Nanobiomechanics
નેનો બાયોમિકેનિક્સ (બાયોનોમિકેનિક્સ પણ) એ નેનોસાયન્સ અને બાયોમિકેનિક્સમાં ઊભરતું ક્ષેત્ર છે જે બાયોમટેરિયલ્સ અને બાયોમિકેનિક્સના મૂળભૂત વિજ્ઞાનનું અન્વેષણ કરવા માટે નેનોમિકેનિક્સના શક્તિશાળી સાધનોને જોડે છે. તેના સ્થાપક યુઆન-ચેંગ ફંગ દ્વારા તેની શરૂઆત થઈ ત્યારથી, બાયોમિકેનિક્સનું ક્ષેત્ર મિકેનિક્સ અને બાયોસાયન્સની શાખાઓમાંની એક બની ગયું છે. ઘણા વર્ષોથી, બાયોમિકેનિક્સે પેશીઓની તપાસ કરી છે. નેનોસાયન્સમાં પ્રગતિ દ્વારા, માપી શકાય તેવા બળોનું પ્રમાણ અને બાયોમટેરિયલ્સના નિરીક્ષણનું પ્રમાણ પણ ઘટાડીને "નેનો" અને "પિકો" સ્તર કરવામાં આવ્યું હતું. પરિણામે, નેનોસ્કેલ પર જૈવિક સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોને માપવાનું શક્ય બન્યું. આ પેશી ઇજનેરી પ્રક્રિયાઓ અને સેલ્યુલર ઉપચારને સુધારવા માટે સુસંગત છે. મોટાભાગની જૈવિક સામગ્રીમાં વિવિધ અધિક્રમિક સ્તરો હોય છે, અને સૌથી નાની સામગ્રી નેનોસ્કેલનો સંદર્ભ આપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, હાડકામાં જૈવિક સંસ્થાના સાત સ્તરો હોય છે, અને સૌથી નાના સ્તર, એટલે કે, સિંગલ કોલેજન ફાઇબ્રિલ અને હાઇડ્રોક્સિલાપેટાઇટ ખનિજોના પરિમાણો 100 એનએમથી નીચે હોય છે. તેથી, આ નાના પાયે ગુણધર્મોની તપાસ કરવામાં સક્ષમ બનવું આ સામગ્રીના મૂળભૂત ગુણધર્મોને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે એક મોટી તક પૂરી પાડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, માપન દર્શાવે છે કે 100 એનએમ જેટલા નાના એક કોલેજન તંતુઓમાં પણ નેનોમિકેનિકલ વિજાતીયતા અસ્તિત્વ ધરાવે છે. આ ક્ષેત્રમાં અન્ય સૌથી સુસંગત વિષયોમાંનો એક રોગની પ્રગતિ સહિત વિવિધ રોગોને કારણે થતા ફેરફારોને ઓળખવા માટે જીવંત કોષો પર નાના બળોનું માપન છે. ઉદાહરણ તરીકે, એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે મેલેરિયાથી ચેપગ્રસ્ત લાલ રક્ત કોશિકાઓ સામાન્ય કોશિકાઓ કરતાં 10 ગણી સખત હોય છે. તેવી જ રીતે, એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે કેન્સરના કોષો સામાન્ય કોષો કરતાં 70 ટકા નરમ હોય છે. વૃદ્ધત્વ કોમલાસ્થિ અને અસ્થિવાઓના પ્રારંભિક સંકેતો નેનોસ્કેલ પર પેશીઓમાં થતા ફેરફારોને જોઈને દર્શાવવામાં આવ્યા છે. પદ્ધતિઓ, સાધનસામગ્રી અને ઉપયોગ નેનોબોમિકેનિક્સમાં સામાન્ય પદ્ધતિઓમાં અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપી (એ. એફ. એમ.), નેનોઇન્ડેન્ટેશન અને નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉપયોગ સામેલ છે. આ અને અન્ય પદ્ધતિઓ સંબંધિત સામગ્રી પર લાગુ થઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકેઃ હાડકાં અને તેના અધિક્રમિક ઘટકો જેમ કે સિંગલ કોલેજન ફાઇબ્રિલ્સ, સિંગલ લિવિંગ સેલ્સ, એક્ટિન ફિલામેન્ટ્સ અને માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ. એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપી એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપી (એ. એફ. એમ.) ના વર્ણન માટે, એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપી જુઓ. એ. એફ. એમ. નો ઉપયોગ સાયટોસ્કેલેટનના નેનોસ્કેલ સ્તર અને તેના ઘટકો, બાહ્યકોષીય મેટ્રિક્સ અને કોષના વાતાવરણનો અભ્યાસ કરવા માટે કરવામાં આવે છે. નેનોસ્કેલ સ્તર સહિત કોષના મિકેનિક્સને સમજવું, આ અણુઓ અને માળખાને સમજવા સાથે ખૂબ જ જોડાયેલું છે. કારણ કે આ બધું કોષની વર્તણૂકને અસર કરે છે, તે પેશી ઇજનેરી માટે ફાયદાકારક છે. આનું એક ઉદાહરણ એ છે કે જ્યારે સંશોધકોએ આનુવંશિક રીતે સુધારેલા મેસેનકાઇમલ કોષોમાંથી હાડકાના સમારકામનો અભ્યાસ કરવા માટે ટેપિંગ મોડ એ. એફ. એમ. લાગુ કર્યું. આ પદ્ધતિ દ્વારા, તેઓ નેનો સ્કેલ પર હાડકાની રચનાઓની છબી બનાવવામાં સક્ષમ હતા જે સૂચવે છે કે કોલેજન હાજર હતું. એ. એફ. એમ. ને વિસ્તરણ અને સંકોચન પ્રયોગો દ્વારા વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં પ્રોટીન અને અન્ય જૈવ અણુઓના યાંત્રિક ગુણધર્મોને માપવા માટે પણ લાગુ કરવામાં આવ્યું છે. વધુમાં, તે કોષો અને પટલના યાંત્રિક ગુણધર્મોના મેપિંગ, યાંત્રિક ટ્રાન્સડક્શન, કોષો તેઓ જે સપાટી પર છે તેના આધારે કેવી રીતે વળગી રહે છે અથવા અલગ પડે છે અને તેમના પોતાના અણુઓ અને કોષોની કઠોરતા પર લાગુ કરવામાં આવે છે. મેટાસ્ટેટિક કોષો એ. એફ. એમ. નો ઉપયોગ કરીને સૌમ્ય કોષો કરતાં નરમ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હોવાથી, કેન્સરના કોષોના મિકેનિક્સ કેન્સરનું નિદાન કરવા માટે ઉપયોગી હોઈ શકે છે. નેનોઇન્ડેન્ટેશનના વર્ણન માટે, નેનોઇન્ડેન્ટેશન જુઓ. બાયોમિકેનિકલ અભ્યાસોમાં નેનોઇન્ડેન્ટેશન લાગુ કરવામાં આવ્યું છે. એક ઉદાહરણ આનુવંશિક રીતે સુધારેલા મેસેનકાઇમલ કોષોમાંથી હાડકાના સમારકામનો અભ્યાસ કરે છે. તેઓએ નેટિવ અને રિપેર હાડકાં બંનેમાં નેનોમીટર ત્રિજ્યા સાથે તપાસને સંકુચિત કરી અને તેનો ઉપયોગ પેશીઓની વિકૃતિશીલતાનો અભ્યાસ કરવા માટે કર્યો. આનાથી તેમને હાડકાના યાંત્રિક ગુણધર્મોની સમજ મળી, જેમાં