नैनो रसायन

नैनोकैमिस्ट्री रसायन विज्ञान और नैनोसाइंस का संयोजन है। नैनोकैमिस्ट्री बिल्डिंग ब्लॉक्स के संश्लेषण से जुड़ी है जो आकार, सतह, आकार और दोष गुणों पर निर्भर हैं। नैनोकैमिस्ट्री का उपयोग रासायनिक, सामग्री और भौतिक, विज्ञान के साथ-साथ इंजीनियरिंग, जैविक और चिकित्सा अनुप्रयोगों में किया जा रहा है। नैनोकैमिस्ट्री और अन्य नैनोसाइंस क्षेत्रों में समान मूल अवधारणाएं हैं लेकिन उन अवधारणाओं के उपयोग अलग हैं।

नैनोकैमिस्ट्री को पहली बार 1992 में ओज़िन द्वारा संक्षेपित किया गया था क्योंकि परमाणु "अप" से नैनोमैटेरियल्स को पुन: उत्पन्न करने के लिए रसायन विज्ञान संश्लेषण के उपयोग के रूप में, नैनोइंजीनियरिंग और नैनोफिज़िक्स दृष्टिकोण के विपरीत जो थोक "डाउन" से संचालित होता है। नैनो उपसर्ग नैनोकैमिस्ट्री को दिया गया था जब वैज्ञानिकों ने नैनोमीटर-स्केल आकार में सामग्री में अजीब परिवर्तन देखे थे। नैनोमीटर-स्केल्ड संरचनाओं पर कई रासायनिक संशोधन आकार पर निर्भर होने के प्रभावों को मंजूरी देते हैं।^[1]

नैनोकैमिस्ट्री को आकार, आकार, स्व-विधानसभा, दोष और जैव-नैनो की अवधारणाओं द्वारा चित्रित किया जा सकता है; तो किसी भी नए नैनो-निर्माण का संश्लेषण इन सभी अवधारणाओं से जुड़ा हुआ है। नैनो-निर्माण संश्लेषण इस बात पर निर्भर करता है कि कैसे सतह, आकार और आकार बिल्डिंग ब्लॉक्स के कार्यात्मक संरचनाओं में स्व-संयोजन की ओर ले जाएगा; उनमें शायद कार्यात्मक दोष हैं और इलेक्ट्रॉनिक, फोटोनिक, चिकित्सा, या बायोएनालिटिकल समस्याओं के लिए उपयोगी हो सकते हैं।

सिलिका, सोना, पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन, कैडमियम सेलेनाइड, आयरन ऑक्साइड और कार्बन ऐसे पदार्थ हैं जो नैनोकैमिस्ट्री की परिवर्तनकारी शक्ति दिखाते हैं। नैनोकैमिस्ट्री आयरन ऑक्साइड (जंग) से एमआरआई का सबसे प्रभावी कंट्रास्ट एजेंट बना सकती है जो कैंसर का पता लगा सकती है और उन्हें उनके शुरुआती चरणों में मार सकती है। उनके ट्रैक में रोशनी को मोड़ने या रोकने के लिए सिलिका (कांच) का उपयोग किया जा सकता है। विकासशील देश भी विकसित दुनिया की रोगजनक पहचान क्षमताओं को प्राप्त करने के लिए तरल पदार्थ के लिए सर्किट बनाने के लिए सिलिकॉन का उपयोग करते हैं। कार्बन का उपयोग विभिन्न आकृतियों और रूपों में किया गया है और यह इलेक्ट्रॉनिक सामग्री के लिए एक बेहतर विकल्प बन जाएगा।

कुल मिलाकर, नैनोकैमिस्ट्री यौगिकों की परमाणु संरचना से संबंधित नहीं है। बल्कि, यह समस्याओं को हल करने के लिए सामग्री को समाधान में बदलने के विभिन्न तरीकों के बारे में है। रसायन विज्ञान मुख्य रूप से आवर्त सारणी में परमाणुओं की स्वतंत्रता की डिग्री से संबंधित है, हालांकि नैनोकैमिस्ट्री स्वतंत्रता की अन्य डिग्री लेकर आई है जो सामग्री के व्यवहार को नियंत्रित करती है।^[2]

कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी), ग्रैफेन और फुलरीन जैसे कार्बन नैनोमटेरियल्स बनाने के लिए नैनो रासायनिक विधियों का उपयोग किया जा सकता है, जिन्होंने हाल के वर्षों में उनके उल्लेखनीय यांत्रिक और विद्युत गुणों के कारण ध्यान आकर्षित किया है

