- नैनोटेक्नोलॉजी या नैनोटेक संक्षेप में वह तकनीक है जिसमें परमाणु, आणविक और सुपरमॉलेक्यूलर स्केल पर पदार्थ का हेरफेर शामिल होता है , जो लगभग 1 से 100 नैनोमीटर होता है । एक नैनोमीटर (एनएम) एक मीटर का एक अरबवां या (10 -9 ) होता है।
- यह सामग्रियों और उपकरणों का हेरफेर और उपयोग इतना छोटा है कि इससे छोटा कोई भी निर्माण नहीं किया जा सकता है।
- इसमें एक बहु-विषयक दृष्टिकोण शामिल है जिसमें अनुप्रयुक्त भौतिकी, सामग्री विज्ञान, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, सतह विज्ञान, रोबोटिक्स, इंजीनियरिंग, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और बायोमेडिकल इंजीनियरिंग जैसे क्षेत्र शामिल हैं।
- नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स, नैनोमैकेनिक्स, नैनोफोटोनिक्स और नैनोआयनिक्स जैसे भौतिकी के क्षेत्र पिछले कुछ दशकों के दौरान नैनोटेक्नोलॉजी की बुनियादी वैज्ञानिक नींव प्रदान करने के लिए विकसित हुए हैं।
- नैनोटेक्नोलॉजी में दो मुख्य दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है:
- ” बॉटम-अप ” दृष्टिकोण में , सामग्री और उपकरण आणविक घटकों से बनाए जाते हैं जो आणविक मान्यता के सिद्धांतों द्वारा रासायनिक रूप से खुद को इकट्ठा करते हैं।
- ” ऊपर से नीचे ” दृष्टिकोण में, नैनो-वस्तुओं का निर्माण परमाणु-स्तर के नियंत्रण के बिना बड़ी संस्थाओं से किया जाता है।
- नैनोटेक्नोलॉजी के लिए प्रोत्साहन कोलाइडल विज्ञान में नए सिरे से रुचि से आता है, जो परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम) और स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम) जैसे विश्लेषणात्मक उपकरणों की एक नई पीढ़ी के साथ जुड़ा हुआ है।
नैनोटेक्नोलॉजी की उत्पत्ति
- इस सिद्धांत के पीछे की अवधारणा 1959 में भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन द्वारा ” नीचे में बहुत जगह है ” नामक एक व्याख्यान में उत्पन्न हुई थी । नैनोटेक्नोलॉजी शब्द वास्तव में प्रोफेसर नोरियो तानिगुची द्वारा गढ़ा गया था। 1981 में, स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप का आविष्कार किया गया जिससे व्यक्तिगत परमाणुओं को “देखना” संभव हो गया। इसने और परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम) के आविष्कार ने नैनोटेक्नोलॉजी को वास्तविकता बनाना संभव बना दिया। तब से नैनोटेक्नोलॉजी ने एक लंबा सफर तय किया है और अब यह कई उद्योगों को प्रभावित करता है। यह एक अंतःविषय क्षेत्र है जो इंजीनियरिंग और विज्ञान की कई धाराओं को जोड़ता है।
- नोट: आकार वितरण, विशिष्ट सतह विशेषता और क्वांटम आकार प्रभाव प्रमुख कारक हैं जो नैनोमटेरियल के गुणों को अन्य सामग्रियों से काफी भिन्न करते हैं।
- नैनोमटेरियल्स क्षेत्र में उपक्षेत्र शामिल हैं जो अपने नैनोस्केल आयामों से उत्पन्न होने वाले अद्वितीय गुणों वाली सामग्रियों का विकास या अध्ययन करते हैं।
- इंटरफ़ेस और कोलाइड विज्ञान ने कई सामग्रियों को जन्म दिया है जो नैनोटेक्नोलॉजी में उपयोगी हो सकते हैं, जैसे कार्बन नैनोट्यूब और अन्य फुलरीन, और विभिन्न नैनोकण और नैनोरोड।
- तेज़ आयन परिवहन वाले नैनोमटेरियल नैनोआयनिक्स और नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स से भी संबंधित हैं ।
- नैनोमेडिसिन जैसे चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए इन सामग्रियों के उपयोग में प्रगति हुई है ।
- नैनोस्केल सामग्री जैसे नैनोपिलर का उपयोग कभी-कभी सौर कोशिकाओं में किया जाता है जो पारंपरिक सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की लागत का मुकाबला करते हैं।
- अगली पीढ़ी के उत्पादों, जैसे प्रदर्शन प्रौद्योगिकी, प्रकाश व्यवस्था, सौर सेल और जैविक इमेजिंग में उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक नैनोकणों को शामिल करने वाले अनुप्रयोगों का विकास ।
