Biohybrid microswimmer
ஒரு பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோவிம்மரை உயிரியல் மற்றும் செயற்கை கூறுகளைக் கொண்ட ஒரு மைக்ரோவிம்மர் என்று வரையறுக்கலாம், எடுத்துக்காட்டாக, ஒன்று அல்லது பல உயிருள்ள நுண்ணுயிரிகள் ஒன்று அல்லது பல்வேறு செயற்கை பகுதிகளுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. சமீப ஆண்டுகளில் நானோஸ்கோபிக் மற்றும் மெசோஸ்கோபிக் பொருள்கள் இயற்கையிலிருந்து நேரடி உத்வேகம் மூலம் அல்லது அதன் தற்போதைய கருவிகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் கூட்டாக நகர வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. சிறிய மெசோஸ்கோபிக் முதல் நானோஸ்கோபிக் அமைப்புகள் பொதுவாக குறைந்த ரெனால்ட்ஸ் எண்களில் செயல்படுகின்றன, மேலும் அவற்றின் இயக்கத்தைப் புரிந்துகொள்வது சவாலானது. நகர்வு ஏற்பட, அமைப்பின் சமச்சீர் உடைக்கப்பட வேண்டும். கூடுதலாக, கூட்டு இயக்கத்திற்கு கூட்டை உருவாக்கும் நிறுவனங்களுக்கிடையே ஒரு இணைப்பு பொறிமுறை தேவைப்படுகிறது. திரள் நடத்தை திறன் கொண்ட மீசோஸ்கோபிக் முதல் நானோஸ்கோபிக் நிறுவனங்களை உருவாக்க, நிறுவனங்கள் நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட உருவவியல் கொண்ட உடைந்த சமச்சீர் மூலம் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் அவை ஆற்றல் அறுவடை செய்யும் திறன் கொண்ட சில பொருட்களால் இயக்கப்படுகின்றன என்று கருதப்பட்டுள்ளது. அறுவடை செய்யப்பட்ட ஆற்றல் பொருளைச் சுற்றியுள்ள ஒரு வயலில் விளைந்தால், இந்த புலம் அண்டை பொருளின் புலத்துடன் இணைக்கப்பட்டு கூட்டு நடத்தைக்கு சில ஒருங்கிணைப்பைக் கொண்டு வரலாம். இத்தகைய ரோபோடிக் திரள்கள் ஒரு ஆன்லைன் நிபுணர் குழுவால் ரோபாட்டிக்ஸ் துறையில் தீர்க்கப்படாத 10 பெரிய குழு சவால்களில் ஒன்றாக வகைப்படுத்தப்பட்டுள்ளன. அவற்றின் அடிப்படை செயல்பாட்டு வழிமுறை பற்றிய விசாரணை இன்னும் அதன் ஆரம்ப கட்டத்தில் இருந்தாலும், ஆற்றல் அறுவடை மூலம் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கட்டுப்பாடற்ற திரள் இயக்கத்திற்கு உட்படும் திறன் கொண்ட பல்வேறு அமைப்புகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன (எ. கா., ஒளி, வெப்பம் போன்றவை). கடந்த பத்தாண்டுகளில், உயிருள்ள நடமாடும் நுண்ணுயிரிகள் இணைக்கப்படாத செயற்கை கட்டமைப்புகளுடன் உடல் ரீதியாக ஒருங்கிணைக்கப்படும் பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோரோபோட்டுகள், ஒரு இலக்கு இலக்கை அடைய செயலில் இயக்குதல் மற்றும் சரக்கு விநியோகத்தை செயல்படுத்த வளர்ந்து வரும் ஆர்வத்தைப் பெற்றுள்ளன. இயக்கத்துடன் கூடுதலாக, செயற்கை மற்றும் சுற்றுச்சூழல் மாற்றங்களுக்கு பொருத்தமான பதிலை உணர்ந்து வெளிப்படுத்துவதற்கான உள்ளார்ந்த திறன்கள், உயிரணு அடிப்படையிலான பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோரோபோட்டுகளை மனித உடலின் அணுக முடியாத துவாரங்களுக்கு சரக்குகளை கொண்டு செல்வதற்கு அழைப்பு விடுக்கின்றன, இது நோயறிதல் மற்றும் சிகிச்சை முகவர்களின் உள்ளூர் செயலில் விநியோகிக்கப்படுகிறது. பின்னணி பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோவிம்மர்களை உயிரியல் மற்றும் செயற்கை கூறுகளைக் கொண்ட மைக்ரோவிம்மர்கள் என்று வரையறுக்கலாம், எடுத்துக்காட்டாக, ஒன்று அல்லது பல உயிருள்ள நுண்ணுயிரிகள் ஒன்று அல்லது பல்வேறு செயற்கை பகுதிகளுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. இந்தத் துறையின் முன்னோடிகள், தங்கள் காலத்திற்கு முன்பே, மான்டெமாக்னோ மற்றும் பச்சந்த் ஆகியோர் 1999 ஆம் ஆண்டு நானோஃபேப்ரிகேட்டட் அடி மூலக்கூறுகளுடன் உயிரியல் மூலக்கூறுகளின் குறிப்பிட்ட இணைப்பு உத்திகள் குறித்து என். இ. எம். எஸ் என்று அழைக்கப்படும் கலப்பின கனிம/கரிம நானோ எலக்ட்ரோ மெக்கானிக்கல் அமைப்புகளைத் தயாரிக்க