नैनोटोपोग्राफी

नैनोटोपोग्राफी विशिष्ट सतह सुविधाओं को संदर्भित करती है जो नैनोस्केल पर दिखाई देती हैं। उद्योग में, नैनोटोपोग्राफी के अनुप्रयोगों में आम तौर पर इलेक्ट्रिक्स और कृत्रिम रूप से उत्पादित सतह की विशेषताएं शामिल होती हैं। हालांकि, इस परिभाषा में प्राकृतिक सतह की विशेषताओं को भी शामिल किया गया है, जैसे कि आणविक-स्तरीय सेल इंटरैक्शन और जानवरों और पौधों के बनावट वाले अंग। प्रकृति में ये नैनोटोपोग्राफिक विशेषताएं विशिष्ट उद्देश्यों की पूर्ति करती हैं जो जैविक जीवों के नियमन और कार्य में सहायता करती हैं, क्योंकि नैनोटोपोग्राफिक विशेषताएं कोशिकाओं में अत्यंत संवेदनशील होती हैं।

नैनोलिथोग्राफी

नैनोलिथोग्राफी वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा सतह पर कृत्रिम रूप से नैनोटोपोग्राफिक नक़्क़ाशी का उत्पादन किया जाता है। कई व्यावहारिक अनुप्रयोग कंप्यूटर में सेमीकंडक्टर चिप्स सहित नैनोलिथोग्राफी का उपयोग करते हैं। नैनोलिथोग्राफी के कई प्रकार हैं,^[3] जिसमें शामिल हैं:

फोटोलिथोग्राफी
इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी
एक्स-रे लिथोग्राफी
अत्यधिक पराबैंगनी लिथोग्राफी
प्रकाश युग्मन नैनोलिथोग्राफी
स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप
नैनोइमप्रिंट लिथोग्राफी
डिप-पेन नैनोलिथोग्राफी
सॉफ्ट लिथोग्राफी

प्रत्येक नैनोलिथोग्राफी तकनीक में संकल्प, समय की खपत और लागत के अलग-अलग कारक होते हैं। नैनोलिथोग्राफी द्वारा उपयोग की जाने वाली तीन बुनियादी विधियाँ हैं। एक में एक प्रतिरोधी सामग्री का उपयोग करना शामिल है जो सतह के उन क्षेत्रों को कवर करने और उनकी रक्षा करने के लिए "मास्क" के रूप में कार्य करता है जो चिकनी होने का इरादा रखते हैं। एक स्टैंसिल के रूप में कार्य करने वाली सुरक्षात्मक सामग्री के साथ, अब खुला भागों को दूर किया जा सकता है। दूसरी विधि में वांछित पैटर्न को सीधे तराशना शामिल है। नक़्क़ाशी में क्वांटम कणों के बीम का उपयोग करना शामिल हो सकता है, जैसे कि इलेक्ट्रॉन या प्रकाश, या रासायनिक तरीके जैसे ऑक्सीकरण या स्व-इकट्ठे मोनोलेयर। तीसरी विधि वांछित पैटर्न को सीधे सतह पर रखती है, एक अंतिम उत्पाद का निर्माण करती है जो अंततः मूल सतह से कुछ नैनोमीटर मोटा होता है। गढ़ी जाने वाली सतह की कल्पना करने के लिए, सतह को एक नैनो-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोप द्वारा देखा जाना चाहिए,^[4] जिसमें स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी और परमाणु बल माइक्रोस्कोप शामिल हैं। दोनों सूक्ष्मदर्शी अंतिम उत्पाद के प्रसंस्करण में भी लगे हो सकते हैं।

स्व-इकट्ठे मोनोलयर्स

नैनोलिथोग्राफी के तरीकों में से एक स्व-इकट्ठे मोनोलयर्स का उपयोग है, जो नरम कार्यप्रणाली विकसित करता है। स्व-इकट्ठे मोनोलयर्स लंबी-श्रृंखला वाले अल्केन थियोलेट्स होते हैं जो सोने की सतहों पर स्व-इकट्ठे होते हैं जो अच्छी तरह से ऑर्डर की गई मोनोलेयर फिल्में बनाते हैं। इस पद्धति का लाभ 5 एनएम से 500 एनएम के पार्श्व आयामों के साथ उच्च गुणवत्ता वाली संरचना बनाना है। इस पद्धति में, आमतौर पर मास्क के रूप में पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन (पीडीएमएस) से बने एक पैटर्न वाले इलास्टोमेर का उपयोग किया जाता है। PDMS स्टैम्प बनाने के लिए, पहला कदम एक सिलिकॉन वेफर पर फोटोरेसिस्ट की एक पतली परत को कोट करना है। अगला कदम यूवी प्रकाश के साथ परत को उजागर करना है, और उजागर फोटोरेसिस्ट को डेवलपर के साथ धोया जाता है। प्रीपोलीमर की मोटाई को कम करने के लिए, पैटर्न वाले मास्टर को पेरफ्लूरोआल्किल ट्राइक्लोरोसिलेन से उपचारित किया जाता है।^[5] इन PDMS इलास्टोमर्स का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए प्लानर और घुमावदार सतहों दोनों पर माइक्रोन और सबमाइक्रोन डिजाइन रासायनिक स्याही को प्रिंट करने के लिए किया जाता है।

