Protein adsorption
अवशोषण (अवशोषण के लिए गलत नहीं माना जाना चाहिए) एक सतह पर अणुओं, परमाणुओं, आयनों या बड़े कणों का संचय और आसंजन है, लेकिन सतह के प्रवेश के बिना। प्रोटीन जैसे बड़े जैव अणुओं का अधिशोषण उच्च शारीरिक प्रासंगिकता का है, और इस तरह वे अपने आणविक या परमाणु अनुरूपों की तुलना में विभिन्न तंत्रों के साथ अधिशोषित होते हैं। प्रोटीन अधिशोषण के पीछे कुछ प्रमुख प्रेरक शक्तियों में शामिल हैंः सतह ऊर्जा, अंतर-आणविक बल, हाइड्रोफोबिसिटी, और आयनिक या इलेक्ट्रोस्टैटिक अंतःक्रिया। यह जानकर कि ये कारक प्रोटीन अधिशोषण को कैसे प्रभावित करते हैं, फिर उन्हें जैव चिकित्सा या शारीरिक अनुप्रयोगों में सबसे इष्टतम प्रदर्शन के लिए चुनने के लिए मशीनिंग, मिश्र धातु और अन्य इंजीनियरिंग तकनीकों द्वारा हेरफेर किया जा सकता है। प्रासंगिकता कई चिकित्सा उपकरण और उत्पाद शरीर की आंतरिक सतहों के संपर्क में आते हैं, जैसे कि शल्य चिकित्सा उपकरण और प्रत्यारोपण। जब एक गैर-देशी सामग्री शरीर में प्रवेश करती है, तो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का पहला कदम होता है और हानिकारक एजेंट को रोकने, बेअसर करने या बंद करने के प्रयासों में सामग्री के लिए बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स और प्लाज्मा प्रोटीन को होस्ट करता है। ये प्रोटीन विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं जैसे ऑस्टियोब्लास्ट और फाइब्रोब्लास्ट के जुड़ाव को सुविधाजनक बना सकते हैं जो ऊतक की मरम्मत को प्रोत्साहित कर सकते हैं। इसे एक कदम आगे बढ़ाते हुए, प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों को एक जैव सक्रिय सामग्री के साथ लेपित किया जा सकता है ताकि विशिष्ट प्रोटीन के अवशोषण, रेशेदार कैप्सूल गठन और घाव भरने को प्रोत्साहित किया जा सके। यह प्रत्यारोपण अस्वीकृति के जोखिम को कम करेगा और एंडोथेलियलाइजेशन के लिए आवश्यक प्रोटीन और कोशिकाओं का चयन करके पुनर्प्राप्ति में तेजी लाएगा। एंडोथेलियम के गठन के बाद, शरीर अब विदेशी सामग्री के संपर्क में नहीं आएगा, और प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को रोक देगा। कोलेजन या फाइब्रिन जैसे प्रोटीन अक्सर कोशिका आसंजन और कोशिका विकास के लिए मचान के रूप में काम करते हैं। यह कोशिका शीट्स की संरचनात्मक अखंडता और अधिक जटिल ऊतक और अंग संरचनाओं में उनके विभेदन का एक अभिन्न अंग है। गैर-जैविक सतहों पर प्रोटीन के आसंजन गुण बहुत प्रभावित करते हैं कि कोशिकाएं अप्रत्यक्ष रूप से मचान के माध्यम से उनसे जुड़ सकती हैं या नहीं। हिप-स्टेम प्रतिस्थापन की तरह एक प्रत्यारोपण के लिए मेजबान ऊतकों के साथ एकीकरण की आवश्यकता होती है, और प्रोटीन अधिशोषण इस एकीकरण को सुविधाजनक बनाता है। सर्जिकल उपकरणों को अधिक आसानी से निर्जंतुक करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है ताकि प्रोटीन एक सतह पर अवशोषित न रहें, जिससे क्रॉस-संदूषण का खतरा हो। कुछ बीमारियाँ जैसे क्रेट्ज़फेल्ट-जैकब रोग और कुरु (दोनों पागल गाय रोग से संबंधित) प्रियॉन के संचरण के कारण होती हैं, जो सामान्य रूप से देशी प्रोटीन के गलत या अनुचित रूप से मुड़े हुए रूप होते हैं। प्रियॉन से दूषित सर्जिकल उपकरणों को गलत तरीके से मोड़ लिए गए प्रोटीन