- नैनोमटेरियल्स के हालिया अनुप्रयोग में बायोमेडिकल अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला शामिल है, जैसे ऊतक इंजीनियरिंग, दवा वितरण और बायोसेंसर।
नैनोटेक्नोलॉजी के अनुप्रयोग
नैनोटेक्नोलॉजी एक नया और उभरता हुआ क्षेत्र है जिसका अर्थव्यवस्था के लगभग सभी क्षेत्रों पर प्रभाव पड़ता है। नैनोटेक्नोलॉजी पर अनुसंधान स्वास्थ्य, भोजन, कंप्यूटिंग, कपड़ा, ऊर्जा, परिवहन, अंतरिक्ष, कृषि आदि जैसे कई क्षेत्रों में फैल गया है।
स्वास्थ्य क्षेत्र:
- स्वास्थ्य क्षेत्र में नैनोटेक्नोलॉजी का अनुप्रयोग व्यापक है।
- नैनोमटेरियल का उपयोग शरीर के अंदर और बाहर किया जा सकता है।
- इस प्रकार, जीव विज्ञान के साथ नैनोमटेरियल्स के एकीकरण से नैदानिक उपकरणों, विश्लेषणात्मक उपकरणों, दवा वितरण वाहनों और भौतिक चिकित्सा अनुप्रयोगों का विकास हुआ है ।
- इस तकनीक ने दवाओं को सटीक कोशिकाओं तक पहुंचाने, अधिक दक्षता और कम दुष्प्रभाव सुनिश्चित करने की संभावना को जन्म दिया है।
- नैनोमटेरियल्स ने क्षतिग्रस्त ऊतकों की मरम्मत की गुंजाइश भी दी है क्योंकि इस तकनीक का उपयोग करके कोशिकाओं को कृत्रिम रूप से उत्पादित किया जा सकता है।
- यह तकनीक वर्तमान में एक महत्वपूर्ण निदान उपकरण बन गई है क्योंकि यह विशिष्ट अणुओं, संरचनाओं या सूक्ष्मजीवों को समझ और लेबल कर सकती है।
- इस क्षेत्र में हाल की प्रगति के कुछ उदाहरण नीचे दिए गए हैं:
- कैंसर का पता लगाना और उपचार: न्यूक्लिक एसिड के लक्षित अनुक्रमों का पता लगाने के लिए जांच के रूप में सोने के नैनोकण , और कैंसर और अन्य बीमारियों के संभावित उपचार के रूप में उनकी चिकित्सकीय जांच भी की जा रही है।
- दवा वितरण: नैनोटेक्नोलॉजी शोधकर्ता कई अलग-अलग उपचारों पर काम कर रहे हैं जहां एक नैनोकण सीधे कैंसर कोशिकाओं तक दवा पहुंचाने में मदद कर सकता है या स्वस्थ ऊतकों को नुकसान के जोखिम को कम कर सकता है। इसमें डॉक्टरों के कैंसर के इलाज के तरीके को बदलने और कीमोथेरेपी के विषाक्त प्रभावों को नाटकीय रूप से कम करने की क्षमता है।
- इमेजिंग और डायग्नोस्टिक उपकरण : नैनोटेक्नोलॉजी द्वारा सक्षम उपकरण शीघ्र निदान, अधिक व्यक्तिगत उपचार विकल्प और बेहतर चिकित्सीय सफलता दर का मार्ग प्रशस्त कर रहे हैं।
- निदान और उपचार: एथेरोस्क्लेरोसिस, या धमनियों में प्लाक के निर्माण, के निदान और उपचार दोनों के लिए नैनो तकनीक का अध्ययन किया जा रहा है । एक तकनीक में, शोधकर्ताओं ने एक नैनोकण बनाया जो शरीर के “अच्छे” कोलेस्ट्रॉल की नकल करता है, जिसे एचडीएल (उच्च घनत्व लिपोप्रोटीन) के रूप में जाना जाता है, जो प्लाक को कम करने में मदद करता है।
- आनुवंशिकी: उन्नत ठोस-अवस्था नैनोपोर सामग्रियों की डिजाइन और इंजीनियरिंग उपन्यास जीन अनुक्रमण प्रौद्योगिकियों के विकास की अनुमति दे सकती है जो कम लागत पर और न्यूनतम नमूना तैयारी और उपकरण के साथ उच्च गति पर एकल-अणु का पता लगाने में सक्षम बनाती है।
- पुनर्योजी चिकित्सा: पुनर्योजी चिकित्सा के लिए नैनोटेक्नोलॉजी के उपयोग में अनुसंधान हड्डी और तंत्रिका ऊतक इंजीनियरिंग सहित कई अनुप्रयोग क्षेत्रों तक फैला हुआ है। नवीन सामग्रियों को मानव हड्डी की क्रिस्टल खनिज संरचना की नकल करने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है या दंत अनुप्रयोगों के लिए पुनर्स्थापनात्मक राल के रूप में उपयोग किया जा सकता है। शोधकर्ता प्रत्यारोपण के लिए मानव अंगों को एक दिन में विकसित करने के लक्ष्य के साथ जटिल ऊतकों को विकसित करने के तरीकों की तलाश कर रहे हैं । शोधकर्ता रीढ़ की हड्डी की चोटों को ठीक करने में मदद के लिए ग्राफीन नैनोरिबन्स का उपयोग करने के तरीकों का भी अध्ययन कर रहे हैं; प्रारंभिक शोध से पता चलता है कि प्रवाहकीय ग्राफीन सतह पर न्यूरॉन्स अच्छी तरह से विकसित होते हैं।
