Biohybrid microswimmer
بائیو ہائبرڈ مائکروسوائمر کو ایک مائکروسوائمر کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے جو حیاتیاتی اور مصنوعی دونوں اجزاء پر مشتمل ہوتا ہے، مثال کے طور پر، ایک یا متعدد زندہ مائکروجنزم جو ایک یا مختلف مصنوعی حصوں سے منسلک ہوتے ہیں۔ حالیہ برسوں میں نینواسکوپک اور میسوسکوپک اشیاء کو اجتماعی طور پر فطرت سے براہ راست الہام کے ذریعے یا اس کے موجودہ آلات کو استعمال کرتے ہوئے منتقل کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ چھوٹے میسوسکوپک سے لے کر نینواسکوپک نظام عام طور پر کم رینالڈز نمبروں پر کام کرتے ہیں، اور ان کی حرکت کو سمجھنا مشکل ہو جاتا ہے۔ لوکوموشن ہونے کے لیے، نظام کی ہم آہنگی کو توڑنا ضروری ہے۔ اس کے علاوہ، اجتماعی حرکت کے لیے ان اداروں کے درمیان جوڑے کے طریقہ کار کی ضرورت ہوتی ہے جو اجتماعی تشکیل کرتے ہیں۔ میسوسکوپک سے لے کر نینواسکوپک ہستیوں کو تیار کرنے کے لیے جو جھنڈوں کے رویے کے قابل ہیں، یہ قیاس کیا گیا ہے کہ ہستیوں کی خصوصیت ایک اچھی طرح سے طے شدہ مورفولوجی کے ساتھ ٹوٹی ہوئی ہم آہنگی ہے، اور کچھ ایسے مواد سے طاقتور ہیں جو توانائی کی کٹائی کے قابل ہیں۔ اگر حاصل شدہ توانائی کے نتیجے میں شے کے ارد گرد کوئی کھیت پیدا ہوتا ہے، تو یہ میدان پڑوسی شے کے کھیت کے ساتھ جوڑ سکتا ہے اور اجتماعی رویے میں کچھ ہم آہنگی لا سکتا ہے۔ اس طرح کے روبوٹک جھنڈوں کو ایک آن لائن ماہر پینل نے روبوٹکس کے شعبے میں 10 بڑے حل نہ ہونے والے گروپ چیلنجوں میں سے ایک کے طور پر درجہ بند کیا ہے۔ اگرچہ ان کے عمل کے بنیادی طریقہ کار کی تحقیقات ابھی ابتدائی مراحل میں ہے، لیکن مختلف نظام تیار کیے گئے ہیں جو توانائی کی کٹائی (مثال کے طور پر روشنی، تھرمل وغیرہ) کے ذریعے قابو شدہ اور بے قابو جھنڈ حرکت سے گزرنے کے قابل ہیں۔ پچھلی دہائی کے دوران، بائیو ہائبرڈ مائکرو روبوٹس، جن میں زندہ متحرک مائکرو حیاتیات جسمانی طور پر غیر مربوط مصنوعی ڈھانچوں کے ساتھ مربوط ہیں، نے ہدف کی منزل تک فعال نقل و حرکت اور کارگو کی فراہمی کو قابل بنانے کے لیے بڑھتی ہوئی دلچسپی حاصل کی ہے۔ حرکت پذیری کے علاوہ، مصنوعی اور ماحولیاتی تبدیلیوں کے مناسب ردعمل کو محسوس کرنے اور ظاہر کرنے کی اندرونی صلاحیتیں سیل پر مبنی بائیو ہائبرڈ مائکرو روبوٹس کو تشخیصی اور علاج کے ایجنٹوں کی مقامی فعال ترسیل کے لیے انسانی جسم کی ناقابل رسائی گہاوں تک کارگو کی نقل و حمل کے لیے اپیل کرتی ہیں۔ بیک گراؤنڈ بائیو ہائبرڈ مائکروسوائمرز کو مائکروسوائمرز کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے جو حیاتیاتی اور مصنوعی دونوں اجزاء پر مشتمل ہوتے ہیں، مثال کے طور پر، ایک یا ایک سے زیادہ زندہ مائکروجنزم جو ایک یا مختلف مصنوعی حصوں سے منسلک ہوتے ہیں۔ اس شعبے کے علمبردار، اپنے وقت سے پہلے، مونٹی میگنو اور بچند تھے جنہوں نے 1999 میں حیاتیاتی مالیکیولز کی مخصوص منسلک حکمت عملیوں کے حوالے سے نینوفابریکیٹڈ سبسٹریٹس کے ساتھ ہائبرڈ غیر نامیاتی/نامیاتی نینو الیکٹرو مکینیکل سسٹم کی تیاری کو قابل بنانے کے لیے کام کیا، جسے این ای ایم ایس کہا جاتا ہے۔ انہوں نے الیکٹران بیم لیتھوگرافی کے ذریعہ تیار کردہ سونے، تانبے یا نکل کے نینو آرے پیٹرن پر متحرک ایف 1-اے ٹی پیز بائیو مالیکیولر موٹروں کی تیاری کے لیے تھرموفیلک بیکٹیریا بیسیلس پی ایس 3 سے بڑی مقدار میں ایف 1-اے ٹی پیز کی پیداوار کو بیان کیا۔ یہ پروٹین مصنوعی پیپٹائڈ کے ساتھ ٹیگ کیے گئے ایک مائکرون مائکروسفیئرز سے منسلک تھے۔ نتیجتا، انہوں نے کیمیائی طور پر فعال مقامات کے ساتھ ایک پلیٹ فارم کی تیاری اور بائیومولیکولر موٹروں کی توانائی کو مفید کام میں تبدیل کرنے کے قابل بائیو ہائبرڈ آلات کی ترقی کو مکمل کیا۔ سائنس میں سب سے بنیادی سوالات میں سے ایک یہ ہے کہ زندگی کی تعریف کیا ہے۔ اجتماعی حرکت زندگی کی علامتوں میں سے ایک ہے۔ یہ عام طور پر فطرت میں مختلف جہتی سطحوں پر مشاہدہ کیا جاتا ہے کیونکہ متحرک ادارے، ایک مربوط کوشش میں، متحرک مجموعی نمونوں میں جمع ہوتے ہیں۔ ان متحرک مجموعی واقعات کو، بہت سے دوسرے واقعات کے درمیان، متحرک جھنڈوں کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، بیکٹیریا، ٹڈی دل کے جھنڈ، یا پرندوں کے جھنڈوں کے رویے جیسے یک خلیے والے جاندار۔ جب سے نیوٹن نے اپنی حرکت کی مساوات قائم کی ہیں، مائیکرو اسکیل پر حرکت کا اسرار سائنسی تاریخ میں اکثر سامنے آیا ہے، جیسا کہ مشہور طور پر چند مضامین سے ظاہر ہوتا ہے جن پر مختصر بحث کی جانی چاہیے۔ سب سے پہلے، ایک لازمی تصور، جسے اوسبورن رینالڈز نے مقبول کیا، یہ ہے کہ سیال کی حرکت کے لیے جمود اور چپچپا پن کی نسبتا اہمیت زیر غور نظام کی کچھ تفصیلات پر منحصر ہے۔ رینالڈز نمبر، جسے ان کے اعزاز میں نامزد کیا گیا ہے، اس موازنہ کو خصوصیت کی جمود اور چپچپا قوتوں کے طول و عرض کے تناسب کے طور پر بیان کرتا ہے: یہاں، سیال کی کثافت کی نمائندگی کرتا ہے ؛ نظام کی ایک خصوصیت کی رفتار ہے (مثال کے طور پر، تیراکی کے ذرہ کی رفتار) ؛ ایک خصوصیت لمبائی کا پیمانہ ہے (مثال کے طور پر، تیراک کا سائز) ؛ اور سیال کی چپچپا پن ہے۔ معطل ہونے والے سیال کو پانی سمجھتے ہوئے، اور تجرباتی طور پر مشاہدہ شدہ اقدار کا استعمال کرتے ہوئے، اس بات کا تعین کیا جا سکتا ہے کہ جمود مچھلی (= 100) جیسے میکروسکوپک تیراکوں کے لیے اہم ہے، جبکہ چپچپا بیکٹیریا (= 10−4) جیسے مائیکرو اسکیل تیراکوں کی حرکت پر حاوی ہے۔ مائکرو میٹر پیمانے پر تیراکی کے لیے چپچپا پن کی زبردست اہمیت تیراکی کی حکمت عملی کے لیے گہرے اثرات رکھتی ہے۔ اس پر ای۔ ایم۔ پرسیل نے یادگار بحث کی ہے، جس نے قارئین کو خرد حیاتیات کی دنیا میں مدعو کیا اور نظریاتی طور پر ان کی حرکت کے حالات کا مطالعہ کیا۔ سب سے پہلے، بڑے پیمانے کے تیراکوں کی پروپلشن حکمت عملیوں میں اکثر وقتا فوقتا مجرد واقعات میں آس پاس کے سیال کو رفتار فراہم کرنا شامل ہوتا ہے، جیسے کہ بھنور کا گرنا، اور ان واقعات کے درمیان جمود کے ذریعے ساحل بنانا۔ یہ بیکٹیریا جیسے مائکرو اسکیل تیراکوں کے لیے مؤثر نہیں ہو سکتا: بڑے چپچپا ڈمپنگ کی وجہ سے، مائکرون سائز کی شے کا انٹریئل کوسٹنگ ٹائم 1 مائیکرو ایس کی ترتیب پر ہوتا ہے۔ ایک عام رفتار سے حرکت کرنے والے مائکروجنزم کا ساحلی فاصلہ تقریبا 0.1 اینگسٹروم (Å) ہوتا ہے۔ پرسیل نے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ صرف وہی قوتیں جو موجودہ لمحے میں مائکرو اسکیل باڈی پر لگائی جاتی ہیں اس کے پروپلشن میں حصہ ڈالتی ہیں، اس لیے ایک مستقل توانائی کے تبادلے کا طریقہ ضروری ہے۔ مائکروجنزموں نے مسلسل توانائی کی پیداوار کے لیے اپنے میٹابولزم کو بہتر بنایا ہے، جبکہ خالص مصنوعی مائکروسویمرز (مائکرو روبوٹس) کو ماحول سے توانائی حاصل کرنی چاہیے، کیونکہ ان کی آن بورڈ اسٹوریج کی صلاحیت بہت محدود ہے۔ توانائی کی مسلسل کھپت کے مزید نتیجے کے طور پر، حیاتیاتی اور مصنوعی مائکروومرز توازن شماریاتی طبیعیات کے قوانین کی پابندی نہیں کرتے ہیں، اور انہیں غیر توازن حرکیات کے ذریعے بیان کرنے کی ضرورت ہے۔ ریاضیاتی طور پر، پرسیل نے نیویئر-اسٹوکس مساوات کو لے کر اور انٹریئل اصطلاحات کو ختم کرکے کم رینالڈز نمبر کے مضمرات کی کھوج کی: جہاں سیال کی رفتار ہے اور دباؤ کا میلان ہے۔ جیسا کہ پرسیل نے نوٹ کیا، نتیجے میں آنے والی مساوات-اسٹوکس مساوات-میں وقت کا کوئی واضح انحصار نہیں ہے۔ اس کے کچھ اہم نتائج ہیں کہ کس طرح ایک معطل جسم (مثال کے طور پر، ایک جراثیم) وقتا فوقتا میکانی حرکتوں یا شکلوں (مثال کے طور پر، فلیجیم کی) کے ذریعے تیر سکتا ہے۔ سب سے پہلے، مائکروسوائمر اور آس پاس کے سیال کی حرکت کے لیے حرکت کی شرح عملی طور پر غیر متعلقہ ہے: حرکت کی شرح کو تبدیل کرنے سے سیال اور مائکروسوائمر کی رفتار کا پیمانہ بدل جائے گا، لیکن یہ سیال کے بہاؤ کے نمونے کو تبدیل نہیں کرے گا۔ دوسرا، مکینیکل حرکت کی سمت کو الٹنا نظام میں تمام رفتاروں کو آسانی سے الٹ دے گا۔ اسٹوکس مساوات کی یہ خصوصیات تیراکی کی ممکنہ حکمت عملیوں کی حد کو سخت حد تک محدود کرتی ہیں۔ بائیو ہائبرڈ مائکروسوائمرز کی حالیہ اشاعتوں میں سپرم خلیات، سکڑنے والے پٹھوں کے خلیات، اور بیکٹیریا کا حیاتیاتی اجزاء کے طور پر استعمال شامل ہے، کیونکہ وہ مؤثر طریقے سے کیمیائی توانائی کو حرکت میں تبدیل کر سکتے ہیں، اور اضافی طور پر ماحولیاتی حالات کے لحاظ سے پیچیدہ حرکت انجام دینے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔ اس لحاظ سے، بائیو ہائبرڈ مائکروسومر سسٹم کو مختلف فعال اجزاء کے امتزاج کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے: کارگو اور کیریئر۔ کارگو دلچسپی کا ایک عنصر ہے جسے اپنی مرضی کے مطابق منتقل کیا جانا چاہیے (اور ممکنہ طور پر جاری کیا جانا چاہیے)۔ کیریئر وہ جزو ہے جو بائیو ہائبرڈ کی نقل و حرکت کا ذمہ دار ہے، مطلوبہ کارگو کی نقل و حمل کرتا ہے، جو اس کی سطح سے منسلک ہوتا ہے۔ ان نظاموں کی بڑی اکثریت ٹارگٹڈ ڈرگ ڈیلیوری کے لیے مصنوعی کارگو کی نقل و حمل کے لیے حیاتیاتی متحرک پروپلشن پر انحصار کرتی ہے/اس کے برعکس کیس کی مثالیں بھی ہیں: حیاتیاتی کارگو سسٹم کے ساتھ مصنوعی مائکروسوائمرز۔ پچھلی دہائی کے دوران، بائیو ہائبرڈ مائکرو روبوٹس، جن میں زندہ متحرک مائکرو حیاتیات جسمانی طور پر غیر مربوط مصنوعی ڈھانچوں کے ساتھ مربوط ہیں، نے ہدف کی منزل تک فعال نقل و حرکت اور کارگو کی فراہمی کو قابل بنانے کے لیے بڑھتی ہوئی دلچسپی حاصل کی ہے۔ حرکت پذیری کے علاوہ، مصنوعی اور ماحولیاتی تبدیلیوں کے مناسب ردعمل کو محسوس کرنے اور ظاہر کرنے کی اندرونی صلاحیتیں سیل پر مبنی بائیو ہائبرڈ مائکرو روبوٹس کو تشخیصی اور علاج کے ایجنٹوں کی مقامی فعال ترسیل کے لیے انسانی جسم کی ناقابل رسائی گہاوں تک کارگو کی نقل و حمل کے لیے اپیل کرتی ہیں۔ فعال حرکت پذیری، مرکوز علاج اور تشخیصی ایجنٹوں کو نشانہ بنانا اور متحرک مائکرو روبوٹس میں سرایت کر کے عمل کے مقام تک لے جانا روایتی علاج کے موجودہ چیلنجوں پر قابو پا سکتا ہے۔ اس مقصد کے لیے، بیکٹیریا کو عام طور پر منسلک موتیوں اور بھوت خلیوں کے جسم کے ساتھ استعمال کیا گیا ہے۔ بیکٹیریل بائیو ہائبرڈ مصنوعی مائیکرو اور نینو سویمر چھوٹے پیمانے کے آلات ہیں جو توانائی کو حرکت میں تبدیل کرتے ہیں۔ 2002 میں ان کی کارکردگی کے پہلے مظاہرے کے بعد سے، میدان نے تیاری کے نئے طریقوں، پروپلشن کی حکمت عملیوں، حرکت پر قابو پانے، اور تصور کردہ فعالیت کے لحاظ سے تیزی سے ترقی کی ہے۔ یہ فیلڈ منشیات کی فراہمی، ماحولیاتی تدارک اور سینسنگ جیسے ایپلی کیشنز کے لیے وعدہ رکھتا ہے۔ میدان کی ابتدائی توجہ بڑی حد تک مصنوعی نظاموں پر تھی، لیکن ادب میں "بائیو ہائبرڈ" کی بڑھتی ہوئی تعداد ظاہر ہو رہی ہے۔ مصنوعی اور حیاتیاتی اجزاء کو یکجا کرنا نئی، اچھی طرح سے کنٹرول شدہ مائکروسوائمر افعال کو حاصل کرنے کے لیے ایک امید افزا حکمت عملی ہے، کیونکہ جانداروں کے ضروری افعال اندرونی طور پر حرکت کرنے کی صلاحیت سے متعلق ہیں۔ تمام ترازو کے جاندار ماحولیاتی محرکات (مثال کے طور پر درجہ حرارت یا پی ایچ) کے جواب میں، کھانے کے ذرائع تلاش کرنے، دوبارہ پیدا کرنے، یا شکاریوں سے بچنے کے لیے حرکت کرتے ہیں۔ زیادہ معروف زندہ مائکرو سسٹمز میں سے ایک تیراکی کرنے والے بیکٹیریا ہیں، لیکن ہدایت شدہ حرکت سالماتی پیمانے پر بھی ہوتی ہے، جہاں حیاتیاتی کاموں کو انجام دینے کے لیے انزائمز اور پروٹین تشکیلی تبدیلیوں سے گزرتے ہیں۔ تیراکی کے بیکٹیریل خلیات کو ہائبرڈ مائکروسوائمرز کی نشوونما میں استعمال کیا گیا ہے۔ جراثیم کے خلیوں سے کارگو کا لگاؤ ان کے تیراکی کے رویے کو متاثر کر سکتا ہے۔ جھنڈ کی حالت میں بیکٹیریل خلیات کو ہائبرڈ مائکروسوائمرز کی نشوونما میں بھی استعمال کیا گیا ہے۔ سورمنگ سیرٹیا مارسیسینس خلیوں کو پی ڈی ایم ایس لیپت کور سلپس میں منتقل کیا گیا، جس کے نتیجے میں ایک ایسی ساخت پیدا ہوئی جسے مصنفین نے "بیکٹیریل قالین" کہا۔ ان بیکٹیریل قالینوں کے مختلف شکل کے چپٹے ٹکڑے، جنہیں "آٹو موبائل چپس" کہا جاتا ہے، خوردبین کی سلائیڈ کی سطح سے دو جہتوں میں اوپر چلے گئے۔ بہت سے دوسرے کاموں میں ہائبرڈ مائکروسوائمرز کی نشوونما کے لیے سیرٹیا مارسیسینس سوارمنگ خلیات کے ساتھ ساتھ ای کولی سوارمنگ خلیات کا استعمال کیا گیا ہے۔ میگنیٹوٹیکٹک بیکٹیریا بائیو ہائبرڈ موشن سسٹمز میں ان کے ورسٹائل استعمال کی وجہ سے مختلف مطالعات کا مرکز رہے ہیں۔ پروٹسٹ بائیو ہائبرڈز الگل کلیمیڈوموناس رینہارڈی ایک یونی سیلولر گرین مائکروالگا ہے۔ جنگلی قسم کے سی۔ رین ہارٹی کی ایک کروی شکل ہوتی ہے جس کا اوسط قطر تقریبا 10 مائیکرو میٹر ہوتا ہے۔ یہ مائکروجنزم مرئی روشنی کو محسوس کر سکتا ہے اور 100-200 μms−1 کی حد میں تیز تیراکی کی رفتار کے ساتھ اس (یعنی فوٹوٹیکسس) کے ذریعے چلایا جا سکتا ہے۔ اس میں قدرتی آٹو فلوروسینس ہے جو لیبل فری فلوروسینٹ امیجنگ کی اجازت دیتا ہے۔ سی۔ رینہارڈی کو علاج معالجے کی فعال ترسیل کے لیے بائیو ہائبرڈ مائکرو روبوٹس کے زندہ جزو کے طور پر فعال طور پر تلاش کیا گیا ہے۔ وہ صحت مند ممالیہ خلیوں کے ساتھ حیاتیاتی مطابقت رکھتے ہیں، کوئی معلوم زہریلا نہیں چھوڑتے، جسمانی طور پر متعلقہ میڈیا میں متحرک ہوتے ہیں، اور سیل وال پر کارگو لے جانے کے لیے سطح میں ترمیم کی اجازت دیتے ہیں۔ الیکٹروسٹیٹک تعاملات اور کوولینٹ بانڈنگ کے ذریعے تعاملی سطحوں میں ترمیم کے ذریعے اسمبلی کے لیے سی۔ رینہارڈی کے لیے متبادل منسلک حکمت عملی تجویز کی گئی ہے۔ روبوکولتھ کی اجتماعی حرکت زندگی کی علامتوں میں سے ایک ہے۔ انفرادی طور پر جو کچھ انجام دیا جاتا ہے اس کے برعکس، متعدد ادارے ہر شریک کے درمیان مقامی تعاملات کو قربت میں ہونے کے قابل بناتے ہیں۔ اگر ہم اجتماعی رویے میں ہر شریک کو (بائیو) فزیکل ٹرانسڈیوسر سمجھتے ہیں، تو توانائی ایک قسم سے دوسری قسم میں تبدیل ہو جائے گی۔ اس کے بعد پراکسیمیکس توانائی کی منتقلی کے ذریعے پڑوسی افراد کے درمیان بہتر مواصلات کی حمایت کریں گے، جس سے جامع طاقت سے چلنے والے ڈھانچے کے متحرک اور پیچیدہ ہم آہنگی کے رویے پیدا ہوں گے۔ حالیہ برسوں میں نینواسکوپک اور میسوسکوپک اشیاء کو اجتماعی طور پر فطرت سے براہ راست الہام کے ذریعے یا اس کے موجودہ آلات کو استعمال کرتے ہوئے منتقل کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ اس طرح کے روبوٹک جھنڈوں کو ایک آن لائن ماہر پینل نے روبوٹکس کے شعبے میں 10 بڑے غیر حل شدہ گروپ چیلنجوں میں سے ایک کے طور پر درجہ بند کیا تھا۔ اگرچہ ان کے عمل کے بنیادی طریقہ کار کی تحقیقات ابھی ابتدائی مراحل میں ہے، لیکن مختلف نظام تیار کیے گئے ہیں جو توانائی کی کٹائی (مثال کے طور پر روشنی، تھرمل وغیرہ) کے ذریعے قابو شدہ اور بے قابو جھنڈ حرکت سے گزرنے کے قابل ہیں۔ اہم بات یہ ہے کہ اس توانائی کو نظام کے حرکت کرنے کے لیے ایک خالص قوت میں تبدیل کیا جانا چاہیے۔ چھوٹے میسوسکوپک سے لے کر نینواسکوپک نظام عام طور پر کم رینالڈز نمبروں پر کام کرتے ہیں، اور ان کی حرکت کو سمجھنا مشکل ہو جاتا ہے۔ لوکوموشن ہونے کے لیے، نظام کی ہم آہنگی broken.14 ہونی چاہیے۔ اس کے علاوہ، اجتماعی حرکت کے لیے ان اداروں کے درمیان جوڑے کے طریقہ کار کی ضرورت ہوتی ہے جو اجتماعی طور پر تشکیل دیتے ہیں۔ میسوسکوپک سے لے کر نینواسکوپک ہستیوں کو تیار کرنے کے لیے جو جھنڈوں کے رویے کے قابل ہیں، یہ قیاس کیا گیا ہے کہ ہستیوں کی خصوصیت ایک اچھی طرح سے طے شدہ مورفولوجی کے ساتھ ٹوٹی ہوئی ہم آہنگی ہے، اور کچھ ایسے مواد سے طاقتور ہیں جو توانائی کی کٹائی کے قابل ہیں۔ اگر حاصل شدہ توانائی کے نتیجے میں شے کے ارد گرد کوئی کھیت پیدا ہوتا ہے، تو یہ میدان پڑوسی شے کے کھیت کے ساتھ جوڑ سکتا ہے اور اجتماعی رویے میں کچھ ہم آہنگی لا سکتا ہے۔ ایمیلیانیا ہکسلئی (ای ایچ یو ایکس) کوکولتھوفور سے ماخوذ غیر متناسب کوکولتھ ٹوٹے ہوئے ہم آہنگی اور اچھی طرح سے طے شدہ مورفولوجی کے ساتھ نینو/میسوسکوپک آبجیکٹ کے انتخاب کے امیدواروں کے طور پر کھڑے ہیں۔ ان کی کیلکائٹ ساخت کی وجہ سے تھرموڈینامکل استحکام کے علاوہ، ای ایچ یو ایکس کوکولتھس کا اہم فائدہ ان کی مخصوص اور نفیس غیر متناسب مورفولوجی ہے۔ ای ایچ یو ایکس کوکولتھس کی خصوصیت ہتھوڑے کے سر والی کئی پسلیاں ہوتی ہیں جو ایک مرکزی انگوٹھی سے جڑی ہوئی پراکسیمل اور ڈسٹل ڈسک بنانے کے لیے رکھی جاتی ہیں۔ ان ڈسکس کے مختلف سائز ہوتے ہیں لیکن یہ کوکولتھ کو منحنی ہونے کی بھی اجازت دیتے ہیں، جو جزوی طور پر ویگن وہیل سے مشابہت رکھتے ہیں۔ ای ایچ یو ایکس کوکولتھس کو ای ایچ یو ایکس کوکولتھوفورز سے الگ کیا جا سکتا ہے، جو کہ ایک خلیے والے سمندری طحالب کا ایک انوکھا گروہ ہے جو سمندر میں بائیوجینک کیلکائٹ کے بنیادی پروڈیوسر ہیں۔ کوکولتھوفورز خلیوں کے اندر پیچیدہ تین جہتی معدنی ڈھانچے پیدا کر سکتے ہیں، جیسے کہ کیلشیم کاربونیٹ اسکیلز (یعنی کوکولتھس)، ایک ایسے عمل میں جو ایک خصوصی پھپھوندی کے ذریعے مسلسل چلایا جاتا ہے۔ عمل ختم ہونے کے بعد، تشکیل شدہ کوکولتھس کو خلیے کی سطح پر خفیہ کیا جاتا ہے، جہاں وہ ایکوسکیلیٹن (یعنی کوکوسفیئر) بناتے ہیں۔ کوکولتھ فن تعمیر کے وسیع تنوع کے نتیجے میں نینو ٹیکنالوجی یا بائیو میڈیسن میں مخصوص استعمال کے مزید امکانات پیدا ہوتے ہیں۔ EHUX زندہ کوکولتھوفورز سے بے جان کوکولتھس، خاص طور پر، کم کلچر لاگت اور تیز تولیدی شرح کے ساتھ لیبارٹری میں آسانی سے الگ کیے جا سکتے ہیں اور ان کا سطح کا رقبہ معقول حد تک اعتدال پسند (~ 20 m2/g) ہوتا ہے جو میسوپورس ڈھانچے (4 nm کی حد میں سوراخ کا سائز) کی نمائش کرتا ہے۔ ممکنہ طور پر، اگر توانائی کی کٹائی ای ایچ یو ایکس کوکولتھ کے دونوں طرف کی جاتی ہے، تو یہ ایک خالص قوت پیدا کرنے کی اجازت دے گی، جس کا مطلب ہے دشاتمک انداز میں حرکت۔ کوکولتھس میں بہت سے استعمال کے لیے بے پناہ صلاحیت ہوتی ہے، لیکن توانائی کی کٹائی کو قابل بنانے کے لیے، ان کی سطح کی خصوصیات کو باریک طریقے سے ترتیب دیا جانا چاہیے۔ مسلز میں چپکنے والے پروٹین کی ساخت سے متاثر ہو کر، پولی ڈوپامائن میں ڈوپامائن سیلف پولیمرائزیشن فی الحال عملی طور پر ہر قسم کے مواد کے لیے سب سے زیادہ ورسٹائل فنکشنلائزیشن حکمت عملی ہے۔ اس کی سطح کی کیمسٹری اور روشنی جذب کرنے کی خصوصیات کی وسیع رینج کی وجہ سے، پولی ڈوپامائن غیر فعال سبسٹریٹس پر توانائی کی کٹائی کے فنکشن کے لیے ایک مثالی انتخاب ہے۔ اس کام میں، ہمارا مقصد پولی ڈوپامائن کوٹنگ کے فوائد سے فائدہ اٹھانا ہے تاکہ بصورت دیگر غیر فعال اور بے جان کوکولتھس کو اعلی درجے کی توانائی کی کٹائی کی فعالیت فراہم کی جا سکے۔ پولی ڈوپامائن (پی ڈی اے) کو پہلے ہی قریب اورکت (این آئی آر) روشنی کی حوصلہ افزائی کے تحت 2 ڈگری سیلسیس تک کے آبجیکٹ اور آس پاس کے آبی محلول کے درمیان تھرمل پھیلاؤ کے اثرات کی وجہ سے پولی سٹائرین موتیوں کی نقل و حرکت کو متحرک کرنے کے لیے دکھایا گیا ہے۔ تاہم، کسی اجتماعی رویے کی اطلاع نہیں ملی ہے۔ یہاں، ہم پہلی بار ثابت کرتے ہیں کہ پولی ڈوپامائن ایک فعال جزو کے طور پر کام کر سکتا ہے، نظر آنے والی روشنی (300-600 nm) کے تحت، ساختی طور پر پیچیدہ، قدرتی، اور کوکولتھس جیسے چیلنجنگ سے کنٹرول فن تعمیر کے اجتماعی رویے کو متاثر کرنے کے لیے۔ نتیجے کے طور پر، نامیاتی-غیر نامیاتی ہائبرڈ امتزاج (کوکولتھ-پولیڈوپامین) روبوکولتھس کے ڈیزائن کو قابل بنائے گا۔ ڈوپامائن پولیمرائزیشن ایک محلول میں آگے بڑھتی ہے، جہاں یہ چھوٹے کولائڈیل مجموعے بناتا ہے جو کوکولتھس کی سطح پر جذب ہوتے ہیں، اور ایک متصل فلم بناتے ہیں۔ اس فلم کی خصوصیت اعلی کھردری ہے، جو ایک اعلی مخصوص سطح کے رقبے میں ترجمہ کرتی ہے اور توانائی کی کٹائی میں اضافہ کرتی ہے۔ پولیمر ریڑھ کی ہڈی کی مربوط نوعیت کی وجہ سے، پولی ڈوپامائن نظر آنے والے علاقے سمیت وسیع برقی مقناطیسی سپیکٹرم پر روشنی کو جذب کر سکتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، کوکولتھس کی سطح ایک فوٹو تھرمل اثر سے مالا مال ہے، جو مقامی طور پر گرم ہوتی ہے اور پی ڈی اے کی موجودگی سے محرک کنویکشن پیدا کرتی ہے۔ یہ مقامی کنویکشن ایک اور قریبی مقامی کنویکشن کے ساتھ جڑا ہوا ہے، جو انفرادی روبوکولتھس کے درمیان جوڑنے کی اجازت دیتا ہے، جس سے ان کی اجتماعی حرکت کو فعال کیا جاتا ہے (شکل 1)۔ لہذا، جب روشنی کا سامنا انیسومیٹرک روبوکولتھس سے ہوتا ہے، تو وہ مقامی طور پر گرم ہوتے ہیں کیونکہ ان کی سطح پر پی ڈی اے کی موجودگی سے فوٹو تھرمل تبدیلی پیدا ہوتی ہے۔ شدید مقامی حرارت روبوکولیتھ کے دونوں طرف مختلف کنویکشن پیدا کرتی ہے، جس کی وجہ سے اس کی مشاہدہ شدہ حرکت ہوتی ہے۔ اس طرح کا کنویکشن پڑوسی روبوکولتھ کے کنویکشن کے ساتھ جوڑ سکتا ہے، جس کے نتیجے میں "جھنڈ" حرکت ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، روبوکولیتھس کی سطح اینٹی فاؤلنگ پولیمر برش کو ایڈجسٹ کرنے اور ممکنہ طور پر ان کے جمع ہونے کو روکنے کے لیے بنائی گئی ہے۔ اگرچہ روبوکولتھس کی حرکت کو سمجھنے کے لیے ایک ابتدائی لائٹ ایکٹیویٹڈ کنویکٹو اپروچ کو پہلے قدم کے طور پر لیا گیا ہے، لیکن اس وقت بائیو مائیکرو مشینوں کے طور پر ملٹی فنکشنل روبوکولتھس کی اگلی نسل کے لیے راہ ہموار کرنے کے لیے بہت سے میکانکی اپروچ تیار کیے جا رہے ہیں۔ بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز بائیو ہائبرڈ مائکروسوائمرز، جو بنیادی طور پر مربوط حیاتیاتی ایکچوایٹرز اور مصنوعی کارگو کیریئرز پر مشتمل ہیں، نے حال ہی میں کم سے کم ناگوار تھرانوسٹک ایپلی کیشنز کی طرف عزم ظاہر کیا ہے۔ بیکٹیریا، مائیکرو ایلگی، اور سپرمیٹوزائڈز سمیت مختلف مائکروجنزموں کا استعمال جدید طبی افعال کے ساتھ مختلف بائیو ہائبرڈ مائکروسویمرز بنانے کے لیے کیا گیا ہے، جیسے کہ ہدف بنانے کے لیے ماحولیاتی محرکات کے ساتھ خود مختار کنٹرول، تنگ خلا کے ذریعے نیویگیشن، اور ٹیومر کے ماحول کے نیکروٹک علاقوں میں جمع ہونا۔ طویل فاصلے تک استعمال ہونے والے بیرونی شعبوں، جیسے صوتی یا مقناطیسی شعبوں کے ساتھ مصنوعی کارگو کیریئرز کی رہنمائی، اور مختلف ماحولیاتی محرکات، جیسے کیمو آٹریکٹینٹس، پی ایچ، اور آکسیجن کی طرف حیاتیاتی ایکچوایٹرز کے اندرونی ٹیکسیوں کے طرز عمل، بائیو ہائبرڈ مائکروسوائمرز کو طبی فعال کارگو ڈیلیوری ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج کے لیے ایک امید افزا امیدوار بناتے ہیں۔ کم رینالڈز (ری) نمبر کے بہاؤ کے نظام میں بیکٹیریا کی تیراکی کی رفتار اور کارکردگی زیادہ ہوتی ہے، وہ بیرونی ماحولیاتی اشاروں کو محسوس کرنے اور ان کا جواب دینے کے قابل ہوتے ہیں، اور فلوروسینس یا الٹراساؤنڈ امیجنگ تکنیک کے ذریعے بیرونی طور پر پتہ لگایا جا سکتا ہے۔ ان کی موروثی حساسیت کی صلاحیتوں کی وجہ سے، مختلف بیکٹیریا پرجاتیوں کی ممکنہ اینٹی ٹیومر ایجنٹوں کے طور پر تحقیقات کی گئی ہیں اور یہ پری کلینیکل اور کلینیکل ٹرائلز کا موضوع رہے ہیں۔ انسانی جسم میں مختلف بیکٹیریا پرجاتیوں کی موجودگی، جیسے جلد اور آنتوں کے مائیکرو انوائرمنٹ پر، نے کئی طبی ایپلی کیشنز میں ممکنہ تھرانوسٹک ایجنٹوں یا کیریئر کے طور پر ان کے استعمال کو فروغ دیا ہے۔ دوسری طرف، خصوصی یوکرائیوٹک خلیات، جیسے سرخ خون کے خلیات (آر بی سی)، اعلی پے لوڈ کی کارکردگی، بگاڑ، انحطاط اور حیاتیاتی مطابقت کے ساتھ فطرت کے سب سے موثر غیر فعال کیریئرز میں سے ایک ہیں، اور مختلف طبی ایپلی کیشنز میں بھی استعمال کیے گئے ہیں۔ آر بی سی اور آر بی سی سے ماخوذ نینوویسیکل، جیسے نینوریتھروسومز، کو جسم میں لگائے گئے مادوں کی گردش کے وقت کو بڑھانے اور جگر، تلی اور لمف نوڈس میں مشاہدہ کی جانے والی مختلف بیماریوں کے علاج کے لیے مختلف بائیو ایکٹیو مادے فراہم کرنے کے لیے غیر فعال کارگو کیریئر کے طور پر کامیابی کے ساتھ اپنایا گیا ہے، اور کینسر کو بھی نس، انٹرا پیریٹونیل، ذیلی جلد اور سانس کے راستوں کے ذریعے انتظام کے ذریعے۔ مثال کے طور پر، مدافعتی خلیوں کے ذریعہ منشیات سے بھرے ذرات کی شناخت میں کمی اس وقت ظاہر ہوئی جب چوہوں میں نس کے ذریعے انجکشن لگانے سے پہلے آر بی سی کی جھلیوں سے منسلک کیا گیا۔ مزید برآں، نینو کیریئروں کے تبدیل شدہ بائیو ایکیومولیشن پروفائل کو اس وقت دکھایا گیا جب اسے آر بی سی پر جوڑ دیا گیا، جس سے نینو کیریئروں کی ہدف کے اعضاء تک ترسیل میں اضافہ ہوا۔ یہ بھی بتایا گیا کہ جسم کے اندر پلمونری آرٹیریل ہائی بلڈ پریشر کی دوا فاسودل کی نصف زندگی تقریبا چھ گنا بڑھ کر آٹھ گنا ہو گئی جب اسے نینوریتھروسومز میں لوڈ کیا گیا۔ آر بی سی کی اعلی کارگو لے جانے والی خصوصیات نے بھی بائیو ہائبرڈ مائکروسومر ڈیزائن میں ان کے استعمال کے لیے دلچسپی پیدا کی ہے۔ حال ہی میں، فعال نیویگیشن اور منشیات اور سپر پیرا میگنیٹک نینو پارٹیکل (ایس پی آئی او این) سے بھرے آر بی سی کے کنٹرول کو صوتی لہروں اور مقناطیسی شعبوں کا استعمال کرتے ہوئے پیش کیا گیا۔ فعال کارگو ڈیلیوری ایپلی کیشنز کے لیے موٹائل بیکٹیریا سے چلنے والے نرم بائیو ہائبرڈ مائکرو ومرز کی تیاری میں آر بی سی کا مزید استعمال کیا گیا۔ منشیات کے مالیکیولز اور ایس پی آئی او این سے بھرے آر بی سیز کو بیکٹیریا کے ذریعے آگے بڑھایا جاتا تھا اور مقناطیسی شعبوں کے ذریعے چلایا جاتا تھا، جو آر بی سیز کی موروثی اعلی بگاڑ کی وجہ سے اپنے سائز سے چھوٹے خلا سے گزرنے کے قابل بھی تھے۔ حوالہ جات مائکروسوائمرز مائکروجنزم روبوٹکس