Protein adsorption
શોષણ (શોષણ માટે ભૂલ ન કરવી) એ સપાટી પર અણુઓ, અણુઓ, આયનો અથવા મોટા કણોના સંચય અને સંલગ્નતા છે, પરંતુ સપાટીના પ્રવેશ વિના થાય છે. પ્રોટીન જેવા મોટા જૈવિક અણુઓનું શોષણ ઉચ્ચ શારીરિક સુસંગતતા ધરાવે છે, અને જેમ કે તેઓ તેમના પરમાણુ અથવા પરમાણુ એનાલોગ કરતાં વિવિધ પદ્ધતિઓ સાથે શોષણ કરે છે. પ્રોટીન શોષણ પાછળના કેટલાક મુખ્ય પ્રેરક બળોમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ સપાટીની ઊર્જા, આંતરઆણ્વિક બળો, હાઇડ્રોફોબિસિટી અને આયનીય અથવા વિદ્યુતસ્થૈતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. આ પરિબળો પ્રોટીનના શોષણને કેવી રીતે અસર કરે છે તે જાણીને, પછી બાયોમેડિકલ અથવા ફિઝિયોલોજીકલ એપ્લિકેશન્સમાં સૌથી શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન માટે પસંદ કરવા માટે તેમને મશીનિંગ, એલોયિંગ અને અન્ય ઇજનેરી તકનીકો દ્વારા હેરફેર કરી શકાય છે. સુસંગતતા ઘણા તબીબી ઉપકરણો અને ઉત્પાદનો શરીરની આંતરિક સપાટીઓના સંપર્કમાં આવે છે, જેમ કે શસ્ત્રક્રિયાના સાધનો અને પ્રત્યારોપણ. જ્યારે બિન-મૂળ સામગ્રી શરીરમાં પ્રવેશ કરે છે, ત્યારે રોગપ્રતિકારક પ્રતિક્રિયાનું પ્રથમ પગલું થાય છે અને હાનિકારક એજન્ટને સમાવવા, તટસ્થ કરવા અથવા બંધ કરવાના પ્રયાસોમાં બાહ્યકોષીય મેટ્રિક્સ અને પ્લાઝ્મા પ્રોટીનને સામગ્રીમાં એકત્રિત કરે છે. આ પ્રોટીન ઓસ્ટિઓબ્લાસ્ટ્સ અને ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ્સ જેવા વિવિધ પ્રકારના કોષોના જોડાણને સરળ બનાવી શકે છે જે પેશીઓના સમારકામને પ્રોત્સાહિત કરી શકે છે. આને એક પગલું આગળ વધારતા, ઇમ્પ્લાન્ટેબલ ઉપકરણોને ચોક્કસ પ્રોટીનના શોષણ, તંતુમય કેપ્સ્યૂલની રચના અને ઘાના ઉપચારને પ્રોત્સાહિત કરવા માટે બાયોએક્ટિવ સામગ્રી સાથે કોટેડ કરી શકાય છે. આ પ્રત્યારોપણ અસ્વીકારનું જોખમ ઘટાડશે અને એન્ડોથેલિયાલાઇઝેશન માટે જરૂરી પ્રોટીન અને કોષોની પસંદગી કરીને પુનઃપ્રાપ્તિને વેગ આપશે. એન્ડોથેલિયમની રચના પછી, શરીર હવે વિદેશી સામગ્રીના સંપર્કમાં આવશે નહીં, અને રોગપ્રતિકારક પ્રતિક્રિયાને અટકાવશે. કોલેજન અથવા ફાઇબ્રિન જેવા પ્રોટીન ઘણીવાર કોષ સંલગ્નતા અને કોષ વૃદ્ધિ માટે સ્કેફોલ્ડ્સ તરીકે કામ કરે છે. આ કોષ શીટ્સની માળખાકીય અખંડિતતા અને વધુ જટિલ પેશીઓ અને અંગ માળખામાં તેમના તફાવતનો એક અભિન્ન ભાગ છે. બિન-જૈવિક સપાટીઓ પર પ્રોટીનના સંલગ્ન ગુણધર્મો મોટા પ્રમાણમાં અસર કરે છે કે કોષો પરોક્ષ રીતે સ્કેફોલ્ડ્સ દ્વારા તેમની સાથે જોડાઈ શકે છે કે નહીં. હિપ-સ્ટેમ રિપ્લેસમેન્ટ જેવા ઇમ્પ્લાન્ટને યજમાન પેશીઓ સાથે એકીકરણની જરૂર પડે છે, અને પ્રોટીન શોષણ આ એકીકરણને સરળ બનાવે છે. સર્જિકલ સાધનોને વધુ સરળતાથી વંધ્યીકૃત કરવા માટે ડિઝાઇન કરી શકાય છે જેથી પ્રોટીન સપાટી પર શોષાય નહીં, ક્રોસ-પ્રદૂષણનું જોખમ રહે. ક્રેટ્ઝફેલ્ટ-જેકબ રોગ અને કુરુ (બંને પાગલ ગાયના રોગ સાથે સંબંધિત) જેવા કેટલાક રોગો પ્રિયોનના સંક્રમણને કારણે થાય છે, જે સામાન્ય રીતે મૂળ પ્રોટીનના ભૂલભરેલા અથવા અયોગ્ય રીતે ફોલ્ડ કરેલા સ્વરૂપો છે. પ્રિઓન્સથી દૂષિત સર્જિકલ સાધનોને ખોટી રીતે ફોલ્ડ કરેલા પ્રોટીનના તમામ ટ્રેસ તત્વોને સંપૂર્ણપણે નાબૂદ કરવા માટે વંધ્યીકરણની વિશેષ પદ્ધતિની જરૂર પડે છે, કારણ કે તે સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી ઘણી સફાઇ પદ્ધતિઓ સામે પ્રતિરોધક હોય છે. જો કે, કેટલાક કિસ્સાઓમાં, બાયોમેટેરિયલમાં પ્રોટીનનું શોષણ એક અત્યંત પ્રતિકૂળ ઘટના હોઈ શકે છે. ગંઠાઈ જવાના પરિબળોની સંલગ્નતા થ્રોમ્બોસિસને પ્રેરિત કરી શકે છે, જે સ્ટ્રોક અથવા અન્ય અવરોધો તરફ દોરી શકે છે. કેટલાક ઉપકરણોનો હેતુ શરીરના આંતરિક વાતાવરણ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવાનો હોય છે જેમ કે સેન્સર અથવા ડ્રગ-ડિલિવરી વાહનો, અને પ્રોટીનનું શોષણ તેમની અસરકારકતામાં અવરોધ ઊભો કરશે. પ્રોટીનના મૂળભૂત તત્ત્વો શોષણ પ્રોટીન એ બાયોમોલેક્યુલ્સ છે જે એમિનો એસિડના પેટા એકમોથી બનેલા હોય છે. દરેક એમિનો એસિડની એક બાજુની સાંકળ હોય છે જે આસપાસના વાતાવરણના પીએચ તેમજ તેના પોતાના વ્યક્તિગત ધ્રુવીય/બિનધ્રુવીય ગુણોના આધારે ચાર્જ મેળવે છે અથવા ગુમાવે છે. ચાર્જ કરેલા પ્રદેશો તે પ્રોટીન અન્ય અણુઓ અને સપાટીઓ સાથે કેવી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તેમજ તેની પોતાની તૃતીય માળખું (પ્રોટીન ફોલ્ડિંગ) માં મોટા પ્રમાણમાં ફાળો આપી શકે છે. તેમની હાઇડ્રોફિલિસિટીના પરિણામે, ચાર્જ્ડ એમિનો એસિડ પ્રોટીનની બહાર સ્થિત હોય છે, જ્યાં તેઓ સપાટીઓ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવામાં સક્ષમ હોય છે. તે એમિનો એસિડનું અનોખું સંયોજન છે જે પ્રોટીનને તેના ગુણધર્મો આપે છે. સપાટીના રસાયણશાસ્ત્રની દ્રષ્ટિએ, પ્રોટીન શોષણ એ એક મહત્વપૂર્ણ ઘટના છે જે સામગ્રીના બાહ્ય ભાગ પર આ અણુઓના એકત્રીકરણનું વર્ણન કરે છે. પ્રોટીનનું સપાટી સાથે જોડાયેલ રહેવાનું વલણ મોટે ભાગે સપાટીની ઊર્જા, પોત અને સંબંધિત ચાર્જ વિતરણ જેવા ભૌતિક ગુણધર્મો પર આધાર રાખે છે. એમિનો એસિડ અને સપાટી વચ્ચેના સંપર્ક સ્થળોની વધુ સંખ્યાને કારણે મોટા પ્રોટીન શોષાય છે અને સપાટી સાથે જોડાયેલા રહે છે (આકૃતિ 1). પ્રોટીન શોષણની ઊર્જા સ્વયંસ્ફુરિત પ્રોટીન શોષણ પાછળનો મૂળભૂત વિચાર એ છે કે ગિબ્સના મુક્ત ઊર્જાના નિયમ અનુસાર પ્રાપ્ત કરતાં વધુ ઊર્જા મુક્ત થાય ત્યારે શોષણ થાય છે. આ સમીકરણમાં જોવા મળે છેઃ જ્યાંઃ જી એ ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા છે ટી એ તાપમાન છે (એસ. આઈ. એકમઃ કેલ્વિન) એસ એ એન્ટ્રોપી છે (એસ. આઈ. એકમઃ જુલ પ્રતિ કેલ્વિન) એચ એ એન્થાલ્પી છે (એસ. આઈ. એકમઃ જુલ) પ્રોટીનનું શોષણ સ્વયંભૂ થાય તે માટે, જી એ નકારાત્મક સંખ્યા હોવી જોઈએ. વ્રોમેન ઇફેક્ટ પ્રોટીન અને અન્ય અણુઓ સપાટી પર બંધનકર્તા સ્થળો પર સતત એકબીજા સાથે સ્પર્ધામાં હોય છે. લીઓ વ્રોમેન દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલી વ્રોમેન અસર એવી ધારણા કરે છે કે નાના અને વિપુલ પ્રમાણમાં રહેલા અણુઓ સપાટીને ઢાંકતા પહેલા હશે. જો કે, સમય જતાં, તે ચોક્કસ સપાટી માટે ઉચ્ચ આકર્ષણ ધરાવતા અણુઓ તેમનું સ્થાન લેશે. આ ઘણીવાર એવી સામગ્રીમાં જોવા મળે છે જે લોહીનો સંપર્ક કરે છે જ્યાં ફાઈબ્રિનોજેન પહેલા સપાટી સાથે જોડાઈ જશે અને સમય જતાં તેને કિનીનોજેન દ્વારા બદલવામાં આવશે. શોષણનો દર પ્રોટીનને શોષવા માટે, તેઓએ પ્રથમ આમાંથી એક અથવા વધુ મુખ્ય પરિવહન પદ્ધતિઓ દ્વારા સપાટીના સંપર્કમાં આવવું આવશ્યક છેઃ પ્રસરણ, ઉષ્મીય સંવહન, જથ્થાબંધ પ્રવાહ અથવા તેના સંયોજન. પ્રોટીનના પરિવહનને ધ્યાનમાં લેતી વખતે, તે સ્પષ્ટ છે કે કેવી રીતે સાંદ્રતા ઢાળ, તાપમાન, પ્રોટીનનું કદ અને પ્રવાહ વેગ નક્કર સપાટી પર પ્રોટીનના આગમનને પ્રભાવિત કરશે. નીચા પ્રવાહ અને ન્યૂનતમ તાપમાનના ઢાળની પરિસ્થિતિઓમાં, શોષણ દરને પ્રસરણ દર સમીકરણ પછી તૈયાર કરી શકાય છે. પ્રસરણ દર સમીકરણ જ્યાંઃ D એ પ્રસરણ ગુણાંક n એ પ્રોટીનની સપાટીની સાંદ્રતા છે Co