- टीका विकास: नैनोमेडिसिन शोधकर्ता उन तरीकों पर विचार कर रहे हैं जिनसे नैनो तकनीक टीकों में सुधार कर सकती है, जिसमें सुइयों के उपयोग के बिना टीका वितरण भी शामिल है। शोधकर्ता वार्षिक फ्लू वैक्सीन के लिए एक सार्वभौमिक वैक्सीन ढांचा बनाने पर भी काम कर रहे हैं जो अधिक उपभेदों को कवर करेगा और प्रत्येक वर्ष विकसित करने के लिए कम संसाधनों की आवश्यकता होगी।
- स्मार्ट पिल्स: ‘स्मार्ट पिल्स’ शब्द नैनो-स्तरीय इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को संदर्भित करता है जो फार्मास्युटिकल पिल्स की तरह आकार और डिज़ाइन किए जाते हैं लेकिन सेंसिंग, इमेजिंग और दवा वितरण जैसे अधिक उन्नत कार्य करते हैं। नैनोटेक्नोलॉजी ने पहले विभिन्न प्रकार की स्मार्ट गोलियां विकसित करने में मदद की है, जैसे कि पिलकैम, एक लघु वीडियो कैमरा वाला कैप्सूल और खुराक-ट्रैकिंग गोलियां।
- नैनोबॉट्स: नैनोबॉट्स सूक्ष्म पैमाने के रोबोट हैं, जो अनिवार्य रूप से लघु सर्जन के रूप में काम करते हैं। इंट्रासेल्युलर संरचनाओं की मरम्मत और प्रतिस्थापन के लिए उन्हें शरीर में डाला जा सकता है। वे आनुवांशिकी में कमी को ठीक करने के लिए खुद को दोहरा सकते हैं या डीएनए अणुओं को प्रतिस्थापित करके बीमारियों को भी खत्म कर सकते हैं। यह संपत्ति अभी भी विकासाधीन है।
- नैनोफाइबर : नैनोफाइबर का उपयोग घाव ड्रेसिंग और सर्जिकल वस्त्रों के साथ-साथ प्रत्यारोपण, ऊतक इंजीनियरिंग और कृत्रिम अंग घटकों में किया जा रहा है। वैज्ञानिक ‘स्मार्ट बैंडेज’ विकसित करने पर काम कर रहे हैं, जो घाव स्थल पर छोड़ दिए जाने पर घाव ठीक होने पर खुद ही ऊतकों में समा जाएंगे। इन स्मार्ट पट्टियों में एंबेडेड नैनोफाइबर में क्लॉटिंग एजेंट, एंटीबायोटिक्स और यहां तक कि संक्रमण के संकेतों का पता लगाने के लिए सेंसर भी शामिल हो सकते हैं।
- कोविड -19 : कोविड-19 के छवि-आधारित और नैदानिक निदान के लिए, नैनोमटेरियल्स अपने अद्वितीय ऑप्टिकल, इलेक्ट्रॉनिक, चुंबकीय और यांत्रिक गुणों के कारण आशाजनक सब्सट्रेट के रूप में उभर रहे हैं। वायरल का पता लगाने के लिए जिन नैनोमटेरियल्स को प्रस्तावित किया गया है उनमें धातु, सिलिका और पॉलिमरिक नैनोकण, क्वांटम डॉट्स और कार्बन नैनोट्यूब शामिल हैं।
खाद्य उद्योग:
- नैनोटेक्नोलॉजी सुरक्षित और बेहतर गुणवत्ता वाले भोजन और भोजन की बेहतर बनावट और स्वाद की क्षमता प्रदान करती है।
- एक संदूषण सेंसर, प्रकाश की फ्लैश का उपयोग करके ई-कोलाई की उपस्थिति को प्रकट कर सकता है।
- दालचीनी या अजवायन के तेल या जस्ता, कैल्शियम आदि के नैनोकणों से बनी रोगाणुरोधी पैकेजिंग बैक्टीरिया को मार सकती है।
- नैनो-एन्हांस्ड बैरियर ऑक्सीजन-संवेदनशील भोजन को ताज़ा रख सकता है।
- नैनो-एनकैप्सुलेटिंग विटामिन, एंटीऑक्सिडेंट, स्वस्थ ओमेगा आदि की घुलनशीलता में सुधार कर सकता है।
- लॉबस्टर शैल या जैविक मकई से बने नैनो-फाइबर बायोडिग्रेडेबल होने के साथ-साथ रोगाणुरोधी पैकेजिंग की अनुमति दे सकते हैं।
- नैनोबारकोड का उपयोग व्यक्तिगत उत्पादों को टैग करने और प्रकोप का पता लगाने के लिए किया जाता है।
ई इलेक्ट्रॉनिक घटक:
- कंप्यूटर पहले से ही नैनोस्केल पर काम कर रहे हैं।
- नैनोटेक्नोलॉजी ने इलेक्ट्रॉनिक घटकों की क्षमता में काफी सुधार किया है:
- एकीकृत सर्किट के ट्रांजिस्टर के आकार को कम करना
- इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की डिस्प्ले स्क्रीन में सुधार करना
- इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की बिजली की खपत, वजन और मोटाई कम करना।
कुशल ऊर्जा:
- यह तकनीक मौजूदा सौर पैनलों की दक्षता में सुधार कर सकती है। यह सौर पैनलों की निर्माण प्रक्रिया को सस्ता और कुशल भी बना सकता है।
