நானோ உயிரித் தொழில்நுட்பம்

Written By V.Sutharshan.Ramanathapuram.St'Joseph's High School.. நானோ உயிரித் தொழில்நுட்பம் (nanobiotechnology) என்பது உயிரியல் மற்றும் உயிரி இரசாயனப் பயன்பாடுகள் அல்லது பயன்களுடன் கூடிய நானோ தொழில்நுட்பத்தின் கிளை ஆகும். நானோ உயிரித் தொழில்நுட்பமானது பொதுவாக புதிய சாதனங்களை உருவாக்குவதற்காக இயற்கையில் ஏற்கனவே இருக்கும் தனிமங்களில் ஆய்வு மேற்கொள்வதாக இருக்கிறது.^[1]

உயிரி நானோ தொழில்நுட்பம் என்ற சொல்லானது பொதுவாக நானோ உயிரித் தொழில்நுட்பத்திற்கு மாற்றாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. எனினும் சில நேரங்களில் இரண்டுக்கும் இடையே தனித்தன்மைகள் உணரப்படுகிறது. இந்த இரண்டும் வேறுபாடு உடையதாக இருந்தால் நானோ உயிரித் தொழில்நுட்பமானது உயிரித் தொழில்நுட்பத்தின் நோக்கங்களை ஆதரிக்க நானோ தொழில்நுட்பத்தினைப் பயன்படுத்துமாறு பொதுவாக குறிப்பிடுகிறது. அதே சமயம் உயிரி நானோ தொழில்நுட்பம் என்பது நானோ தொழில்நுட்பத்திலான சாதனங்களுக்கான பகுதியாக அல்லது ஒரு உத்வேகமாக உயிரி மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்துதல் உள்ளிட்ட உயிரியல் மற்றும் நானோ தொழில்நுட்பம் ஆகியவற்றுக்கு இடையில் ஒன்றுடன் ஒன்று பொருந்தும் எதையும் குறிப்பிடலாம்.^[2]

நானோ உயிரித் தொழில்நுட்பமானது உயிரி உணர்கருவிகள் போன்ற புதிய சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கு இயற்கையின் தனிமங்களில் இருந்து உயிரியல் சார் மற்றும் உயிரி இரசாயனம் சார் நடவடிக்கைகளின் ஆய்வு மற்றும் பயன்பாடுகளுடன் தொடர்புபடுகின்ற ஒன்றின் ஒரு கிளையாகும்.

நானோ உயிரித் தொழில்நுட்பமானது குறிப்பாக உந்துமவியல், வேதியியல், உயிரியல், உயிரி இயற்பியல் நானோ மருத்துவம் மற்றும் பொறியியல் ஒருங்குதல் ஆகிய துறைகளில் உயிரி உணர்கருவிகளுடன் தொடர்புடைய ஒன்றுடன் ஒன்று இணைந்த பல் ஒழுங்கு முறை நடவடிக்கைகளை விவரிப்பதற்குப் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டுக்காகப் பயன்படுகின்ற உயிரியலிலுள்ள அளவீடு, இரட்டை முனைவாக்கம் தலையீட்டுமானம் போன்ற அலை வழிகாட்டி நுட்பங்கள் மற்றொரு எடுத்துக்காட்டுகள் ஆகும்.

