Nanobiomechanics
நானோ மெக்கானிக்ஸ் (பயோனனோ மெக்கானிக்ஸ் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) என்பது நானோ அறிவியல் மற்றும் பயோ மெக்கானிக்ஸில் வளர்ந்து வரும் துறையாகும், இது நானோ மெக்கானிக்ஸின் சக்திவாய்ந்த கருவிகளை இணைத்து பயோ மெட்டீரியல்கள் மற்றும் பயோ மெக்கானிக்ஸின் அடிப்படை அறிவியலை ஆராய்கிறது. அதன் நிறுவனர் யுவான்-செங் ஃபங் அறிமுகப்படுத்தியதிலிருந்து, பயோமெக்கானிக்ஸ் துறை இயக்கவியல் மற்றும் உயிர் அறிவியலின் கிளைகளில் ஒன்றாக மாறியுள்ளது. பல ஆண்டுகளாக, பயோமெக்கானிக்ஸ் திசுக்களை ஆய்வு செய்துள்ளது. நானோ அறிவியலில் ஏற்பட்டுள்ள முன்னேற்றங்கள் மூலம், அளவிடக்கூடிய விசைகளின் அளவும், உயிர்ப் பொருட்களின் கண்காணிப்பின் அளவும் "நானோ" மற்றும் "பிகோ" மட்டமாகக் குறைக்கப்பட்டது. இதன் விளைவாக, உயிரியல் பொருட்களின் இயந்திர பண்புகளை நானோ அளவில் அளவிட முடிந்தது. திசு பொறியியல் செயல்முறைகள் மற்றும் செல்லுலார் சிகிச்சையை மேம்படுத்த இது பொருத்தமானது. பெரும்பாலான உயிரியல் பொருட்கள் வெவ்வேறு படிநிலை நிலைகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் மிகச்சிறியவை நானோ அளவைக் குறிக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, எலும்பு ஏழு நிலைகள் வரை உயிரியல் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் மிகச்சிறிய நிலை, அதாவது, ஒற்றை கொலாஜன் ஃபைப்ரில் மற்றும் ஹைட்ராக்சிலாபடைட் தாதுக்கள் 100 என்எம் க்கும் குறைவான பரிமாணங்களைக் கொண்டுள்ளன. எனவே, இந்த சிறிய அளவுகளில் பண்புகளை ஆராய முடியும் இந்த பொருட்களின் அடிப்படை பண்புகளை நன்கு புரிந்துகொள்ள ஒரு சிறந்த வாய்ப்பை வழங்குகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, 100 நானோமீட்டர் வரை சிறிய ஒற்றை கொலாஜன் இழைகளுக்குள் கூட நானோ மெக்கானிக்கல் பன்முகத்தன்மை இருப்பதாக அளவீடுகள் காட்டுகின்றன. நோய் முன்னேற்றம் உட்பட பல்வேறு நோய்களால் ஏற்படும் மாற்றங்களை அடையாளம் காண உயிரணுக்களின் மீது சிறிய சக்திகளை அளவிடுவது இந்தத் துறையில் மிகவும் பொருத்தமான பிற தலைப்புகளில் ஒன்றாகும். உதாரணமாக, மலேரியாவால் பாதிக்கப்பட்ட சிவப்பு இரத்த அணுக்கள் சாதாரண உயிரணுக்களை விட 10 மடங்கு கடினமானவை என்று நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. அதேபோல், புற்றுநோய் செல்கள் சாதாரண செல்களை விட 70 சதவீதம் மென்மையானவை என்று நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. நானோ அளவுகோலில் திசுவில் ஏற்படும் மாற்றங்களைப் பார்ப்பதன் மூலம் வயதான குருத்தெலும்பு மற்றும் கீல்வாதத்தின் ஆரம்ப அறிகுறிகள் காட்டப்பட்டுள்ளன. முறைகள், கருவி மற்றும் பயன்பாடு நானோ பயோமெக்கானிக்ஸில் உள்ள பொதுவான முறைகளில் அணுசக்தி நுண்ணோக்கி (ஏ. எஃப். எம்), நானோஇண்டெண்டேஷன் மற்றும் நானோ துகள்களின் பயன்பாடு ஆகியவை அடங்கும். இவை மற்றும் பிற