডায়নামিক ব্যাসার্ধ) ন্যানোস্ট্রাকচারের মাত্রার সাথে খুব ঘনিষ্ঠভাবে মিলে যায়। যখন কাঠামোগুলি আণবিক স্কেলিং দৈর্ঘ্যের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ আকার ব্যবস্থার কাছে পৌঁছায়, তখন তরলের আচরণের উপর নতুন শারীরিক সীমাবদ্ধতা স্থাপন করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, এই শারীরিক সীমাবদ্ধতাগুলি তরলের অঞ্চলগুলিকে নতুন বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করতে প্ররোচিত করে যা প্রচুর পরিমাণে দেখা যায় না, যেমন। ছিদ্র প্রাচীরের কাছে সান্দ্রতা ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পায়; এগুলি তাপগতিবিদ্যার বৈশিষ্ট্যগুলিতে পরিবর্তন আনতে পারে এবং তরল-কঠিন ইন্টারফেসে প্রজাতির রাসায়নিক প্রতিক্রিয়াশীলতাকেও পরিবর্তন করতে পারে। একটি বিশেষভাবে প্রাসঙ্গিক এবং দরকারী উদাহরণ ন্যানোপোরে সীমাবদ্ধ তড়িৎবিশ্লেষ্য দ্রবণ দ্বারা প্রদর্শিত হয় যা পৃষ্ঠ আধান ধারণ করে, অর্থাৎ। বৈদ্যুতিন ইন্টারফেসে, যেমনটি ন্যানো ক্যাপিলারি অ্যারে মেম্ব্রেনে (এনসিএএম) দেখানো হয়েছে। সমস্ত বৈদ্যুতিন ইন্টারফেসগুলি বৈদ্যুতিক দ্বৈত স্তর হিসাবে পরিচিত পৃষ্ঠের কাছাকাছি একটি সংগঠিত চার্জ বিতরণকে প্ররোচিত করে। ন্যানোমিটার মাত্রার ছিদ্রগুলিতে বৈদ্যুতিক দ্বৈত স্তরটি সম্পূর্ণরূপে ন্যানোপোরের প্রস্থকে প্রসারিত করতে পারে, যার ফলে তরলের গঠনে নাটকীয় পরিবর্তন এবং কাঠামোতে তরল গতির সম্পর্কিত বৈশিষ্ট্যগুলি ঘটে। উদাহরণস্বরূপ, ছিদ্রের পৃষ্ঠ-থেকে-আয়তনের অনুপাত ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পাওয়ার ফলে পাল্টা-আয়নগুলির আধিক্য দেখা যায় (অর্থাৎ। স্থির প্রাচীর চার্জের বিপরীতে চার্জ করা আয়নগুলি সহ-আয়নগুলির উপর (প্রাচীর চার্জের মতো একই চিহ্ন ধারণ করে), অনেক ক্ষেত্রে সহ-আয়নগুলির প্রায় সম্পূর্ণ বর্জনের জন্য, যেমন ছিদ্রটিতে কেবল একটি আয়নিক প্রজাতি বিদ্যমান। মাইক্রোমিটার এবং বৃহত্তর কাঠামোতে সম্ভব নয় এমন অস্বাভাবিক তরল ম্যানিপুলেশন স্কিম অর্জনের জন্য ছিদ্র দৈর্ঘ্য বরাবর নির্বাচিত মেরুকরণ সহ প্রজাতির ম্যানিপুলেশনের জন্য এটি ব্যবহার করা যেতে পারে। 1965 সালে, রাইস এবং হোয়াইটহেড দীর্ঘ (আদর্শভাবে অসীম) ন্যানোমিটার-ব্যাসের কৈশিকগুলিতে তড়িৎবিশ্লেষ্য দ্রবণ পরিবহনের তত্ত্বের মৌলিক অবদান প্রকাশ করেন। সংক্ষেপে, বিভব, φ, একটি রেডিয়াল দূরত্বে, r, পয়সন-বোল্টজম্যান সমীকরণ দ্বারা দেওয়া হয়, যেখানে κ হল বিপরীত ডেবি দৈর্ঘ্য, যা আয়ন সংখ্যার ঘনত্ব, n, অস্তরক ধ্রুবক, ε, বোল্টজম্যান ধ্রুবক, k এবং তাপমাত্রা, T দ্বারা নির্ধারিত হয়। সম্মিলিত চাপ এবং