V.Sutharshan. Ramanathapuram

எடுத்துக்காட்டுகள்

தற்போதைய நானோ உயிரிதொழில்நுட்ப ஆய்வின் ஒரு எடுத்துக்காட்டானது ஒளிரும் பல்படிப் பொருள்களினால் மேற்பூசப்பட்ட நானோகோளங்களை சம்பந்தப்படுத்துகிறது. ஆய்வாளர்கள் குறிப்பிட்ட மூலக்கூறுகளை எதிர்கொள்ளும் போது ஒளிர்தல் அடக்கப்படுகின்ற பல்படிப் பொருள்களை வடிவமைப்பதற்கு முயற்சித்து வருகின்றனர். மாறுபட்ட பல்படிப் பொருள்கள் மாறுபட்ட உயிரினக் கழிவுகளைக் கண்டறியலாம். பல்படிப் பொருள் மேற்பூசப்பட்ட கோளங்கள் புதிய உயிரியல் சார் மதிப்பீடுகளின் பகுதியாக மாறியிருக்கலாம். மேலும் இந்த நுட்பமானது பின்னாளில் மனித உடலில் கட்டிகள் மற்றும் மற்ற உடல்நலச் சிக்கல்களுடன் தொடர்புடைய உயிரினக் கழிவுகளைக் கண்டறிவதற்கு அறிமுகப்படுத்தக்கூடிய துகள்களாக இருப்பதற்குச் சாத்தியங்கள் உள்ளன. நானோ உயிரித் தொழில்நுட்பமானது மருத்துவம், நுகர்வோர் மற்றும் பெருநிறுவனப் பகுதிகளுக்கு மிகவும் புதியது ஆகும்.

உயிர் எதிர்ப்பொருள்-நானோ துகள் கணக்கீட்டு மாதிரியமைத்தல்

ஏற்பி-அணைவி அடையாளம் காணல் முறைகள் மூலமாக உயர் பிணைப்பு மற்றும் தனித்தன்மையுடன் கூடிய உயிர் எதிர்ப்பொருள்கள் மற்றும் நானோ துகள்களின் இணைப்பானது நோயறிதல், புற்றுநோய் மற்றும் பல்வேறு மற்ற நோய்களுக்கான சிகிச்சை, நோய் எதிர்ப்புத் திறன் நோயியல்புப் பயன்பாடுகள் மற்றும் பலவற்றிக்காக பயன்படுத்தப்படும் கடத்திகளின் மேம்பாடுகளில் தலையாய முக்கியத்துவம் கொண்டதாக இருக்கிறது. செயற்கையான நானோபொருள் (நானோலிப்போசோம்கள், நானோதுகள்கள்) மூலமாக உருவாக்கப்படும் உயிரி-நானோகாம்ப்ளக்ஸ் மற்றும் உயிர் எதிர்ப்பொருள் போன்ற உயிரியல் சார் உட்பொருள் போன்றவை நீர்க் கரைதிறன், உயிரி ஒவ்வுமை மற்றும் உயிரி மக்கியழியும் தன்மை போன்ற அவற்றின் தனித்துவ இரசாயனம் மற்றும் கட்டமைப்புப் பண்புகள் சார்ந்த சக இணைப்புப் பிணைப்புகளின் உருவாக்கத்தினால் கொண்டுவரப்படுகின்றன.^[3] உயிர் எதிர்ப்பொருள்-மென்படல இணைப்பு, மென்படலக் கட்டு உயிர் எதிர்ப்பொருள்களின் சீரான பெயர்ச்சி, சுழலும் தன்மையுள்ள நகர்வுத்தன்மைகள், பல்வகைப்பட்ட உயிரணு புறப்பரப்புடனான இடைவினைகள், சுழற்சியுறும் மூலக்கூறுகள் மற்றும் பல்வேறு செயற்கையான நானோமூலக்கூறுகள் அத்துடன் இணக்கம் ஆகியவற்றின் வெப்பவியக்கவிசை மற்றும் இயக்க அம்சங்களின் தொடர்பினை விரிவாக புரிந்துகொள்ள வேண்டிய தேவை உள்ளது. இந்த விவரங்கள் பல்வேறு நானோ அளவை நோய் எதிர்ப்புத் திறன் கண்டறிதல் சாதனங்களின் உருவாக்கம் மற்றும் பயன்பாட்டில் மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவையாக இருக்கின்றன. உயிரணு புறப்பரப்புடன் கூடிய உயிர் எதிர்ப்பொருள்களின் இணைப்பானது உயிரணுவால் விழுங்கல், உயிர் எதிர்ப்பொருள் செயலூக்கி நோய்த்தடுப்பாற்றல் சார்ந்த உயிரணு செயலூக்கி சைட்டோடாக்சிசிட்டி போன்ற உயிர் எதிர்ப்பொருள் செயலூக்கி நோய்த்தடுப்பாற்றல் பொறிமுறைகளின் முக்கிய மூலக்கூறு நிகழ்வாகும்.^[4]