के सभी ट्रेस तत्वों को पूरी तरह से समाप्त करने के लिए नसबंदी की एक विशेष विधि की आवश्यकता होती है, क्योंकि वे सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली कई सफाई विधियों के लिए प्रतिरोधी होते हैं। हालांकि, कुछ मामलों में, जैव सामग्री के लिए प्रोटीन का अधिशोषण एक बेहद प्रतिकूल घटना हो सकती है। थक्के के कारकों के चिपकने से थ्रोम्बोसिस हो सकता है, जिससे स्ट्रोक या अन्य रुकावटें हो सकती हैं। कुछ उपकरणों का उद्देश्य आंतरिक शरीर के वातावरण के साथ बातचीत करना है जैसे कि सेंसर या दवा-वितरण वाहन, और प्रोटीन अधिशोषण उनकी प्रभावशीलता में बाधा डालेगा। प्रोटीन के मूल तत्व अवशोषण प्रोटीन जैव अणु होते हैं जो अमीनो एसिड उप-इकाइयों से बने होते हैं। प्रत्येक अमीनो एसिड की एक पार्श्व श्रृंखला होती है जो आसपास के वातावरण के पीएच के साथ-साथ अपने व्यक्तिगत ध्रुवीय/गैर-ध्रुवीय गुणों के आधार पर आवेश प्राप्त करती है या खो देती है। आवेशित क्षेत्र इस बात में बहुत योगदान कर सकते हैं कि कैसे वह प्रोटीन अन्य अणुओं और सतहों के साथ बातचीत करता है, साथ ही साथ इसकी अपनी तृतीयक संरचना (प्रोटीन तह) भी। उनकी हाइड्रोफिलिसिटी के परिणामस्वरूप, आवेशित अमीनो एसिड प्रोटीन के बाहर स्थित होते हैं, जहां वे सतहों के साथ बातचीत करने में सक्षम होते हैं। यह अमीनो एसिड का अनूठा संयोजन है जो प्रोटीन को उसके गुण देता है। सतह रसायन विज्ञान के संदर्भ में, प्रोटीन अधिशोषण एक महत्वपूर्ण घटना है जो किसी सामग्री के बाहरी भाग पर इन अणुओं के एकत्रीकरण का वर्णन करती है। प्रोटीन के सतह से जुड़े रहने की प्रवृत्ति काफी हद तक सतह ऊर्जा, बनावट और सापेक्ष आवेश वितरण जैसे भौतिक गुणों पर निर्भर करती है। अमीनो एसिड और सतह (चित्र 1) के बीच संपर्क स्थलों की अधिक संख्या के कारण बड़े प्रोटीन के अवशोषित होने और सतह से जुड़े रहने की अधिक संभावना होती है। प्रोटीन अवशोषण की ऊर्जा स्वतःस्फूर्त प्रोटीन अवशोषण के पीछे मौलिक विचार यह है कि गिब्स के मुक्त ऊर्जा के नियम के अनुसार प्राप्त ऊर्जा की तुलना में अधिक ऊर्जा जारी होने पर अवशोषण होता है। यह समीकरण में देखा जा सकता हैः जहांः G गिब्स मुक्त ऊर्जा है T तापमान है (एस. आई. इकाईः केल्विन) एस एन्ट्रापी है (एस. आई. इकाईः जूल प्रति केल्विन) एच एन्थैल्पी है (एस. आई. इकाईः जूल)। व्रोमन प्रभाव प्रोटीन और अन्य अणु एक सतह पर बंधन स्थलों पर एक दूसरे के साथ लगातार प्रतिस्पर्धा में रहते हैं। लियो व्रोमैन द्वारा विकसित व्रोमैन प्रभाव यह मानता है कि छोटे और प्रचुर मात्रा में अणु एक सतह को सबसे पहले कोट करेंगे। हालांकि, समय के साथ, उस विशेष सतह के लिए उच्च आत्मीयता वाले अणु उनकी जगह लेंगे। यह अक्सर उन सामग्रियों में देखा जाता है जो रक्त से संपर्क करते हैं जहां फाइब्रिनोजेन पहले सतह से जुड़ जाएगा और समय के साथ काइनिनोजेन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा। अवशोषण की दर प्रोटीन को अवशोषित करने के लिए, उन्हें पहले इन प्रमुख परिवहन तंत्रों में से एक या अधिक के माध्यम से सतह के संपर्क में आना चाहिएः प्रसार, तापीय संवहन, थोक प्रवाह, या उसके संयोजन। प्रोटीन के परिवहन पर विचार करते समय, यह स्पष्ट है कि एकाग्रता प्रवणता, तापमान, प्रोटीन का आकार और प्रवाह वेग