शोधकर्ताओं ने जीवित कोशिकाओं पर सोने के नैनोपैटर्न का टैटू बनवाया - फिजिक्स वर्ल्ड

एकल-कोशिका स्तर पर मानव शरीर के साथ इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑप्टिकल सेंसर को मर्ज करने की क्षमता एक दिन वास्तविक समय में व्यक्तिगत कोशिकाओं की दूरस्थ निगरानी और नियंत्रण को सक्षम कर सकती है। इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माण में प्रगति ने नैनोस्केल रिज़ॉल्यूशन के साथ ट्रांजिस्टर और सेंसर बनाना संभव बना दिया है, जबकि नवीन नैनोपैटर्निंग तकनीक इन उपकरणों को लचीले सब्सट्रेट पर असेंबल करने में सक्षम बनाती है। हालाँकि, ऐसी प्रक्रियाओं के लिए आम तौर पर कठोर रसायनों, उच्च तापमान या वैक्यूम तकनीकों की आवश्यकता होती है जो जीवित कोशिकाओं और ऊतकों के लिए अनुपयुक्त होते हैं।

इन बाधाओं को दूर करने के लिए, जॉन्स हॉपकिन्स विश्वविद्यालय की एक शोध टीम ने जीवित ऊतकों और कोशिकाओं पर सोने के नैनोपैटर्न मुद्रित करने के लिए एक गैर विषैले, उच्च-रिज़ॉल्यूशन और लागत प्रभावी प्रक्रिया विकसित की है। में अपने निष्कर्षों की रिपोर्ट करना नैनो पत्र, वे प्रदर्शित करते हैं कि नई तकनीक सोने के नैनोडॉट्स और नैनोवायरों की लचीली सरणियों के साथ जीवित कोशिकाओं और ऊतकों को "टैटू" कर सकती है। अंततः, इस विधि का उपयोग बायोनिक्स और बायोसेंसिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए जीवित ऊतकों के साथ स्मार्ट उपकरणों को एकीकृत करने के लिए किया जा सकता है।

टीम लीडर बताते हैं, "अगर हमारे पास पृथक कोशिकाओं के स्वास्थ्य को ट्रैक करने की तकनीक होती, तो हम शायद बहुत पहले ही बीमारियों का निदान और इलाज कर सकते थे और पूरे अंग के क्षतिग्रस्त होने तक इंतजार नहीं कर सकते थे।" डेविड ग्रेसियस एक प्रेस बयान में. “हम पिन के सिरे से दसियों गुना छोटी किसी जीवित वस्तु पर इलेक्ट्रॉनिक टैटू जैसा कुछ लगाने की बात कर रहे हैं। यह जीवित कोशिकाओं पर सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्स जोड़ने की दिशा में पहला कदम है।

शुक्रिया, लुओ गु और सहकर्मियों ने सोने के नैनोपैटर्न को जीवित कोशिकाओं से जोड़ने के लिए तीन चरण वाली नैनोट्रांसफर प्रिंटिंग प्रक्रिया तैयार की है। पहले चरण में, उन्होंने पॉलिमर-लेपित सिलिकॉन वेफर्स पर सोने के नैनोडॉट्स या नैनोवायरों की सरणी मुद्रित करने के लिए पारंपरिक नैनोइम्प्रिंट लिथोग्राफी (एनआईएल) का उपयोग किया। फिर उन्होंने पॉलिमर को भंग कर दिया, जिससे नैनोएरे को ग्लास कवरस्लिप्स पर स्थानांतरित करने के लिए मुक्त कर दिया गया।

इसके बाद, शोधकर्ताओं ने सोने की सतह को सिस्टेमाइन के साथ क्रियाशील किया और सोने की शून्य-सरणी को एल्गिनेट हाइड्रोजेल ट्रांसफर परत के साथ लेपित किया। उन्होंने दिखाया कि यह दृष्टिकोण ग्लास से नरम और लचीले हाइड्रोजेल पर 8 × 8 मिमी नैनोडॉट्स और नैनोवायरों को विश्वसनीय रूप से स्थानांतरित कर सकता है। अंतिम चरण में, जीवित कोशिकाओं या ऊतकों पर उनके स्थानांतरण को सक्षम करने के लिए सोने की शून्य-सरणी को जिलेटिन के साथ संयुग्मित किया जाता है। हाइड्रोजेल स्थानांतरण परत को अलग करने से सोने का पैटर्न उजागर हो जाता है।

शोधकर्ताओं ने एल्गिनेट हाइड्रोजेल पर 250 एनएम-व्यास सोने के डॉट्स (550 एनएम केंद्र-से-केंद्र रिक्ति) या 300 एनएम-चौड़े सोने के तारों (450 एनएम रिक्ति) की सरणी पर लगाए गए जीवित फ़ाइब्रोब्लास्ट कोशिकाओं के व्यवहार की जांच की। बीजारोपण के लगभग 24 घंटे बाद, नैनोवायर-मुद्रित हाइड्रोजेल पर कोशिकाएं अधिमानतः नैनोवायर के समानांतर स्थानांतरित हो गईं, जबकि नैनोडॉट्स पर कोशिकाओं ने यादृच्छिक, लेकिन थोड़ा तेज, प्रवासन प्रदर्शित किया। नैनोवायरों पर कोशिकाओं ने भी नैनोडॉट्स की तुलना में लगभग दोगुना बढ़ाव प्रदर्शित किया। ये निष्कर्ष सेल ओरिएंटेशन और माइग्रेशन को निर्देशित करने के लिए सोने की एनआईएल-सरणी की क्षमता को प्रदर्शित करते हैं।