એ પ્રોટીનની જથ્થાબંધ સાંદ્રતા છે t એ સમય છે એક ઉચ્ચ જથ્થાબંધ સાંદ્રતા અને/અથવા ઉચ્ચ પ્રસરણ ગુણાંક (પરમાણુ કદના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં) પરિણામે મોટી સંખ્યામાં અણુઓ સપાટી પર આવે છે. પરિણામી પ્રોટીન સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પરિણામે શોષિત પ્રોટીનની ઉચ્ચ સ્થાનિક સાંદ્રતામાં પરિણમે છે, જે જથ્થાબંધ દ્રાવણ કરતાં 1000 ગણી વધુ સાંદ્રતા સુધી પહોંચે છે. જો કે, શરીર વધુ જટિલ છે, જેમાં પ્રવાહ અને સંવહન પ્રસરણ હોય છે, અને આને પ્રોટીન શોષણના દરમાં ધ્યાનમાં લેવું આવશ્યક છે. પાતળી ચેનલમાં પ્રવાહ અને જ્યાંઃ C એ સાંદ્રતા છે D એ પ્રસરણ ગુણાંક છે V એ પ્રવાહનો વેગ છે x એ ચેનલની નીચેનું અંતર છે γ એ દિવાલનો શીયર દર b એ ચેનલની ઊંચાઈ છે આ સમીકરણ ખાસ કરીને ધમનીઓમાં બાયોમેડિકલ ઉપકરણોમાં પ્રોટીન શોષણનું વિશ્લેષણ કરવા માટે લાગુ પડે છે, દા. ત. સ્ટેન્ટ્સ. પ્રોટીન શોષણને અસર કરતા બળો અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પ્રોટીન શોષણમાં બળો અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના ચાર મૂળભૂત વર્ગો છેઃ 1) આયનીય અથવા વિદ્યુતસ્થૈતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા, 2) હાઇડ્રોજન બંધન, 3) હાઇડ્રોફોબિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (મોટે ભાગે એન્ટ્રોપિક રીતે સંચાલિત), અને 4) ચાર્જ-ટ્રાન્સફર અથવા કણ ઇલેક્ટ્રોન દાતા/સ્વીકારક પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ. આયનિક અથવા ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પ્રોટીનનો ચાર્જ તેની એમિનો એસિડ બાજુની સાંકળોના પી. કે. એ. અને અંતિમ એમિનો એસિડ અને કાર્બોક્સિલિક એસિડ દ્વારા નક્કી થાય છે. શારીરિક પરિસ્થિતિઓથી ઉપર આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુ (પી. આઈ.) ધરાવતા પ્રોટીનમાં હકારાત્મક ચાર્જ હોય છે અને શારીરિક સ્થિતિથી નીચે પી. આઈ. ધરાવતા પ્રોટીનમાં નકારાત્મક ચાર્જ હોય છે. પ્રોટીનનો ચોખ્ખો ચાર્જ, તેના ઘટકોના સરવાળા ચાર્જ દ્વારા નક્કી થાય છે, જે ફિઝિયોલોજિક વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં ઇલેક્ટ્રોફોરેટિક સ્થળાંતરમાં પરિણમે છે. પાણીના ઉચ્ચ દ્વિ-વિદ્યુત અચળાંકને કારણે આ અસરો ટૂંકા અંતરની હોય છે, જો કે, એકવાર પ્રોટીન ચાર્જ કરેલી સપાટીની નજીક આવે, ત્યારે સ્થિરવિદ્યુતનું જોડાણ પ્રબળ બળ બની જાય છે. હાઇડ્રોજન બંધન જળમાં પોલિપેપ્ટાઇડમાં કોઈપણ જૂથ જેટલું હાઇડ્રોજન બંધન રચવાનું વલણ છે. ફોલ્ડિંગ અને જોડાણ પ્રક્રિયા દરમિયાન, પેપ્ટાઇડ અને એમિનો એસિડ જૂથો પાણી સાથે હાઇડ્રોજન બંધની આપ-લે કરે છે. આમ, હાઇડ્રોજન બંધન જલીય માધ્યમમાં પ્રોટીન શોષણ પર મજબૂત સ્થિર અસર કરતું નથી. હાઇડ્રોફોબિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ હાઇડ્રોફોબિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અનિવાર્યપણે એન્ટ્રોપિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ છે જે મૂળભૂત રીતે જલીય માધ્યમમાં ક્રમ/વિકારની ઘટનાને કારણે થાય છે. ઇન્ટરફેસિયલ વિસ્તારોને ઘટાડવા સાથે સંકળાયેલી મુક્ત ઊર્જા પાણીમાં પાણીના ટીપાં અને હવાના પરપોટાના સપાટીના વિસ્તારને ઘટાડવા માટે જવાબદાર છે. આ જ સિદ્ધાંત એ કારણ છે કે હાઇડ્રોફોબિક એમિનો એસિડ બાજુની સાંકળો પાણીથી દૂર સ્થિત છે, જે પાણી સાથેની તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ઘટાડે છે. અણુની બહારના