ஏற்கனவே இருக்கும் சில இயற்கையான புரதங்கள், உயிர் எதிர்ப்பொருள்களால் குறிப்பிட்ட நானோதுகளை அடையாளம் காணும் என்பது சமீபத்தில் கண்டறியப்பட்டது. எடுத்துக்காட்டாக எலியின் நோய்த் தடுப்பாற்றல் மண்டலத்தில் இருந்து பெறப்படும் குறிப்பிட்ட உயிர் எதிர்ப்பொருளால் சுமார் 25 நேமீ கட்டமைப்புப் பிணைப்புடன் கூடிய வழிப்பேறு சி60 கூடுக்கரிமங்களைக் திட்டவட்டமாய்க் கண்டறிய முடிந்தது.^[3] நூன் மற்றும் பலரால் மேற்கொள்ளப்பட்ட ஆய்வுகளின் மூலமாக கூடுக்கரிமக் கட்டமைப்புத் தளமானது வடிவம் ஈடுசெய்யும் நீர் விலக்கு அமினோ அமில எச்சங்களின் கொத்துடன் வரிசையமைக்கப்பட்ட மெல்லிய மற்றும் கடினச் சங்கிலிகளின் இடைமுகத்தில் உருவாகிறது எனக் கருதப்படுகிறது. அதே சமயம் செயல் சார்பு கூடுக்கரிமங்களின் சக இணைப்பு மாற்றங்கள் துகளின் புறப்பரப்புப் பகுதியில் மிகவும் நுண்ணிய இடத்தை மட்டுமே நிரப்புகிறது. அதில் நிரப்பப்படாத பெருமளவு புறப்பரப்பானது உயிர் எதிர்ப்பொருளுடன் இடைவினை புரிவதற்காக காலியாக இருக்கும். ஆகையால் nps மற்றும் உயிர் எதிர்ப்பொருளின் விரிவான இடைவினைகள் பற்றி ஆழமான புரிந்துணர்வைப் பெறுவதன் பொருட்டு, மூலக்கூறு இயக்கவியல் உருவகப்படுத்துதலைப் பயன்படுத்தி மூலக்கூறு இயக்கவியல் உருவகப்படுத்துதல் செய்யப்படுகிறது. எங்கள கருத்தியல் சார் மாதிரியமைத்தல் ஆய்வுகளின் நோக்கம் ஆற்றல்மிக்க பலனளிக்கும் கட்டமைப்பு முறைகளைக் கண்டறிவதாகும்.^[5]

மாதிரியமைத்தல் ஆய்வுகளில் உயிர் எதிர்ப்பொருளின் ஆரம்ப ஆயங்கள் புரதத் தரவு வங்கியில் (Protein Data Bank) (PDB) இருந்து கிடைக்கக் கூடியதாக இருக்கலாம்.^[3]^[6]

மேம்பட்ட நீர் விலக்கு நானோபொருள்-உயிர் எதிர்ப்புப் பொருள் இடைவினைகளில் நீர்நாட்டமுள்ள மூலத்திலிருந்து வருவிக்கப்பெருதல்கள் முக்கியமான பங்கைச் செய்யாது என்பதும் இணைப்பின்போது மின்னணு வடிவமைபபானது மாறாது அப்படியே இருக்கும் என்பதும் மாதிரியமைத்தல் ஆய்வின்போது முதலாவது அணுகுதலாக எடுக்கப்பட்ட அடிப்படை எடுகோள்களாக இருக்கலாம். நானோ துகளானது முன்பே நிறைவுற்ற ஆய்வுகளில் இருந்து பரிந்துரைக்கப்பட்ட பிணைப்புத் தளத்தில் வைக்கப்பட்டது.^[3] இதற்கு முனைவு ஹைட்ரஜன் ஆற்றல் செயல்பாடு (PARAM19) மற்றும் புரதத்துக்கான மாற்றியமைக்கப்பட்ட TIP3P நீர்க் கரைப்பான் பயன்படுத்தப்படுகிறது.[1].