বৈদ্যুতিকভাবে চালিত প্রবাহের অধীনে গতির একটি সমীকরণ তারপর লেখা যেতে পারে, যেখানে η হল সান্দ্রতা, dp/dz হল চাপের গ্রেডিয়েন্ট, এবং Fz হল প্রয়োগকৃত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ক্রিয়া দ্বারা চালিত দেহ শক্তি, Ez, ডবল লেয়ারে নেট চার্জ ঘনত্বের উপর। যখন কোনও প্রয়োগকৃত চাপ থাকে না, তখন বেগের রেডিয়াল বন্টন দ্বারা দেওয়া হয়, উপরের সমীকরণ থেকে, এটি অনুসরণ করে যে ন্যানোক্যাপিলারিতে তরল প্রবাহ κa গুণফল দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, অর্থাৎ, ডেবাই দৈর্ঘ্য এবং ছিদ্র ব্যাসার্ধের আপেক্ষিক আকার। এই দুটি পরামিতি এবং ন্যানোপোর্সের পৃষ্ঠ চার্জ ঘনত্ব সামঞ্জস্য করে, তরল প্রবাহকে পছন্দ মতো পরিচালনা করা যেতে পারে। যদিও ন্যানোফ্লুইডিক্স সাধারণ বড় আকারের তরল বলবিজ্ঞানের তুলনায় সম্পূর্ণ নতুন ঘটনার জন্ম দেয়, তবুও আইসোট্রপিক ন্যানোফ্লুইডিক সিস্টেমে ভরবেগ পরিবহন পরিচালনাকারী একটি মৌলিক ধারাবাহিকতা তত্ত্ব বিকাশ করা সম্ভব। এই তত্ত্বটি, যা ধ্রুপদী নেভিয়ার-স্টোকস সমীকরণকে প্রসারিত করে, ন্যানোমিটার দৈর্ঘ্যের সিস্টেমগুলির কম্পিউটার সিমুলেশনের সাথে দুর্দান্ত সম্মতি দেখায়। ফ্যাব্রিকেশন ন্যানোস্ট্রাকচারগুলি সিলিকন, গ্লাস, পলিমারের মতো উপকরণ থেকে একক নলাকার চ্যানেল, ন্যানোস্লিট বা ন্যানো চ্যানেল অ্যারে হিসাবে তৈরি করা যেতে পারে। পিএমএমএ, পিডিএমএস, পিসিটিই) এবং সিন্থেটিক ভেসিকল। স্ট্যান্ডার্ড ফটোলিথোগ্রাফি, বাল্ক বা সারফেস মাইক্রোমেশিনিং, রেপ্লিকেশন কৌশল (এমবসিং, প্রিন্টিং, কাস্টিং এবং ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ), এবং নিউক্লিয়ার ট্র্যাক বা রাসায়নিক খোদাই, সাধারণত এমন কাঠামো তৈরি করতে ব্যবহৃত হয় যা চরিত্রগত ন্যানোফ্লুইডিক আচরণ প্রদর্শন করে। প্রয়োগগুলি তরল নালীগুলির ছোট আকারের কারণে, ন্যানোফ্লুইডিক কাঠামো স্বাভাবিকভাবেই এমন পরিস্থিতিতে প্রয়োগ করা হয় যেখানে কুল্টার গণনা, বিশ্লেষণাত্মক পৃথকীকরণ এবং প্রোটিন এবং ডিএনএর মতো জৈব অণু নির্ধারণ এবং ভর-সীমিত নমুনার সহজ পরিচালনা সহ নমুনাগুলি অত্যন্ত কম পরিমাণে পরিচালনা করার দাবি করা হয়। ন্যানোফ্লুইডিক্সের আরও আশাব্যঞ্জক ক্ষেত্রগুলির মধ্যে একটি হল মাইক্রোফ্লুইডিক সিস্টেমে সংহত করার সম্ভাবনা, অর্থাৎ। মাইক্রোটোটাল বিশ্লেষণাত্মক ব্যবস্থা বা ল্যাব-অন-এ-চিপ কাঠামো। উদাহরণস্বরূপ, এনসিএএমগুলি, যখন মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইসে অন্তর্ভুক্ত করা হয়, তখন পুনরুত্পাদনযোগ্যভাবে ডিজিটাল স্যুইচিং সম্পাদন করতে পারে, যা এক মাইক্রোফ্লুইডিক চ্যানেল থেকে অন্য