உதவுகிறார்கள். எலக்ட்ரான் பீம் லித்தோகிராஃபியால் உற்பத்தி செய்யப்படும் தங்கம், தாமிரம் அல்லது நிக்கல் ஆகியவற்றின் நானோ ஆரே வடிவத்தில் நிலைநிறுத்தப்பட்ட F1-ATPase உயிரணு மூலக்கூறு மோட்டார்கள் தயாரிப்பதற்காக தெர்மோபிலிக் பாக்டீரியாவிலிருந்து அதிக அளவு F1-ATPase உற்பத்தியை அவர்கள் விவரித்தனர். இந்த புரதங்கள் செயற்கை பெப்டைடுடன் இணைக்கப்பட்ட ஒரு மைக்ரோ மைக்ரோஸ்பியருடன் இணைக்கப்பட்டன. இதன் விளைவாக, வேதியியல் ரீதியாக செயலில் உள்ள தளங்களைக் கொண்ட ஒரு தளத்தைத் தயாரிப்பதையும், உயிர் மூலக்கூறு மோட்டார்களின் ஆற்றலை பயனுள்ள வேலையாக மாற்றும் திறன் கொண்ட பயோஹைப்ரிட் சாதனங்களை உருவாக்குவதையும் அவர்கள் நிறைவேற்றினர். அறிவியலில் மிக அடிப்படையான கேள்விகளில் ஒன்று, வாழ்க்கையை வரையறுப்பது எது என்பதுதான். கூட்டு இயக்கம் என்பது வாழ்க்கையின் அடையாளங்களில் ஒன்றாகும். இது பொதுவாக இயற்கையில் பல்வேறு பரிமாண நிலைகளில் காணப்படுகிறது, ஏனெனில் ஆற்றல்மிக்க நிறுவனங்கள் ஒரு ஒருங்கிணைந்த முயற்சியில், நகரும் ஒருங்கிணைந்த வடிவங்களாக சேகரிக்கப்படுகின்றன. இந்த நகரும் ஒருங்கிணைந்த நிகழ்வுகள், பலவற்றுடன், மாறும் திரள்களாக கவனிக்கப்படலாம்; எ. கா., பாக்டீரியா, வெட்டுக்கிளி திரள் போன்ற ஒரு செல்லுலார் உயிரினங்கள் அல்லது பறவைகளின் மந்தை நடத்தை. நியூட்டன் தனது இயக்கச் சமன்பாடுகளை நிறுவியதிலிருந்து, நுண் அளவுகோலில் இயக்கத்தின் மர்மம் அறிவியல் வரலாற்றில் அடிக்கடி வெளிப்பட்டுள்ளது, இது சுருக்கமாக விவாதிக்கப்பட வேண்டிய இரண்டு கட்டுரைகளால் பிரபலமாக நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. முதலாவதாக, ஆஸ்போர்ன் ரெனால்ட்ஸால் பிரபலப்படுத்தப்பட்ட ஒரு அத்தியாவசிய கருத்து என்னவென்றால், ஒரு திரவத்தின் இயக்கத்திற்கான மந்தநிலை மற்றும் பாகுத்தன்மையின் ஒப்பீட்டு முக்கியத்துவம் பரிசீலனையில் உள்ள அமைப்பின் சில விவரங்களைப் பொறுத்தது. அவரது நினைவாக பெயரிடப்பட்ட ரெனால்ட்ஸ் எண், இந்த ஒப்பீட்டை பண்பு நிலைத்தன்மை மற்றும் பிசுபிசுப்பு சக்திகளின் பரிமாணமற்ற விகிதமாக அளவிடுகிறதுஃ இங்கே, திரவத்தின் அடர்த்தியைக் குறிக்கிறது; அமைப்பின் ஒரு பண்பு வேகம் (எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு நீச்சல் துகள் வேகம்); ஒரு பண்பு நீளம் அளவு (எ. கா., நீச்சல் அளவு); மற்றும் திரவத்தின் பாகுத்தன்மை. இடைநீக்கம் செய்யப்பட்ட திரவத்தை தண்ணீராக எடுத்து, சோதனை ரீதியாக கவனிக்கப்பட்ட மதிப்புகளைப் பயன்படுத்தி, மீன் (= 100) போன்ற மேக்ரோஸ்கோபிக் நீச்சல் வீரர்களுக்கு மந்தநிலை முக்கியமானது என்பதை ஒருவர் தீர்மானிக்க முடியும், அதே நேரத்தில் பாகுத்தன்மை பாக்டீரியா (= 10−4) போன்ற மைக்ரோஸ்கேல் நீச்சல் வீரர்களின் இயக்கத்தில் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. மைக்ரோமீட்டர் அளவில் நீந்துவதற்கு பிசுபிசுப்பின் மகத்தான முக்கியத்துவம் நீச்சல் மூலோபாயத்தில் ஆழமான தாக்கங்களைக் கொண்டுள்ளது. நுண்ணுயிரிகளின் உலகிற்கு வாசகர்களை அழைத்த ஈ. எம். பர்செல் இதை நினைவுகூரத்தக்க வகையில் விவாதித்துள்ளார், மேலும் அவற்றின் இயக்கத்தின் நிலைமைகளை கோட்பாட்டளவில் ஆய்வு செய்தார். முதலாவதாக, பெரிய அளவிலான நீச்சல் வீரர்களின் உந்துவிசை உத்திகள் பெரும்பாலும் சுழல் உதிர்தல் மற்றும் மந்தநிலை மூலம் இந்த நிகழ்வுகளுக்கு இடையில் கடற்கரை போன்ற குறிப்பிட்ட தனித்துவமான நிகழ்வுகளில் சுற்றியுள்ள திரவத்திற்கு வேகத்தை வழங்குவதை உள்ளடக்கியது. பாக்டீரியா போன்ற மைக்ரோஸ்கேல் நீச்சல் வீரர்களுக்கு இது பயனுள்ளதாக இருக்க முடியாதுஃ பெரிய பிசுபிசுப்பு தணிப்பு காரணமாக, ஒரு மைக்ரோன் அளவிலான பொருளின் மந்தமான கடற்கரை நேரம் 1 μs வரிசையில் உள்ளது. ஒரு நுண்ணுயிரியின் வழக்கமான வேகத்தில் நகரும் கடற்கரை தூரம் சுமார் 0.1 