Nanobiomechanics
ন্যানোমেকানিকস (বায়োনোমেকানিকস নামেও পরিচিত) ন্যানোসাইন্স এবং বায়োমেকানিকসের একটি উদীয়মান ক্ষেত্র যা বায়োমেকানিক এবং বায়োমেকানিকসের মৌলিক বিজ্ঞান অন্বেষণ করতে ন্যানোমেকানিকের শক্তিশালী সরঞ্জামগুলিকে একত্রিত করে। এর প্রতিষ্ঠাতা ইউয়ান-চেং ফাঙ্গের প্রবর্তনের পর থেকে জৈব-যান্ত্রিক ক্ষেত্রটি যান্ত্রিক এবং জৈববিজ্ঞানের একটি শাখায় পরিণত হয়েছে। বহু বছর ধরে, বায়োমেকানিক্স টিস্যু পরীক্ষা করেছে। ন্যানোবিজ্ঞানের অগ্রগতির মাধ্যমে, পরিমাপ করা যেতে পারে এমন শক্তির স্কেল এবং জৈব পদার্থের পর্যবেক্ষণের স্কেল "ন্যানো" এবং "পিকো" স্তরে হ্রাস করা হয়েছিল। ফলস্বরূপ, ন্যানোস্কেলে জৈবিক পদার্থের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি পরিমাপ করা সম্ভব হয়েছিল। এটি টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং প্রক্রিয়া এবং সেলুলার থেরাপির উন্নতির জন্য প্রাসঙ্গিক। বেশিরভাগ জৈবিক পদার্থের বিভিন্ন শ্রেণিবদ্ধ স্তর রয়েছে এবং ক্ষুদ্রতমগুলি ন্যানোস্কেলকে বোঝায়। উদাহরণস্বরূপ, হাড়ের জৈবিক সংগঠনের সাতটি স্তর পর্যন্ত রয়েছে এবং ক্ষুদ্রতম স্তর, অর্থাৎ, একক কোলাজেন ফাইব্রিল এবং হাইড্রোক্সিলাপ্যাটাইট খনিজগুলির মাত্রা 100 এনএম-এর নিচে রয়েছে। অতএব, এই ছোট মাপকাঠিতে বৈশিষ্ট্যগুলি অনুসন্ধান করতে সক্ষম হওয়া এই উপকরণগুলির মৌলিক বৈশিষ্ট্যগুলি আরও ভালভাবে বোঝার জন্য একটি দুর্দান্ত সুযোগ প্রদান করে। উদাহরণস্বরূপ, পরিমাপগুলি দেখিয়েছে যে 100 এনএম-এর মতো ছোট একক কোলাজেন ফাইব্রিলের মধ্যেও ন্যানোমেকানিকাল বৈচিত্র্য বিদ্যমান। এই ক্ষেত্রে অন্যান্য প্রাসঙ্গিক বিষয়গুলির মধ্যে একটি হল জীবন্ত কোষের উপর ক্ষুদ্র শক্তির পরিমাপ, যাতে রোগের অগ্রগতি সহ বিভিন্ন রোগের কারণে সৃষ্ট পরিবর্তনগুলি শনাক্ত করা যায়। উদাহরণস্বরূপ, এটি দেখানো হয়েছে যে ম্যালেরিয়া দ্বারা সংক্রামিত লোহিত রক্তকণিকা স্বাভাবিক কোষের তুলনায় 10 গুণ বেশি শক্ত। একইভাবে, এটি দেখানো হয়েছে যে ক্যান্সার কোষগুলি স্বাভাবিক কোষের তুলনায় 70 শতাংশ নরম। ন্যানোস্কেলে টিস্যুর পরিবর্তনগুলি দেখে বার্ধক্যজনিত কার্টিলেজ এবং অস্টিওআর্থারাইটিসের প্রাথমিক লক্ষণগুলি দেখানো হয়েছে। পদ্ধতি, যন্ত্রপাতি এবং প্রয়োগ ন্যানোবায়োম্যাকানিক্সের সাধারণ পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি (এ. এফ. এম), ন্যানোইনডেন্টেশন এবং ন্যানো পার্টিকেলের প্রয়োগ। এই এবং অন্যান্য পদ্ধতিগুলি প্রাসঙ্গিক