अनुप्रयोग

दवाइयाँ

नैनोकैमिस्ट्री का एक अत्यधिक शोधित अनुप्रयोग दवा है। नैनोकैमिस्ट्री की तकनीक का उपयोग करने वाला एक साधारण त्वचा देखभाल उत्पाद सनस्क्रीन है। सनस्क्रीन में जिंक ऑक्साइड और टाइटेनियम डाइऑक्साइड के नैनोकण होते हैं।^[6] ये रसायन प्रकाश को अवशोषित या परावर्तित करके हानिकारक यूवी प्रकाश से त्वचा की रक्षा करते हैं और नैनोपार्टिकल में इलेक्ट्रॉनों के प्रकाश-उत्तेजना द्वारा त्वचा को पूर्ण क्षति को बनाए रखने से रोकते हैं। प्रभावी रूप से, कण की उत्तेजना त्वचा की कोशिकाओं को डीएनए क्षति से रोकती है।

दवा वितरण

बढ़ती शारीरिक प्रतिक्रिया, विशिष्ट लक्ष्यीकरण और कुशल, गैर-विषैले चयापचय में सुधार करके नैनोटेक्नोलॉजिकल तरीकों को शामिल करते हुए दवा वितरण के उभरते तरीके फायदेमंद हो सकते हैं। दवा वितरण के लिए कई नैनो-तकनीकी विधियों और सामग्रियों को क्रियाशील किया जा सकता है। आदर्श सामग्री शरीर में ड्रग कार्गो ले जाने के लिए एक नियंत्रित-सक्रियण नैनोमटेरियल का उपयोग करती है। मेसोपोरस सिलिका नैनोपार्टिकल्स (एमएसएन) अपने बड़े सतह क्षेत्र और इमेजिंग तकनीकों के तहत उच्च-रिज़ॉल्यूशन प्रदर्शन का प्रदर्शन करते हुए विभिन्न व्यक्तिगत संशोधनों के लिए लचीलेपन के कारण अनुसंधान लोकप्रियता में बढ़ रहे हैं।^[7] सक्रियण विधियां नैनोस्केल दवा वितरण अणुओं में बहुत भिन्न होती हैं, लेकिन सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सक्रियण विधि कार्गो को मुक्त करने के लिए प्रकाश की विशिष्ट तरंग दैर्घ्य का उपयोग करती है। नैनोवाल्व-नियंत्रित कार्गो रिलीज कम तीव्रता वाले प्रकाश और प्लास्मोनिक हीटिंग का उपयोग करता है ताकि कार्गो को सोने के अणुओं वाले एमएसएन की विविधता में छोड़ा जा सके।^[8] दो-फोटॉन सक्रिय फोटो-ट्रांसड्यूसर (2-एनपीटी) कार्गो को छोड़ने के लिए एक डाइसल्फ़ाइड बंधन को तोड़ने के लिए प्रेरित करने के लिए प्रकाश की IR तरंग दैर्घ्य के पास का उपयोग करता है।^[9] हाल ही में, नैनोडायमंड्स ने गैर-विषाक्तता, त्वचा के माध्यम से सहज अवशोषण और रक्त-मस्तिष्क बाधा में प्रवेश करने की क्षमता के कारण दवा वितरण में क्षमता का प्रदर्शन किया है।

ऊतक अभियांत्रिकी

चूँकि कोशिकाएँ नैनोटोपोग्राफ़िकल विशेषताओं के प्रति बहुत संवेदनशील होती हैं, ऊतक इंजीनियरिंग में सतहों के अनुकूलन ने सीमाओं को आरोपण की ओर धकेल दिया है। उपयुक्त परिस्थितियों में, कृत्रिम अंग विकास की ओर कोशिका बीजों को निर्देशित करने के लिए सावधानीपूर्वक तैयार किए गए 3-आयामी मचान का उपयोग किया जाता है। 3-डी मचान में विभिन्न नैनोस्केल कारक शामिल हैं जो इष्टतम और उपयुक्त कार्यक्षमता के लिए पर्यावरण को नियंत्रित करते हैं।^[10] मचान इन विट्रो में विवो बाह्य मैट्रिक्स का एक एनालॉग है, जो इन विट्रो में आवश्यक, जटिल जैविक कारक प्रदान करके सफल कृत्रिम अंग विकास की अनुमति देता है। अतिरिक्त लाभों में सेल अभिव्यक्ति हेरफेर, आसंजन और दवा वितरण की संभावना शामिल है