ஆங்ஸ்ட்ரோம்கள் (Å) ஆகும். ஒரு மைக்ரோஸ்கேல் பாடி மீது தற்போதைய தருணத்தில் செலுத்தப்படும் சக்திகள் மட்டுமே அதன் உந்துதலுக்கு பங்களிக்கின்றன, எனவே ஒரு நிலையான ஆற்றல் மாற்ற முறை அவசியம் என்று பர்செல் முடிவு செய்தார். நுண்ணுயிரிகள் தொடர்ச்சியான ஆற்றல் உற்பத்திக்கு அவற்றின் வளர்சிதை மாற்றத்தை உகந்ததாக்கியுள்ளன, அதே நேரத்தில் முற்றிலும் செயற்கை மைக்ரோஸ்விம்மர்கள் (மைக்ரோரோபோட்டுகள்) சுற்றுச்சூழலில் இருந்து ஆற்றலைப் பெற வேண்டும், ஏனெனில் அவற்றின் ஆன்-போர்டு-ஸ்டோரேஜ்-திறன் மிகவும் குறைவாக உள்ளது. ஆற்றலின் தொடர்ச்சியான சிதறலின் மேலும் விளைவாக, உயிரியல் மற்றும் செயற்கை மைக்ரோஸ்விம்மர்கள் சமநிலை புள்ளிவிவர இயற்பியலின் விதிகளுக்குக் கீழ்ப்படியவில்லை, மேலும் சமநிலையற்ற இயக்கவியலால் விவரிக்கப்பட வேண்டும். கணித ரீதியாக, நேவியர்-ஸ்டோக்ஸ் சமன்பாட்டை எடுத்து, நிலைத்தன்மை சொற்களை அகற்றுவதன் மூலம் குறைந்த ரெனால்ட்ஸ் எண்ணின் தாக்கங்களை பர்செல் ஆராய்ந்தார்ஃ திரவத்தின் வேகம் எங்கே மற்றும் அழுத்தத்தின் சாய்வு எங்கே. பர்செல் குறிப்பிட்டபடி, இதன் விளைவாக வரும் சமன்பாடு-ஸ்டோக்ஸ் சமன்பாடு-வெளிப்படையான நேர சார்பு இல்லை. இடைநீக்கம் செய்யப்பட்ட உடல் (எ. கா., ஒரு பாக்டீரியா) அவ்வப்போது இயந்திர இயக்கங்கள் அல்லது சிதைவுகள் (எ. கா., ஒரு ஃபிளாஜெல்லம்) மூலம் எப்படி நீந்த முடியும் என்பதற்கு இது சில முக்கியமான விளைவுகளை ஏற்படுத்துகிறது. முதலாவதாக, மைக்ரோவிம்மர் மற்றும் சுற்றியுள்ள திரவத்தின் இயக்கத்திற்கு இயக்க விகிதம் நடைமுறையில் பொருத்தமற்றதுஃ இயக்க விகிதத்தை மாற்றுவது திரவத்தின் மற்றும் மைக்ரோவிம்மரின் வேகங்களின் அளவை மாற்றும், ஆனால் அது திரவ ஓட்டத்தின் வடிவத்தை மாற்றாது. இரண்டாவதாக, இயந்திர இயக்கத்தின் திசையை மாற்றியமைப்பது அமைப்பில் உள்ள அனைத்து வேகங்களையும் வெறுமனே மாற்றியமைக்கும். ஸ்டோக்ஸ் சமன்பாட்டின் இந்த பண்புகள் சாத்தியமான நீச்சல் உத்திகளின் வரம்பை கடுமையாக கட்டுப்படுத்துகின்றன. பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோஸ்விம்மர்களின் சமீபத்திய வெளியீடுகளில் விந்தணுக்கள், சுருங்கும் தசை செல்கள் மற்றும் பாக்டீரியாவை உயிரியல் கூறுகளாகப் பயன்படுத்துவது அடங்கும், ஏனெனில் அவை இரசாயன ஆற்றலை இயக்கமாக திறம்பட மாற்ற முடியும், மேலும் சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகளைப் பொறுத்து சிக்கலான இயக்கத்தைச் செய்யும் திறன் கொண்டவை. இந்த அர்த்தத்தில், பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோஸ்விம்மர் அமைப்புகளை வெவ்வேறு செயல்பாட்டு கூறுகளின் கலவையாக விவரிக்கலாம்ஃ சரக்கு மற்றும் கேரியர். சரக்கு என்பது தனிப்பயனாக்கப்பட்ட வழியில் நகர்த்தப்பட வேண்டிய ஆர்வத்தின் ஒரு உறுப்பு (மற்றும் வெளியிடப்படலாம்). உயிர் கலப்பினத்தின் இயக்கத்திற்கு பொறுப்பான கூறு கேரியர் ஆகும், விரும்பிய சரக்குகளை அதன் மேற்பரப்புடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த அமைப்புகளில் பெரும்பாலானவை இலக்கு மருந்து விநியோகத்திற்காக செயற்கை சரக்குகளை கொண்டு செல்வதற்கு உயிரியல் இயக்க உந்துவிசையை நம்பியுள்ளன/இதற்கு நேர்மாறான நிகழ்வுகளுக்கும் எடுத்துக்காட்டுகள் உள்ளனஃ உயிரியல் சரக்கு அமைப்புகளுடன் கூடிய செயற்கை மைக்ரோஸ்விம்மர்கள். கடந்த பத்தாண்டுகளில், உயிருள்ள நடமாடும் நுண்ணுயிரிகள் இணைக்கப்படாத செயற்கை கட்டமைப்புகளுடன் உடல் ரீதியாக ஒருங்கிணைக்கப்படும் பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோரோபோட்டுகள், ஒரு இலக்கு இலக்கை அடைய செயலில் இயக்குதல் மற்றும் சரக்கு விநியோகத்தை செயல்படுத்த வளர்ந்து வரும் ஆர்வத்தைப் பெற்றுள்ளன. இயக்கத்துடன் கூடுதலாக, செயற்கை மற்றும் சுற்றுச்சூழல் மாற்றங்களுக்கு பொருத்தமான பதிலை உணர்ந்து வெளிப்படுத்துவதற்கான உள்ளார்ந்த