नैनोमोटर

नैनोमोटर एक आणविक या नैनो पैमाना उपकरण है जो ऊर्जा को गति में परिवर्तित करने में सक्षम है। यह सामान्यतः पिकोन्यूटन (इकाई) के क्रम पर बल उत्पन्न कर सकता है। जबकि सदियों से कलाकारों द्वारा नैनोकणों का उपयोग किया जाता रहा है, जैसे कि प्रसिद्ध लाइकर्गस कप में, अतिसूक्ष्मप्रौद्योगिकी में वैज्ञानिक अनुसंधान हाल तक नहीं आया था। 1959 में, कैलटेक में आयोजित अमरीकी वास्तविक संस्था के सम्मेलन में रिचर्ड फेनमैन ने एक प्रसिद्ध व्याख्यान दिया, जिसका शीर्षक था "नीचे बहुत जगह है"। उन्होंने एक वैज्ञानिक शर्त लगाई कि कोई भी व्यक्ति किसी भी तरफ 400 माइक्रोमीटर से छोटी मोटर की अभिकल्पना नहीं कर सकता। दांव का उद्देश्य (जैसा कि अधिकांश वैज्ञानिक दांव के साथ होता है) वैज्ञानिकों को नई तकनीकों को विकसित करने के लिए प्रेरित करना था, और जो कोई भी नैनोमोटर विकसित कर सकता, वह $1,000 USD पुरस्कार का दावा कर सकता था। हालांकि, उनके उद्देश्य को विलियम मैकलीनन (अतिसूक्ष्मप्रौद्योगिकी) द्वारा विफल कर दिया गया, जिन्होंने नए तरीके विकसित किए बिना नैनोमोटर का निर्माण किया। बहरहाल, रिचर्ड फेनमैन के भाषण ने वैज्ञानिकों की एक नई पीढ़ी को अतिसूक्ष्मप्रौद्योगिकी में अनुसंधान करने के लिए प्रेरित किया। रेनॉल्ड्स संख्या पर मौजूद माइक्रोफ्लुइडिक गतिकी को दूर करने की उनकी क्षमता के लिए अनुसंधान के केंद्र हैं। स्कैलप प्रमेय बताता है कि कम रेनॉल्ड की संख्या पर गति उत्पन्न करने के लिए नैनोमोटर्स को समरूपता को तोड़ना चाहिए। इसके अलावा, ब्राउनियन गति पर विचार किया जाना चाहिए क्योंकि कण-विलायक पारस्परिक प्रभाव एक तरल के माध्यम से नैनोमोटर की क्षमता को नाटकीय रूप से प्रभावित कर सकता है। नए नैनोमोटर्स को रूपित करते समय यह एक महत्वपूर्ण समस्या पैदा कर सकता है। वर्तमान नैनोमोटर अनुसंधान इन समस्याओं को दूर करने का प्रयास करता है, और ऐसा करके, वर्तमान माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में सुधार कर सकता है या नई तकनीकों को जन्म दे सकता है। कम रेनॉल्ड्स संख्या में माइक्रोफ्लुइडिक गतिशीलता को दूर करने के लिए महत्वपूर्ण शोध किया गया है। अब, शरीर के भीतर चिकित्सीय अनुप्रयोगों के लिए नैनोमोटर्स का उपयोग करने से पहले जैव-अनुकूलता, दिशात्मकता पर नियंत्रण और ईंधन की उपलब्धता जैसे मुद्दों को दूर करने के लिए अधिक दबाव वाली चुनौती है।