முறைகள் தொடர்புடைய பொருட்களுக்கு பயன்படுத்தப்படலாம், எடுத்துக்காட்டாகஃ எலும்பு மற்றும் அதன் படிநிலை கூறுகளான ஒற்றை கொலாஜன் இழைகள், ஒற்றை உயிரணுக்கள், ஆக்டின் இழைகள் மற்றும் மைக்ரோட்யூபூல்கள் போன்றவை. அணுசக்தி நுண்ணோக்கி அணுசக்தி நுண்ணோக்கி (ஏ. எஃப். எம்) பற்றிய விளக்கத்திற்கு, அணுசக்தி நுண்ணோக்கியைப் பார்க்கவும். சைட்டோஸ்கெலிட்டனின் நானோ அளவிலான நிலை மற்றும் அதன் கூறுகள், செல்களுக்கு வெளியே உள்ள அணி மற்றும் உயிரணுவின் சூழல் ஆகியவற்றை ஆய்வு செய்ய ஏ. எஃப். எம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. நானோ அளவிலான நிலை உட்பட உயிரணுவின் இயக்கவியலைப் புரிந்துகொள்வது, இந்த மூலக்கூறுகள் மற்றும் கட்டமைப்புகளைப் புரிந்துகொள்வதில் மிகவும் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. இவை அனைத்தும் செல் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் பாதிக்கிறது என்பதால், இது திசு பொறியியலுக்கு நன்மை பயக்கும். இதற்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு என்னவென்றால், மரபணு மாற்றப்பட்ட மெசென்கைமல் செல்களிலிருந்து எலும்பை சரிசெய்வது குறித்து ஆய்வு செய்ய ஆராய்ச்சியாளர்கள் தட்டுதல் முறை ஏ. எஃப். எம்-ஐப் பயன்படுத்தினர். இந்த முறையின் மூலம், எலும்பில் உள்ள கட்டமைப்புகளை நானோ அளவில் படம்பிடிக்க முடிந்தது, இது கொலாஜன் இருப்பதை பரிந்துரைத்தது. விரிவாக்கம் மற்றும் சுருக்க சோதனைகள் மூலம் பல்வேறு நிலைகளில் புரதங்கள் மற்றும் பிற உயிரணு மூலக்கூறுகளின் இயந்திர பண்புகளை அளவிடவும் ஏ. எஃப். எம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. மேலும், செல்கள் மற்றும் சவ்வுகளின் இயந்திர பண்புகள், மெக்கானோட்ரான்ஸ்டக்ஷன், செல்கள் அவை இருக்கும் மேற்பரப்பு மற்றும் அவற்றின் சொந்த மூலக்கூறுகளின் அடிப்படையில் எவ்வாறு ஒட்டிக்கொள்கின்றன அல்லது பிரிகின்றன மற்றும் செல்களின் விறைப்பு ஆகியவற்றின் வரைபடத்திற்கு இது பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. ஏ. எஃப். எம்-ஐப் பயன்படுத்தும் தீங்கற்ற உயிரணுக்களை விட மெட்டாஸ்டாடிக் செல்கள் மென்மையாக இருப்பதைக் காட்டுவதால், புற்றுநோயைக் கண்டறிய புற்றுநோய் உயிரணுக்களின் இயக்கவியல் பயனுள்ளதாக இருக்கும். நானோஇண்டெண்டேஷன் பற்றிய விளக்கத்திற்கு, நானோஇண்டெண்டேஷனைப் பார்க்கவும். பயோமெக்கானிக்கல் ஆய்வுகளுக்கு நானோஇண்டெண்டேஷன் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. மரபணு மாற்றப்பட்ட மெசென்கைமல் செல்களிலிருந்து எலும்பை சரிசெய்ய ஒரு எடுத்துக்காட்டு ஆய்வு செய்யப்பட்டது. அவர்கள் நானோமீட்டர் ஆரம் கொண்ட ஒரு ஆய்வகத்தை சொந்த எலும்பு மற்றும் பழுதுபார்க்கும் எலும்பு இரண்டிலும் சுருக்கி, திசுவின் சிதைவைப் பற்றி ஆய்வு செய்ய அதைப் பயன்படுத்தினர். இது எலும்பின் விறைப்பு உட்பட அதன் இயந்திர பண்புகள் பற்றிய நுண்ணறிவை