હાઇડ્રોફિલિક જૂથો પ્રોટીન પાણીની દ્રાવ્યતામાં પરિણમે છે. આ ઘટનાની લાક્ષણિકતા આ હાઇડ્રોફોબિક સંબંધોને ઇન્ટરફેસિયલ ફ્રી એનર્જી વિભાવનાઓ સાથે સારવાર કરીને કરી શકાય છે. તદનુસાર, આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના પ્રેરક બળને કુલ ઇન્ટરફેસિયલ મુક્ત ઊર્જાના લઘુતમ તરીકે વિચારી શકાય છે, એટલે કે. સપાટીના વિસ્તારને ઘટાડવો. ચાર્જ-ટ્રાન્સફર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પ્રોટીન સ્થિરીકરણ અને સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ચાર્જ-ટ્રાન્સફર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પણ મહત્વપૂર્ણ છે. સામાન્ય દાતા-ગ્રહણકર્તા પ્રક્રિયાઓમાં, કોઈ વ્યક્તિ વધારાની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા હાજર હોવાનું વિચારી શકે છે જે ઇલેક્ટ્રોફિલિક પ્રજાતિને દાન કરી શકાય છે. જલીય માધ્યમોમાં, આ દ્રાવ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ મુખ્યત્વે પાઇ ઓર્બિટલ ઇલેક્ટ્રોન અસરોને કારણે થાય છે. પ્રોટીન શોષણને પ્રભાવિત કરતા અન્ય પરિબળો તાપમાન તાપમાન સંતુલન સ્થિતિ અને પ્રોટીન શોષણની ગતિશાસ્ત્ર બંને પર અસર કરે છે. ઊંચા તાપમાને શોષાતા પ્રોટીનનું પ્રમાણ સામાન્ય રીતે ઓરડાના તાપમાને કરતાં વધારે હોય છે. તાપમાનમાં ફેરફાર એ અધિશોષણને પ્રભાવિત કરતા પ્રોટીનમાં રચનાત્મક ફેરફારોનું કારણ બને છે. પ્રોટીનમાં આ રચનાત્મક પુનઃગોઠવણી એન્ટ્રોપી ગેઇનમાં પરિણમે છે જે પ્રોટીન શોષણ માટે મુખ્ય પ્રેરક બળ તરીકે કામ કરે છે. પ્રોટીનના શોષણ પર તાપમાનની અસર ખાદ્ય ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓમાં જોઈ શકાય છે, ખાસ કરીને દૂધ જેવા પ્રવાહી ખોરાક જે ઉપકરણોની દિવાલની સપાટી પર ગંભીર અશુદ્ધિનું કારણ બને છે જ્યાં થર્મલ ટ્રીટમેન્ટ હાથ ધરવામાં આવે છે. આયનીય શક્તિ આયનીય શક્તિ ડેબી લંબાઈ નક્કી કરે છે જે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં નિશ્ચિત ચાર્જની વિદ્યુત ક્ષમતાના ભીનાશ અંતર સાથે સંબંધિત છે. તેથી, આયનીય શક્તિ જેટલી વધારે હોય તેટલી જ ચાર્જ કરેલી વસ્તુઓ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ટૂંકી હોય છે. પરિણામે, ચાર્જ કરેલા પ્રોટીનનું વિરોધી ચાર્જવાળા સબસ્ટ્રેટ્સમાં શોષણ અવરોધે છે જ્યારે ચાર્જ કરેલા સબસ્ટ્રેટ્સને પસંદ કરવા માટેનું શોષણ વધે છે, જેનાથી શોષણ ગતિશાસ્ત્રને અસર થાય છે. ઉપરાંત, ઉચ્ચ આયનીય શક્તિ પ્રોટીનના એકત્રીકરણની વૃત્તિમાં વધારો કરે છે. મલ્ટી-પ્રોટીન સિસ્ટમ જ્યારે કોઈ સપાટી મલ્ટી-પ્રોટીન દ્રાવણના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે અમુક પ્રોટીન અણુઓનું શોષણ અન્ય કરતા વધુ પસંદ કરવામાં આવે છે. સપાટીની નજીક આવતા પ્રોટીન પરમાણુઓ બંધનકર્તા સ્થળો માટે સ્પર્ધા કરે છે. બહુ-પ્રોટીન પ્રણાલીમાં અણુઓ વચ્ચે આકર્ષણ થઈ શકે છે, જ્યારે એક-પ્રોટીન દ્રાવણમાં આંતર-પરમાણુ પ્રતિકારક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પ્રભુત્વ ધરાવે છે. વધુમાં, સમય આધારિત પ્રોટીન ફેલાય છે, જ્યાં પ્રોટીનના અણુઓ શરૂઆતમાં સપાટી પર ઓછામાં ઓછા બંધનકર્તા સ્થળો સાથે સંપર્ક કરે છે. સપાટી પર પ્રોટીનના રહેવાના સમયના વધારા સાથે, પ્રોટીન વધારાના બંધનકર્તા સ્થળો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટે પ્રગટ થઈ શકે છે. આના પરિણામે પ્રોટીન અને સપાટી વચ્ચેના સંપર્ક બિંદુઓમાં સમય આધારિત વધારો થાય છે. આ આગળ નિર્જલીકરણની શક્યતા ઓછી કરે