Nanobiomechanics
नैनो बायोमैकेनिक्स (बायोअनोमैकेनिक्स भी) नैनोसाइंस और बायोमैकेनिक्स में एक उभरता हुआ क्षेत्र है जो बायोमैटेरियल्स और बायोमैकेनिक्स के मौलिक विज्ञान का पता लगाने के लिए नैनोमैकेनिक्स के शक्तिशाली उपकरणों को जोड़ता है। इसके संस्थापक युआन-चेंग फंग द्वारा इसकी शुरुआत के बाद से, बायोमैकेनिक्स का क्षेत्र यांत्रिकी और जैव विज्ञान की शाखाओं में से एक बन गया है। कई वर्षों से, बायोमैकेनिक्स ने ऊतक की जांच की है। नैनो विज्ञान में प्रगति के माध्यम से, जिन बलों को मापा जा सकता था और बायोमटेरियल्स के अवलोकन के पैमाने को भी "नैनो" और "पिको" स्तर तक कम कर दिया गया था। नतीजतन, नैनोस्केल पर जैविक पदार्थों के यांत्रिक गुणों को मापना संभव हो गया। यह ऊतक अभियांत्रिकी प्रक्रियाओं और कोशिकीय चिकित्सा में सुधार के लिए प्रासंगिक है। अधिकांश जैविक पदार्थों में अलग-अलग पदानुक्रमित स्तर होते हैं, और सबसे छोटे नैनोस्केल को संदर्भित करते हैं। उदाहरण के लिए, हड्डी में जैविक संगठन के सात स्तर होते हैं, और सबसे छोटे स्तर, यानी एकल कोलेजन फाइब्रिल और हाइड्रॉक्सिलापेटाइट खनिजों का आयाम 100 एनएम से कम होता है। इसलिए, इन छोटे पैमाने पर गुणों की जांच करने में सक्षम होने से इन सामग्रियों के मौलिक गुणों को बेहतर ढंग से समझने का एक बड़ा अवसर मिलता है। उदाहरण के लिए, मापों से पता चला है कि 100 एनएम के रूप में छोटे एकल कोलेजन फाइब्रिल के भीतर भी नैनोमैकेनिकल विषमता मौजूद है। इस क्षेत्र में अन्य सबसे प्रासंगिक विषयों में से एक रोग की प्रगति सहित विभिन्न रोगों के कारण होने वाले परिवर्तनों को पहचानने के लिए जीवित कोशिकाओं पर छोटे बलों का मापन है। उदाहरण के लिए, यह दिखाया गया है कि मलेरिया से संक्रमित लाल रक्त कोशिकाएं सामान्य कोशिकाओं की तुलना में 10 गुना कठोर होती हैं। इसी तरह, यह दिखाया गया है कि कैंसर कोशिकाएं सामान्य कोशिकाओं की तुलना में 70 प्रतिशत नरम होती हैं। नैनोस्केल पर ऊतक में परिवर्तनों को देखकर उम्र बढ़ने के उपास्थि और ऑस्टियोआर्थराइटिस के शुरुआती संकेत दिखाए गए हैं। विधियाँ, उपकरण और अनुप्रयोग नैनो बायोमैकेनिक्स में सामान्य विधियों में परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (ए. एफ. एम.), नैनोइंडेंटेशन और नैनोकणों का अनुप्रयोग शामिल हैं। ये और अन्य विधियाँ प्रासंगिक सामग्रियों पर लागू की जा सकती हैं, उदाहरण के लिएः हड्डी और इसके पदानुक्रमित घटक जैसे कि एकल कोलेजन फाइब्रिल, एकल जीवित कोशिकाएँ, एक्टिन फिलामेंट्स और माइक्रोट्यूबुल्स। परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (ए. एफ. एम.) के विवरण के लिए, परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी देखें। ए. एफ. एम. का उपयोग साइटोस्केलेटन के नैनोस्केल स्तर और इसके घटकों, बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स और कोशिका के वातावरण का अध्ययन करने के लिए किया गया है। कोशिका के यांत्रिकी को समझना, नैनोस्केल स्तर सहित, इन अणुओं और संरचनाओं को समझने से अत्यधिक जुड़ा हुआ है। चूँकि यह सब कोशिका के व्यवहार को प्रभावित करता है, यह ऊतक इंजीनियरिंग के लिए फायदेमंद है। इसका एक उदाहरण है जब शोधकर्ताओं ने आनुवंशिक रूप से संशोधित मेसेनकाइमल कोशिकाओं से हड्डी की मरम्मत का अध्ययन करने के लिए टैपिंग मोड ए. एफ. एम. लागू किया। इस विधि के माध्यम से, वे एक नैनो पैमाने पर हड्डी में संरचनाओं की छवि बनाने में सक्षम थे जो सुझाव देते थे कि कोलेजन मौजूद था। ए. एफ. एम. को विस्तार और संपीड़न प्रयोगों के माध्यम से