ஒருங்கிணைந்த நுண்ணிய இயக்கங்களின் அடிப்படையில் ஒத்திசைவான சாதன இயக்கத்தை உருவாக்குதல் சாத்தியமா?

எமர்ஜென்ட் மேட்டர் சயின்ஸ் மற்றும் கூட்டுப்பணியாளர்களுக்கான RIKEN மையத்தின் விஞ்ஞானிகள் மேக்ரோஸ்கோபிக் அளவில் ஒத்திசைவான இயக்கத்தை உருவாக்க ஒரு ஒருங்கிணைந்த வழியில் நுண்ணிய இயக்கங்களைப் பயன்படுத்தக்கூடிய சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கு ஆராய்ச்சியை மேற்கொண்டுள்ளனர். மனிதனால் உருவாக்கப்பட்ட இயந்திர சாதனங்களிலிருந்து வேறுபட்ட முறையில் உயிரினங்கள் நகரும் விதத்தை இது பிரதிபலிக்கிறது.

நேச்சர் கம்யூனிகேஷன்ஸில் வெளியிடப்பட்ட ஆராய்ச்சி இதழில், நானோஷீட்கள் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்படாவிட்டாலும், பொருள் மூலம் பரவும் அலையை உருவாக்க, நீர்வாழ் கரைசலில் ஏற்பாடு செய்யப்பட்ட டைட்டானியம் நானோஷீட்களை ஆராய்ச்சியாளர்கள் பயன்படுத்தினர். அலையுடன் நுண் துகள்களை கொண்டு செல்ல ஒருங்கிணைந்த இயக்கத்தையும் அவர்களால் பயன்படுத்த முடிந்தது. மனித தசைகளின் இயக்கம், எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு சிக்கலான செயல்முறை மூலம் நடைபெறுகிறது, இதில் தனிப்பட்ட “மூலக்கூறு மோட்டார்கள்” ஒருங்கிணைந்த வழியில் நகரும். இதேபோல், பாக்டீரியாவின் இயக்கத்தை இயக்கும் சிலியாவின் அலை இயக்கம், நன்கு கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறையில் ஒரு திரவ ஊடகத்தில் பரவுகிறது. மாறாக, நம்மைச் சுற்றியுள்ள செயற்கை இயந்திரங்கள் ஒரு சிறிய எண்ணிக்கையிலான நகரும் உறுப்புகளின் விளைவாக மட்டுமே நகரும். எனவே, உயிரினங்கள் தேவைக்கேற்ப நேர்த்தியான மற்றும் சிக்கலான இயக்கங்களை உருவாக்க முடியும், அதே நேரத்தில் இயந்திரங்கள் எளிய நேரியல் அல்லது வட்ட இயக்கங்களை மட்டுமே மீண்டும் செய்ய முடியும்.

தற்போதைய ஆய்வில், இயற்கை அமைப்புகளின் இயக்கத்தை மீண்டும் உருவாக்கக்கூடிய ஒரு செயற்கை பொருளை உருவாக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் பாடுபடுகின்றனர். ஒரு சமநிலையற்ற நிலையில், பரவும் மேக்ரோஸ்கோபிக் அலையை உருவாக்க, நீர்நிலை ஊடகங்களில் தோராயமாக பத்து பில்லியன் கூழ்மமாக சிதறடிக்கப்பட்ட நானோஷீட்கள் ஒத்திசைவாக செயல்பட இணைக்கப்படலாம் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் தெரிவித்தனர். நானோஷீட்கள் ஆரம்பத்தில் தோராயமாக 420 நானோமீட்டர் தூரத்தில் ஒரு பெரிய மற்றும் ஒரே மாதிரியான தளத்திலிருந்து தளம் வரையிலான ஒரு கோஃபேஷியல் வடிவவியலைப் பின்பற்றத் தூண்டப்பட்டன. அடிப்படையில், எதிர்மறையாக மின்னூட்டம் செய்யப்பட்ட நானோஷீட்களுக்கு இடையே நிலைமின்னியல் விலக்கு விசை மற்றும் வான் டெர் வால்ஸ் ஈர்ப்பு ஆகியவற்றால் அவை வைக்கப்பட்டன. கரைசலில் அயனிகளைச் சேர்ப்பதன் மூலம் ஆராய்ச்சியாளர்கள் விலக்கு விசையை பலவீனப்படுத்தியபோது, ​​​​விலக்கமடைதல் பலவீனமடைவதால் நானோஷீட்கள் நெருக்கமாகின. இது பொருள் வழியாக பரவும் அலையை உருவாக்கியது. அலையானது நுண் துகள்களை ஒரே சீரான திசையிலும் வேகத்திலும் கொண்டு செல்ல முடிந்தது.

முதல் ஆசிரியரான கோகி சானோவின் கூற்றுப்படி, “நுண் துகள்கள் உண்மையில் பொருள் வழியாக நகர்வதைப் பார்ப்பது மிகவும் உற்சாகமாக இருந்தது. இந்த வகையான இயக்கம் இயற்கையில் மிகவும் பொதுவானது என்பதை நாங்கள் அறிவோம், எனவே நாங்கள் அதைப் பார்ப்பது நிச்சயமாக ஒரு சாதனையாகும். உண்மையில் அதை ஏதோ ஒரு வகையில் பிரதிபலிக்க முடியும்.” என்று கூறினார்.

ஆராய்ச்சிக் குழுவின் தலைவர்களில் ஒருவரான RIKEN CEMS இன் Yasuhiro Ishida கூறுகையில், “சிறிய கூறுகளின் ஒருங்கிணைந்த இயக்கத்தைப் பயன்படுத்தி மேக்ரோஸ்கோபிக் இயக்கத்தை உருவாக்குவதன் மூலம் இயற்கையைப் பிரதிபலிக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் முன்பு முயற்சித்தனர். ஆனால் அதை அடைவது கடினம். எங்கள் அணுகுமுறை வேறுபட்டது. தனிப்பட்ட அலகுகள் பிணைப்புகள் மூலம் இணைக்கப்படவில்லை, மாறாக ஈர்க்கும் மற்றும் விலக்கும் விசைகளுக்கு இடையேயான போட்டியால் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.

References:

• Lachetta, M., Sandmeyer, H., Sandmeyer, A., Esch, J. S. A., Huser, T., & Müller, M. (2021). Simulating digital micromirror devices for patterning coherent excitation light in structured illumination microscopy. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 379(2199), 20200147.
• Merola, F., Memmolo, P., Miccio, L., Bianco, V., Paturzo, M., & Ferraro, P. (2015). Diagnostic tools for lab-on-chip applications based on coherent imaging microscopy. Proceedings of the IEEE, 103(2), 192-204.
• Ohmachi, M., Komori, Y., Iwane, A. H., Fujii, F., Jin, T., & Yanagida, T. (2012). Fluorescence microscopy for simultaneous observation of 3D orientation and movement and its application to quantum rod-tagged myosin V. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(14), 5294-5298.
• Ferraro, P., Wax, A., & Zalevsky, Z. (Eds.). (2011). Coherent light microscopy: Imaging and quantitative phase analysis(Vol. 46). Springer Science & Business Media.
• Hong, S. S., & Freeman, D. M. (2006). Doppler optical coherence microscopy for studies of cochlear mechanics. Journal of biomedical optics, 11(5), 054014.