Nanobiomechanics
نینو بائیو میکانکس (بائیوانو میکانکس بھی) نینو سائنس اور بائیو میکانکس میں ایک ابھرتا ہوا شعبہ ہے جو بائیو میٹریلز اور بائیو میکانکس کی بنیادی سائنس کو تلاش کرنے کے لیے نینو میکانکس کے طاقتور آلات کو یکجا کرتا ہے۔ اس کے بانی یوآن-چینگ فنگ کے تعارف کے بعد سے، بائیو میکینکس کا میدان میکینکس اور بائیو سائنس کی شاخوں میں سے ایک بن گیا ہے۔ کئی سالوں سے بائیو میکینکس نے ٹشو کی جانچ کی ہے۔ نینو سائنس میں پیش رفت کے ذریعے، جن قوتوں کی پیمائش کی جا سکتی تھی ان کے پیمانے اور بائیو میٹریل کے مشاہدے کے پیمانے کو بھی "نینو" اور "پیکو" کی سطح تک کم کر دیا گیا۔ نتیجتا، نینو اسکیل پر حیاتیاتی مواد کی مکینیکل خصوصیات کی پیمائش کرنا ممکن ہو گیا۔ یہ ٹشو انجینئرنگ کے عمل اور سیلولر تھراپی کو بہتر بنانے کے لیے متعلقہ ہے۔ زیادہ تر حیاتیاتی مواد کی درجہ بندی کی سطحیں مختلف ہوتی ہیں، اور سب سے چھوٹی سطحیں نینو اسکیل کا حوالہ دیتی ہیں۔ مثال کے طور پر، ہڈی میں حیاتیاتی تنظیم کی سات سطحیں ہوتی ہیں، اور سب سے چھوٹی سطح، یعنی سنگل کولیجن فائبرل اور ہائیڈروکسلاپیٹائٹ معدنیات کی جہتیں 100 این ایم سے کم ہوتی ہیں۔ لہذا، اس چھوٹے پیمانے پر خصوصیات کی تحقیقات کرنے کے قابل ہونا ان مواد کی بنیادی خصوصیات کو بہتر طور پر سمجھنے کا ایک بہترین موقع فراہم کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، پیمائشوں سے پتہ چلتا ہے کہ نینو مکینیکل ہیٹرجینیٹی 100 این ایم تک چھوٹے واحد کولیجن فائبرلز کے اندر بھی موجود ہے۔ اس شعبے میں دوسرے سب سے زیادہ متعلقہ موضوعات میں سے ایک زندہ خلیوں پر چھوٹی قوتوں کی پیمائش ہے تاکہ مختلف بیماریوں کی وجہ سے ہونے والی تبدیلیوں کو پہچانا جا سکے، بشمول بیماری کی نشوونما۔ مثال کے طور پر، یہ دکھایا گیا ہے کہ ملیریا سے متاثرہ سرخ خون کے خلیات عام خلیوں سے 10 گنا زیادہ سخت ہوتے ہیں۔ اسی طرح یہ بھی دکھایا گیا ہے کہ کینسر کے خلیات عام خلیات سے 70 فیصد زیادہ نرم ہوتے ہیں۔ نینو اسکیل پر ٹشو میں ہونے والی تبدیلیوں کو دیکھ کر عمر رسیدہ کارٹلیج اور آسٹیو آرتھرائٹس کی ابتدائی علامات ظاہر کی گئی ہیں۔ نینو بائیو میکانکس میں عام طریقوں میں ایٹمک فورس مائکروسکوپی (اے ایف ایم)، نینو انڈینٹیشن، اور نینو پارٹیکلز کا اطلاق شامل ہیں۔ ان اور دیگر طریقوں کو متعلقہ مواد پر لاگو کیا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر: ہڈی اور اس کے درجہ بندی کے اجزاء جیسے واحد کولیجن فائبرلز، واحد زندہ خلیات، ایکٹین تنوں اور مائکرو ٹیوبلز۔ ایٹمک فورس مائکروسکوپی ایٹمک فورس مائکروسکوپی (اے ایف ایم) کی تفصیل کے لیے، ایٹمک فورس مائکروسکوپی دیکھیں۔ اے ایف ایم کا استعمال سائٹوسکیلیٹن کی نینو اسکیل سطح اور اس کے اجزاء، ایکسٹرا سیلولر میٹرکس، اور سیل کے ماحول کا مطالعہ کرنے کے لیے کیا گیا ہے۔ سیل کے میکانکس کو سمجھنا، بشمول نینو اسکیل کی سطح پر، ان مالیکیولز اور ڈھانچوں کو سمجھنے سے بہت زیادہ جڑا ہوا ہے۔ چونکہ یہ سب سیل کے رویے کو متاثر کرتا ہے، اس لیے یہ ٹشو انجینئرنگ کے لیے فائدہ مند ہے۔ اس کی ایک مثال یہ ہے کہ جب محققین نے جینیاتی طور پر تبدیل شدہ میسینکائمل خلیوں سے مرمت کی ہڈی کا مطالعہ کرنے کے لیے ٹیپنگ موڈ اے ایف ایم کا اطلاق کیا۔ اس طریقہ کار کے ذریعے، وہ ایک نینو پیمانے پر ہڈی میں ڈھانچے کی تصویر لینے کے قابل تھے جس سے پتہ چلتا تھا کہ کولیجن موجود ہے۔ اے ایف ایم کا اطلاق توسیعی اور کمپریشن تجربات کے ذریعے مختلف حالات میں پروٹین اور دیگر حیاتیاتی سالمات کی مکینیکل خصوصیات کی پیمائش کے لیے بھی کیا گیا ہے۔ مزید برآں، اس کا اطلاق خلیوں اور جھلیوں کی مکینیکل خصوصیات کی نقشہ سازی، میکینو ٹرانسڈکشن، خلیات جس سطح پر ہیں اور ان کے اپنے مالیکیولز، اور خلیوں کی سختی کی بنیاد پر کس طرح چپکتے یا الگ ہوتے ہیں، پر کیا گیا ہے۔ چونکہ میٹاسٹیٹک خلیات کو اے ایف ایم کا استعمال کرتے ہوئے بے ضرر خلیات سے زیادہ نرم دکھایا گیا ہے، اس لیے کینسر کے خلیات کا میکانکس کینسر کی تشخیص کے لیے مفید ثابت ہو سکتا ہے۔ نینو انڈینٹیشن نینو انڈینٹیشن کی تفصیل کے لیے نینو انڈینٹیشن دیکھیں۔ نینو انڈینٹیشن کا اطلاق بائیو مکینیکل اسٹڈیز پر کیا گیا ہے۔ ایک مثال میں جینیاتی طور پر تبدیل شدہ میسینکائمل خلیوں سے ہڈیوں کی مرمت کا مطالعہ کیا گیا۔ انہوں نے نینو میٹر کے رداس کے ساتھ ایک تحقیقات کو مقامی اور مرمت کی ہڈی دونوں میں کمپریس کیا اور اسے ٹشو کی بگاڑ کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال کیا۔ اس سے انہیں ہڈی کی مکینیکل خصوصیات کے بارے میں بصیرت ملی، جس میں اس کی سختی بھی شامل ہے۔ نینو انڈینٹیشن نے انہیں منحنی خطوط کو لوڈ کرنے اور اتارنے کے ذریعے ہڈی کی کمپریسبلٹی کا مطالعہ کرنے کی بھی اجازت دی۔ مزید برآں، نینو انڈینٹیشن کو مخصوص مطالعات میں دیگر طریقوں کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے۔ ایک مثال اے ایف ایم نینو انڈینٹیشن ہے، جس کا اطلاق زندہ خلیوں میں سب سیلولر اجزاء کا مطالعہ کرنے کے لیے کیا گیا ہے۔ نینو پارٹیکلز نینو پارٹیکلز کی تفصیل کے لیے، نینو پارٹیکلز دیکھیں۔ نینو پارٹیکلز دونوں نینو اسکیل کی سطح پر خلیوں کو متاثر کرتے ہیں، اور نینو اسکیل کی سطح پر خلیوں اور بائیو میٹریلز کی مکینیکل خصوصیات کا مطالعہ کرنے کا ایک طریقہ ہے۔ نینو پارٹیکلز اس بات کو متاثر کرتے ہیں کہ خلیات کس طرح سبسٹریٹس پر قائم رہتے ہیں، اور خلیات کی سختی۔ وہ سیل کے سائٹوسکیلیٹن کے اجزاء کو بھی متاثر کرتے ہیں جو بدلے میں سیل کی حرکت کو متاثر کرتے ہیں کیونکہ وہ ریسیپٹرز اور آر این اے جیسے ڈھانچوں کو باندھتے اور ان کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ چونکہ یہ نینو پارٹیکل خلیوں کے نینو بائیو میکانکس کو متاثر کرتے ہیں، اس لیے وہ ان کا مطالعہ کرنے کے لیے قیمتی اوزار ہیں۔ مثال کے طور پر، نینوپوگرافک ماحول کو تبدیل کرنے کے لیے نینو پارٹیکلز کو ڈھانچوں کی سطحوں پر سرایت کیا گیا ہے، اور سیل کے رویے کو متاثر کیا ہے۔ اس میں یہ شامل تھا کہ خلیات کیسے پھیلتے ہیں، سائٹوسکیلیٹل اجزاء کیسے جمع ہوتے ہیں، اور خلیات کیسے منسلک ہوتے ہیں۔ کچھ نینو پارٹیکلز میں مقناطیسی خصوصیات ہوتی ہیں، اور سیلولر سطحوں کے تفصیلی کنٹرول اور دیگر مطالعات کے لیے مقناطیسی شعبوں کے ساتھ مل کر استعمال کیے گئے ہیں۔ نینو پارٹیکلز ان طریقوں کا مطالعہ کرنے میں مفید ہیں جن سے خلیات جسمانی قوتوں کو بائیو کیمیکل سگنلز میں ڈھالتے ہیں، اور سیلولر اجزاء کی مکینیکل خصوصیات۔ ان کا استعمال پارٹیکل ٹریکنگ مائکرو تھیولوجی جیسے عمل میں بھی کیا گیا ہے۔ کمپیوٹیشنل نینو بائیو میکانکس تجرباتی پہلو کے علاوہ، کمپیوٹیشنل طریقوں کے ذریعے تحقیق کو وسعت دی جا رہی ہے۔ مالیکیولر ڈائنامکس (ایم ڈی) سمیلیشنز نے اس شعبے میں علم کی دولت فراہم کی ہے۔ اگرچہ، ایم ڈی تخروپن اب بھی ایٹموں اور مالیکیولز کی ایک چھوٹی سی تعداد تک محدود ہے، کمپیوٹیشنل کارکردگی میں محدودیت کی وجہ سے، وہ اس ابھرتے ہوئے میدان کی ایک آلہ ساز شاخ ثابت ہوئے ہیں۔ حوالہ جات نینو ٹیکنالوجی بائیو میکینکس