नैनोट्यूब और नैनोवायर मोटर्स
2004 में, आयुष्मान सेन और थॉमस ई. मलौक ने पहला कृत्रिम और स्वायत्त नैनोमोटर बनाया। दो-माइक्रोन लंबे नैनोमोटर्स दो खंड, प्लैटिनम और सोने से बने थे, जो गति उत्पन्न करने के लिए पानी में पतला उदजन पेरोक्साइड के साथ उत्प्रेरक प्रतिक्रिया कर सकते थे। Au-Pt नैनोमोटर्स में स्वायत्त, गैर-ब्राउनियन गति होती है जो रासायनिक प्रवणताओं के उत्प्रेरक उत्पादन के माध्यम से प्रणोदन से उत्पन्न होती है। जैसा निहित है, उनकी गति को निर्देशित करने के लिए बाहरी चुंबकीय, विद्युत या प्रकाशिकी क्षेत्र की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं होती है। अपने स्वयं के स्थानीय क्षेत्र बनाकर, इन मोटरों को स्व-वैद्युतकणसंचलन के माध्यम से स्थानांतरित करने के लिए कहा जाता है। जोसेफ वांग ने 2008 में प्लेटिनम  अनुभाग में कार्बन नैनोट्यूब को सम्मिलित करके Au-Pt उत्प्रेरक नैनोमोटर्स की गति को नाटकीय रूप से बढ़ाने में सक्षम था। 2004 से, विभिन्न आकार के नैनो और सूक्ष्म मोटर्स के अलावा, विभिन्न प्रकार के नैनोट्यूब और नैनोवायर आधारित मोटर विकसित किए गए हैं।   इनमें से अधिकांश मोटर उदजन पेरोक्साइड का उपयोग ईंधन के रूप में करते हैं, लेकिन कुछ उल्लेखनीय अपवाद मौजूद हैं। ये चाँदी हैलाइड और चाँदी-प्लैटिनम नैनोमोटर्स हैलाइड ईंधन द्वारा संचालित होते हैं, जिन्हें परिवेशी प्रकाश के संपर्क में आने से पुनर्जीवित किया जा सकता है। कुछ नैनोमोटर्स अलग-अलग प्रतिक्रियाओं के साथ कई उत्तेजनाओं से भी प्रेरित हो सकते हैं। ये बहु-कार्यात्मक नैनोवायर लागू उत्तेजना (जैसे रासायनिक ईंधन या अल्ट्रासोनिक शक्ति) के आधार पर अलग-अलग दिशाओं में चलते हैं। उदाहरण के लिए, द्विधात्विक नैनोमोटर्स को रासायनिक और ध्वनिक उत्तेजनाओं के संयोजन द्वारा द्रव प्रवाह के साथ या उसके विरुद्ध चलने के लिए  धारानुचलन अनुभव करना दिखाया गया है। ड्रेसडेन जर्मनी में, बेल्लित माइक्रोट्यूब नैनोमोटर्स ने उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में बुलबुले का उपयोग करके गति उत्पन्न की।  स्थिर वैद्युत भंडारण पारस्परिक प्रभाव पर निर्भरता के बिना, बुलबुला-प्रेरित प्रणोदन प्रासंगिक जैविक तरल पदार्थों में मोटर गतिविधि को सक्षम बनाता है, लेकिन सामान्यतः अभी भी उदजन पेरोक्साइड जैसे जहरीले ईंधन की आवश्यकता होती है। इन विट्रो अनुप्रयोगों में नैनोमोटर्स सीमित हैं। हालाँकि, पहली बार जोसेफ वांग और एल इयान जी फांग झांग द्वारा ईंधन के रूप में गैस्ट्रिक एसिड का उपयोग करके माइक्रोट्यूब मोटर्स के विवो अनुप्रयोग में एक का वर्णन किया गया है। हाल ही में टाइटेनियम डाइऑक्साइड को उनके संक्षारण प्रतिरोध गुणों और जैव-अनुकूलता के कारण नैनोमोटर्स के संभावित उम्मीदवार के रूप में पहचाना गया है। उत्प्रेरक नैनोमोटर्स में भविष्य के शोध में महत्वपूर्ण कार्गो-टोइंग अनुप्रयोगों के लिए प्रमुख वादा है, जिसमें कोशिका पृथक्करण माइक्रोचिप उपकरण से लेकर निर्देशित दवा वितरण तक सम्मिलित है।