घाव

घर्षण और घावों के लिए, नैनोकैमिस्ट्री ने उपचार प्रक्रिया में सुधार के लिए अनुप्रयोगों का प्रदर्शन किया है। इलेक्ट्रोसपिनिंग ऊतक इंजीनियरिंग में जैविक रूप से उपयोग की जाने वाली एक पोलीमराइज़ेशन विधि है, लेकिन इसे घाव भरने के साथ-साथ दवा वितरण के लिए भी क्रियाशील किया जा सकता है। यह नैनोफाइबर पैदा करता है जो सेल प्रसार, जीवाणुरोधी गुणों और नियंत्रित वातावरण को प्रोत्साहित करता है।^[11] ये गुण मैक्रोस्केल पर बनाए गए हैं; हालांकि, नैनोस्केल संस्करण नैनोटोपोग्राफिकल विशेषताओं के कारण बेहतर दक्षता दिखा सकते हैं। नैनोफाइबर और घावों के बीच लक्षित इंटरफेस में सतह क्षेत्र की बातचीत अधिक होती है और विवो में फायदेमंद होती है।

इस बात के प्रमाण हैं कि चांदी के कुछ नैनोकण कुछ विषाणुओं और जीवाणुओं को रोकने के लिए उपयोगी होते हैं।^[12]

नैनोकैमिस्ट्री में नए विकास महत्वपूर्ण गुणों के साथ विभिन्न प्रकार की नैनोस्ट्रक्चर सामग्री प्रदान करते हैं जो अत्यधिक नियंत्रित होते हैं। इन नैनोस्ट्रक्चर सामग्रियों के कुछ अनुप्रयोगों में स्व-इकट्ठे मोनोलयर्स और लिथोग्राफी, सेंसर में नैनोवायर का उपयोग और नैनोएंजाइम शामिल हैं।

इलेक्ट्रिक्स

नैनोवायर रचनाएं

वैज्ञानिकों ने वाष्प और समाधान चरण रणनीतियों का उपयोग करके नियंत्रित लंबाई, व्यास, डोपिंग और सतह संरचना के साथ बड़ी संख्या में नैनोवायर रचनाएं भी तैयार की हैं। इन उन्मुख एकल क्रिस्टल का उपयोग अर्धचालक नैनोवायर उपकरणों जैसे डायोड, ट्रांजिस्टर, लॉजिक सर्किट, लेजर और सेंसर में किया जा रहा है। चूंकि नैनोवायरों में एक-आयामी संरचना होती है, जिसका अर्थ है कि सतह से आयतन का बड़ा अनुपात, प्रसार प्रतिरोध कम हो जाता है। इसके अलावा, क्वांटम कारावास प्रभाव के कारण इलेक्ट्रॉन परिवहन में उनकी दक्षता, उनके विद्युत गुणों को मामूली गड़बड़ी से प्रभावित करती है।^[13] इसलिए, नैनोसेंसर तत्वों में इन नैनोवायरों के उपयोग से इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया में संवेदनशीलता बढ़ जाती है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, अर्धचालक नैनोवायरों की एक-आयामीता और रासायनिक लचीलापन उन्हें नैनोलाइज़र में लागू करते हैं। पीडोंग यांग और उनके सहकर्मियों ने कमरे के तापमान वाले पराबैंगनी नैनोवायर नैनोलेज़र पर कुछ शोध किया है जिसमें इन नैनोलेज़रों के महत्वपूर्ण गुणों का उल्लेख किया गया है। उन्होंने निष्कर्ष निकाला है कि शॉर्ट वेवलेंथ नैनोलेज़र का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों जैसे ऑप्टिकल कंप्यूटिंग, सूचना भंडारण और माइक्रोएनालिसिस में होता है^[14]

कटैलिसीस

नैनोएंजाइम (या नैनोजाइम)

नैनोपार्टिकल-आधारित एंजाइमों में मुख्य रूप से उपयोग की जाने वाली नैनोस्ट्रक्चर सामग्री ने उनके द्वारा दिखाए गए विशिष्ट गुणों के कारण आकर्षण खींचा है। इन नैनोएंजाइमों (या नैनोजाइम) के बहुत छोटे आकार (1-100 एनएम) ने उन्हें अद्वितीय ऑप्टिकल, चुंबकीय, इलेक्ट्रॉनिक और उत्प्रेरक गुण प्रदान किए हैं।^[15] इसके अलावा, नैनोकणों की सतह की कार्यक्षमता के नियंत्रण और इन छोटे आकार के एंजाइमों के अनुमानित नैनोस्ट्रक्चर ने उन्हें अपनी सतह पर एक जटिल संरचना बना दी है जो बदले में विशिष्ट अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करती है।^[16]

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