एक ठोस सतह पर प्रोटीन के आगमन को कैसे प्रभावित करेंगे। कम प्रवाह और न्यूनतम तापमान प्रवणता की स्थितियों में, अवशोषण दर को प्रसार दर समीकरण के बाद मॉडल किया जा सकता है। प्रसार दर समीकरण जहाँः डी प्रसार गुणांक है एन प्रोटीन की सतह की सांद्रता है को प्रोटीन की थोक सांद्रता है टी समय है एक उच्च थोक सांद्रता और/या उच्च प्रसार गुणांक (आणविक आकार के व्युत्क्रमानुपाती) के परिणामस्वरूप सतह पर बड़ी संख्या में अणु आते हैं। परिणामी प्रोटीन सतह अंतःक्रियाओं के परिणामस्वरूप अधिशोषित प्रोटीन की उच्च स्थानीय सांद्रता होती है, जो थोक घोल की तुलना में 1000 गुना अधिक सांद्रता तक पहुंचती है। हालांकि, शरीर बहुत अधिक जटिल है, जिसमें प्रवाह और संवहनी प्रसार होता है, और इन्हें प्रोटीन अधिशोषण की दर में माना जाना चाहिए। एक पतली वाहिनी में प्रवाह और जहाँः C एकाग्रता है D प्रसार गुणांक है V प्रवाह का वेग है x चैनल के नीचे की दूरी है γ दीवार कतरनी दर है b चैनल की ऊंचाई है यह समीकरण विशेष रूप से धमनियों में जैव चिकित्सा उपकरणों के लिए प्रोटीन अवशोषण का विश्लेषण करने के लिए लागू होता है, उदाहरण के लिए। स्टेंट। प्रोटीन अधिशोषण को प्रभावित करने वाले बल और अंतःक्रियाएँ प्रोटीन अधिशोषण में बलों और अंतःक्रिया के चार मौलिक वर्ग हैंः 1) आयनिक या स्थिरविद्युत अंतःक्रिया, 2) हाइड्रोजन बंधन, 3) हाइड्रोफोबिक अंतःक्रिया (बड़े पैमाने पर एन्ट्रॉपिक रूप से संचालित), और 4) आवेश-हस्तांतरण या कण इलेक्ट्रॉन दाता/स्वीकारक प्रकार की अंतःक्रियाएँ। आयनिक या इलेक्ट्रोस्टैटिक अंतःक्रियाएँ प्रोटीन का आवेश इसकी अमीनो एसिड साइड चेन के पी. के. ए. और अंतिम अमीनो एसिड और कार्बोक्जिलिक एसिड द्वारा निर्धारित किया जाता है। शारीरिक स्थितियों से ऊपर आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु (पी. आई.) वाले प्रोटीन में सकारात्मक आवेश होता है और शारीरिक स्थितियों से नीचे पी. आई. वाले प्रोटीन में नकारात्मक आवेश होता है। प्रोटीन का शुद्ध आवेश, इसके घटकों के योग आवेश द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक शारीरिक विद्युत क्षेत्र में इलेक्ट्रोफोरेटिक प्रवास होता है। ये प्रभाव पानी के उच्च द्वि-विद्युत स्थिरांक के कारण कम दूरी के होते हैं, हालांकि, एक बार जब प्रोटीन एक आवेशित सतह के करीब होता है, तो स्थिरविद्युत युग्मन प्रमुख बल बन जाता है। हाइड्रोजन बन्धक जल में हाइड्रोजन बन्ध बनाने की उतनी ही प्रवृत्ति होती है जितनी पॉलीपेप्टाइड में किसी भी समूह में होती है। एक तह और संयोजन प्रक्रिया के दौरान, पेप्टाइड और अमीनो एसिड समूह पानी के साथ हाइड्रोजन बंधन का आदान-प्रदान करते हैं। इस प्रकार, हाइड्रोजन बंधन का जलीय माध्यम में प्रोटीन के अवशोषण पर एक मजबूत स्थिरीकरण प्रभाव नहीं पड़ता है। हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन अनिवार्य रूप से एक जलीय माध्यम में क्रम/विकार घटनाओं के कारण एन्ट्रोपिक इंटरैक्शन हैं। इंटरफैशियल क्षेत्रों को कम करने से जुड़ी मुक्त ऊर्जा पानी में पानी की बूंदों और हवा के बुलबुले के सतह क्षेत्र को कम करने के लिए जिम्मेदार है। यही सिद्धांत है कि हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड साइड चेन पानी से दूर उन्मुख होते हैं, जिससे