पाचकरस नैनोमोटर्स
हाल ही में, पाचकरस नैनोमोटर्स और माइक्रोपंप विकसित करने में अधिक शोध हुआ है। कम रेनॉल्ड्स संख्या पर, एकल अणु किण्वक स्वायत्त नैनोमोटर्स के रूप में कार्य कर सकते हैं। आयुष्मान सेन और समुद्र सेनगुप्ता ने प्रदर्शित किया कि कैसे स्व-संचालित माइक्रोपंप कण परिवहन को बढ़ा सकते हैं। यह अवधारणा प्रमाण सिस्टम दर्शाता है कि नैनोमोटर्स और माइक्रोपंप में इंजन के रूप में किण्वकों का सफलतापूर्वक उपयोग किया जा सकता है। इसके बाद से यह दिखाया गया है कि जब उनके क्रियाधार के समाधान में सक्रिय किण्वक अणुओं के साथ लेपित किया जाता है तो कण स्वयं तेजी से फैलेंगे। इसके अलावा, माइक्रोफ्लूडिक प्रयोगों के माध्यम से यह देखा गया है कि किण्वक अणु अपने क्रियाधार ढाल के ऊपर दिशात्मक तैराकी से गुजरेंगे। केवल गतिविधि के आधार पर किण्वकों को अलग करने का यह एकमात्र तरीका है। इसके अतिरिक्त, सोपान में किण्वकों ने क्रियाधार संचालित रसायन अनुचलन के आधार पर एकत्रीकरण भी दिखाया है। किण्वक-संचालित नैनोमोटर्स का विकास नई जैव संगत प्रौद्योगिकियों और चिकित्सा अनुप्रयोगों को प्रेरित करने का वादा करता है। हालाँकि, इन अनुप्रयोगों को साकार करने के लिए कई सीमाओं, जैसे कि जैव और सेलपेनिट्रेशन को दूर करना होगा। कार्गो की दिशात्मक डिलीवरी के लिए किण्वकों का उपयोग करना नई  जैव संगत तकनीकों में से एक होगी।

अनुसंधान की एक प्रस्तावित शाखा जीवित कोशिकाओं में पाए जाने वाले आणविक मोटर प्रोटीन का कृत्रिम उपकरणों में प्रत्यारोपित आणविक मोटर्स में एकीकरण है। इस तरह की एक मोटर प्रोटीन गतिशीलता के माध्यम से उस उपकरण के भीतर एक कार्गो को स्थानांतरित करने में सक्षम होगी, इसी तरह किन्सिन कोशिकाओं के अंदर सूक्ष्मनलिकाएं के मार्ग के साथ विभिन्न अणुओं को कैसे स्थानांतरित करता है। ऐसे मोटर प्रोटीन के संचलन को शुरू करने और रोकने से UV प्रकाश के प्रति संवेदनशील आणविक संरचनाओं में ATP को बंद करना सम्मिलित होगा। UV रोशनी की दालें इस प्रकार गति की दालें प्रदान करेंगी। विभिन्न बाहरी ट्रिगर्स के जवाब में DNA के दो आणविक अनुरूपताओं के बीच परिवर्तन के आधार पर DNA नैनोमैचिन्स का भी वर्णन किया गया है।

पेचदार नैनोमोटर्स
अनुसंधान की एक और दिलचस्प दिशा ने चुंबकीय सामग्री के साथ लेपित पेचदार सिलिका कणों का निर्माण किया है जिसे एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके कुशल बनाया जा सकता है। ऐसे नैनोमोटर्स प्रणोदन को ईंधन देने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर निर्भर नहीं हैं। एक त्रिकोणीय हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल अंतरिक्ष में निर्देशित घूर्णन क्षेत्र प्रदान कर सकता है। हाल के कार्यों ने दिखाया है कि कुछ माइक्रोन के रिज़ॉल्यूशन पर गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों की चिपचिपाहट को मापने के लिए ऐसे नैनोमोटर्स का उपयोग कैसे किया जा सकता है। यह तकनीक कोशिकाओं के अंदर चिपचिपापन मानचित्र और बाह्य कोशिकीय वातावरण के निर्माण का वादा करती है। ऐसे नैनोमोटर्स को रक्त में गति करने के लिए प्रदर्शित किया गया है। हाल ही में, शोधकर्ताओं ने ऐसे नैनोमोटर्स को कैंसर कोशिकाओं के अंदर नियंत्रित रूप से स्थानांतरित करने में कामयाबी हासिल की है, जिससे वे कोशिका के अंदर के पैटर्न का पता लगा सकते हैं। ट्यूमर माइक्रोएन्वायरमेंट के माध्यम से चलने वाले नैनोमोटर्स ने कैंसर-स्रावित बाह्य मैट्रिक्स में सियालिक एसिड की उपस्थिति का प्रदर्शन किया है।