છે. પ્રોટીન શોષણ સોલ્યુશન ડિપ્લીશન તકનીકનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રાયોગિક અભિગમો આ તકનીક શોષણ પહેલાં અને પછી બલ્ક સોલ્યુશનમાં પ્રોટીનની સાંદ્રતામાં ફેરફારને માપે છે. કોઈપણ પ્રોટીનની સાંદ્રતામાં ફેરફાર એ અધિશોષિત સ્તર, γp ને આભારી છે. જ્યાંઃ V = પ્રોટીન દ્રાવણનું કુલ કદ એટોટ = શોષણ માટે ઉપલબ્ધ કુલ વિસ્તાર આ પદ્ધતિ માટે કણો અને મણકાના શોષક જેવા ઉચ્ચ સપાટી વિસ્તાર સામગ્રીની પણ જરૂર પડે છે. એલિપ્સમેટ્રી એલિપ્સમેટ્રીનો ઉપયોગ પ્રોટીન શોષણ ગતિશાસ્ત્ર તેમજ અધિશોષિત પ્રોટીન સ્તરની રચનાને માપવા માટે વ્યાપકપણે કરવામાં આવે છે. તે એક ઓપ્ટિકલ તકનીક છે જે સપાટી પરથી પ્રતિબિંબ પછી પ્રકાશના ધ્રુવીકરણના પરિવર્તનને માપે છે. આ તકનીક માટે સમતલીય, પ્રતિબિંબિત સપાટીઓ, પ્રાધાન્યમાં ક્વાર્ટઝ, સિલિકોન અથવા સિલિકા અને પ્રોટીન શોષણ પર રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સમાં મજબૂત ફેરફારની જરૂર છે. એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપી (એ. એફ. એમ.) એ એક શક્તિશાળી માઇક્રોસ્કોપી તકનીક છે જેનો ઉપયોગ નેનોસ્કેલ પર નમૂનાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે થાય છે અને તેનો ઉપયોગ ઘણીવાર સપાટી પર પ્રોટીન વિતરણની છબી બનાવવા માટે થાય છે. તેમાં એક કેન્ટિલીવર હોય છે જેની ટોચ સપાટી પર સ્કેન કરવા માટે હોય છે. પ્રોટીન-પ્રોટીન અને પ્રોટીન-સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને માપવા માટે તે એક મૂલ્યવાન સાધન છે. જો કે, ઘણા એ. એફ. એમ. અભ્યાસોનું મર્યાદિત પરિબળ એ છે કે ઇમેજિંગ ઘણીવાર સપાટીને સૂકવ્યા પછી કરવામાં આવે છે જે પ્રોટીન ફોલ્ડિંગ અને પ્રોટીન સ્તરની રચનાને અસર કરી શકે છે. વધુમાં, કેન્ટિલીવરની ટોચ પ્રોટીનને દૂર કરી શકે છે અથવા પ્રોટીન સ્તરને લહેરાવી શકે છે. સરફેસ પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ (એસ. પી. આર.) નો ઉપયોગ ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા સાથે પ્રોટીનના શોષણને માપવા માટે વ્યાપકપણે કરવામાં આવે છે. આ તકનીક સપાટીના પ્લાઝમન્સના ઉત્તેજના પર આધારિત છે, જે ધાતુઓ અને ડાઇલેક્ટ્રિક્સ વચ્ચેના આંતરછેદ પર ઉદ્દભવેલા સમાંતર વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો છે. 200 એનએમની અંદર અણુઓ અને પાતળા સ્તરોની વાહક સપાટી પર જમા થવાથી સિસ્ટમના ડાઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મોમાં ફેરફાર થાય છે અને આમ એસ. પી. આર. પ્રતિભાવ, ધાતુની સપાટી પર અણુઓની હાજરીનો સંકેત આપે છે. ક્વાર્ટઝ સ્ફટિક સૂક્ષ્મ સંતુલન (ક્યુસીએમ) એ ડિસ્ક આકારના ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકની આસપાસ બાંધવામાં આવેલું એકોસ્ટિક સેન્સર છે. તે વિપરીત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે. ક્યુસીએમ, અને ક્યુસીએમ-ડી જેવી વિસ્તૃત આવૃત્તિઓનો વ્યાપકપણે પ્રોટીન શોષણ અભ્યાસો માટે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ખાસ કરીને, લેબલ-મુક્ત પ્રોટીન શોષણની વાસ્તવિક સમયની દેખરેખ. શોષણ અભ્યાસો ઉપરાંત, ક્યુસીએમ-ડી સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલી, સ્નિગ્ધતા અને રચનાત્મક ફેરફારો સંબંધિત માહિતી પણ પ્રદાન કરે છે ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ લાઇટમોડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ લાઇટમોડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (ઓડબ્લ્યુએલએસ) એક