पानी के साथ उनकी बातचीत कम हो जाती है। अणु के बाहर के हाइड्रोफिलिक समूहों के परिणामस्वरूप प्रोटीन जल घुलनशीलता होती है। इस घटना की विशेषता को अंतःस्थलीय मुक्त ऊर्जा अवधारणाओं के साथ इन हाइड्रोफोबिक संबंधों का इलाज करके किया जा सकता है। तदनुसार, कोई भी इन अंतःक्रियाओं के प्रेरक बल को कुल अंतरफलक मुक्त ऊर्जा के न्यूनतमकरण के रूप में सोच सकता है, अर्थात। सतह क्षेत्र का न्यूनतमकरण। चार्ज-ट्रांसफर इंटरैक्शन प्रोटीन स्थिरीकरण और सतह इंटरैक्शन में भी चार्ज-ट्रांसफर इंटरैक्शन महत्वपूर्ण हैं। सामान्य दाता-ग्रहणकर्ता प्रक्रियाओं में, कोई भी अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन घनत्व मौजूद होने के बारे में सोच सकता है जिसे एक इलेक्ट्रोफिलिक प्रजाति को दान किया जा सकता है। जलीय माध्यम में, ये विलेय अंतःक्रियाएँ मुख्य रूप से पाई कक्षीय इलेक्ट्रॉन प्रभावों के कारण होती हैं। प्रोटीन अधिशोषण को प्रभावित करने वाले अन्य कारक तापमान तापमान का प्रोटीन अधिशोषण की संतुलन स्थिति और गतिविज्ञान दोनों पर प्रभाव पड़ता है। उच्च तापमान पर अधिशोषित प्रोटीन की मात्रा आमतौर पर कमरे के तापमान की तुलना में अधिक होती है। तापमान भिन्नता अधिशोषण को प्रभावित करने वाले प्रोटीन में संरचनात्मक परिवर्तन का कारण बनती है। प्रोटीन में इन संरचनात्मक पुनर्व्यवस्थाओं के परिणामस्वरूप एक एन्ट्रापी लाभ होता है जो प्रोटीन अधिशोषण के लिए एक प्रमुख प्रेरक बल के रूप में कार्य करता है। प्रोटीन अधिशोषण पर तापमान प्रभाव खाद्य निर्माण प्रक्रियाओं में देखा जा सकता है, विशेष रूप से तरल खाद्य पदार्थ जैसे दूध, जो उन उपकरणों की दीवार की सतहों पर गंभीर अशुद्धता का कारण बनता है जहां तापीय उपचार किया जाता है। आयनिक शक्ति आयनिक शक्ति डेबी लंबाई को निर्धारित करती है जो एक इलेक्ट्रोलाइट में एक निश्चित चार्ज की विद्युत क्षमता की आर्द्रता दूरी से संबंधित है। इसलिए, आयनिक शक्ति जितनी अधिक होगी, आवेशित संस्थाओं के बीच विद्युतस्थैतिक अंतःक्रियाएँ उतनी ही कम होंगी। नतीजतन, आवेशित प्रोटीन का विपरीत आवेशित सब्सट्रेट में अधिशोषण बाधित होता है, जबकि आवेशित सब्सट्रेट को पसंद करने के लिए अधिशोषण बढ़ जाता है, जिससे अधिशोषण गतिविज्ञान प्रभावित होता है। इसके अलावा, उच्च आयनिक शक्ति प्रोटीन के समुच्चय की प्रवृत्ति को बढ़ाती है। बहु-प्रोटीन प्रणाली जब कोई सतह बहु-प्रोटीन घोल के संपर्क में आती है, तो कुछ प्रोटीन अणुओं का अधिशोषण दूसरों की तुलना में अधिक पसंद किया जाता है। सतह पर पहुँचने वाले प्रोटीन अणु बंधन स्थलों के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं। बहु-प्रोटीन प्रणाली में अणुओं के बीच आकर्षण हो सकता है, जबकि एकल-प्रोटीन समाधानों में अंतर-आणविक प्रतिकारक अंतःक्रियाएँ हावी होती हैं। इसके अलावा, एक समय-निर्भर प्रोटीन फैलता है, जहां प्रोटीन अणु शुरू में सतह पर न्यूनतम बंधन स्थलों के साथ संपर्क करते हैं। सतह पर प्रोटीन के रहने के समय में वृद्धि के साथ, प्रोटीन अतिरिक्त बंधन स्थलों के साथ बातचीत के लिए प्रकट हो सकता है। इसके परिणामस्वरूप प्रोटीन और सतह के बीच संपर्क बिंदुओं में समय-निर्भर वृद्धि होती है। इससे अपशोषण की संभावना कम हो जाती है। प्रोटीन अधिशोषण समाधान ह्रास तकनीक का