আয়ন চ্যানেলগুলি হল ক্ষুদ্র ছিদ্র যা জীবিত জীবের চার্জযুক্ত কণার গতিবিধি নিয়ন্ত্রণ করে। এই সরু পথগুলো অনেক জৈবিক কাজের জন্য অপরিহার্য। কিছু ক্ষেত্রে, তাদের আঁটসাঁট অংশগুলি শুধুমাত্র কয়েকটি অ্যাংস্ট্রোম পরিমাপ করে, যা আনুমানিক পৃথক পরমাণুর প্রস্থ। নির্ভুলতা এবং ধারাবাহিকতার সাথে এই জাতীয় ছোট কাঠামোর পুনরুত্পাদন করা ন্যানো প্রযুক্তিতে সবচেয়ে কঠিন চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে একটি।
ওসাকা বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা এখন সেই লক্ষ্যের দিকে একটি বড় পদক্ষেপ নিয়েছেন। আমি লিখছি প্রকৃতি যোগাযোগদলটি ব্যাখ্যা করে কিভাবে তারা একটি ক্ষুদ্রাকৃতির ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল চুল্লি ব্যবহার করে সাবনানোমিটার মাত্রায় পৌঁছানো ছিদ্র তৈরি করে।
প্রকৃতির বৈদ্যুতিক দরজার নকল করা
কোষের অভ্যন্তরে, আয়নগুলি কোষের ঝিল্লিতে এমবেড করা বিশেষ প্রোটিন চ্যানেলের মাধ্যমে ভ্রমণ করে। এই আয়ন আন্দোলন পেশী সংকোচনের জন্য দায়ী স্নায়ু আবেগ সহ বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি করে। চ্যানেলগুলি প্রোটিন দিয়ে তৈরি এবং অ্যাংস্ট্রম স্কেলে অত্যন্ত সংকীর্ণ অঞ্চল রয়েছে। বাহ্যিক সংকেতের সংস্পর্শে এলে, এই প্রোটিনগুলি আকৃতি পরিবর্তন করে, যা চ্যানেলগুলিকে খুলতে বা বন্ধ করতে দেয়।
এই প্রাকৃতিক ব্যবস্থা থেকে অনুপ্রেরণা নিয়ে, গবেষকরা একটি কঠিন-রাষ্ট্র সংস্করণ ডিজাইন করেছেন যা জৈবিক আয়ন চ্যানেলের মতো প্রায় ছোট ছিদ্র তৈরি করতে সক্ষম। তারা সিলিকন নাইট্রাইড ঝিল্লিতে একটি ন্যানোপোর তৈরি করে শুরু করেছিল। সেই ন্যানোপোরটি তখন নিজের মধ্যে আরও ছোট ছিদ্র তৈরি করতে একটি ক্ষুদ্র প্রতিক্রিয়া চেম্বার হিসাবে কাজ করে।
দলটি যখন ঝিল্লিতে একটি নেতিবাচক ভোল্টেজ প্রয়োগ করে, তখন এটি ন্যানোপোরের অভ্যন্তরে একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া শুরু করে। এই প্রতিক্রিয়াটি একটি কঠিন অবক্ষেপ তৈরি করেছিল যা ধীরে ধীরে প্রসারিত হয়েছিল যতক্ষণ না এটি খোলার সম্পূর্ণরূপে অবরুদ্ধ করে। ভোল্টেজের বিপরীতে ছিদ্রের মধ্য দিয়ে পরিবাহী পথগুলি পুনরুদ্ধার করে, অবক্ষয় দ্রবীভূত হয়।
“আমরা এই খোলার এবং বন্ধ করার প্রক্রিয়াটি কয়েক ঘন্টা ধরে কয়েকশ বার পুনরাবৃত্তি করতে সক্ষম হয়েছি,” প্রধান লেখক মাকুসু সুতসুই ব্যাখ্যা করেছেন। “এটি দেখায় যে প্রতিক্রিয়া পরিকল্পনাটি শক্তিশালী এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্য।”
বৈদ্যুতিক স্পাইকগুলি সাবনানোমিটারের ছিদ্র প্রকাশ করে
ঝিল্লির অভ্যন্তরে কী ঘটছে তা আরও ভালভাবে বোঝার জন্য, গবেষকরা এর মধ্য দিয়ে যাওয়া আয়ন প্রবাহ পর্যবেক্ষণ করেছিলেন। তারা জৈবিক আয়ন চ্যানেলে দেখা প্যাটার্নের অনুরূপ স্রোতে তীক্ষ্ণ স্পাইক পর্যবেক্ষণ করেছে। আরও বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে এই সংকেতগুলি মূল ন্যানোপোরের মধ্যে একাধিক সাবনানোমিটার ছিদ্র গঠনের সাথে সবচেয়ে সামঞ্জস্যপূর্ণ ছিল।
দলটি আবিষ্কার করেছে যে তারা গর্তের আচরণকে সূক্ষ্ম-সুর করতে পারে। প্রতিক্রিয়াশীল সমাধানগুলির রাসায়নিক গঠন এবং পিএইচ সামঞ্জস্য করে, তারা আল্ট্রাসামল ছিদ্রগুলির আকার এবং বৈশিষ্ট্য উভয়ই পরিবর্তন করেছে।
“আমরা প্রতিক্রিয়াশীল সমাধানগুলির রচনা এবং পিএইচ পরিবর্তন করে অতি ক্ষুদ্র ছিদ্রগুলির আচরণ এবং কার্যকর আকার পরিবর্তন করতে সক্ষম হয়েছি,” সিনিয়র লেখক তোমোজি কাওয়াই রিপোর্ট করেছেন। “এটি আল্ট্রাসমল ছিদ্রের আকার টিউন করে ঝিল্লির মাধ্যমে বিভিন্ন কার্যকর আকারের আয়নগুলির নির্বাচনী পরিবহন সক্ষম করেছে।”
ডিএনএ সিকোয়েন্সিং এবং নিউরোমরফিক কম্পিউটিং-এ অ্যাপ্লিকেশন
এই রাসায়নিকভাবে চালিত পদ্ধতিটি একটি একক ন্যানোপোরের ভিতরে একাধিক আল্ট্রাসমল ছিদ্র তৈরি করা সম্ভব করে তোলে। এই কৌশলটি অধ্যয়ন করার একটি নতুন উপায় প্রদান করে কিভাবে আয়ন এবং তরলগুলি জীবন্ত সিস্টেমের সাথে তুলনীয় স্কেলে অত্যন্ত সীমাবদ্ধ স্থানের মধ্য দিয়ে চলে।
মৌলিক গবেষণার বাইরে, প্রযুক্তিটি উদীয়মান ক্ষেত্রগুলিকে সমর্থন করতে পারে যেমন একক-অণু সেন্সিং (উদাহরণস্বরূপ, ডিএনএ ক্রম করার জন্য ন্যানোপোর ব্যবহার করে), নিউরোমরফিক কম্পিউটিং (জৈবিক নিউরনের আচরণ অনুকরণ করতে বৈদ্যুতিক স্পাইক ব্যবহার করে), এবং ন্যানোঅ্যাক্টরস (বন্দিত্বের মাধ্যমে অনন্য প্রতিক্রিয়া পরিস্থিতি তৈরি করা)।
