Molecular self-assembly
ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ಮತ್ತು ವಸ್ತು ವಿಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ, ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯು ಹೊರಗಿನ ಮೂಲದಿಂದ ಮಾರ್ಗದರ್ಶನ ಅಥವಾ ನಿರ್ವಹಣೆಯಿಲ್ಲದೆ ಅಣುಗಳು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಅಳವಡಿಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ. ಎರಡು ರೀತಿಯ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಗಳಿವೆಃ ಇಂಟರ್ಮಾಲಿಕ್ಯುಲರ್ ಮತ್ತು ಇಂಟ್ರಾಮಾಲಿಕ್ಯುಲರ್. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆ ಎಂಬ ಪದವು ಮೊದಲನೆಯದನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಎರಡನೆಯದನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಮಡಿಕೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸುಪ್ರಾಮಾಲಿಕ್ಯುಲರ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯು ಸುಪ್ರಾಮಾಲಿಕ್ಯುಲರ್ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯಾಗಿದೆ. ಏಕೆಂದರೆ ಅಂತಹ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಅಣುಗಳ ಜೋಡಣೆಯು ಕೋವೆಲೆಂಟ್ ಅಲ್ಲದ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳ ಮೂಲಕ ನಿರ್ದೇಶಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಬಂಧ, ಲೋಹದ ಸಮನ್ವಯ, ಹೈಡ್ರೋಫೋಬಿಕ್ ಬಲಗಳು, ವ್ಯಾನ್ ಡರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಬಲಗಳು, ಪೈ-ಸ್ಟ್ಯಾಕಿಂಗ್ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳು, ಮತ್ತು/ಅಥವಾ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಟಾಟಿಕ್) ಜೊತೆಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳು. ಸಾಮಾನ್ಯ ಉದಾಹರಣೆಗಳಲ್ಲಿ ಸರ್ಫ್ಯಾಕ್ಟಂಟ್ ಅಣುಗಳಿಂದ ಕೊಲೊಯಿಡ್ಗಳು, ಜೈವಿಕ ಆಣ್ವಿಕ ಕಂಡೆನ್ಸೇಟ್ಗಳು, ಮೈಸೆಲ್ಗಳು, ಕೋಶಕಗಳು, ದ್ರವ ಸ್ಫಟಿಕ ಹಂತಗಳು ಮತ್ತು ಲ್ಯಾಂಗ್ಮುಯಿರ್ ಮೊನೊಲೇಯರ್ಗಳ ರಚನೆ ಸೇರಿವೆ. ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ವಿವಿಧ ಆಕಾರಗಳು ಮತ್ತು ಗಾತ್ರಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ಸುಪ್ರಾಮೋಲಿಕ್ಯುಲರ್ ಜೋಡಣೆಗಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ಉದಾಹರಣೆಗಳು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯು ಸವಾಲಿನ ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ಥಳವಿಜ್ಞಾನಗಳ ನಿರ್ಮಾಣಕ್ಕೆ ಅವಕಾಶ ನೀಡುತ್ತದೆ. ಒಂದು ಉದಾಹರಣೆಯೆಂದರೆ ಬೋರೋಮಿಯನ್ ಉಂಗುರಗಳು, ಇಂಟರ್ಲಾಕಿಂಗ್ ಉಂಗುರಗಳು, ಇದರಲ್ಲಿ ಒಂದು ಉಂಗುರವನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುವುದರಿಂದ ಇತರ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಉಂಗುರಗಳನ್ನು ತೆರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬೋರೋಮಿಯನ್ ಉಂಗುರಗಳ ಆಣ್ವಿಕ ಸಾದೃಶ್ಯವನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಡಿಎನ್ಎಯನ್ನು ಬಳಸಲಾಗಿದೆ. ತೀರಾ ಇತ್ತೀಚೆಗೆ, ಜೈವಿಕವಲ್ಲದ ಬಿಲ್ಡಿಂಗ್ ಬ್ಲಾಕ್ಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಇದೇ ರೀತಿಯ ರಚನೆಯನ್ನು ತಯಾರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಜೈವಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯು ಜೀವಂತ ಜೀವಿಗಳಲ್ಲಿ ಜೈವಿಕ ಮ್ಯಾಕ್ರೋಮಾಲಿಕ್ಯುಲರ್ ಜೋಡಣೆಗಳು ಮತ್ತು ಜೈವಿಕ ಆಣ್ವಿಕ ಕಂಡೆನ್ಸೇಟ್ಗಳ ರಚನೆಗೆ ಆಧಾರವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಜೀವಕೋಶಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಕೆ ಇದು ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿದೆ. ಇದು ಪೊರೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಲಿಪಿಡ್ಗಳ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯಲ್ಲಿ, ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಎಳೆಗಳ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಬಂಧದ ಮೂಲಕ ಡಬಲ್ ಹೇಲಿಕಲ್ ಡಿಎನ್ಎ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಚತುರ್ಧಾತುಕ ರಚನೆಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಪ್ರೋಟೀನ್ಗಳ ಜೋಡಣೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ. ತಪ್ಪಾಗಿ ಮಡಿಸಿದ ಪ್ರೋಟೀನ್ಗಳನ್ನು ಕರಗದ ಅಮಿಲಾಯ್ಡ್ ಫೈಬರ್ಗಳಾಗಿ ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯು ಸಾಂಕ್ರಾಮಿಕ ಪ್ರಿಯಾನ್-ಸಂಬಂಧಿತ ನರಶೂಲೆಯ ಕಾಯಿಲೆಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ. ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇಲ್ ರಚನೆಗಳ ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯು ಗಮನಾರ್ಹವಾದ β-ಕೆರಾಟಿನ್ ಲ್ಯಾಮೆಲ್ಲೆ/ಸೆಟೇ/ಸ್ಪ್ಯಾಟುಲಾ ರಚನೆಗಳ ಬೆಳವಣಿಗೆಯಲ್ಲಿ ಒಂದು ಪಾತ್ರವನ್ನು ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಗೆಕ್ಕೊಗಳಿಗೆ ಗೋಡೆಗಳನ್ನು ಏರಲು ಮತ್ತು ಛಾವಣಿಗಳು ಮತ್ತು ಬಂಡೆಯ ಮೇಲ್ಛಾವಣಿಗಳಿಗೆ ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಪ್ರೋಟೀನ್ ಮಲ್ಟಿಮರ್ಗಳು ಜೀನ್ನಿಂದ ಎನ್ಕೋಡ್ ಮಾಡಲಾದ ಪಾಲಿಪೆಪ್ಟೈಡ್ನ ಅನೇಕ ಪ್ರತಿಗಳು ಸಂಕೀರ್ಣವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಿಸಿದಾಗ, ಈ ಪ್ರೋಟೀನ್ ರಚನೆಯನ್ನು "ಮಲ್ಟಿಮರ್" ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮಲ್ಟಿಮರ್-ರೂಪಿಸುವ ಪಾಲಿಪೆಪ್ಟೈಡ್ಗಳನ್ನು ಸಂಕೇತಿಸುವ ಜೀನ್ಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವೆಂದು ತೋರುತ್ತದೆ. ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವಂಶವಾಹಿಯ ಎರಡು ವಿಭಿನ್ನ ರೂಪಾಂತರಿತ ಆಲೀಲ್ಗಳಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಪಾಲಿಪೆಪ್ಟೈಡ್ಗಳಿಂದ ಮಲ್ಟಿಮರ್ ರೂಪುಗೊಂಡಾಗ, ಮಿಶ್ರ ಮಲ್ಟಿಮರ್ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ರೂಪಾಂತರಗಳಿಂದ ಮಾತ್ರ ರೂಪುಗೊಂಡ ಮಿಶ್ರಣವಿಲ್ಲದ ಮಲ್ಟಿಮರ್ಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಬಹುದು. ಅಂತಹ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ಇಂಟ್ರಾಜೆನಿಕ್ ಕಾಂಪ್ಲಿಮೆಂಟೇಶನ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ದ್ರವದಲ್ಲಿ ಮುಳುಗಿದಾಗ ಮತ್ತು ಇತರ ಅಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ಬೆಸೆದುಕೊಂಡಾಗ, ಚಾರ್ಜ್ ಏರಿಳಿತದ ಶಕ್ತಿಗಳು ಹತ್ತಿರದ ನೆರೆಹೊರೆಯವರಂತೆ ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಅಣುಗಳ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಜೆಹ್ಲೆ ಗಮನಸೆಳೆದರು. ನ್ಯಾನೊತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯು ನ್ಯಾನೊತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ತಳಮಟ್ಟದ ವಿಧಾನಗಳ ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ಅಂಶವಾಗಿದೆ. ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು, ಅಂತಿಮ (ಅಪೇಕ್ಷಿತ) ರಚನೆಯನ್ನು ಅಣುಗಳ ಆಕಾರ ಮತ್ತು ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಗುಂಪುಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರೋಗ್ರಾಮ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯನ್ನು 'ಬಾಟಮ್-ಅಪ್' ಉತ್ಪಾದನಾ ತಂತ್ರ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ ಶಿಲಾಮುದ್ರಣದಂತಹ 'ಟಾಪ್-ಡೌನ್' ತಂತ್ರದಲ್ಲಿ ಬಯಸಿದ ಅಂತಿಮ ರಚನೆಯನ್ನು ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಪದಾರ್ಥದಿಂದ ಕೆತ್ತಲಾಗಿದೆ. ಆಣ್ವಿಕ ನ್ಯಾನೊತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಊಹಾತ್ಮಕ ದೃಷ್ಟಿಯಲ್ಲಿ, ಭವಿಷ್ಯದ ಮೈಕ್ರೋಚಿಪ್ಗಳನ್ನು ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯಿಂದ ತಯಾರಿಸಬಹುದು. ಜೈವಿಕ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಆಣ್ವಿಕ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ನ್ಯಾನೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ ಅನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸುವ ಒಂದು ಪ್ರಯೋಜನವೆಂದರೆ ಅವು ದೇಹದಿಂದ ಒಡೆಯಬಹುದಾದ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಅಣುಗಳಾಗಿ ಮತ್ತೆ ಕುಸಿಯುತ್ತವೆ. ಡಿಎನ್ಎ ನ್ಯಾನೊತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ನ್ಯಾನೊತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಗುರಿಗಳಿಗಾಗಿ ಬಾಟಮ್-ಅಪ್, ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆ ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸುವ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಒಂದು ಕ್ಷೇತ್ರವಾಗಿದೆ. ಡಿಎನ್ಎ ನ್ಯಾನೊತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಡಿಎನ್ಎ ಮತ್ತು ಇತರ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಿಕ್ ಆಮ್ಲಗಳ ವಿಶಿಷ್ಟ ಆಣ್ವಿಕ ಗುರುತಿಸುವಿಕೆಯ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಉಪಯುಕ್ತ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳೊಂದಿಗೆ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಿಸುವ ಕವಲೊಡೆದ ಡಿಎನ್ಎ ಸಂಕೀರ್ಣಗಳನ್ನು ರಚಿಸಲು ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಸಂಕೀರ್ಣವಾದ 2ಡಿ ಮತ್ತು 3ಡಿ ಜಾಲರಿಗಳನ್ನು (ಟೈಲ್-ಆಧಾರಿತ ಮತ್ತು "ಡಿಎನ್ಎ ಒರಿಗಾಮಿ" ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು) ಮತ್ತು ಪಾಲಿಹೆಡ್ರಾದ ಆಕಾರಗಳಲ್ಲಿ ಮೂರು ಆಯಾಮದ ರಚನೆಗಳನ್ನು ರಚಿಸಲು ಡಿಎನ್ಎಯನ್ನು ಜೈವಿಕ ಮಾಹಿತಿಯ ವಾಹಕಕ್ಕಿಂತ ರಚನಾತ್ಮಕ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಡಿಎನ್ಎ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಚಿನ್ನದ ನ್ಯಾನೊಪರ್ಟಿಕಲ್ಸ್ ಮತ್ತು ಸ್ಟ್ರೆಪ್ಟಾವಿಡಿನ್ ಪ್ರೋಟೀನ್ಗಳಂತಹ ಇತರ ಅಣುಗಳ ಜೋಡಣೆಯಲ್ಲೂ ಟೆಂಪ್ಲೇಟ್ಗಳಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗಿದೆ. ಎರಡು ಆಯಾಮದ ಏಕ ಪದರಗಳು ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ಗಳಲ್ಲಿ ಅಣುಗಳ ಒಂದೇ ಪದರದ ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತ ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಎರಡು ಆಯಾಮದ ಸ್ವಯಂ ಜೋಡಣೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಂತಹ ಜೋಡಣೆಗಳ ಸಾಮಾನ್ಯ ಉದಾಹರಣೆಗಳಲ್ಲಿ ಲ್ಯಾಂಗ್ಮುಯಿರ್-ಬ್ಲಾಡ್ಜೆಟ್ ಮೊನೊಲೇಯರ್ಗಳು ಮತ್ತು ಸರ್ಫ್ಯಾಕ್ಟಂಟ್ಗಳ ಬಹು ಪದರಗಳು ಸೇರಿವೆ. ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲದ ಸಕ್ರಿಯ ಅಣುಗಳು ಕ್ರಮಬದ್ಧವಾದ ರಚನೆಗಳಲ್ಲಿಯೂ ಕೂಡ ಒಗ್ಗೂಡಬಹುದು. ಸ್ಕ್ಯಾನಿಂಗ್ ಟನಲಿಂಗ್ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯೊಂದಿಗೆ ಮತ್ತು ಸ್ವಲ್ಪ ಸಮಯದ ನಂತರ, ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲದ ಸಕ್ರಿಯ ಅಣುಗಳು ಘನ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ಗಳಲ್ಲಿ ಉನ್ನತ-ಕ್ರಮಾಂಕದ ವಿನ್ಯಾಸಗಳಲ್ಲಿ ಜೋಡಿಸಬಹುದು ಎಂದು ತೋರಿಸುವ ಆರಂಭಿಕ ನೇರ ಪುರಾವೆಗಳು ಬಂದವು. ಅಂತಿಮವಾಗಿ 2ಡಿ ವಿನ್ಯಾಸಗಳ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆಗೆ ಎರಡು ತಂತ್ರಗಳು ಜನಪ್ರಿಯವಾದವು, ಅವುಗಳೆಂದರೆ ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಹೈ-ವ್ಯಾಕ್ಯೂಮ್ ಶೇಖರಣೆಯನ್ನು ಅನುಸರಿಸಿ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆ ಮತ್ತು ಘನ-ದ್ರವ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ನಲ್ಲಿ ಅನೀಲಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆ. ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಫಟಿಕೀಯ ವಿನ್ಯಾಸಗಳ ರಚನೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುವ ಅಣುಗಳು ಮತ್ತು ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳ ವಿನ್ಯಾಸವನ್ನು ಇಂದು ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೋಪಿಕ್ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ 2ಡಿ ಸ್ಫಟಿಕ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ನ ಒಂದು ರೂಪವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗಿದೆ. ಫೋಲ್ಡಮರ್ ಐಸ್-ನೈನ್ ಮ್ಯಾಕ್ರೋಮಾಲಿಕ್ಯುಲರ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿ ನ್ಯಾನೊಪರ್ಟಿಕಲ್ಸ್ನ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆ ಸೂಪ್ರಾಮಾಲಿಕ್ಯುಲರ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿ ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಸೂಪ್ರಾಮಾಲಿಕ್ಯುಲರ್ ಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿ ಸೆಲ್ಫ್-ಆರ್ಗನೈಸೇಶನ್ ಆರ್ಃ ಟಿಜೆಎಂಐಐಐ