திறன்கள், உயிரணு அடிப்படையிலான பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோரோபோட்டுகளை மனித உடலின் அணுக முடியாத துவாரங்களுக்கு சரக்குகளை கொண்டு செல்வதற்கு அழைப்பு விடுக்கின்றன, இது நோயறிதல் மற்றும் சிகிச்சை முகவர்களின் உள்ளூர் செயலில் விநியோகிக்கப்படுகிறது. நடமாடும் மைக்ரோ ரோபோக்களில் உட்பொதிக்கப்பட்ட செறிவூட்டப்பட்ட சிகிச்சை மற்றும் நோயறிதல் முகவர்களை செயலில் இயக்குதல், குறிவைத்தல் மற்றும் வழிநடத்துதல் ஆகியவை வழக்கமான சிகிச்சைகளின் தற்போதைய சவால்களை சமாளிக்க முடியும். இந்த நோக்கத்திற்காக, பாக்டீரியா பொதுவாக இணைக்கப்பட்ட மணிகள் மற்றும் பேய் செல் உடல்களுடன் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பாக்டீரியல் பயோஹைப்ரிட்ஸ் செயற்கை மைக்ரோ மற்றும் நானோ ஸ்விம்மர்கள் சிறிய அளவிலான சாதனங்களாகும், அவை ஆற்றலை இயக்கமாக மாற்றுகின்றன. 2002 ஆம் ஆண்டில் அவர்களின் செயல்திறனின் முதல் செயல்விளக்கத்திலிருந்து, புதிய தயாரிப்பு முறைகள், உந்துவிசை உத்திகள், இயக்கக் கட்டுப்பாடு மற்றும் கற்பனை செய்யப்பட்ட செயல்பாடு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் இந்தத் துறை வேகமாக வளர்ந்துள்ளது. மருந்து விநியோகம், சுற்றுச்சூழல் சீரமைப்பு மற்றும் உணர்தல் போன்ற பயன்பாடுகளுக்கு இந்தத் துறை உறுதியளிக்கிறது. இந்தத் துறையின் ஆரம்ப கவனம் பெரும்பாலும் செயற்கை அமைப்புகளில் இருந்தது, ஆனால் இலக்கியத்தில் அதிக எண்ணிக்கையிலான "பயோஹைப்ரிட்ஸ்" தோன்றுகின்றன. செயற்கை மற்றும் உயிரியல் கூறுகளை இணைப்பது புதிய, நன்கு கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மைக்ரோஸ்விம்மர் செயல்பாடுகளைப் பெறுவதற்கான ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய உத்தி, ஏனெனில் உயிரினங்களின் அத்தியாவசிய செயல்பாடுகள் நகரும் திறனுடன் உள்ளார்ந்த தொடர்புடையவை. அனைத்து அளவிலான உயிரினங்களும் சுற்றுச்சூழல் தூண்டுதல்களுக்கு (எ. கா., வெப்பநிலை அல்லது pH) பதிலளிக்கும் வகையில், உணவு ஆதாரங்களைத் தேடுவதற்கும், இனப்பெருக்கம் செய்வதற்கும் அல்லது வேட்டையாடுபவர்களிடமிருந்து தப்பிக்கவும் நகர்கின்றன. மிகவும் நன்கு அறியப்பட்ட உயிருள்ள நுண் அமைப்புகளில் ஒன்று நீச்சல் பாக்டீரியா ஆகும், ஆனால் இயக்கப்பட்ட இயக்கம் மூலக்கூறு அளவிலும் நிகழ்கிறது, அங்கு உயிரியல் பணிகளை மேற்கொள்வதற்காக என்சைம்கள் மற்றும் புரதங்கள் இணக்கமான மாற்றங்களுக்கு உட்படுகின்றன. நீச்சல் பாக்டீரியா செல்கள் கலப்பின மைக்ரோஸ்விம்மர்களின் வளர்ச்சியில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பாக்டீரியா உயிரணுக்களுடன் சரக்கு இணைப்பு அவற்றின் நீச்சல் நடத்தையை பாதிக்கலாம். திரள் நிலையில் உள்ள பாக்டீரியா செல்கள் கலப்பின மைக்ரோஸ்விம்மர்களின் வளர்ச்சியிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. திரள் செராஷியா மார்செசென்ஸ் செல்கள் பி. டி. எம். எஸ்-பூசப்பட்ட கவர்ஸ்லிப்களுக்கு மாற்றப்பட்டன, இதன் விளைவாக எழுத்தாளர்களால் "பாக்டீரியா தரைவிரிப்பு" என்று குறிப்பிடப்படும் ஒரு அமைப்பு உருவானது. "ஆட்டோமொபைல் சில்லுகள்" என்று அழைக்கப்படும் இந்த பாக்டீரியா தரைவிரிப்புகளின் வெவ்வேறு வடிவ தட்டையான துண்டுகள், நுண்ணோக்கி ஸ்லைடின் மேற்பரப்புக்கு மேலே இரண்டு பரிமாணங்களில் நகர்ந்தன. மற்ற பல படைப்புகள் செராஷியா மார்செசென்ஸ் திரள் உயிரணுக்களையும், ஈ. கோலை திரள் உயிரணுக்களையும் கலப்பின மைக்ரோஸ்விம்மர்களின் வளர்ச்சிக்கு பயன்படுத்தியுள்ளன. மேக்னடோடாக்டிக் பாக்டீரியாக்கள் பயோஹைப்ரிட் இயக்க அமைப்புகளில் அவற்றின் பல்துறை பயன்பாடுகள் காரணமாக வெவ்வேறு ஆய்வுகளின் மையமாக உள்ளன. புரோட்டிஸ்ட் பயோஹைப்ரிட்ஸ் ஆல்கல் கிளாமிடமோனாஸ் ரீன்ஹார்ட்டி என்பது ஒரு ஒற்றை செல்லுலார் பச்சை நுண்ணுயிரியாகும். காட்டு வகை