તેની જડતા પણ સામેલ છે. નેનોઇન્ડેન્ટેશને તેમને લોડિંગ અને અનલોડિંગ વળાંક દ્વારા હાડકાની સંકોચનક્ષમતાનો અભ્યાસ કરવાની પણ મંજૂરી આપી. વધુમાં, નેનોઇન્ડેન્ટેશનને ચોક્કસ અભ્યાસોમાં અન્ય પદ્ધતિઓ સાથે જોડી શકાય છે. એક ઉદાહરણ એ. એફ. એમ. નેનોઇન્ડેન્ટેશન છે, જે જીવંત કોષોમાં ઉપકોષીય ઘટકોનો અભ્યાસ કરવા માટે લાગુ કરવામાં આવ્યું છે. નેનોપાર્ટિકલ્સ નેનોપાર્ટિકલ્સના વર્ણન માટે, નેનોપાર્ટિકલ્સ જુઓ. નેનોપાર્ટિકલ્સ બંને નેનોસ્કેલ સ્તર પર કોષોને અસર કરે છે, અને નેનોસ્કેલ સ્તર પર કોષો અને બાયોમેટેરિયલના યાંત્રિક ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવાની એક પદ્ધતિ છે. કોષો સબસ્ટ્રેટ્સને કેવી રીતે વળગી રહે છે અને કોષની જડતાને નેનોપાર્ટિકલ્સ અસર કરે છે. તેઓ કોષના સાયટોસ્કેલેટનના ઘટકોને પણ અસર કરે છે જે બદલામાં કોષની ગતિશીલતાને અસર કરે છે કારણ કે તેઓ રીસેપ્ટર્સ અને આર. એન. એ. જેવી રચનાઓ સાથે જોડાય છે અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. આ નેનોપાર્ટિકલ્સ કોષોના નેનોબોમિકેનિક્સને અસર કરે છે, તેથી તેઓ તેનો અભ્યાસ કરવા માટે મૂલ્યવાન સાધનો છે. ઉદાહરણ તરીકે, નેનોટોપોગ્રાફિક પર્યાવરણને બદલવા માટે માળખાઓની સપાટીઓ પર નેનોપાર્ટિકલ્સ જડિત કરવામાં આવ્યા છે, અને કોષની વર્તણૂકને અસર કરે છે. આમાં કોષો કેવી રીતે ફેલાય છે, સાયટોસ્કેલેટલ ઘટકો કેવી રીતે ભેગા થાય છે અને કોષો કેવી રીતે જોડાય છે તેનો સમાવેશ થાય છે. કેટલાક સમાવિષ્ટ નેનોપાર્ટિકલ્સ ચુંબકીય ગુણધર્મો ધરાવે છે, અને સેલ્યુલર સપાટીઓના વિગતવાર નિયંત્રણ અને અન્ય અભ્યાસો માટે ચુંબકીય ક્ષેત્રો સાથે જોડાણમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે. કોષો ભૌતિક બળોને બાયોકેમિકલ સંકેતોમાં કેવી રીતે અનુકૂલિત કરે છે અને સેલ્યુલર ઘટકોના યાંત્રિક ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે નેનોપાર્ટિકલ્સ ઉપયોગી છે. તેનો ઉપયોગ કણ ટ્રેકિંગ માઇક્રોઅરહીઓલોજી જેવી પ્રક્રિયાઓમાં પણ કરવામાં આવે છે. કોમ્પ્યુટેશનલ નેનોબોમિકેનિક્સ પ્રાયોગિક પાસા ઉપરાંત, કોમ્પ્યુટેશનલ પદ્ધતિઓ દ્વારા સંશોધન વિસ્તરી રહ્યું છે. મોલેક્યુલર ડાયનેમિક્સ (એમ. ડી.) સિમ્યુલેશન આ ક્ષેત્રમાં જ્ઞાનની સંપત્તિ પ્રદાન કરે છે. તેમ છતાં, એમ. ડી. સિમ્યુલેશન હજી પણ અણુઓ અને અણુઓની નાની સંખ્યા સુધી મર્યાદિત છે, કોમ્પ્યુટેશનલ કામગીરીમાં મર્યાદાને કારણે, તેઓ આ ઉભરતા ક્ષેત્રની એક સાધન શાખા સાબિત થયા છે. સંદર્ભો નેનો ટેકનોલોજી બાયોમિકેનિક્સ