अध्ययन करने के लिए प्रायोगिक दृष्टिकोण यह तकनीक अधिशोषण से पहले और बाद में थोक घोल में प्रोटीन की सांद्रता परिवर्तन को मापती है। किसी भी प्रोटीन सांद्रता परिवर्तन का श्रेय अधिशोषित परत, κp को दिया जाता है। जहाँः V = प्रोटीन घोल की कुल मात्रा एटॉट = अवशोषण के लिए उपलब्ध कुल क्षेत्र इस विधि के लिए कण और मोती अधिशोषक जैसी उच्च सतह क्षेत्र सामग्री की भी आवश्यकता होती है। एलिप्समेट्री एलिप्समेट्री का व्यापक रूप से प्रोटीन अधिशोषण गतिविज्ञान के साथ-साथ अधिशोषित प्रोटीन परत की संरचना को मापने के लिए उपयोग किया गया है। यह एक ऑप्टिकल तकनीक है जो सतह से परावर्तन के बाद प्रकाश के ध्रुवीकरण के परिवर्तन को मापती है। इस तकनीक के लिए समतल, परावर्तित सतहों, अधिमानतः क्वार्ट्ज, सिलिकॉन या सिलिका, और प्रोटीन अधिशोषण पर अपवर्तक सूचकांक में एक मजबूत परिवर्तन की आवश्यकता होती है। परमाणु-बल सूक्ष्मदर्शी (ए. एफ. एम.) एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी तकनीक है जिसका उपयोग नैनोस्केल पर नमूनों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है और अक्सर इसका उपयोग सतह पर प्रोटीन वितरण की छवि बनाने के लिए किया जाता है। इसमें सतह पर स्कैन करने के लिए एक नोक के साथ एक कैंटिलीवर होता है। यह प्रोटीन-प्रोटीन और प्रोटीन-सतह अंतःक्रिया को मापने के लिए एक मूल्यवान उपकरण है। हालांकि, कई ए. एफ. एम. अध्ययनों का सीमित कारक यह है कि इमेजिंग अक्सर सतह को सुखाने के बाद की जाती है जो प्रोटीन तह और प्रोटीन परत की संरचना को प्रभावित कर सकती है। इसके अलावा, कैंटिलीवर टिप एक प्रोटीन को हटा सकता है या प्रोटीन परत को नालीदार कर सकता है। सतह प्लाजमोन अनुनाद (एस. पी. आर.) का व्यापक रूप से उच्च संवेदनशीलता के साथ प्रोटीन अधिशोषण को मापने के लिए उपयोग किया गया है। यह तकनीक सतह प्लाजमोन के उत्तेजना पर आधारित है, अनुदैर्ध्य विद्युत चुम्बकीय तरंगें धातुओं और परावैद्युत के बीच इंटरफेस पर उत्पन्न होती हैं। 200 एनएम के भीतर अणुओं और पतली परतों की संवाहक सतह पर जमाव प्रणाली के परावैद्युत गुणों को संशोधित करता है और इस प्रकार एस. पी. आर. प्रतिक्रिया, धातु की सतह पर अणुओं की उपस्थिति का संकेत देती है। क्वार्ट्ज क्रिस्टल सूक्ष्म संतुलन (क्यू. सी. एम.) एक ध्वनिक संवेदक है जो डिस्क आकार के क्वार्ट्ज क्रिस्टल के चारों ओर बनाया गया है। यह विपरीत पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करता है। क्यूसीएम, और क्यूसीएम-डी जैसे विस्तारित संस्करणों का व्यापक रूप से प्रोटीन अधिशोषण अध्ययनों के लिए उपयोग किया गया है, विशेष रूप से, लेबल-मुक्त प्रोटीन अधिशोषण की वास्तविक समय निगरानी। अधिशोषण अध्ययनों के अलावा, क्यूसीएम-डी लोचदार मॉडुली, चिपचिपाहट और संरचनात्मक परिवर्तनों के बारे में भी जानकारी प्रदान करता है ऑप्टिकल वेवगाइड लाइटमोड स्पेक्ट्रोस्कोपी ऑप्टिकल वेवगाइड लाइटमोड स्पेक्ट्रोस्कोपी (ओडब्ल्यूएलएस) एक ऐसा उपकरण है जो एक पतली-फिल्म ऑप्टिकल वेवगाइड पर निर्भर करता है, जो निर्देशित विद्युत चुम्बकीय तरंगों की एक अलग संख्या को घेरता है। मार्गदर्शन एक ग्रेटिंग कपलर के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। यह वेवगाइड के ऊपर एक पतली-फिल्म परत के प्रभावी अपवर्तक