- यह ईंधन उत्पादन और पेट्रोलियम पदार्थों की खपत की दक्षता में सुधार कर सकता है।
- इसका उपयोग पहले से ही कई बैटरियों में किया जा रहा है जो कम ज्वलनशील, कुशल, तेजी से चार्ज होने वाली और हल्की और उच्च शक्ति घनत्व वाली हैं।
- मोटे तौर पर, इसमें ऊर्जा की कम खपत के साथ मौजूदा प्रौद्योगिकियों को अधिक कुशल बनाने की क्षमता है।
कपड़ा उद्योग:
- नैनोटेक्नोलॉजी ने पहले ही कपड़ा उद्योग में क्रांतिकारी बदलाव किए हैं और अनुमान है कि इससे सैकड़ों अरब डॉलर का बाजार प्रभाव पड़ेगा।
- नैनोसाइंस ने अब दाग और झुर्रियाँ प्रतिरोधी कपड़े का उत्पादन किया है और मौजूदा नवाचारों में और सुधार हो सकता है।
पर्यावरण:
- नैनोटेक्नोलॉजी में कई पर्यावरण-अनुकूल अनुप्रयोग हैं।
- इसमें प्रदूषण की वर्तमान समस्या का समाधान करने की क्षमता है।
- यह अशुद्धियों का तेजी से पता लगाकर और पानी के शुद्धिकरण के माध्यम से किफायती, स्वच्छ पेयजल उपलब्ध करा सकता है।
- नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग भूजल में औद्योगिक जल प्रदूषकों को रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से मौजूदा तरीकों की तुलना में सस्ती दर पर हटाने के लिए किया जा सकता है, जिनके उपचार के लिए भूजल को पंप करने की आवश्यकता होती है।
- नैनोटेक्नोलॉजी सेंसर और समाधानों में हवा और मिट्टी में हानिकारक रासायनिक या जैविक एजेंटों का पता लगाने, पहचानने, फ़िल्टर करने और बेअसर करने की क्षमता भी है।
परिवहन:
- नैनोटेक्नोलॉजी हल्के, स्मार्ट, कुशल और हरित ऑटोमोबाइल, विमान और जहाजों के निर्माण में योगदान देती है।
- यह परिवहन बुनियादी ढांचे में सुधार के लिए विभिन्न तरीकों की भी अनुमति देता है जैसे राजमार्ग और अन्य बुनियादी ढांचे के घटकों की लचीलापन और दीर्घायु प्रदान करना।
- नैनोस्केल सेंसर और उपकरण पुलों, रेलों, सुरंगों आदि की स्थिति और प्रदर्शन की सस्ती और प्रभावी संरचनात्मक निगरानी भी प्रदान कर सकते हैं। वे परिवहन बुनियादी ढांचे को भी बढ़ा सकते हैं जो ड्राइवरों को टकराव और भीड़ से बचने, लेन की स्थिति बनाए रखने आदि में मदद करता है।
अंतरिक्ष:
- कार्बन नैनोट्यूब से बनी सामग्री संरचनात्मक ताकत को बनाए रखने या बढ़ाने के साथ-साथ अंतरिक्ष यान के वजन को कम कर सकती है।
- इनका उपयोग अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए आवश्यक केबल बनाने के लिए भी किया जा सकता है। अंतरिक्ष लिफ्ट सामग्री को कक्षा में भेजने की लागत को काफी कम कर सकते हैं।
- जीवन समर्थन प्रणाली के प्रदर्शन को देखने के लिए अंतरिक्ष यान में रसायनों की निगरानी के लिए नैनोसेंसर का उपयोग किया जा सकता है।
कृषि:
- नैनोकैप्सूल पौधे के लक्षित हिस्से में जड़ी-बूटियों, रासायनिक उर्वरकों और जीनों के प्रभावी प्रवेश को सक्षम कर सकता है। यह न्यूनतम पर्यावरणीय प्रदूषण के साथ पौधों को आवश्यक पदार्थ की धीमी और निरंतर रिहाई सुनिश्चित करता है।
- नैनोसेंसर और वितरण प्रणालियाँ पानी, पोषक तत्वों, रसायनों आदि जैसे प्राकृतिक संसाधनों के कुशल उपयोग के माध्यम से सटीक खेती की अनुमति दे सकती हैं।
- नैनोसेंसर पौधों के वायरस और मिट्टी के पोषक तत्वों के स्तर का भी पता लगा सकते हैं।
- कृषि उपज की गुणवत्ता की निगरानी के लिए नैनो-बारकोड और नैनो-प्रसंस्करण का भी उपयोग किया जा सकता है।
परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) Atomic force microscopy (AFM)
- परमाणु बल माइक्रोस्कोपी ( एएफएम ) या स्कैनिंग बल माइक्रोस्कोपी ( एसएफएम ) स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी (एसपीएम) का एक बहुत ही उच्च-रिज़ॉल्यूशन प्रकार है, जिसमें नैनोमीटर के अंशों के क्रम पर प्रदर्शित रिज़ॉल्यूशन, ऑप्टिकल विवर्तन से 1000 गुना से अधिक बेहतर है। सीमा.