இந்த உருவகப்படுத்துதல் உயர்சாய்விறக்கம் மற்றும் நியூட்டன் ராப்சன் முறைகளைப் பயன்படுத்தித் தோராயமாக சுமார் 300 சிறுமம் காணல் படிநிலைகளில் ஈடுபடுகிறது. தேவைப்படும் உருவகப்படுத்தல் நேரத்தைக் குறைப்பதற்கு புரதத்தின் இயங்கு தளத்தின் இடஞ்சார்ந்த இடைவினைகளை உருவகப்படுத்துவதற்கான மிகவும் திறன் வாய்ந்த முறையான ஸ்டோசாஸ்டிக் பவுண்டரி மாலிகுலர் டைனமிக்ஸ் (stochastic boundary molecular dynamics) (SBMD) பயன்படுத்தப்படுகிறது. SBMD இன் அமைப்பை பிரிப்பதற்கான சுட்டுப் புள்ளியானது சமச்சீர் கோளமாகக் கருதப்படும் நானோ பொருட்களின் மையத்திற்கு அருகில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டது. கடினமான நானோ-உயிரி அமைப்பானது கோளத்திற்குரிய தேக்கம் மற்றும் எதிர்விளைவு மண்டலங்களினுள் பிரிந்திருப்பதாகக் கருதப்படலாம். இதில் எதிர்விளைவு மண்டலமானது எதிர்விளைவுப் பிராந்தியம் மற்றும் செறிவு மாறாத் தாங்கி வட்டாரம் என மேலும் பிரிக்கப்படுகிறது. எதிர்விளைவு வட்டாரத்திலுள்ள அணுக்கள் மூலக்கூறு இயக்கவியல் மூலமாக பரவுகின்றன. அதே சமயம் லாங்கவின் இயக்கவியல் தொடர்புடைய செறிவு மாறாத் தாங்கி வட்டாரம் அலை அடுக்கு மீட்சி ஆற்றல்களைப் பயன்படுத்தி நீடித்திருக்கிறது.

குறிப்புதவிகள்

↑ [2] ^ 1
↑ Nolting B, “Biophysical Nanotechnology”. In: “Methods in Modern Biophysics”, Springer, 2005, பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 3-540-27703-X
↑ ^3.0 ^3.1 ^3.2 ^3.3 Braden et al . “X-ray crystal structure of an anti-Buckminsterfullerene antibody Fab fragment: Biomolecular recognition of C60 “ (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 12193-12197
↑ Pisarchick et al. “Binding of a monoclonal antibody and its Fab fragment to supported phospholipid monolayers measured by total internal reflection fluorescence microscopy”.
↑ Noon et al “Molecular dynamics analysis of a buckyball-antibody complex”
↑ A Resource for Studying Biological Macromolecules பரணிடப்பட்டது 2012-12-27 at the வந்தவழி இயந்திரம் RCSB Protein Data Bank.

புற இணைப்புகள்

[1] [2] ^ 1

[Methods_in_Modern_Biophysics-2] Nolting B, “Biophysical Nanotechnology”. In: “Methods in Modern Biophysics”, Springer, 2005, பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 3-540-27703-X

[Braden_2000-3] 3.0 ^3.1 ^3.2 ^3.3 Braden et al . “X-ray crystal structure of an anti-Buckminsterfullerene antibody Fab fragment: Biomolecular recognition of C60 “ (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 12193-12197

[4] Pisarchick et al. “Binding of a monoclonal antibody and its Fab fragment to supported phospholipid monolayers measured by total internal reflection fluorescence microscopy”.

[5] Noon et al “Molecular dynamics analysis of a buckyball-antibody complex”

[6] A Resource for Studying Biological Macromolecules பரணிடப்பட்டது 2012-12-27 at the வந்தவழி இயந்திரம் RCSB Protein Data Bank.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]