कोशिकाओं और ऊतकों के साथ जैव-संगत होने के साथ-साथ, एल्गिनेट हाइड्रोजेल जीवित अंगों और कोशिकाओं पर सोने की शून्य-सरणी को भी स्थानांतरित कर सकता है। इसे प्रदर्शित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पूरे मस्तिष्क के सेरेब्रल कॉर्टेक्स और कोरोनल ब्रेन स्लाइस पर नैनोवायर-मुद्रित हाइड्रोजेल को तैनात किया।

कल्चर मीडिया में 2 घंटे और हाइड्रोजेल के पृथक्करण के बाद, नैनोवायर पूरे मस्तिष्क की सतह से जुड़े रहे। इसके विपरीत, मस्तिष्क के टुकड़े पर नैनोवायर चिपकते नहीं थे, जिससे पता चलता है कि आसंजन शक्ति विभिन्न कोशिका प्रकारों और संस्कृति विधियों के बीच भिन्न होती है। शोधकर्ताओं का कहना है कि मजबूत दीर्घकालिक संबंध के लिए आसंजन तंत्र को चिह्नित करने और अनुकूलित करने के लिए आगे के अध्ययन की आवश्यकता है।

अंत में, एकल-कोशिका स्तर पर बायोट्रांसफर प्रिंटिंग का आकलन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सोने की एनआईएल-सरणी-मुद्रित एल्गिनेट हाइड्रोजेल पर मोनोलेयर सेल शीट का संवर्धन किया। 24 घंटे के बाद, उन्होंने फ़ाइब्रोब्लास्ट-बीज वाले हाइड्रोजेल को जिलेटिन-लेपित कवरस्लिप्स पर पलट दिया और कोशिकाओं को रात भर कवरस्लिप्स से जुड़ने दिया।

एल्गिनेट हाइड्रोजेल को अलग करने के बाद, प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी से पता चला कि सोने के नैनोडॉट्स के साथ पैटर्न वाले फाइब्रोब्लास्ट की व्यवहार्यता लगभग 97% थी, जबकि नैनोवायर के साथ पैटर्न वाले फाइब्रोब्लास्ट की व्यवहार्यता लगभग 98% थी, जो दर्शाता है कि मुद्रण प्रक्रिया जीवित कोशिकाओं के साथ जैव-संगत है। पैटर्न वाली फ़ाइब्रोब्लास्ट सेल शीट पर देखे गए प्रतिबिंबित रंगों से पता चलता है कि सोने की NIL-सरणी का आकार बरकरार रखा गया था।

निर्माण प्रक्रिया माइक्रोस्केल फोटोलिथोग्राफी के साथ भी संगत है, जिसने शोधकर्ताओं को सोने की शून्य-सरणी के 200 माइक्रोन चौड़े हेक्सागोनल और त्रिकोणीय पैच बनाने में सक्षम बनाया। फिर उन्होंने बायोट्रांसफर ने इन्हें सेल शीट पर मुद्रित किया, जिससे माइक्रोपैच पर फ़ाइब्रोब्लास्ट कोशिकाओं की चयनात्मक वृद्धि हुई। 16 घंटे से अधिक समय तक रिकॉर्ड की गई फिल्मों से पता चला कि शीर्ष पर मुद्रित नैनोवायरों के पैच वाली कोशिकाएं स्वस्थ और स्थानांतरित होने में सक्षम दिखाई देती हैं, जबकि सरणियां स्थानांतरित होने पर भी नरम कोशिकाओं पर बनी रहती हैं।

यह छोटा सेंसर एक साथ हृदय की कोशिकाओं में विद्युत और यांत्रिक गतिविधि को मापता है

ग्रेसियस कहते हैं, "हमने दिखाया है कि हम जीवित कोशिकाओं में जटिल नैनोपैटर्न जोड़ सकते हैं, जबकि यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि कोशिका मर न जाए।" "यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण परिणाम है कि कोशिकाएं टैटू के साथ जीवित रह सकती हैं और चल सकती हैं क्योंकि अक्सर जीवित कोशिकाओं और इंजीनियरों द्वारा इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली विधियों के बीच एक महत्वपूर्ण असंगतता होती है।"

ग्रेसियस और सहकर्मियों ने निष्कर्ष निकाला कि उनकी नैनोपैटर्निंग प्रक्रिया, मानक माइक्रोफैब्रिकेशन तकनीकों के साथ मिलकर, "नए सेल कल्चर सब्सट्रेट्स, बायोहाइब्रिड सामग्री, बायोनिक डिवाइस और बायोसेंसर के विकास के अवसर खोलती है"। इसके बाद, वे अधिक जटिल नैनोसर्किट जोड़ने की कोशिश करने की योजना बना रहे हैं जो लंबे समय तक एक जगह पर रह सकते हैं, साथ ही विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं के साथ प्रयोग भी कर सकते हैं।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/researchers-tattoo-gold-nanopatterns-onto-live-cells/