- जानकारी एक यांत्रिक जांच के साथ सतह को ” महसूस” या “स्पर्श” करके एकत्र की जाती है। पीजोइलेक्ट्रिक तत्व जो (इलेक्ट्रॉनिक) कमांड पर छोटे लेकिन सटीक और सटीक आंदोलनों की सुविधा प्रदान करते हैं, सटीक स्कैनिंग सक्षम करते हैं।
- एएफएम में तीन प्रमुख क्षमताएं हैं : बल माप, इमेजिंग और हेरफेर।
- बल माप में , एएफएम का उपयोग जांच और नमूने के बीच उनके पारस्परिक पृथक्करण के कार्य के रूप में बलों को मापने के लिए किया जा सकता है। इसे बल स्पेक्ट्रोस्कोपी करने के लिए, नमूने के यांत्रिक गुणों को मापने के लिए लागू किया जा सकता है, जैसे कि नमूने का यंग मापांक, कठोरता का एक माप।
- इमेजिंग के लिए , नमूने पर लगाए गए बलों के प्रति जांच की प्रतिक्रिया का उपयोग उच्च रिज़ॉल्यूशन पर नमूना सतह के त्रि-आयामी आकार (स्थलाकृति) की छवि बनाने के लिए किया जा सकता है। यह टिप के संबंध में नमूने की स्थिति को रैस्टर स्कैन करके और जांच की ऊंचाई को रिकॉर्ड करके प्राप्त किया जाता है जो निरंतर जांच-नमूना इंटरैक्शन से मेल खाती है (अधिक विवरण के लिए एएफएम में अनुभाग स्थलाकृतिक इमेजिंग देखें)। सतह स्थलाकृति को आमतौर पर छद्म रंग प्लॉट के रूप में प्रदर्शित किया जाता है।
- हेरफेर में , टिप और नमूने के बीच की ताकतों का उपयोग नमूने के गुणों को नियंत्रित तरीके से बदलने के लिए भी किया जा सकता है। इसके उदाहरणों में परमाणु हेरफेर, स्कैनिंग जांच लिथोग्राफी और कोशिकाओं की स्थानीय उत्तेजना शामिल हैं।
ऊतक नैनो-संक्रमण (Tissue Nano-transfection)
- ऊतक नैनोट्रांसफ़ेक्शन ( टीएनटी ) एक इलेक्ट्रोपोरेशन-आधारित तकनीक है जो नैनोस्केल पर जीन और ड्रग कार्गो डिलीवरी या ट्रांसफ़ेक्शन में सक्षम है। इसके अलावा, टीएनटी एक मचान-रहित ऊतक इंजीनियरिंग (टीई) तकनीक है जिसे सेलुलर या ऊतक स्तर के अनुप्रयोगों के आधार पर केवल कोशिका या ऊतक उत्प्रेरण माना जा सकता है। अभिकर्मक विधि शीर्ष पर ऊतकों तक कार्गो पहुंचाने के लिए नैनोचैनल का उपयोग करती है।
- नई तकनीक, जिसे टिश्यू नैनो-ट्रांसफ़ेक्शन कहा जाता है , एक छोटे उपकरण पर आधारित है जो जीवित शरीर की त्वचा की सतह पर बैठता है।
- फिर एक तीव्र, केंद्रित विद्युत क्षेत्र को पूरे उपकरण पर लागू किया जाता है, जिससे यह जीन को इसके नीचे की त्वचा कोशिकाओं तक पहुंचाने की अनुमति देता है – उन्हें विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में बदल देता है।
- जब क्षतिग्रस्त ऊतकों की मरम्मत की बात आती है तो यह एक रोमांचक विकास प्रदान करता है, जो रोगी के स्वयं के ऊतकों को “बायोरिएक्टर” में बदलने की संभावना प्रदान करता है ताकि या तो आस-पास के ऊतकों की मरम्मत के लिए या किसी अन्य साइट पर उपयोग के लिए कोशिकाओं का उत्पादन किया जा सके।
- यह एक मध्यस्थ चरण से बचता है जहां त्वचा कोशिकाओं को सीधे विभिन्न प्रकार की कार्यात्मक कोशिकाओं में बदलने के बजाय, कोशिकाओं को प्लुरिपोटेंट स्टेम कोशिकाओं के रूप में जाना जाता है। यह शरीर में एकल-चरणीय प्रक्रिया है।
- नया दृष्टिकोण कोशिका के एक बड़े क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र लागू करने या जीन वितरित करने के लिए वायरस के उपयोग पर निर्भर नहीं करता है।
ऊपर से नीचे और नीचे से ऊपर की विधियाँ (Top-down and Bottom-up methods)
- ऊपर से नीचे और नीचे से ऊपर की विधियाँ नैनोफैब्रिकेशन में उपयोग की जाने वाली दो प्रकार की विधियाँ हैं।
- नीचे से ऊपर का दृष्टिकोण ऊपर से नीचे के दृष्टिकोण की तुलना में अधिक लाभप्रद है क्योंकि पहले वाले में कम दोष, अधिक समरूप रासायनिक संरचना और बेहतर छोटी और लंबी दूरी के ऑर्डर के साथ नैनोस्ट्रक्चर का उत्पादन करने की बेहतर संभावना है।
- बॉटम -अप संश्लेषण विधि का तात्पर्य है कि नैनोसंरचनाओं को सब्सट्रेट पर परमाणुओं को एक-दूसरे पर रखकर संश्लेषित किया जाता है , जिससे क्रिस्टल विमानों का निर्माण होता है, क्रिस्टल तल आगे एक-दूसरे पर ढेर हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप नैनोसंरचनाओं का संश्लेषण होता है। इस प्रकार एक बॉटम-अप दृष्टिकोण को एक संश्लेषण दृष्टिकोण के रूप में देखा जा सकता है जहां नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स को सब्सट्रेट पर जोड़ा जाता है।