सूचकांक के माप पर आधारित है। यह तकनीक केवल अत्यधिक पारदर्शी सतहों पर काम करती है। सतहों पर अधिशोषित प्रोटीन की मात्रा को मापने के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली अन्य विधियों में रेडियो-लेबलिंग, लॉरी परख, स्कैनिंग एंगल रिफ्लेक्टोमेट्री, कुल आंतरिक प्रतिबिंब प्रतिदीप्ति, बाइसिनकोनिक एसिड परख आदि शामिल हैं। धातुओं के लिए प्रोटीन अवशोषण रासायनिक संरचना धातु बंधन सकारात्मक धातु आयनों और आसपास के संयोजकता इलेक्ट्रॉन बादलों के बीच विशिष्ट बंधन को संदर्भित करता है। यह अंतरआण्विक बल अपेक्षाकृत मजबूत है, और परमाणुओं के बार-बार क्रिस्टलीय अभिविन्यास को जन्म देता है, जिसे इसकी जाली प्रणाली भी कहा जाता है। कई प्रकार की सामान्य जाली संरचनाएँ हैं, और प्रत्येक का अपना अनूठा पैकिंग घनत्व और परमाणु निकटता है। धातु आयनों के नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन बादल आवेशित प्रतिकर्षण के कारण नकारात्मक रूप से आवेशित प्रोटीन क्षेत्रों के आसंजन में बाधा डालेंगे, इस प्रकार धातु की सतह पर प्रोटीन के उपलब्ध बंधन स्थलों को सीमित कर देंगे। जाली के गठन से उजागर संभावित धातु-आयन-निर्भर आसंजन स्थलों (एम. आई. डी. ए. एस.) के साथ संबंध हो सकता है जो कोलेजन और अन्य प्रोटीन के लिए बाध्यकारी स्थल हैं। धातु की सतह में थोक की तुलना में अलग-अलग गुण होते हैं क्योंकि सामान्य क्रिस्टलीय दोहराव वाली उप-इकाइयाँ सतह पर समाप्त हो जाती हैं। यह सतह के परमाणुओं को एक तरफ पड़ोसी परमाणु के बिना छोड़ देता है, जो स्वाभाविक रूप से इलेक्ट्रॉन वितरण को बदल देता है। यह घटना यह भी बताती है कि सतह के परमाणुओं में थोक की तुलना में अधिक ऊर्जा क्यों होती है, जिसे अक्सर सतह ऊर्जा के रूप में जाना जाता है। उच्च ऊर्जा की यह स्थिति प्रतिकूल है, और सतह के परमाणु उपलब्ध प्रतिक्रियाशील अणुओं को बांधकर इसे कम करने की कोशिश करेंगे। यह अक्सर प्रोटीन अधिशोषण द्वारा पूरा किया जाता है, जहां सतह के परमाणु अधिक लाभप्रद ऊर्जा अवस्था में कम हो जाते हैं। शरीर के आंतरिक वातावरण को अक्सर पी. एच. 7.3 पर 37 डिग्री सेल्सियस पर एक जलीय वातावरण के रूप में तैयार किया जाता है जिसमें बहुत सारे घुलनशील ऑक्सीजन, इलेक्ट्रोलाइट्स, प्रोटीन और कोशिकाएं होती हैं। एक विस्तारित अवधि के लिए ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर, कई धातुएँ ऑक्सीकृत हो सकती हैं और इलेक्ट्रॉनों को खो कर अपनी सतह ऑक्सीकरण स्थिति को बढ़ा सकती हैं। यह नई कैटेनिक अवस्था सतह को एक शुद्ध सकारात्मक आवेश के साथ छोड़ती है, और नकारात्मक रूप से आवेशित प्रोटीन पक्ष समूहों के लिए एक उच्च आत्मीयता छोड़ती है। धातुओं और धातु मिश्र धातुओं की विशाल विविधता के भीतर, शरीर में प्रत्यारोपित होने पर कई जंग के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। मानव शरीर जैसे इलेक्ट्रोलाइट-समृद्ध जलीय वातावरण के संपर्क में आने पर अधिक इलेक्ट्रोनेगेटिव तत्व तेजी से खराब हो जाते हैं। ऑक्सीकरण और क्षरण दोनों मुक्त ऊर्जा को कम करेंगे, इस प्रकार प्रोटीन अधिशोषण को प्रभावित करेंगे जैसा कि Eq में देखा गया है। 