சி. ரீன்ஹார்ட்டி ஒரு கோள வடிவத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது சராசரியாக 10 மைக்ரோமீட்டர் விட்டம் கொண்டது. இந்த நுண்ணுயிரியால் காணக்கூடிய ஒளியை உணர்ந்து, 100-200 μm s−1 வரம்பில் அதிக நீச்சல் வேகத்துடன் (அதாவது ஃபோட்டோடாக்சிஸ்) வழிநடத்த முடியும். இது லேபிள் இல்லாத ஃப்ளோரசன்ட் இமேஜிங்கை அனுமதிக்கும் இயற்கையான ஃப்ளோரசன்ஸைக் கொண்டுள்ளது. சி. ரீன்ஹார்ட்டி சிகிச்சையின் செயலில் விநியோகிக்க பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோரோபோட்டுகளின் நேரடி அங்கமாக தீவிரமாக ஆராயப்பட்டுள்ளது. அவை ஆரோக்கியமான பாலூட்டி உயிரணுக்களுடன் உயிர் இணக்கமாக உள்ளன, அறியப்பட்ட நச்சுகள் எதுவும் இல்லை, உடலியல் ரீதியாக பொருத்தமான ஊடகங்களில் இயங்குகின்றன, மேலும் செல் சுவரில் சரக்குகளை எடுத்துச் செல்ல மேற்பரப்பு மாற்றத்தை அனுமதிக்கின்றன. நிலைமின்னியல் தொடர்புகள் மற்றும் சகப்பிணைப்பு மூலம் இடைவினை மேற்பரப்புகளை மாற்றியமைப்பதன் மூலம் சி. ரீன்ஹார்ட்டிக்கான மாற்று இணைப்பு உத்திகள் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன. ரோபோகோலித்தின் கூட்டு இயக்கம் வாழ்க்கையின் அடையாளங்களில் ஒன்றாகும். தனித்தனியாக நிறைவேற்றப்படுவதற்கு மாறாக, பல நிறுவனங்கள் ஒவ்வொரு பங்கேற்பாளருக்கும் இடையிலான உள்ளூர் தொடர்புகளை அருகாமையில் ஏற்பட உதவுகின்றன. கூட்டு நடத்தையில் ஒவ்வொரு பங்கேற்பாளரையும் ஒரு (உயிர்) உடல் கடத்தியாக நாம் கருதினால், ஆற்றல் ஒரு வகையிலிருந்து மற்றொரு வகையாக மாற்றப்படும். ஆற்றல் கடத்தல் மூலம் அண்டை தனிநபர்களிடையே மேம்பட்ட தகவல்தொடர்புக்கு ப்ராக்ஸெமிக்ஸ் சாதகமாக இருக்கும், இது கலப்பு ஆற்றல் கட்டமைப்பின் மாறும் மற்றும் சிக்கலான சினெர்ஜெடிக் நடத்தைகளுக்கு வழிவகுக்கும். சமீப ஆண்டுகளில் நானோஸ்கோபிக் மற்றும் மெசோஸ்கோபிக் பொருள்கள் இயற்கையிலிருந்து நேரடி உத்வேகம் மூலம் அல்லது அதன் தற்போதைய கருவிகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் கூட்டாக நகர வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. இத்தகைய ரோபோ திரள்கள் ஒரு ஆன்லைன் நிபுணர் குழுவால் ரோபாட்டிக்ஸ் துறையில் தீர்க்கப்படாத 10 பெரிய குழு சவால்களில் ஒன்றாக வகைப்படுத்தப்பட்டன. அவற்றின் அடிப்படை செயல்பாட்டு வழிமுறை பற்றிய விசாரணை இன்னும் அதன் ஆரம்ப கட்டத்தில் இருந்தாலும், ஆற்றல் அறுவடை மூலம் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கட்டுப்பாடற்ற திரள் இயக்கத்திற்கு உட்படும் திறன் கொண்ட பல்வேறு அமைப்புகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன (எ. கா., ஒளி, வெப்பம் போன்றவை). முக்கியமாக, இந்த ஆற்றல் அமைப்பு நகர்த்துவதற்கு ஒரு நிகர சக்தியாக மாற்றப்பட வேண்டும். சிறிய மெசோஸ்கோபிக் முதல் நானோஸ்கோபிக் அமைப்புகள் பொதுவாக குறைந்த ரெனால்ட்ஸ் எண்களில் செயல்படுகின்றன, மேலும் அவற்றின் இயக்கத்தைப் புரிந்துகொள்வது சவாலானது. நகர்வு ஏற்படுவதற்கு, அமைப்பின் சமச்சீர் broken.14 ஆக இருக்க வேண்டும் கூடுதலாக, கூட்டு இயக்கத்திற்கு கூட்டு உருவாக்கும் நிறுவனங்களுக்கிடையே ஒரு இணைப்பு பொறிமுறை தேவைப்படுகிறது. திரள் நடத்தை திறன் கொண்ட மீசோஸ்கோபிக் முதல் நானோஸ்கோபிக் நிறுவனங்களை உருவாக்க, நிறுவனங்கள் நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட உருவவியல் கொண்ட உடைந்த சமச்சீர் மூலம் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் அவை ஆற்றல் அறுவடை செய்யும் திறன் கொண்ட சில பொருட்களால் இயக்கப்படுகின்றன என்று கருதப்பட்டுள்ளது. அறுவடை செய்யப்பட்ட ஆற்றல் பொருளைச் சுற்றியுள்ள ஒரு வயலில் விளைந்தால், இந்த புலம் அண்டை பொருளின் புலத்துடன் இணைக்கப்பட்டு கூட்டு நடத்தைக்கு சில ஒருங்கிணைப்பைக் கொண்டு வரலாம். எமிலியானியா ஹக்ஸ்லேய் (EHUX) கொக்கோலிதோஃபோர்-பெறப்பட்ட