- एक टॉप-डाउन संश्लेषण विधि का तात्पर्य है कि नैनोस्ट्रक्चर को क्रिस्टल विमानों (क्रिस्टल विमानों को हटाकर) को खोदकर संश्लेषित किया जाता है जो पहले से ही सब्सट्रेट पर मौजूद हैं। इस प्रकार ऊपर से नीचे के दृष्टिकोण को एक ऐसे दृष्टिकोण के रूप में देखा जा सकता है जहां नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स को सब्सट्रेट से हटा दिया जाता है।
- आणविक स्व-संयोजन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा अणु किसी बाहरी स्रोत के मार्गदर्शन या प्रबंधन के बिना एक परिभाषित व्यवस्था अपनाते हैं। स्व-असेंबली दो प्रकार की होती है। ये इंट्रामॉलिक्यूलर सेल्फ-असेंबली और इंटरमॉलिक्युलर सेल्फ-असेंबली हैं।
- आणविक बीम एपिटैक्सी एक वाष्पीकरण प्रक्रिया है जो अच्छी तरह से नियंत्रित जमाव दरों से परत की मोटाई और संरचना की अत्यधिक नियमितता के यौगिकों के जमाव के लिए एक अति-उच्च वैक्यूम में की जाती है।
- धात्विक नैनोकणों का संचयन प्रसिद्ध अक्रिय गैस संघनन प्रक्रिया का उपयोग करके किया जा सकता है।
डिप पेन नैनोलिथोग्राफी (डीपीएन) Dip Pen Nanolithography (DPN)
- डिप पेन नैनोलिथोग्राफी (डीपीएन) एक स्कैनिंग जांच लिथोग्राफी तकनीक है जहां एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम) टिप का उपयोग विभिन्न प्रकार की स्याही के साथ पदार्थों की एक श्रृंखला पर सीधे पैटर्न बनाने के लिए किया जाता है । इस तकनीक का एक सामान्य उदाहरण सोने की सतह पर छाप लगाने के लिए अल्केन थिओलेट्स के उपयोग से मिलता है।
- यह तकनीक 100 नैनोमीटर से कम के पैमाने पर सतह पैटर्निंग की अनुमति देती है । डीपीएन डिप पेन (जिसे क्विल पेन भी कहा जाता है) का नैनोटेक्नोलॉजी एनालॉग है , जहां परमाणु बल माइक्रोस्कोप ब्रैकट की नोक एक “पेन” के रूप में कार्य करती है, जो एक रासायनिक यौगिक या मिश्रण के साथ लेपित होती है जो “स्याही” के रूप में कार्य करती है। एक सब्सट्रेट, “पेपर” के संपर्क में रखें।
- डीपीएन लचीले तरीके से सब्सट्रेट पर नैनोस्केल सामग्री के सीधे जमाव को सक्षम बनाता है। हाल की प्रगति ने 55,000 युक्तियों के द्वि-आयामी सरणियों का उपयोग करके बड़े पैमाने पर समानांतर पैटर्निंग का प्रदर्शन किया है।
- इस तकनीक के अनुप्रयोग वर्तमान में रसायन विज्ञान, सामग्री विज्ञान और जीवन विज्ञान तक फैले हुए हैं, और इसमें अल्ट्रा उच्च घनत्व जैविक नैनोएरे, और एडिटिव फोटोमास्क मरम्मत जैसे कार्य शामिल हैं।
नैनो कम्पोजिट(Nano Composite)
- नैनोकम्पोजिट एक बहुचरणीय ठोस सामग्री है जहां एक चरण में 100 नैनोमीटर से कम के एक, दो या तीन आयाम होते हैं या सामग्री बनाने वाले विभिन्न चरणों के बीच नैनो-स्केल दोहराव दूरी वाली संरचनाएं होती हैं।
- नैनोकम्पोजिट के पीछे का विचार अभूतपूर्व लचीलेपन और उनके भौतिक गुणों में सुधार के साथ नई सामग्रियों को डिजाइन करने और बनाने के लिए नैनोमीटर रेंज में आयामों के साथ बिल्डिंग ब्लॉक्स का उपयोग करना है।
- व्यापक अर्थ में, इस परिभाषा में झरझरा मीडिया, कोलाइड्स, जैल और कॉपोलिमर शामिल हो सकते हैं, लेकिन आमतौर पर इसे थोक मैट्रिक्स और नैनो-आयामी चरण के ठोस संयोजन के रूप में लिया जाता है, जो संरचना में असमानताओं के कारण गुणों में भिन्न होते हैं और रसायन विज्ञान। नैनोकम्पोजिट के यांत्रिक, विद्युत, थर्मल, ऑप्टिकल, इलेक्ट्रोकेमिकल, उत्प्रेरक गुण घटक सामग्रियों से स्पष्ट रूप से भिन्न होंगे।
- नैनोकम्पोजिट प्रकृति में पाए जाते हैं , उदाहरण के लिए अबालोन खोल और हड्डी की संरचना में।
- नैनोकण-समृद्ध सामग्रियों का उपयोग इन सामग्रियों की भौतिक और रासायनिक प्रकृति की समझ से बहुत पहले का है।
- यांत्रिक शब्दों में, सुदृढ़ीकरण चरण के असाधारण उच्च सतह से आयतन अनुपात और/या इसके असाधारण उच्च पहलू अनुपात के कारण नैनोकम्पोजिट पारंपरिक मिश्रित सामग्रियों से भिन्न होते हैं। सुदृढ़ीकरण सामग्री कणों (जैसे खनिज), चादरों (जैसे एक्सफ़ोलीएटेड मिट्टी के ढेर), या फाइबर (जैसे कार्बन नैनोट्यूब या इलेक्ट्रोस्पन फाइबर) से बनी हो सकती है। मैट्रिक्स और सुदृढीकरण चरण(चरणों) के बीच इंटरफ़ेस का क्षेत्र आम तौर पर पारंपरिक मिश्रित सामग्रियों की तुलना में अधिक परिमाण का एक क्रम है। सुदृढीकरण के आसपास मैट्रिक्स सामग्री गुण महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होते हैं।