அவர்களுக்கு வழங்கியது. நானோஇண்டெண்டேஷன் ஏற்றுதல் மற்றும் இறக்குதல் வளைவுகள் மூலம் எலும்பின் சுருக்கத்தை ஆய்வு செய்ய அவர்களை அனுமதித்தது. மேலும், குறிப்பிட்ட ஆய்வுகளில் நானோஇண்டெண்டேஷன் மற்ற முறைகளுடன் இணைக்கப்படலாம். ஒரு உதாரணம் ஏ. எஃப். எம் நானோஇண்டெண்டேஷன் ஆகும், இது உயிரணுக்களில் உள்ள துணை செல்லுலார் கூறுகளை ஆய்வு செய்ய பயன்படுத்தப்படுகிறது. நானோ துகள்கள் பற்றிய விளக்கத்திற்கு, நானோ துகள்களைப் பார்க்கவும். நானோ துகள்கள் இரண்டும் நானோ அளவிலான செல்களை பாதிக்கின்றன, மேலும் நானோ அளவிலான செல்கள் மற்றும் உயிரி பொருட்களின் இயந்திர பண்புகளை ஆய்வு செய்வதற்கான ஒரு முறையாகும். நானோ துகள்கள் செல்கள் அடி மூலக்கூறுகளை எவ்வாறு கடைப்பிடிக்கின்றன என்பதையும், செல்லின் விறைப்புத்தன்மையையும் பாதிக்கின்றன. அவை உயிரணுவின் சைட்டோஸ்கெலிட்டனின் கூறுகளையும் பாதிக்கின்றன, அவை ஏற்பிகள் மற்றும் ஆர். என். ஏ போன்ற கட்டமைப்புகளுடன் பிணைக்கப்பட்டு தொடர்பு கொள்ளும்போது உயிரணு இயக்கத்தை பாதிக்கின்றன. இந்த நானோ துகள்கள் உயிரணுக்களின் நானோ பயோமெக்கானிக்ஸை பாதிக்கும் என்பதால், அவற்றைப் படிக்க அவை மதிப்புமிக்க கருவிகளாகும். எடுத்துக்காட்டாக, நானோ துகள்கள் நானோ நிலப்பரப்பு சூழலை மாற்றுவதற்காக கட்டமைப்புகளின் மேற்பரப்பில் உட்பொதிக்கப்பட்டுள்ளன, மேலும் செல் எவ்வாறு நடந்துகொள்கிறது என்பதை பாதித்துள்ளன. உயிரணுக்கள் எவ்வாறு பரவுகின்றன, சைட்டோஸ்கெலிட்டல் கூறுகள் எவ்வாறு ஒருங்கிணைக்கப்படுகின்றன, உயிரணுக்கள் எவ்வாறு இணைக்கப்படுகின்றன என்பது இதில் அடங்கும். சில நானோ துகள்கள் காந்த பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அவை செல்லுலார் மேற்பரப்புகள் மற்றும் பிற ஆய்வுகளின் விரிவான கட்டுப்பாட்டிற்கு காந்தப்புலங்களுடன் இணைந்து பயன்படுத்தப்படுகின்றன. உயிரணுக்கள் இயற்பியல் சக்திகளை உயிர்வேதியியல் சமிக்ஞைகளாக மாற்றியமைக்கும் வழிகளையும், செல்லுலார் கூறுகளின் இயந்திர பண்புகளையும் ஆய்வு செய்வதில் நானோ துகள்கள் பயனுள்ளதாக இருக்கும். துகள் கண்காணிப்பு நுண்ணுயிரியல் போன்ற செயல்முறைகளிலும் அவை பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கணக்கீட்டு நானோ பயோமெக்கானிக்ஸ் சோதனை அம்சத்துடன் கூடுதலாக, கணக்கீட்டு முறைகள் மூலம் ஆராய்ச்சி விரிவடைந்து வருகிறது. மூலக்கூறு இயக்கவியல் (எம். டி) உருவகப்படுத்துதல்கள் இந்த பகுதியில் ஏராளமான அறிவை வழங்கியுள்ளன. இருப்பினும், எம். டி உருவகப்படுத்துதல் இன்னும் ஒரு சிறிய எண்ணிக்கையிலான அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளுக்கு மட்டுப்படுத்தப்பட்டிருந்தாலும், கணக்கீட்டு செயல்திறனில் உள்ள வரம்பு காரணமாக, அவை இந்த வளர்ந்து வரும் புலத்தின் ஒரு கருவியாக நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளன. குறிப்புகள் நானோ தொழில்நுட்பம் பயோமெக்கானிக்ஸ்