சமச்சீரற்ற கொக்கோலித்கள் உடைந்த சமச்சீர் மற்றும் நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட உருவவியல் கொண்ட ஒரு நானோ/மெசோஸ்கோபிக் பொருளைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கான வேட்பாளர்களாக தனித்து நிற்கின்றன. அவற்றின் கால்சைட் கலவை காரணமாக வெப்ப இயக்கவியல் நிலைத்தன்மையைத் தவிர, EHUX கொக்கோலித்களின் முக்கியமான நன்மை அவற்றின் தனித்துவமான மற்றும் அதிநவீன சமச்சீரற்ற உருவவியல் ஆகும். EHUX கொக்கோலித்கள் ஒரு மைய வளையத்தால் இணைக்கப்பட்ட ஒரு அருகாமை மற்றும் தொலைதூர வட்டை உருவாக்க வைக்கப்படும் பல சுத்தி-தலை விலா எலும்புகளால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த வட்டுகள் வெவ்வேறு அளவுகளைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் கொக்கோலித் ஒரு வளைவைக் கொண்டிருக்க அனுமதிக்கிறது, இது ஓரளவு வேகன் சக்கரத்தை ஒத்திருக்கிறது. EHUX கொக்கோலித்களை EHUX கொக்கோலிதோபோரிலிருந்து தனிமைப்படுத்தலாம், இது கடலில் உயிரியல் கால்சைட்டின் முதன்மை உற்பத்தியாளர்களாக இருக்கும் ஒற்றை செல்லுலார் கடல் பாசிகளின் தனித்துவமான குழுவாகும். கால்சியம் கார்பனேட் அளவுகோல்கள் (அதாவது, கொக்கோலித்கள்) போன்ற சிக்கலான முப்பரிமாண கனிம கட்டமைப்புகளை கொக்கோலிடோபோர்கள் ஊடுருவி உற்பத்தி செய்ய முடியும், இது ஒரு சிறப்பு வெசிகிள் மூலம் தொடர்ந்து இயக்கப்படுகிறது. செயல்முறை முடிந்த பிறகு, உருவாக்கப்பட்ட கொக்கோலித்கள் செல் மேற்பரப்பில் சுரக்கப்படுகின்றன, அங்கு அவை எக்ஸோஸ்கெலிட்டனை (அதாவது, கொக்கோஸ்பியர்) உருவாக்குகின்றன. கொக்கோலித் கட்டிடக்கலையின் பரந்த பன்முகத்தன்மை நானோ தொழில்நுட்பம் அல்லது உயிரியல் மருத்துவத்தில் குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளுக்கான மேலும் சாத்தியக்கூறுகளை விளைவிக்கிறது. EHUX உயிருள்ள கொக்கோலிதோபோர்களில் இருந்து உயிரற்ற கொக்கோலித்கள், குறிப்பாக, குறைந்த கலாச்சார செலவு மற்றும் விரைவான இனப்பெருக்க விகிதத்துடன் ஆய்வகத்தில் எளிதில் தனிமைப்படுத்தப்படலாம் மற்றும் ஒரு மிதமான மேற்பரப்பு பரப்பளவை (~ 20 மீ 2/கிராம்) ஒரு மெசோபோரஸ் கட்டமைப்பை (4 என்எம் வரம்பில் துளை அளவு) வெளிப்படுத்துகின்றன. அநேகமாக, EHUX கொக்கோலித்தின் இருபுறமும் ஆற்றல் அறுவடை செய்யப்பட்டால், அது ஒரு நிகர சக்தியை உருவாக்க அனுமதிக்கும், அதாவது ஒரு திசை முறையில் இயக்கம். கொக்கோலித்கள் ஏராளமான பயன்பாடுகளுக்கு மகத்தான ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் ஆற்றல் அறுவடை செய்ய, அவற்றின் மேற்பரப்பு பண்புகள் நேர்த்தியாக மாற்றியமைக்கப்பட வேண்டும். சிப்பிகளில் உள்ள பிசின் புரதங்களின் கலவையால் ஈர்க்கப்பட்ட டோபமைன் சுய-பாலிமரைசேஷன் பாலிடோபமைனாக தற்போது கிட்டத்தட்ட அனைத்து வகையான பொருட்களுக்கும் மிகவும் பல்துறை செயல்பாட்டு உத்தி ஆகும். அதன் மேற்பரப்பு வேதியியல் மற்றும் பரந்த அளவிலான ஒளி உறிஞ்சுதல் பண்புகள் காரணமாக, பாலிடோபமைன் மந்த அடி மூலக்கூறுகளில் உதவி ஆற்றல் அறுவடை செயல்பாட்டிற்கு ஒரு சிறந்த தேர்வாகும். இந்த வேலையில், பாலிடோபமைன் பூச்சு நன்மைகளை சுரண்டுவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளோம், இல்லையெனில் மந்தமான மற்றும் உயிரற்ற கொக்கோலித்களுக்கு மேம்பட்ட ஆற்றல் அறுவடை செயல்பாடுகளை வழங்குவதற்காக. பாலிடோபமைன் (பி. டி. ஏ) ஏற்கனவே பாலிஸ்டிரீன் மணிகளின் இயக்கத்தைத் தூண்டுவதாகக் காட்டப்பட்டுள்ளது, ஏனெனில் அகச்சிவப்பு (என். ஐ. ஆர்) ஒளி கிளர்ச்சியின் கீழ் 2 டிகிரி செல்சியஸ் வரை பொருள் மற்றும் சுற்றியுள்ள நீர் கரைசலுக்கு இடையில் வெப்ப பரவல் விளைவுகள் ஏற்படுகின்றன. இருப்பினும், கூட்டு நடத்தை எதுவும் பதிவாகவில்லை. இங்கு, முதன்முறையாக, காணக்கூடிய ஒளியின் (300-600 nm) கீழ், கொக்கோலித்கள் போன்ற கட்டமைப்பு