विभिन्न स्थितियों में प्रोटीन और अन्य जैव अणुओं के यांत्रिक गुणों को मापने के लिए भी लागू किया गया है। इसके अलावा, इसे कोशिकाओं और झिल्ली के यांत्रिक गुणों के मानचित्रण, यांत्रिक पारगमन, कोशिकाएं जिस सतह पर हैं और उनके अपने अणुओं के आधार पर कैसे चिपकती हैं या अलग होती हैं, और कोशिकाओं की कठोरता पर लागू किया गया है। चूंकि मेटास्टैटिक कोशिकाओं को ए. एफ. एम. का उपयोग करने वाली सौम्य कोशिकाओं की तुलना में नरम दिखाया गया है, कैंसर कोशिकाओं के यांत्रिकी कैंसर का निदान करने के लिए उपयोगी हो सकते हैं। नैनोइंडेंटेशन नैनोइंडेंटेशन के विवरण के लिए, नैनोइंडेंटेशन देखें। बायोमैकेनिकल अध्ययनों में नैनोइंडेंटेशन को लागू किया गया है। एक उदाहरण में आनुवंशिक रूप से संशोधित मेसेनकाइमल कोशिकाओं से हड्डी की मरम्मत का अध्ययन किया गया। उन्होंने एक नैनोमीटर त्रिज्या के साथ एक जांच को देशी और मरम्मत हड्डी दोनों में संपीड़ित किया और इसका उपयोग ऊतक की विकृति का अध्ययन करने के लिए किया। इससे उन्हें हड्डी के यांत्रिक गुणों के बारे में जानकारी मिली, जिसमें इसकी कठोरता भी शामिल है। नैनोइंडेंटेशन ने उन्हें लोडिंग और अनलोडिंग वक्रों के माध्यम से हड्डी की संपीड़न क्षमता का अध्ययन करने की अनुमति दी। इसके अलावा, विशिष्ट अध्ययनों में नैनोइंडेंटेशन को अन्य तरीकों के साथ जोड़ा जा सकता है। एक उदाहरण ए. एफ. एम. नैनोइंडेंटेशन है, जिसे जीवित कोशिकाओं में उपकोशिकीय घटकों का अध्ययन करने के लिए लागू किया गया है। नैनोकणों के विवरण के लिए, नैनोकणों को देखें। नैनोकणिकाएँ दोनों नैनोस्केल स्तर पर कोशिकाओं को प्रभावित करते हैं, और नैनोस्केल स्तर पर कोशिकाओं और जैव पदार्थों के यांत्रिक गुणों का अध्ययन करने की एक विधि हैं। नैनोपार्टिकल्स इस बात को प्रभावित करते हैं कि कोशिकाएँ कैसे सब्सट्रेट का पालन करती हैं, और कोशिका की कठोरता। वे कोशिका के साइटोस्केलेटन के घटकों को भी प्रभावित करते हैं जो बदले में कोशिका गतिशीलता को प्रभावित करते हैं क्योंकि वे रिसेप्टर्स और आर. एन. ए. जैसी संरचनाओं को बांधते हैं और उनके साथ बातचीत करते हैं। चूँकि ये नैनोपार्टिकल्स कोशिकाओं के नैनोबायोमैकेनिक्स को प्रभावित करते हैं, वे उनका अध्ययन करने के लिए मूल्यवान उपकरण हैं। उदाहरण के लिए, नैनोटोपोग्राफिक वातावरण को बदलने के लिए संरचनाओं की सतहों पर नैनोपार्टिकल्स को एम्बेड किया गया है, और कोशिका के व्यवहार को प्रभावित किया है। इसमें शामिल था कि कोशिकाएं कैसे फैलती हैं, साइटोस्केलेटल घटक कैसे इकट्ठा होते हैं, और कोशिकाएं कैसे जुड़ती हैं। कुछ में शामिल नैनोकणों में चुंबकीय गुण होते हैं, और इनका उपयोग कोशिकीय सतहों के विस्तृत नियंत्रण और अन्य अध्ययनों के लिए चुंबकीय क्षेत्रों के संयोजन के रूप में किया गया है। सूक्ष्म कण कोशिकाओं द्वारा भौतिक बलों को जैव रासायनिक संकेतों में अनुकूलित करने के तरीकों और कोशिकीय घटकों के यांत्रिक गुणों का अध्ययन करने में उपयोगी होते हैं। इनका उपयोग पार्टिकल ट्रैकिंग माइक्रोरिओलॉजी जैसी प्रक्रियाओं में भी किया गया है। कम्प्यूटेशनल नैनो बायोमैकेनिक्स प्रयोगात्मक पहलू के अलावा, कम्प्यूटेशनल विधियों के माध्यम से अनुसंधान का विस्तार किया जा रहा है। आणविक गतिकी (एम. डी.) अनुकरण ने इस क्षेत्र में ज्ञान का खजाना प्रदान किया है। हालांकि, एम. डी. अनुकरण अभी भी परमाणुओं और अणुओं की एक छोटी संख्या तक सीमित है, कम्प्यूटेशनल प्रदर्शन में सीमा के कारण, वे इस उभरते क्षेत्र की एक सहायक शाखा साबित हुए हैं। संदर्भ नैनोटेक्नोलॉजी बायोमैकेनिक्स