1. स्थलाकृति के प्रभाव सतह की खुरदरापन और बनावट का सभी सामग्रियों पर प्रोटीन अधिशोषण पर निर्विवाद प्रभाव पड़ता है, लेकिन धातु मशीनिंग प्रक्रियाओं की सर्वव्यापीता के साथ, यह पता लगाना उपयोगी है कि ये प्रोटीन व्यवहार को कैसे प्रभावित करते हैं। प्रारंभिक अधिशोषण महत्वपूर्ण है, साथ ही साथ आसंजन और अखंडता को बनाए रखना भी महत्वपूर्ण है। शोध से पता चला है कि सतह की खुरदरापन मचान प्रोटीन और ऑस्टियोब्लास्ट के आसंजन को प्रोत्साहित कर सकती है, और इसके परिणामस्वरूप सतह के खनिजीकरण में वृद्धि होती है। अधिक स्थलाकृतिक विशेषताओं और खुरदरापन वाली सतहों में प्रोटीन के साथ बातचीत करने के लिए अधिक उजागर सतह क्षेत्र होगा। बायोमेडिकल इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के संदर्भ में, माइक्रो मशीनिंग तकनीकों का उपयोग अक्सर ठीक होने के समय को कम करने की उम्मीद में प्रत्यारोपण के लिए प्रोटीन आसंजन को बढ़ाने के लिए किया जाता है। लेजर पैटर्न की तकनीक खांचे और सतह की खुरदरापन का परिचय देती है जो आसंजन, प्रवास और संरेखण को प्रभावित करेगी। ग्रिट-ब्लास्टिंग, रेत विस्फोट के अनुरूप एक विधि, और रासायनिक नक़्क़ाशी सफल सतह खुरदरा करने की तकनीक साबित हुई है जो टाइटेनियम प्रत्यारोपण की दीर्घकालिक स्थिरता को बढ़ावा देती है। स्थिरता में वृद्धि बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स और कोलेजन संलग्नक में देखी गई वृद्धि का एक प्रत्यक्ष परिणाम है, जिसके परिणामस्वरूप गैर-खुरदरा सतहों की तुलना में ऑस्टियोब्लास्ट संलग्नक और खनिजीकरण में वृद्धि होती है। हालाँकि, अवशोषण हमेशा वांछनीय नहीं होता है। अधिशोषण से मशीनरी नकारात्मक रूप से प्रभावित हो सकती है, विशेष रूप से खाद्य उद्योग में प्रोटीन अधिशोषण के साथ। बायोमेडिकल क्षेत्र में प्रोटीन अधिशोषण पर विचार करते समय पॉलिमर पॉलिमर के लिए प्रोटीन अधिशोषण बहुत महत्वपूर्ण है। पॉलिमर एक या अधिक प्रकार के "मर्स" से बने होते हैं जो बार-बार एक साथ बंधे होते हैं, आमतौर पर दिशात्मक सहसंयोजक बंधनों द्वारा। जैसे-जैसे श्रृंखला मेर्स के जोड़ से बढ़ती है, सामग्री के रासायनिक और भौतिक गुण मोनोमर की आणविक संरचना द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। एक बहुलक और उसकी निर्माण प्रक्रिया में मर्स के प्रकार या प्रकार का सावधानीपूर्वक चयन करके, एक बहुलक के रासायनिक और भौतिक गुणों को एक विशेष अनुप्रयोग के लिए विशिष्ट प्रोटीन और कोशिकाओं को अवशोषित करने के लिए अत्यधिक तैयार किया जा सकता है। संरचना प्रभाव प्रोटीन अधिशोषण के परिणामस्वरूप अक्सर महत्वपूर्ण संरचनात्मक परिवर्तन होते हैं, जो प्रोटीन की द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्थक संरचनाओं में परिवर्तन को संदर्भित करता है। अवशोषण दरों और मात्राओं के अलावा, अभिविन्यास और अनुरूपण महत्वपूर्ण हैं। ये संरचनात्मक परिवर्तन लिगेंड, सब्सट्रेट और एंटीजन के साथ प्रोटीन की अंतःक्रिया को प्रभावित कर सकते हैं जो रुचि के बंधन स्थल के अभिविन्यास पर निर्भर हैं। ये संरचनात्मक परिवर्तन, प्रोटीन अधिशोषण के परिणामस्वरूप, प्रोटीन को विकृत भी कर सकते हैं और इसके मूल गुणों को बदल सकते हैं। ऊतक इंजीनियरिंग एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र है जो एक मचान का उपयोग एक मंच के रूप में करता है जिस पर वांछित कोशिकाएं फैलती हैं। यह स्पष्ट नहीं है कि एक विशिष्ट