উপকরণগুলিতে প্রয়োগ করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপঃ হাড় এবং এর শ্রেণিবদ্ধ উপাদান যেমন একক কোলাজেন ফাইব্রিল, একক জীবন্ত কোষ, অ্যাক্টিন ফিলামেন্ট এবং মাইক্রোটিউবিউল। পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি (এ. এফ. এম)-র বর্ণনার জন্য, পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি দেখুন। সাইটোস্কেলেটনের ন্যানোস্কেল স্তর এবং এর উপাদান, এক্সট্রাসেলুলার ম্যাট্রিক্স এবং কোষের পরিবেশ অধ্যয়নের জন্য এ. এফ. এম ব্যবহার করা হয়েছে। একটি ন্যানোস্কেল স্তর সহ কোষের যান্ত্রিকতা বোঝা, এই অণু এবং কাঠামো বোঝার সাথে অত্যন্ত সংযুক্ত। যেহেতু এই সমস্তগুলি কোষের আচরণকে প্রভাবিত করে, তাই এটি টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের জন্য উপকারী। এর একটি উদাহরণ হল যখন গবেষকরা জিনগতভাবে পরিবর্তিত মেসেনকাইমাল কোষ থেকে মেরামত হাড় অধ্যয়নের জন্য ট্যাপিং মোড এ. এফ. এম প্রয়োগ করেন। এই পদ্ধতির মাধ্যমে, তারা একটি ন্যানো স্কেলে হাড়ের কাঠামোর ছবি তুলতে সক্ষম হয়েছিল যা পরামর্শ দিয়েছিল যে কোলাজেন উপস্থিত ছিল। সম্প্রসারণ এবং সংকোচন পরীক্ষার মাধ্যমে বিভিন্ন পরিস্থিতিতে প্রোটিন এবং অন্যান্য জৈব অণুর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য পরিমাপ করতেও এ. এফ. এম প্রয়োগ করা হয়েছে। উপরন্তু, এটি কোষ এবং ঝিল্লির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির ম্যাপিং, মেকানোট্রান্সডাকশন, কোষগুলি যে পৃষ্ঠের উপর রয়েছে এবং তাদের নিজস্ব অণুগুলির উপর ভিত্তি করে কীভাবে আটকে থাকে বা বিচ্ছিন্ন হয় এবং কোষের কঠোরতার ক্ষেত্রে প্রয়োগ করা হয়েছে। যেহেতু মেটাস্ট্যাটিক কোষগুলি এ. এফ. এম ব্যবহার করে সৌম্য কোষের তুলনায় নরম বলে দেখানো হয়েছে, তাই ক্যান্সার কোষের যান্ত্রিকতা ক্যান্সার নির্ণয়ের জন্য কার্যকর হতে পারে। ন্যানো-ইন্ডেন্টেশন ন্যানো-ইন্ডেন্টেশনের বর্ণনার জন্য, ন্যানো-ইন্ডেন্টেশন দেখুন। জৈব-যান্ত্রিক গবেষণায় ন্যানোইনডেন্টেশন প্রয়োগ করা হয়েছে। একটি উদাহরণ জিনগতভাবে পরিবর্তিত মেসেনকাইমাল কোষ থেকে হাড়ের মেরামত নিয়ে গবেষণা করেছে। তারা ন্যানোমিটার ব্যাসার্ধ সহ একটি প্রোবকে নেটিভ এবং মেরামত হাড় উভয়ের মধ্যে সংকুচিত করে এবং টিস্যুর বিকৃতি অধ্যয়নের জন্য এটি ব্যবহার করে। এটি তাদের হাড়ের কঠোরতা সহ যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে অন্তর্দৃষ্টি দেয়। ন্যানোইনডেন্টেশন তাদের লোডিং