बैक्टीरिया जो एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (SWCNTs) को ग्रहण करते हैं, वे सामान्य रूप से विभाजित होते रहते हैं और यहां तक कि परिणामी अतिरिक्त क्षमताओं को अपने वंशजों तक पहुंचाते हैं। यह परिणाम, जिसे हाल ही में स्विट्जरलैंड में ईपीएफएल के शोधकर्ताओं द्वारा प्रदर्शित किया गया था, एक नए क्षेत्र का आधार बनता है जिसे वे "विरासत में मिली नैनोबायोनिक्स" कहते हैं। शोधकर्ताओं का मानना है कि संशोधित बैक्टीरिया का उपयोग जीवित फोटोवोल्टिक बनाने के लिए किया जा सकता है - ऊर्जा उत्पादक उपकरण जो वे कहते हैं कि "हमारे चल रहे ऊर्जा संकट और जलवायु परिवर्तन के खिलाफ प्रयासों का वास्तविक समाधान" प्रदान कर सकते हैं।
SWCNTs लगभग 1 एनएम के कुल व्यास के साथ केवल एक परमाणु मोटी कार्बन की लुढ़की हुई चादरें हैं। वे उत्कृष्ट विद्युत, ऑप्टिकल और यांत्रिक गुणों का दावा करते हैं जो उन्हें नैनोबायोटेक्नोलॉजी के क्षेत्र में कई अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाते हैं। उदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं ने नैनोट्यूब द्वारा उत्सर्जित निकट-अवरक्त प्रकाश का उपयोग करके चयापचय की निगरानी के लिए इन नैनोस्ट्रक्चर को स्तनधारी कोशिकाओं में रखा है। उत्सर्जित प्रकाश का उपयोग शरीर के अंदर गहरे जैविक ऊतक की छवि बनाने और चिकित्सीय दवाओं को कोशिकाओं में पहुंचाने में मदद करने के लिए भी किया जा सकता है। पादप कोशिकाओं में, SWCNTs का उपयोग जीनोम को संपादित करने के लिए भी किया गया है।
SWCNT टेक-अप निष्क्रिय, लंबाई पर निर्भर और चयनात्मक है
नए काम में, शोधकर्ताओं के नेतृत्व में अर्देमिस बोगोसियन SWCNTs को सकारात्मक रूप से चार्ज प्रोटीन कोटिंग के साथ लपेटकर शुरू किया गया। नैनोसंरचना तब उनके द्वारा अध्ययन की गई जीवाणु कोशिकाओं के आस-पास नकारात्मक रूप से आवेशित बाहरी झिल्लियों के साथ बातचीत करने में सक्षम थी, जो जीनस से आती हैं सिनेकोसिस्टिस और Nostos. पूर्व एककोशिकीय और गोलाकार है जबकि बाद वाला बहुकोशिकीय है और इसमें सांप जैसा आकार है। दोनों ग्राम-नकारात्मक बैक्टीरिया हैं (तथाकथित क्योंकि उनके पास एक पतली कोशिका भित्ति के साथ-साथ एक अतिरिक्त बाहरी झिल्ली होती है, जिसका अर्थ है कि वे एक सामान्य परीक्षण में प्रयुक्त डाई को बरकरार नहीं रखते हैं जिसे ग्राम दाग के रूप में जाना जाता है), और वे संबंधित हैं साइनोबैक्टीरीया संघ। जीवाणुओं का यह समूह पौधों की तरह प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से अपनी ऊर्जा प्राप्त करता है।
बोगोसियन और उनके सहयोगियों ने पाया कि दोनों सिनेकोसिस्टिस और Nostos SWCNTs को एक निष्क्रिय, लंबाई-निर्भर और चयनात्मक प्रक्रिया के माध्यम से लिया जो नैनोकणों को सूक्ष्मजीवों की कोशिका भित्ति में अनायास प्रवेश करने की अनुमति देता है। उन्होंने यह भी पता लगाया कि नैनोट्यूब को इन्फ्रारेड में बहुत स्पष्ट रूप से चित्रित किया जा सकता है क्योंकि वे विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के इस क्षेत्र में प्रतिदीप्त होते हैं। वास्तव में, इस प्रकाश उत्सर्जन ने शोधकर्ताओं को यह देखने की अनुमति दी कि जब वे विभाजित होते हैं तो SWCNTs बैक्टीरिया की तथाकथित बेटी कोशिकाओं को पारित किए जा रहे थे। इस प्रकार बेटी कोशिकाएं नैनोट्यूब के असाधारण गुणों को प्राप्त करती हैं।
कृत्रिम अंग की तरह
"हम इसे 'विरासत में मिली नैनोबायोनिक्स' कहते हैं," बोघोसियन बताते हैं। "यह एक कृत्रिम अंग होने जैसा है जो आपको स्वाभाविक रूप से प्राप्त करने की क्षमता से परे क्षमता प्रदान करता है। और अब कल्पना कीजिए कि आपके बच्चे पैदा होने पर इसके गुण आपसे प्राप्त कर सकते हैं। हमने न केवल बैक्टीरिया को यह कृत्रिम व्यवहार दिया, बल्कि यह व्यवहार उनके वंशजों को भी विरासत में मिला है।
और इतना ही नहीं था: शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि नैनोट्यूब युक्त बैक्टीरिया बिना नैनोट्यूब वाले बैक्टीरिया की तुलना में प्रकाश से प्रकाशित होने पर काफी अधिक मात्रा में बिजली उत्पन्न करते हैं। "इस तरह के 'जीवित फोटोवोल्टिक्स' कार्बन पदचिह्न से लाभान्वित होते हैं जो नकारात्मक है - वे कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ने के बजाय सक्रिय रूप से लेते हैं," बोगोसियन बताते हैं भौतिकी की दुनिया. "यह पारंपरिक फोटोवोल्टिक के विपरीत है, जो हमारे सबसे प्रचुर ऊर्जा स्रोत - सूर्य का लाभ उठाते हुए - निर्माण चरण के दौरान बहुत अधिक कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न करता है।" वह कहती हैं, यह फोटोवोल्टाइक्स का "गंदा रहस्य" है।
जीवित फोटोवोल्टिक्स के अन्य महत्वपूर्ण लाभ भी हैं: उनके पास प्रकाश अवशोषण को अनुकूलित करने के लिए स्वचालित तंत्र हैं; स्वयं मरम्मत कर सकते हैं; और महत्वपूर्ण बात यह है कि पुनरुत्पादन कर सकते हैं, वह आगे बढ़ती है। "आपको प्रत्येक व्यक्तिगत सेल के निर्माण के लिए कारखाने के निर्माण के बारे में चिंता करने की आवश्यकता नहीं है। ये कोशिकाएं कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करती हैं जो वे स्वचालित रूप से मरम्मत और खुद को और अधिक बनाने के लिए लेते हैं। वे पृथ्वी-प्रचुर मात्रा में सामग्री पर भरोसा करते हैं, और वे सस्ते होते हैं। यह एक भौतिक विज्ञान का सपना है।"
उपयेाग क्षेत्र
कार्य, जिसमें विस्तृत है प्रकृति नैनो प्रौद्योगिकी, उन अनुप्रयोगों को हाइलाइट करता है जो प्रकाश-कटाई के साथ-साथ प्रतिदीप्ति इमेजिंग पर ध्यान केंद्रित करते हैं। "इमेजिंग, उदाहरण के लिए, न केवल हमें पीढ़ियों में कोशिकाओं को ट्रैक करने की अनुमति देता है, हम इस तकनीक का उपयोग जीवित और निर्जीव कोशिकाओं और विभिन्न प्रकार के सेल के बीच अंतर करने में भी सक्षम हैं।" बोगोसियन कहते हैं।
ग्रैफेन 'ड्रम' अलग-अलग बैक्टीरिया से कंपन उठाते हैं
नैनोट्यूब द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के कारण शोधकर्ता कोशिका विभाजन के बाद जीवाणु झिल्ली के विभिन्न भागों के गठन को भी ट्रैक कर सकते हैं और कोशिकाओं के अंदर भौतिक रासायनिक परिवर्तनों की निगरानी कर सकते हैं। "इस एप्लिकेशन के बारे में विशेष बात यह है कि उत्सर्जित प्रकाश उस प्रकाश से अलग है जो स्वाभाविक रूप से कोशिकाओं द्वारा उत्सर्जित होता है, इसलिए हमें हस्तक्षेप करने वाले संकेतों के बारे में चिंता करने की ज़रूरत नहीं है, जो ऐसी अन्य तकनीकों को सीमित करते हैं," बोगॉसियन कहते हैं।
इस तरह से बैक्टीरिया में सीएनटी को पेश करने में सक्षम होने से चिकित्सीय या डीएनए वितरण में नए अनुप्रयोग भी हो सकते हैं जो पहले मुश्किल-से-घुसने वाली बैक्टीरिया सेल दीवारों से बाधित थे।
ईपीएफएल टीम अब अपने डीएनए को संशोधित करके बिजली पैदा करने के लिए अपने बैक्टीरिया कोशिकाओं को फिर से प्रोग्रामिंग करने के तरीकों का अध्ययन कर रही है। बोगोसियन समझाते हैं, "हल्का संचय करने वाले जीव बिजली पैदा करने में स्वाभाविक रूप से बहुत कुशल नहीं होते हैं।" "ऐसा इसलिए है क्योंकि वे प्रकृति द्वारा जीवित रहने के लिए इंजीनियर हैं, फोटोवोल्टिक नहीं। सिंथेटिक बायोलॉजी के हालिया विस्तार के साथ, अब हम इन कोशिकाओं को फिर से तैयार करने की स्थिति में हैं ताकि वे आनुवंशिक रूप से बिजली पैदा करने के इच्छुक हों।"