- सुदृढीकरण सतह क्षेत्र की इस बड़ी मात्रा का मतलब है कि नैनोस्केल सुदृढीकरण की अपेक्षाकृत छोटी मात्रा समग्र के मैक्रो स्केल गुणों पर एक अवलोकनीय प्रभाव डाल सकती है । उदाहरण के लिए, कार्बन नैनोट्यूब जोड़ने से विद्युत और तापीय चालकता में सुधार होता है।
नैनो-रोबोट (नैनोबोट्स) Nano-Robots (Nanobots)
- नैनोरोबोटिक्स नैनोस्केल पर मशीनें या रोबोट बनाने की तकनीक का वर्णन करता है।
- ‘नैनोबोट’ इंजीनियर्ड नैनो मशीनों को संदर्भित करने वाला एक अनौपचारिक शब्द है।
- नैनोबॉट ऐसे रोबोट हैं जो एक बहुत ही विशिष्ट कार्य करते हैं और ~50-100 एनएम चौड़े होते हैं।
- इनका उपयोग दवा वितरण के लिए बहुत प्रभावी ढंग से किया जा सकता है।
- आम तौर पर, रोग-प्रभावित क्षेत्र तक पहुंचने से पहले दवाएं पूरे शरीर पर काम करती हैं।
- नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग करके, दवा को एक सटीक स्थान पर लक्षित किया जा सकता है जो दवा को अधिक प्रभावी बना देगा और संभावित दुष्प्रभावों की संभावना को कम कर देगा।
क्वांटम डॉट्स (क्यूडी) Quantum Dots (QDs)
- क्वांटम डॉट्स (क्यूडी) मानव निर्मित नैनोस्केल क्रिस्टल हैं जो इलेक्ट्रॉनों का परिवहन कर सकते हैं।
- क्वांटम डॉट्स कुछ नैनोमीटर आकार के अर्धचालक कण होते हैं, जिनमें ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुण होते हैं जो क्वांटम यांत्रिकी के कारण बड़े कणों से भिन्न होते हैं।
- जब यूवी प्रकाश इन अर्धचालक नैनोकणों से टकराता है, तो वे विभिन्न रंगों का प्रकाश उत्सर्जित कर सकते हैं।
- ये कृत्रिम अर्धचालक नैनोकण जिनका अनुप्रयोग कंपोजिट, सौर कोशिकाओं और फ्लोरोसेंट जैविक लेबल में पाया गया है।
नैनोसेंसर (Nanosensors)
- नैनोसेंसर नैनोस्केल उपकरण हैं जो भौतिक मात्राओं को मापते हैं और इन्हें संकेतों में परिवर्तित करते हैं जिनका पता लगाया और विश्लेषण किया जा सकता है।
- नैनोसेंसर रासायनिक या यांत्रिक सेंसर होते हैं जिनका उपयोग रासायनिक प्रजातियों और नैनोकणों की उपस्थिति का पता लगाने या नैनोस्केल पर तापमान जैसे भौतिक मापदंडों की निगरानी करने के लिए किया जा सकता है।
- आज नैनोसेंसर बनाने के कई तरीके प्रस्तावित हैं; इनमें टॉप-डाउन लिथोग्राफी, बॉटम-अप असेंबली और आणविक स्व-असेंबली शामिल हैं।
- नैनोसेंसर के कुछ उपयोग हैं: –
- चिकित्सा निदान और न्यूरोफिज़ियोलॉजी को समझने में ;
- प्रदूषण निगरानी में विभिन्न रसायनों का पता लगाने के लिए;-
- तापमान, आर्द्रता, विस्थापन, आदि की निगरानी करने के लिए ;-
- पादप जीव विज्ञान को समझने के लिए पादप सिग्नलिंग और चयापचय की निगरानी करना ।
इकोफैगी ( ग्रे गू ) Ecophagy (Grey Goo)
- इकोफैगी रॉबर्ट फ्रीटास द्वारा गढ़ा गया एक शब्द है जिसका अर्थ है एक पारिस्थितिकी तंत्र की शाब्दिक खपत ।
- फ़्रीटास ने इस शब्द का उपयोग उस परिदृश्य का वर्णन करने के लिए किया जिसमें आणविक नैनो प्रौद्योगिकी गड़बड़ा गई थी । इस स्थिति में (जिसे ग्रे गू परिदृश्य कहा जाता है ) नियंत्रण से बाहर स्व-प्रतिकृति नैनोरोबोट पूरे पारिस्थितिक तंत्र का उपभोग करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप वैश्विक इकोफैगी होती है ।
- हालाँकि, शब्द “इकोफैगी” अब आम तौर पर किसी भी घटना के संदर्भ में उपयोग किया जाता है – परमाणु युद्ध, मोनोकल्चर का प्रसार, बड़े पैमाने पर प्रजातियों का विलुप्त होना – जो ग्रह को मौलिक रूप से बदल सकता है।
- मूल विचार में यह माना गया था कि मशीनों को इस क्षमता के लिए डिज़ाइन किया गया था, जबकि लोकप्रिय धारणाओं में यह माना गया है कि मशीनें किसी तरह दुर्घटनावश यह क्षमता हासिल कर सकती हैं।
- मैक्रोस्कोपिक किस्म की स्व-प्रतिकृति मशीनों को मूल रूप से गणितज्ञ जॉन वॉन न्यूमैन द्वारा वर्णित किया गया था, और कभी-कभी उन्हें वॉन न्यूमैन मशीन या क्लैंकिंग रेप्लिकेटर के रूप में जाना जाता है।
ग्राफीन (Graphene)
- ग्राफीन को इसकी ताकत, विद्युत चालकता और लोच को देखते हुए वैश्विक इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में “चमत्कारिक सामग्री” के रूप में देखा गया है , और 2004 में इसकी खोज के बाद से इसे लिथियम-आयन बैटरी के विकल्प के रूप में देखा गया है।
- यह कार्बन का एक रूप है जिसका उपयोग छोटी, पतली लेकिन उच्च क्षमता वाली बैटरी विकसित करने के लिए किया जा सकता है।
- ग्राफीन कार्बन का एक एलोट्रोप (रूप) है जिसमें हेक्सागोनल जाली में व्यवस्थित कार्बन परमाणुओं की एक परत होती है।
- यह लगभग पारदर्शी है.