ரீதியாக சிக்கலான, இயற்கையான மற்றும் சவாலான கட்டுப்பாட்டு கட்டமைப்பின் கூட்டு நடத்தையைத் தூண்டுவதற்கு பாலிடோபமைன் ஒரு செயலில் உள்ள கூறாக செயல்பட முடியும் என்பதை நாங்கள் நிரூபிக்கிறோம். இதன் விளைவாக, கரிம-கனிம கலப்பு கலவை (கோக்கோலித்-பாலிடோபமைன்) ரோபோகோலித்களை வடிவமைக்க உதவும். டோபமைன் பாலிமரைசேஷன் ஒரு கரைசலில் தொடர்கிறது, அங்கு அது சிறிய கொலாய்டல் திரட்டிகளை உருவாக்குகிறது, அவை கொக்கோலித்களின் மேற்பரப்பில் உறிஞ்சி, ஒரு இணைக்கப்பட்ட படலத்தை உருவாக்குகின்றன. இந்த படம் அதிக கடினத்தன்மையால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது, இது ஒரு உயர் குறிப்பிட்ட மேற்பரப்பு பகுதி மற்றும் ஆற்றலின் மேம்பட்ட அறுவடைக்கு மொழிபெயர்க்கப்பட்டுள்ளது. பாலிமர் முதுகெலும்பு இணைக்கப்பட்ட தன்மை காரணமாக, பாலிடோபமைன் புலப்படும் பகுதி உட்பட ஒரு பரந்த மின்காந்த நிறமாலையில் ஒளியை உறிஞ்ச முடியும். இதன் விளைவாக, கொக்கோலித்களின் மேற்பரப்பு ஒளி வெப்ப விளைவைக் கொண்டுள்ளது, இது உள்ளூரில் வெப்பமடைகிறது மற்றும் பி. டி. ஏ இருப்பதன் மூலம் தூண்டப்பட்ட வெப்பச்சலனத்தை உருவாக்குகிறது. இந்த உள்ளூர் வெப்பச்சலனம் அருகிலுள்ள மற்றொரு உள்ளூர் வெப்பச்சலனத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, இது தனிப்பட்ட ரோபோகோலித்களுக்கு இடையில் இணைவதை அனுமதிக்கிறது, அவற்றின் கூட்டு இயக்கத்தை செயல்படுத்துகிறது (படம் 1). எனவே, ஒளி அனிசோமெட்ரிக் ரோபோகோலித்களை எதிர்கொள்ளும்போது, அவற்றின் மேற்பரப்பில் பி. டி. ஏ இருப்பதால் தூண்டப்பட்ட ஒளி வெப்ப மாற்றத்தின் காரணமாக அவை உள்ளூரில் வெப்பமடைகின்றன. தீவிரமான உள்ளூர் வெப்பம் ரோபோகோலித்தின் இருபுறமும் வேறுபட்ட வெப்பச்சலனத்தை உருவாக்குகிறது, இது அதன் கவனிக்கப்பட்ட இயக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. இத்தகைய வெப்பச்சலனம் அண்டை ரோபோகோலித்தின் வெப்பச்சலனத்துடன் இணைக்கப்படலாம், இதன் விளைவாக ஒரு "திரள்" இயக்கம் ஏற்படுகிறது. கூடுதலாக, ரோபோகோலித்ஸின் மேற்பரப்பு ஆன்டிஃபோலிங் பாலிமர் தூரிகைகளுக்கு இடமளிக்கவும், அவற்றின் திரட்டலைத் தடுக்கவும் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. ரோபோகோலித்துகளின் இயக்கத்தைப் புரிந்துகொள்வதற்கான முதல் படியாக ஒரு முதன்மை ஒளி-செயல்படுத்தப்பட்ட வெப்பச்சலன அணுகுமுறை எடுக்கப்பட்டாலும், அடுத்த தலைமுறை பன்முக செயல்பாட்டு ரோபோகோலித்துகளுக்கு வழி வகுக்க ஏராளமான இயந்திர அணுகுமுறைகள் தற்போது உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன. பயோமெடிக்கல் பயன்பாடுகள் பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோஸ்விம்மர்கள், முக்கியமாக ஒருங்கிணைந்த உயிரியல் ஆக்சுவேட்டர்கள் மற்றும் செயற்கை சரக்கு கேரியர்களால் ஆனவை, சமீபத்தில் குறைந்தபட்ச ஆக்கிரமிப்பு தெரானோஸ்டிக் பயன்பாடுகளுக்கு உறுதியளித்துள்ளன. பாக்டீரியா, நுண்ணுயிரிகள் மற்றும் விந்தணுக்கள் உள்ளிட்ட பல்வேறு நுண்ணுயிரிகள், மேம்பட்ட மருத்துவ செயல்பாடுகளுடன் வெவ்வேறு பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோவிம்மர்களை உருவாக்க பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அதாவது சுற்றுச்சூழல் தூண்டுதல்களுடன் தன்னாட்சி கட்டுப்பாடு, குறுகிய இடைவெளிகள் வழியாக வழிசெலுத்தல் மற்றும் கட்டி சூழல்களின் நெக்ரோடிக் பகுதிகளுக்கு குவிப்பு போன்றவை. ஒலியியல் அல்லது காந்தப்புலங்கள் போன்ற நீண்ட தூர பயன்பாட்டு வெளிப்புற புலங்களைக் கொண்ட செயற்கை சரக்கு கேரியர்களின் வழிநடத்துதல் மற்றும் வேதியியல் உந்துவிசைகள், pH மற்றும் ஆக்ஸிஜன் போன்ற பல்வேறு சுற்றுச்சூழல் தூண்டுதல்களை நோக்கிய உயிரியல் ஆக்சுவேட்டர்களின் உள்ளார்ந்த டாக்ஸி நடத்தைகள், பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோஸ்விம்மர்களை பரந்த