એવું ઉપકરણ છે જે પાતળા-ફિલ્મ ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ પર આધાર રાખે છે, જે અલગ સંખ્યામાં માર્ગદર્શિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને ઘેરી લે છે. માર્ગદર્શન ગ્રેટિંગ કપ્લર દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. તે વેવગાઇડની ઉપરના પાતળા-પટલ સ્તરના અસરકારક રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સના માપ પર આધારિત છે. આ તકનીક માત્ર અત્યંત પારદર્શક સપાટીઓ પર જ કામ કરે છે. સપાટીઓ પર શોષાયેલા પ્રોટીનની માત્રાને માપવા માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી અન્ય પદ્ધતિઓમાં રેડિયો-લેબલિંગ, લોરી એસે, સ્કેનિંગ એંગલ રિફ્લેક્ટોમેટ્રી, કુલ આંતરિક પ્રતિબિંબ ફ્લોરોસન્સ, બાયસિન્કોનિક એસિડ એસે વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. ધાતુઓમાં પ્રોટીનનું શોષણ રાસાયણિક રચના ધાતુ બંધન એ હકારાત્મક ધાતુના આયનો અને આસપાસના સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન વાદળો વચ્ચેના ચોક્કસ બંધનનો સંદર્ભ આપે છે. આ આંતરઆણ્વિક બળ પ્રમાણમાં મજબૂત છે, અને અણુઓની પુનરાવર્તિત સ્ફટિકીય દિશાને જન્મ આપે છે, જેને તેની જાળી પ્રણાલી તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. સામાન્ય જાળીની રચનાઓના ઘણા પ્રકારો છે, અને દરેકની પોતાની અનન્ય પેકિંગ ઘનતા અને અણુ નિકટતા છે. ધાતુના આયનોના નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ઇલેક્ટ્રોન વાદળો ચાર્જ પ્રતિકર્ષણને કારણે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા પ્રોટીન પ્રદેશોના જોડાણને અવરોધે છે, આમ ધાતુની સપાટી પર પ્રોટીનની ઉપલબ્ધ બંધનકર્તા જગ્યાઓને મર્યાદિત કરે છે. જાળીની રચના ખુલ્લી સંભવિત ધાતુ-આયન-આધારિત સંલગ્નતા સાઇટ્સ (MIDAS) સાથે જોડાણ તરફ દોરી શકે છે જે કોલેજન અને અન્ય પ્રોટીન માટે બંધનકર્તા સાઇટ્સ છે. ધાતુની સપાટી જથ્થા કરતાં અલગ ગુણધર્મો ધરાવે છે કારણ કે સામાન્ય સ્ફટિકીય પુનરાવર્તિત પેટા એકમો સપાટી પર સમાપ્ત થાય છે. આ સપાટીના અણુઓને એક બાજુ પડોશી અણુ વિના છોડી દે છે, જે સ્વાભાવિક રીતે ઇલેક્ટ્રોન વિતરણને બદલે છે. આ ઘટના એ પણ સમજાવે છે કે શા માટે સપાટીના અણુઓમાં બલ્ક કરતાં વધુ ઊર્જા હોય છે, જેને ઘણીવાર ફક્ત સપાટીની ઊર્જા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઉચ્ચ ઊર્જાની આ સ્થિતિ પ્રતિકૂળ છે, અને સપાટીના અણુઓ ઉપલબ્ધ પ્રતિક્રિયાશીલ અણુઓને બાંધીને તેને ઘટાડવાનો પ્રયાસ કરશે. આ ઘણીવાર પ્રોટીન શોષણ દ્વારા પરિપૂર્ણ થાય છે, જ્યાં સપાટીના અણુઓ વધુ ફાયદાકારક ઊર્જા સ્થિતિમાં ઘટાડવામાં આવે છે. શરીરના આંતરિક વાતાવરણને ઘણીવાર ઓગળેલા ઓક્સિજન, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ, પ્રોટીન અને કોષો સાથે pH 7.3 પર 37°C પર જલીય વાતાવરણ તરીકે તૈયાર કરવામાં આવે છે. લાંબા સમય સુધી ઓક્સિજનના સંપર્કમાં આવે ત્યારે, ઘણી ધાતુઓ ઓક્સિડાઇઝ થઈ શકે છે અને ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને તેમની સપાટીની ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં વધારો કરી શકે છે. આ નવી કેશનિક સ્થિતિ સપાટીને ચોખ્ખા હકારાત્મક ચાર્જ સાથે છોડે છે, અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ પ્રોટીન બાજુના જૂથો માટે વધુ આકર્ષણ ધરાવે છે. ધાતુઓ અને ધાતુના મિશ્રધાતુઓની વિશાળ વિવિધતામાં, ઘણા શરીરમાં રોપવામાં આવે ત્યારે કાટ લાગવાની શક્યતા રહે છે. માનવ શરીર જેવા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ-સમૃદ્ધ જલીય વાતાવરણના સંપર્કમાં આવે ત્યારે વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ તત્વો ઝડપથી ક્ષીણ થાય છે. ઓક્સિડેશન અને કાટ બંને મુક્ત ઊર્જાને ઘટાડશે, આમ Eq માં જોવા મળે છે તેમ પ્રોટીન શોષણને અસર કરશે. 