ऊतक प्रकार के लिए एक आदर्श मचान को क्या परिभाषित करता है। विचार जटिल हैं और प्रोटीन अधिशोषण केवल जटिलता को बढ़ाता है। यद्यपि वास्तुकला, संरचनात्मक यांत्रिकी और सतह के गुण एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, क्षरण और प्रोटीन अधिशोषण की दर को समझना भी महत्वपूर्ण है। यांत्रिकी और ज्यामिति की अनिवार्यताओं के अलावा, एक उपयुक्त मचान निर्माण में सतह के गुण होंगे जो विशेष रुचि के कोशिका प्रकारों के लगाव और प्रवास के लिए अनुकूलित हैं। आम तौर पर, यह पाया गया है कि मचान जो इंजीनियर किए जा रहे ऊतक के प्राकृतिक वातावरण से निकटता से मिलते-जुलते हैं, सबसे सफल हैं। नतीजतन, प्राकृतिक पॉलिमर की जांच में बहुत शोध किया गया है जिन्हें प्रसंस्करण पद्धति के माध्यम से विशिष्ट डिजाइन मानदंडों के अनुरूप बनाया जा सकता है। चिटोसन वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले पॉलिमरों में से एक है क्योंकि यह प्राकृतिक रूप से होने वाले ग्लाइकोसामिनोग्लाइकन (जी. ए. जी.) के समान है और यह मानव एंजाइमों द्वारा अपघटित होता है। चिटोसन चिटोसन एक रैखिक पॉलीसेकेराइड है जिसमें जुड़े हुए चिटिन-व्युत्पन्न अवशेष होते हैं और शरीर में कई प्रोटीनों के साथ इसकी उच्च संगतता के कारण एक जैव सामग्री के रूप में व्यापक रूप से अध्ययन किया जाता है। चिटोसन कैशनिक है और इस प्रकार कई प्रोटीओग्लाइकैन, आयनिक जी. ए. जी. और नकारात्मक आवेश वाले अन्य अणुओं के साथ विद्युतस्थैतिक रूप से प्रतिक्रिया करता है। चूँकि कई साइटोकिन्स और विकास कारक जी. ए. जी. से जुड़े होते हैं, चिटोसन-जी. ए. जी. परिसरों वाले मचान संलग्न कोशिकाओं द्वारा स्रावित इन प्रोटीनों को बनाए रखने में सक्षम होते हैं। चिटोसन की एक अन्य गुणवत्ता जो इसे अच्छी जैव सामग्री क्षमता देती है, वह है घोल में इसका उच्च आवेश घनत्व। यह चिटोसन को कई पानी में घुलनशील आयनिक पॉलिमर के साथ आयनिक परिसर बनाने की अनुमति देता है, जिससे प्रोटीन की सीमा का विस्तार होता है जो इससे जुड़ने में सक्षम होते हैं और इस प्रकार इसके संभावित उपयोगों का विस्तार होता है। तालिका 1: संरचना, लक्षित ऊतक, और चिटोसन-आधारित मचानों के अनुप्रयोग कोशिका प्रकार} प्रोटीन अधिशोषण भविष्यवाणी प्रोटीन अधिशोषण कई औद्योगिक और जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। प्रोटीन अधिशोषण की सटीक भविष्यवाणी इन क्षेत्रों में प्रगति करने में सक्षम बनाएगी। बायोमॉलिक्यूलर एडसोर्प्शन डेटाबेस (बी. ए. डी.) साहित्य से एकत्र किए गए प्रायोगिक प्रोटीन एडसोर्प्शन डेटा के साथ एक स्वतंत्र रूप से उपलब्ध ऑनलाइन डेटाबेस है। डेटाबेस का उपयोग माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण निर्माण के लिए सामग्री के चयन और लैब-ऑन-ए-चिप उपकरणों की इष्टतम संचालन स्थितियों के चयन के लिए किया जा सकता है। बी. ए. डी. पर उपलब्ध तंत्रिका नेटवर्क-आधारित भविष्यवाणी का उपयोग करके सतह पर अवशोषित प्रोटीन की मात्रा का अनुमान लगाया जा सकता है। बी. ए. डी. में उपलब्ध समग्र आंकड़ों के लिए इस भविष्यवाणी को 5 प्रतिशत से कम त्रुटि के रूप में मान्य किया गया है। अन्य मानकों, जैसे प्रोटीन परतों की मोटाई और प्रोटीन से ढकी सतहों के सतह तनाव का भी अनुमान लगाया जा सकता है। संदर्भ जैव रसायन