அளவிலான மருத்துவ செயலில் உள்ள சரக்கு விநியோக பயன்பாடுகளுக்கு ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய வேட்பாளராக ஆக்குகின்றன. குறைந்த ரெனால்ட்ஸ் (ரீ) எண் ஓட்ட ஆட்சியில் பாக்டீரியாக்கள் அதிக நீச்சல் வேகம் மற்றும் செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளன, வெளிப்புற சுற்றுச்சூழல் சமிக்ஞைகளை உணர்ந்து பதிலளிக்கும் திறன் கொண்டவை, மேலும் ஃப்ளோரசன்ஸ் அல்லது அல்ட்ராசவுண்ட் இமேஜிங் நுட்பங்கள் மூலம் வெளிப்புறமாக கண்டறியப்படலாம். அவற்றின் உள்ளார்ந்த உணர்திறன் திறன்களின் காரணமாக, பல்வேறு பாக்டீரியா இனங்கள் சாத்தியமான கட்டி எதிர்ப்பு முகவர்களாக ஆராயப்பட்டுள்ளன மற்றும் முன்கூட்டிய மருத்துவ மற்றும் மருத்துவ பரிசோதனைகளுக்கு உட்பட்டுள்ளன. மனித உடலில் தோல் மற்றும் குடல் நுண் சூழல் போன்ற பல்வேறு பாக்டீரியா இனங்கள் இருப்பது, பல மருத்துவ பயன்பாடுகளில் சாத்தியமான தெரானோஸ்டிக் முகவர்கள் அல்லது கேரியர்களாக அவற்றின் பயன்பாட்டை ஊக்குவித்துள்ளது. மறுபுறம், சிவப்பு இரத்த அணுக்கள் (ஆர். பி. சி) போன்ற சிறப்பு யூகாரியோடிக் செல்கள், இயற்கையின் மிகவும் திறமையான செயலற்ற கேரியர்களில் ஒன்றாகும், அவை அதிக சுமை செயல்திறன், சிதைவு, சீரழிவு மற்றும் உயிரியல் இணக்கம் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அவை பல்வேறு மருத்துவ பயன்பாடுகளிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. உடலில் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களின் சுழற்சி நேரத்தை மேம்படுத்துவதற்கும், கல்லீரல், மண்ணீரல் மற்றும் நிணநீர் கணுக்களில் காணப்படும் பல்வேறு நோய்களுக்கு சிகிச்சையளிப்பதற்கும், மேலும் புற்றுநோயை நரம்பு, உள்விழி, சருமத்தின் கீழ் மற்றும் உள்ளிழுக்கும் வழிகள் மூலம் நிர்வகிப்பதற்கும் ஆர். பி. சி மற்றும் நானோ எரித்ரோசோம்கள் போன்ற ஆர். பி. சி-யிலிருந்து பெறப்பட்ட நானோவேசிக்கிள்கள் செயலற்ற சரக்கு கேரியர்களாக வெற்றிகரமாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டுள்ளன. உதாரணமாக, எலிகளுக்குள் நரம்பு ஊசி போடுவதற்கு முன்பு ஆர். பி. சி. களின் சவ்வுகளுடன் இணைக்கப்படும்போது நோயெதிர்ப்பு உயிரணுக்களால் மருந்து ஏற்றப்பட்ட துகள்களை அடையாளம் காண்பது குறைந்தது. கூடுதலாக, நானோ கேரியர்களின் மாற்றப்பட்ட உயிர் திரட்டல் சுயவிவரம் ஆர். பி. சி. களுடன் இணைக்கப்படும்போது காட்டப்பட்டது, இது நானோ கேரியர்களை இலக்கு உறுப்புகளுக்கு வழங்குவதை அதிகரிக்கிறது. நுரையீரல் தமனி உயர் இரத்த அழுத்தத்திற்கான மருந்தான ஃபாஸுடிலின் அரை ஆயுள், உடலுக்குள் நானோ எரித்ரோசோம்களில் ஏற்றப்படும்போது சுமார் ஆறு மடங்கு முதல் எட்டு மடங்கு வரை அதிகரித்ததாகவும் தெரிவிக்கப்பட்டது. ஆர். பி. சி. களின் உயர்ந்த சரக்கு-சுமந்து செல்லும் பண்புகளும் பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோஸ்விம்மர் வடிவமைப்புகளில் அவற்றின் பயன்பாட்டிற்கான ஆர்வத்தை அதிகரித்துள்ளன. சமீபத்தில், சுறுசுறுப்பான வழிசெலுத்தல் மற்றும் மருந்து மற்றும் சூப்பர்பாராமாக்னடிக் நானோ துகள்கள் (ஸ்பியோன்) ஏற்றப்பட்ட ஆர். பி. சி. களின் கட்டுப்பாடு ஒலி அலைகள் மற்றும் காந்தப்புலங்களைப் பயன்படுத்தி வழங்கப்பட்டன. செயலில் உள்ள சரக்கு விநியோக பயன்பாடுகளுக்காக நகரும் பாக்டீரியாவால் இயக்கப்படும் மென்மையான பயோஹைப்ரிட் மைக்ரோவிம்மர்களை உருவாக்குவதில் ஆர். பி. சி. க்கள் மேலும் பயன்படுத்தப்பட்டன. மருந்து மூலக்கூறுகள் மற்றும் ஸ்பியோன்கள் நிறைந்த ஆர். பி. சி. க்கள் பாக்டீரியாவால் இயக்கப்பட்டு காந்தப்புலங்கள் வழியாக வழிநடத்தப்பட்டன, அவை ஆர். பி. சி. களின் உள்ளார்ந்த உயர் சிதைவு காரணமாக அவற்றின் அளவை விட சிறிய இடைவெளிகளில் பயணிக்கும் திறன் கொண்டவை. குறிப்புகள் மைக்ரோஸ்விம்மர்ஸ் நுண்ணுயிரிகள் ரோபாட்டிக்ஸ்