1. ટોપોગ્રાફીની અસરો સપાટીની કઠોરતા અને રચના તમામ સામગ્રી પર પ્રોટીનના શોષણ પર નિર્વિવાદ પ્રભાવ ધરાવે છે, પરંતુ ધાતુની મશીનિંગ પ્રક્રિયાઓની સર્વવ્યાપકતા સાથે, આ પ્રોટીનના વર્તનને કેવી અસર કરે છે તે સંબોધવા માટે ઉપયોગી છે. પ્રારંભિક શોષણ મહત્વપૂર્ણ છે, તેમજ સંલગ્નતા અને અખંડિતતા જાળવી રાખવામાં આવે છે. સંશોધનોએ દર્શાવ્યું છે કે સપાટીની કઠોરતા સ્કેફોલ્ડ પ્રોટીન અને ઓસ્ટીઓબ્લાસ્ટ્સના સંલગ્નતાને પ્રોત્સાહિત કરી શકે છે, અને પરિણામે સપાટીના ખનિજીકરણમાં વધારો થાય છે. વધુ ભૌગોલિક લાક્ષણિકતાઓ અને ખરબચડી સપાટીઓ પ્રોટીન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા માટે વધુ ખુલ્લી સપાટી વિસ્તાર ધરાવે છે. બાયોમેડિકલ એન્જિનિયરિંગ એપ્લિકેશન્સની દ્રષ્ટિએ, માઇક્રો મશીનિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ ઘણીવાર પુનઃપ્રાપ્તિનો સમય ઘટાડવાની આશામાં પ્રત્યારોપણમાં પ્રોટીન સંલગ્નતા વધારવા માટે થાય છે. લેસર પેટર્નિંગની તકનીક પોલાણ અને સપાટીની કઠોરતા રજૂ કરે છે જે સંલગ્નતા, સ્થળાંતર અને સંરેખણને પ્રભાવિત કરશે. ગ્રીટ-બ્લાસ્ટિંગ, રેતી બ્લાસ્ટિંગ જેવી જ એક પદ્ધતિ, અને રાસાયણિક કોતરણી એ સફળ સપાટીની રફનિંગ તકનીકો સાબિત થઈ છે જે ટાઇટેનિયમ પ્રત્યારોપણની લાંબા ગાળાની સ્થિરતાને પ્રોત્સાહન આપે છે. સ્થિરતામાં વધારો એ બાહ્યકોષીય મેટ્રિક્સ અને કોલેજન જોડાણમાં જોવા મળેલા વધારાનું સીધું પરિણામ છે, જે બિન-રુઘેલી સપાટીઓની તુલનામાં ઓસ્ટિયોબ્લાસ્ટ જોડાણ અને ખનિજીકરણમાં વધારો કરે છે. જોકે, શોષણ હંમેશા ઇચ્છનીય હોતું નથી. શોષણથી મશીનરી પર નકારાત્મક અસર થઈ શકે છે, ખાસ કરીને ખાદ્ય ઉદ્યોગમાં પ્રોટીન શોષણ સાથે. બાયોમેડિકલ ક્ષેત્રમાં પ્રોટીનના શોષણને ધ્યાનમાં લેતી વખતે પોલિમર માટે પ્રોટીનનું શોષણ ખૂબ મહત્વનું છે. પોલિમર એક અથવા વધુ પ્રકારના "મેર્સ" થી બનેલા હોય છે જે વારંવાર એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે, ખાસ કરીને દિશાસૂચક સહસંયોજક બંધ દ્વારા. જેમ જેમ મેર્સના ઉમેરા દ્વારા સાંકળ વધે છે, તેમ તેમ સામગ્રીના રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મો મોનોમરની પરમાણુ રચના દ્વારા નક્કી થાય છે. પોલિમર અને તેની ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં મર્સના પ્રકાર અથવા પ્રકારોને કાળજીપૂર્વક પસંદ કરીને, પોલિમરના રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોને ચોક્કસ ઉપયોગ માટે ચોક્કસ પ્રોટીન અને કોષોને શોષવા માટે ખૂબ જ અનુરૂપ બનાવી શકાય છે. રચના અસરો પ્રોટીન શોષણ ઘણીવાર નોંધપાત્ર રચનાત્મક ફેરફારોમાં પરિણમે છે, જે પ્રોટીનની ગૌણ, તૃતીય અને ચતુર્થ માળખામાં ફેરફારોને દર્શાવે છે. શોષણ દર અને માત્રા ઉપરાંત, અભિગમ અને સુસંગતતા નિર્ણાયક મહત્વ ધરાવે છે. આ રચનાત્મક ફેરફારો લિગાન્ડ્સ, સબસ્ટ્રેટ્સ અને એન્ટિજેન્સ સાથે પ્રોટીનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને અસર કરી શકે છે જે રસના બંધનકર્તા સ્થળની દિશા પર આધારિત છે. આ રચનાત્મક ફેરફારો, પ્રોટીનના શોષણના પરિણામે, પ્રોટીનને વિકૃત પણ કરી શકે છે અને તેના મૂળ ગુણધર્મોને બદલી શકે છે. પોલિમર સ્કેફોલ્ડ્સમાં શોષણ ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગ પ્રમાણમાં નવું ક્ષેત્ર છે જે એક મંચ તરીકે સ્કેફોલ્ડિંગનો ઉપયોગ કરે છે જેના પર ઇચ્છિત કોષો ફેલાય છે. ચોક્કસ પેશીના પ્રકાર માટે આદર્શ સ્કેફોલ્ડને શું વ્યાખ્યાયિત કરે છે તે સ્પષ્ટ નથી. વિચારણાઓ જટિલ છે અને પ્રોટીનનું શોષણ માત્ર જટિલતામાં વધારો કરે છે. જોકે સ્થાપત્ય, માળખાકીય મિકેનિક્સ અને સપાટીના ગુણધર્મો ચાવીરૂપ ભૂમિકા ભજવે છે, અધોગતિ અને પ્રોટીન શોષણના દરને સમજવું પણ ચાવીરૂપ છે. મિકેનિક્સ અને ભૂમિતિના આવશ્યક તત્ત્વો ઉપરાંત, યોગ્ય સ્કેફોલ્ડ માળખામાં સપાટીના ગુણધર્મો હશે જે ચોક્કસ રસના કોષ પ્રકારોના જોડાણ અને સ્થળાંતર માટે શ્રેષ્ઠ છે. સામાન્ય રીતે, એવું જાણવા મળ્યું છે કે સ્કેફોલ્ડ્સ કે જે એન્જિનિયરિંગ કરવામાં આવતી પેશીઓના કુદરતી વાતાવરણને નજીકથી મળતા આવે છે તે સૌથી સફળ છે. પરિણામે, કુદરતી પોલિમરની તપાસમાં ઘણું સંશોધન કરવામાં આવ્યું છે, જેને પ્રક્રિયા પદ્ધતિ દ્વારા ચોક્કસ ડિઝાઇન માપદંડને અનુરૂપ બનાવી શકાય છે. ચિટોસન હાલમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા પોલિમરમાંનું એક છે કારણ કે તે કુદરતી રીતે બનતા ગ્લાયકોસામિનોગ્લાયકેન (જીએજી) જેવું જ છે અને તે માનવ ઉત્સેચકો દ્વારા અધોગતિ પામે છે. ચિટોસન ચિટોસન એ એક રેખીય પોલિસેકરાઇડ છે જે જોડાયેલા ચિટિન-વ્યુત્પન્ન અવશેષો ધરાવે છે અને શરીરમાં અસંખ્ય પ્રોટીન સાથે તેની ઉચ્ચ સુસંગતતાને કારણે બાયોમટેરિયલ તરીકે વ્યાપકપણે અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. ચિટોસન કેશનિક છે અને આમ વિદ્યુતસ્થૈતિક રીતે સંખ્યાબંધ પ્રોટીઓગ્લાયકેન્સ, એનાયોનિક જીએજી અને નકારાત્મક ચાર્જ ધરાવતા અન્ય અણુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. ઘણા સાયટોકીન્સ અને વૃદ્ધિ પરિબળો જી. એ. જી. સાથે સંકળાયેલા હોવાથી, ચિટોસન-જી. એ. જી. સંકુલ સાથેના સ્કેફોલ્ડ્સ આ પ્રોટીનને વળગી રહેલા કોષો દ્વારા સ્ત્રાવ કરવામાં જાળવી રાખવામાં સક્ષમ છે. ચીટોસનની અન્ય ગુણવત્તા જે તેને સારી બાયોમટેરિયલ ક્ષમતા આપે છે તે દ્રાવણમાં તેની ઉચ્ચ ચાર્જ ઘનતા છે. આ ચીટોસનને ઘણા પાણીમાં દ્રાવ્ય એનાયોનિક પોલિમર સાથે આયનીય સંકુલ બનાવવાની મંજૂરી આપે છે, પ્રોટીનની શ્રેણીને વિસ્તૃત કરે છે જે તેની સાથે જોડાઈ શકે છે અને આમ તેના સંભવિત ઉપયોગોને વિસ્તૃત કરે છે. કોષ્ટક 1: રચનાઓ, લક્ષિત પેશીઓ અને ચીટોસન-આધારિત સ્કેફોલ્ડ્સના ઉપયોગ કોષ પ્રકારો} પ્રોટીન શોષણની આગાહી પ્રોટીન શોષણ ઘણા ઔદ્યોગિક અને બાયોમેડિકલ કાર્યક્રમો માટે મહત્વપૂર્ણ છે. પ્રોટીન શોષણની સચોટ આગાહી આ ક્ષેત્રોમાં પ્રગતિ કરવામાં સક્ષમ બનાવશે. બાયોમોલેક્યુલર એડસોર્પ્શન ડેટાબેઝ (બી. એ. ડી.) એ સાહિત્યમાંથી એકત્રિત પ્રાયોગિક પ્રોટીન એડસોર્પ્શન ડેટા સાથે મુક્તપણે ઉપલબ્ધ ઓનલાઇન ડેટાબેઝ છે. ડેટાબેઝનો ઉપયોગ માઇક્રોફ્લુઇડિક ઉપકરણ બનાવટ માટે સામગ્રીની પસંદગી માટે અને લેબ-ઓન-એ-ચિપ ઉપકરણોની મહત્તમ સંચાલન પરિસ્થિતિઓની પસંદગી માટે થઈ શકે છે. બી. એ. ડી. પર ઉપલબ્ધ ન્યુરલ નેટવર્ક-આધારિત આગાહીનો ઉપયોગ કરીને સપાટી પર શોષાયેલા પ્રોટીનની માત્રાની આગાહી કરી શકાય છે. આ આગાહીને બી. એ. ડી. માં ઉપલબ્ધ એકંદર ડેટા માટે 5 ટકાથી ઓછી ભૂલ હોવાનું માન્ય કરવામાં આવ્યું છે. અન્ય પરિમાણો, જેમ કે પ્રોટીન સ્તરોની જાડાઈ અને પ્રોટીનથી ઢંકાયેલી સપાટીઓના સપાટીના તાણનો પણ અંદાજ લગાવી શકાય છે. સંદર્ભો બાયોકેમિસ્ટ્રી