वर्तमान संचालित नैनोमोटर्स (शास्त्रीय)
2003 में फेनिमोर एट अल। एक प्रोटोटाइपिकल करंट-संचालित नैनोमोटर का प्रायोगिक अहसास प्रस्तुत किया। यह बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब पर लगे छोटे सोने के पत्तों पर आधारित था, जिसमें कार्बन परतें स्वयं गति करती थीं। नैनोमोटर सोने की पत्तियों के इलेक्ट्रोस्टैटिक पारस्परिक प्रभाव द्वारा संचालित होता है जिसमें तीन गेट इलेक्ट्रोड होते हैं जहां वैकल्पिक धाराएं लागू होती हैं। कुछ वर्षों बाद, कई अन्य समूहों ने प्रत्यक्ष धाराओं द्वारा संचालित विभिन्न नैनोमोटर्स के प्रायोगिक अहसासों को दिखाया। डिजाइनों में आम तौर पर एक धातु की सतह पर स्कैनिंग-सुरंग-सूक्ष्मदर्शी (एसटीएम) के शीर्ष पर सोखने वाले कार्बनिक अणु सम्मिलित होते हैं। एसटीएम की नोक से बहने वाली धारा का उपयोग अणु के दिशात्मक घुमाव को चलाने के लिए किया जाता है या उसका कोई भाग। ऐसे नैनोमोटर्स का संचालन शास्त्रीय भौतिकी पर निर्भर करता है और ब्राउनियन मोटर्स की अवधारणा से संबंधित है। नैनोमोटर्स के इन उदाहरणों को आण्विक मोटर्स के रूप में भी जाना जाता है।

वर्तमान संचालित नैनोमोटर्स
में क्वांटम प्रभाव

उनके छोटे आकार के कारण, क्वांटम यांत्रिकी कुछ नैनोमोटर्स में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। उदाहरण के लिए, 2020 में Stolz et al। एसटीएम के करंट द्वारा संचालित एक घूर्णन अणु से बने नैनोमोटर में शास्त्रीय गति से क्वांटम टनलिंग तक क्रॉस-ओवर दिखाया। कई लेखकों द्वारा कोल्ड-एटम-आधारित एसी-चालित क्वांटम मोटर्स की खोज की गई है। अंत में, रिवर्स क्वांटम पम्पिंग को नैनोमोटर्स के डिजाइन की दिशा में एक सामान्य रणनीति के रूप में प्रस्तावित किया गया है। इस मामले में, नैनोमोटर्स को एडियाबेटिक क्वांटम मोटर्स के रूप में डब किया गया है और यह दिखाया गया है कि इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम प्रकृति का उपयोग उपकरणों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है।

यह भी देखें

 * कार्बन नैनोट्यूब
 * इलेक्ट्रोस्टैटिक मोटर
 * आणविक मोटर
 * नानो कर
 * एडियाबेटिक क्वांटम मोटर
 * नैनोयांत्रिकी
 * प्रोटीन गतिकी
 * सिंथेटिक आणविक मोटर्स
 * माइक्रोमोटर्स

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 * ताकत
 * न्यूटन (यूनिट)
 * विलियम मैकलीनन (नैनो टेक्नोलॉजी)
 * प्रोटीन गतिकी
 * बाह्य मेट्रिक्स
 * आणविक मोटर्स

बाहरी संबंध

 * Berkeley.edu – Physicists build world's smallest motor
 * Nanotube Nanomotor research project
 * Nonomotor
 * Nanotechnology, nanomotor, and nanopump