মাইক্রোফ্লুইডিক চ্যানেলে তরল স্থানান্তরের অনুমতি দেয়, নির্বাচনযোগ্যতা আলাদা করে এবং আকার ও ভর দ্বারা বিশ্লেষণ স্থানান্তর করে, প্রতিক্রিয়াশীলদের দক্ষতার সাথে মিশ্রিত করে এবং ভিন্ন বৈশিষ্ট্যযুক্ত তরল পৃথক করে। উপরন্তু, ন্যানোফ্লুইডিক কাঠামোর তরল পরিচালনা ক্ষমতা এবং ইলেকট্রন এবং গর্তের প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করার জন্য বৈদ্যুতিন উপাদানগুলির ক্ষমতার মধ্যে একটি প্রাকৃতিক সাদৃশ্য রয়েছে। এই উপমাটি সক্রিয় ইলেকট্রনিক ফাংশন যেমন সংশোধন এবং ক্ষেত্র-প্রভাব এবং আয়নিক স্রোতের সাথে বাইপোলার ট্রানজিস্টর ক্রিয়া উপলব্ধি করতে ব্যবহৃত হয়েছে। ন্যানোফ্লুইডিক্সের প্রয়োগও ন্যানো-অপ্টিক্সের জন্য সুরযোগ্য মাইক্রোলেনস অ্যারের উৎপাদনের জন্য, ন্যানোফ্লুইডিক্স জৈবপ্রযুক্তি, ওষুধ এবং ক্লিনিকাল ডায়াগনস্টিক্সে পিসিআর এবং সম্পর্কিত কৌশলগুলির জন্য ল্যাব-অন-এ-চিপ ডিভাইসের বিকাশের সাথে উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলেছে। গণনামূলক তরল গতিবিদ্যা ব্যবহার করে রেনল্ডস এবং নুডসেন সংখ্যার একটি ফাংশন হিসাবে তরল শক্তির পরিপ্রেক্ষিতে ন্যানো পার্টিকেলের চারপাশে প্রবাহক্ষেত্রের আচরণ বোঝার চেষ্টা করা হয়েছে। লিফট, ড্র্যাগ এবং রেনল্ডস সংখ্যার মধ্যে সম্পর্ক ম্যাক্রোস্কেল তরল গতিবিদ্যার তুলনায় ন্যানোস্কেলে নাটকীয়ভাবে ভিন্ন হতে দেখা গেছে। চ্যালেঞ্জ কার্বন ন্যানোটিউব এবং ন্যানোপাইপের মাধ্যমে তরলের প্রবাহের সঙ্গে বিভিন্ন ধরনের চ্যালেঞ্জ যুক্ত রয়েছে। একটি সাধারণ ঘটনা হল তরলে বড় ম্যাক্রোমলিকিউলের কারণে চ্যানেল ব্লক করা। এছাড়াও, তরলের যে কোনও অদ্রবণীয় ধ্বংসাবশেষ সহজেই নলটি আটকে দিতে পারে। এই গবেষকদের জন্য একটি সমাধান খুঁজে বের করার আশা করা হচ্ছে একটি কম ঘর্ষণ আবরণ বা চ্যানেল উপকরণ যা টিউবগুলির ব্লকিং হ্রাস করতে সহায়তা করে। এছাড়াও, ডি. এন. এ-র মতো জৈবিকভাবে প্রাসঙ্গিক অণু সহ বড় পলিমারগুলি প্রায়শই ভিভোতে ভাঁজ হয়ে যায়, যার ফলে বাধা সৃষ্টি হয়। একটি ভাইরাস থেকে সাধারণত ডি. এন. এ অণুগুলির দৈর্ঘ্য প্রায়। 100-200 কিলোবেস এবং 20 শতাংশে জলীয় দ্রবণে প্রায় 700 এনএম ব্যাসার্ধের একটি এলোমেলো কুণ্ডলী তৈরি করবে। এটি এমনকি বড় কার্বন পাইপের ছিদ্র ব্যাসের চেয়েও কয়েকগুণ বেশি এবং একটি একক প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব ব্যাসের মাত্রার দুটি ক্রম। আরও দেখুন ন্যানোমেকানিকস ন্যানোটেকনোলজি মাইক্রোফ্লুইডিক্স ন্যানোফ্লুইডিক সার্কিট্রি রেফারেন্স ন্যানোটেকনোলজি ফ্লুইড ডায়নামিক্স অ্যানালিটিক্যাল কেমিস্ট্রি সারফেস সায়েন্স ম্যাটেরিয়ালস সায়েন্স জাঃ