- यह कार्बन के कई अन्य अपरूपों, जैसे ग्रेफाइट, चारकोल, कार्बन नैनोट्यूब और फुलरीन का मूल संरचनात्मक तत्व है।
- इसकी पतली संरचना और उच्च चालकता का मतलब है कि इसका उपयोग लघु इलेक्ट्रॉनिक्स से लेकर बायोमेडिकल उपकरणों तक के अनुप्रयोगों में किया जाता है।
- ये गुण पतले तार कनेक्शन को भी सक्षम बनाते हैं; कंप्यूटर, सौर पैनल, बैटरी, सेंसर और अन्य उपकरणों के लिए व्यापक लाभ प्रदान करना।
- कार्बन की एक -परमाणु-मोटी शीट सिलिकॉन की तुलना में बेहतर इलेक्ट्रॉनों का संचालन करती हैं और इन्हें तेज़, कम-शक्ति वाले ट्रांजिस्टर में बनाया गया है। शोधकर्ताओं ने ग्राफीन की आंतरिक शक्ति को मापा है, और उन्होंने पुष्टि की है कि यह अब तक परीक्षण की गई सबसे मजबूत सामग्री है।
- अनुप्रयोग:
- ग्राफीन का उपयोग व्यापक रूप से सौर सेल, प्रकाश उत्सर्जक डायोड, टच पैनल और स्मार्ट विंडो बनाने में किया जाता है। ग्राफीन सुपरकैपेसिटर पारंपरिक इलेक्ट्रोलाइटिक बैटरियों की तुलना में तेज़ चार्जिंग और लंबे जीवन काल की क्षमता वाले ऊर्जा भंडारण उपकरणों के रूप में काम करते हैं।
- ग्राफीन के अन्य संभावित अनुप्रयोगों में जल निस्पंदन और शुद्धिकरण, नवीकरणीय ऊर्जा, सेंसर, व्यक्तिगत स्वास्थ्य देखभाल और चिकित्सा शामिल हैं।
कार्बन नैनोट्यूब (Carbon Nanotubes)
कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) कार्बन का एक एलोट्रोप (आइसोटोप नहीं) हैं।
- वे बेलनाकार कार्बन अणुओं का रूप लेते हैं और उनमें नवीन गुण होते हैं जो उन्हें नैनो टेक्नोलॉजी, इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑप्टिक्स और सामग्री विज्ञान के अन्य क्षेत्रों में विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में संभावित रूप से उपयोगी बनाते हैं।
- वे असाधारण ताकत और अद्वितीय विद्युत गुण प्रदर्शित करते हैं और गर्मी के कुशल संवाहक हैं ।
- अकार्बनिक नैनोट्यूब को भी संश्लेषित किया गया है।
- नैनोट्यूब फुलरीन संरचनात्मक परिवार के सदस्य हैं , जिसमें बकीबॉल भी शामिल हैं ।
- जबकि बकीबॉल आकार में गोलाकार होते हैं , एक नैनोट्यूब बेलनाकार होता है, जिसका कम से कम एक सिरा आमतौर पर बकीबॉल संरचना के गोलार्ध से ढका होता है।
- उनका नाम उनके आकार से लिया गया है, क्योंकि नैनोट्यूब का व्यास कुछ नैनोमीटर ( मानव बाल की चौड़ाई से लगभग 50,000 गुना छोटा) के क्रम पर होता है , जबकि उनकी लंबाई कई मिलीमीटर तक हो सकती है।
- नैनोट्यूब के दो मुख्य प्रकार हैं: एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब (SWNTs) और बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब (MWNTs)।
फुलरीन (Fullerenes)
बकमिनस्टरफुलरीन C60 , जिसे बकीबॉल के नाम से भी जाना जाता है, फुलरीन नामक कार्बन संरचनाओं का एक प्रतिनिधि सदस्य है। फुलरीन परिवार के सदस्य नैनोटेक्नोलॉजी छत्र के अंतर्गत आने वाले शोध का एक प्रमुख विषय हैं।
फुलरीन को उनके आकार के कारण बकीबॉल भी कहा जाता है।
- बकीबॉल का उपयोग एलर्जी प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न मुक्त कणों को फंसाने और एलर्जी प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप होने वाली सूजन को रोकने के लिए किया जा सकता है।
- बकीबॉल के एंटीऑक्सीडेंट गुण मल्टीपल स्केलेरोसिस के कारण मोटर फ़ंक्शन की गिरावट से लड़ने में सक्षम हो सकते हैं।
- बकीबॉल, नैनोट्यूब और पॉलिमर को मिलाकर सस्ते सौर सेल तैयार किए जाते हैं जिन्हें केवल सतह को पेंट करके बनाया जा सकता है।
- बकीबॉल का उपयोग हाइड्रोजन को संग्रहित करने के लिए किया जा सकता है , संभवतः ईंधन सेल से चलने वाली कारों के लिए ईंधन टैंक के रूप में।
- बकीबॉल जल प्रणालियों में पाइपों और झिल्लियों में बैक्टीरिया की वृद्धि को कम करने में सक्षम हो सकते हैं।
- शोधकर्ता एचआईवी अणु के उस हिस्से को फिट करने के लिए बकीबॉल को संशोधित करने का प्रयास कर रहे हैं जो प्रोटीन से बंधता है, संभवतः वायरस के प्रसार को रोकता है।
- अकार्बनिक (टंगस्टन डाइसल्फ़ाइड) बकीबॉल से बुलेटप्रूफ जैकेट बनाना।