এবং আনলোডিং বক্ররেখার মাধ্যমে হাড়ের সংকোচনযোগ্যতা অধ্যয়ন করার অনুমতি দেয়। উপরন্তু, নির্দিষ্ট গবেষণায় অন্যান্য পদ্ধতির সঙ্গে ন্যানোইনডেন্টেশনকে যুক্ত করা যেতে পারে। একটি উদাহরণ হল এ. এফ. এম ন্যানোইনডেন্টেশন, যা জীবিত কোষে উপকোষীয় উপাদানগুলি অধ্যয়নের জন্য প্রয়োগ করা হয়েছে। ন্যানো পার্টিকেলস-এর বিবরণের জন্য, ন্যানো পার্টিকেলস দেখুন। ন্যানো পার্টিকেল উভয়ই ন্যানোস্কেল স্তরে কোষকে প্রভাবিত করে এবং ন্যানোস্কেল স্তরে কোষ এবং জৈব পদার্থের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য অধ্যয়নের একটি পদ্ধতি। ন্যানো পার্টিকেলগুলি প্রভাবিত করে কিভাবে কোষগুলি সাবস্ট্রেটগুলি এবং কোষের কঠোরতা মেনে চলে। এগুলি কোষের সাইটোস্কেলিটনের উপাদানগুলিকেও প্রভাবিত করে যা কোষের গতিশীলতাকে প্রভাবিত করে কারণ তারা রিসেপ্টর এবং আর. এন. এ-এর মতো কাঠামোর সাথে আবদ্ধ এবং মিথস্ক্রিয়া করে। যেহেতু এই ন্যানো পার্টিকেলগুলি কোষের ন্যানোবায়োম্যাকানিক্সকে প্রভাবিত করে, তাই এগুলি অধ্যয়নের জন্য মূল্যবান সরঞ্জাম। উদাহরণস্বরূপ, ন্যানোটোপোগ্রাফিক পরিবেশ পরিবর্তন করতে কাঠামোর পৃষ্ঠে ন্যানো পার্টিকেলগুলি এম্বেড করা হয়েছে এবং কোষের আচরণকে প্রভাবিত করেছে। এর মধ্যে অন্তর্ভুক্ত ছিল কীভাবে কোষগুলি ছড়িয়ে পড়ে, কীভাবে সাইটোস্কেলিটাল উপাদানগুলি একত্রিত হয় এবং কীভাবে কোষগুলি সংযুক্ত হয়। কিছু অন্তর্ভুক্ত ন্যানো কণাগুলির চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং কোষীয় পৃষ্ঠের বিশদ নিয়ন্ত্রণ এবং অন্যান্য গবেষণার জন্য চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে একত্রে ব্যবহৃত হয়েছে। কোষগুলি কীভাবে জৈব রাসায়নিক সংকেতগুলিতে শারীরিক শক্তিকে অভিযোজিত করে এবং কোষীয় উপাদানগুলির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি অধ্যয়নে ন্যানো পার্টিকেলগুলি কার্যকর। এগুলি কণা ট্র্যাকিং মাইক্রোহিওলজির মতো প্রক্রিয়াতেও ব্যবহৃত হয়েছে। গণনামূলক ন্যানোবায়োম্যাকানিক্স পরীক্ষামূলক দিক ছাড়াও গণনামূলক পদ্ধতির মাধ্যমে গবেষণা প্রসারিত হচ্ছে। আণবিক গতিবিদ্যা (এমডি) সিমুলেশন এই ক্ষেত্রে প্রচুর জ্ঞান প্রদান করেছে। যদিও, এম. ডি সিমুলেশন এখনও অল্প সংখ্যক পরমাণু এবং অণুর মধ্যে সীমাবদ্ধ, গণনামূলক কর্মক্ষমতার সীমাবদ্ধতার কারণে, তারা এই উদীয়মান ক্ষেত্রের একটি সহায়ক শাখা হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে। তথ্যসূত্র ন্যানোটেকনোলজি বায়োমেকানিকস