तिर्यक बन्धन: Difference between revisions
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मैक्रोमोलेक्यूल में एक छोटा क्षेत्र जिसमें से कम से कम चार श्रृंखलाएं
निकलती हैं और उपस्थित मैक्रोमोलेक्युलस पर उन क्षेत्रों या समूहों को सम्मिलित
करने वाली प्रतिक्रियाओं या उपस्थित मैक्रोमोलेक्युलस के मध्य संपर्क से बनती हैं।टिप्पणियाँ
1. छोटा क्षेत्र एक परमाणु, परमाणुओं का एक समूह, या बांड, परमाणुओं
के समूह या ऑलिगोमेरिक चेन से जुड़े कई शाखा बिंदु हो सकते हैं।2. अधिकांश स्थितियों में तिर्यक बंध सहसंयोजक संरचना है परंतु इस शब्द का
उपयोग कमजोर रासायनिक अंतःक्रियाओं, स्फटिकों के अंशों और यहां तक कि
भौतिक अंतःक्रियाओं और उलझावों के स्थलों का वर्णन करने के लिए भी किया जाता है।[1]
रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में तिर्यक बन्धन एक बंधन या बांड का एक छोटा अनुक्रम है जो एक बहुलक श्रृंखला को दूसरे से जोड़ता है। ये लिंक सहसंयोजक बंधों या आयोनिक बंध का रूप ले सकते हैं और पॉलीमर या तो सिंथेटिक पॉलिमर या प्राकृतिक पॉलिमर (जैसे प्रोटीन) हो सकते हैं।
बहुलक रसायन विज्ञान में तिर्यक बन्धन सामान्य रूप से पॉलिमर के भौतिक गुणों में परिवर्तन को बढ़ावा देने के लिए तिर्यक बन्धन के उपयोग को संदर्भित करता है।
जब जैविक क्षेत्र में तिर्यक बन्धन का उपयोग किया जाता है तो यह प्रोटीन - प्रोटीन परस्पर क्रिया के साथ-साथ अन्य रचनात्मक तिर्यक बन्धन पद्धतियों की जांच के लिए प्रोटीन को एक साथ जोड़ने के लिए जांच के उपयोग को संदर्भित करता है।[not verified in body]
यद्यपि इस शब्द का उपयोग दोनों विज्ञानों के लिए बहुलक श्रृंखलाओं को जोड़ने के लिए किया जाता है तिर्यक बन्धन की सीमा और तिर्यक बन्धन एजेंटों की विशिष्टताएं बहुत भिन्न होती हैं। जैसा कि सभी विज्ञानों के साथ होता है एवं इसमें अतिच्छादन होते हैं और निम्नलिखित रेखांकन सूक्ष्मता को समझने के लिए प्रारंभिक बिंदु हैं।
पॉलिमर रसायन
तिर्यक बन्धन एक साथ दो बहुलक श्रृंखलाओं में सम्मिलित होने के लिए सहसंयोजक बंधन या रासायनिक बंधनों के अपेक्षाकृत कम अनुक्रम बनाने की प्रक्रिया के लिए सामान्य शब्द है। क्युरिंग (रसायन विज्ञान) शब्द थर्मोसेटिंग रेजिन के तिर्यक बन्धन को संदर्भित करता है जैसे कि असंतृप्त पॉलिएस्टर और epoxy राल और वल्केनाइजेशन शब्द का उपयोग विशिष्ट रूप से घिसने के लिए किया जाता है।[2] जब पॉलिमर श्रृंखलाओं को तिर्यक बन्ध किया जाता है, तो सामग्री अधिक कठोर हो जाती है।
बहुलक रसायन विज्ञान में जब सिंथेटिक बहुलक को तिर्यक बन्ध कहा जाता है तो इसका सामान्य रूप से अर्थ होता है कि पॉलिमर के पूरे थोक को तिर्यक बन्धन विधि से उजागर किया गया है। यांत्रिक गुणों का परिणामी संशोधन दृढ़ता से तिर्यक बन्ध घनत्व पर निर्भर करता है। कम तिर्यक बन्ध घनत्व पॉलिमर के क्रिस्टलीकरण की चिपचिपाहट को बढ़ाते हैं। इंटरमीडिएट तिर्यक बन्धन घनत्व गमी पॉलिमर को उन सामग्रियों में परिवर्तित कर देता है जिनमें इलास्टोमेर गुण और संभावित उच्च शक्ति होती है। बहुत अधिक तिर्यक बन्धन घनत्व सामग्री को बहुत कठोर या शीशे के समान बना सकता है जैसे कि फिनोल फॉर्मल्डेहाइड राल सामग्री।[3]
गठन
गर्मी, दबाव, पीएच में परिवर्तन या विकिरण द्वारा शुरू की जाने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं से तिर्यक बन्धनों का गठन किया जा सकता है। उदाहरण के लिए तिर्यक बन्ध अभिकर्मकों नामक विशिष्ट रसायनों के साथ अनपॉलीमराइज़्ड या आंशिक रूप से पोलीमराइज़्ड राल के मिश्रण से रासायनिक प्रतिक्रिया होती है जो तिर्यक बन्ध बनाती है। तिर्यक बन्धन को उन सामग्रियों में भी प्रेरित किया जा सकता है जो सामान्य रूप से विकिरण स्रोत के संपर्क में आने के माध्यम से थर्माप्लास्टिक होते हैं जैसे इलेक्ट्रॉन बीम एक्सपोजर,[5] गामा विकिरण, या पराबैंगनी प्रकाश। उदाहरण के लिए इलेक्ट्रॉन बीम प्रसंस्करण का उपयोग C प्रकार के तिर्यक बन्ध, पॉलीथीन को तिर्यक बंधन हेतु किया जाता है। अन्य प्रकार के तिर्यक बंधन पॉलीथीन को एक्सट्रूज़न (टाइप ए) के समय पेरोक्साइड के अतिरिक्त या तिर्यक बंधन एजेंट (जैसे विनयलसिलेन) के अतिरिक्त और एक्सट्रूज़न के समय उत्प्रेरक के अलावा बनाया जाता है और फिर पोस्ट-एक्सट्रूज़न क्युरिंग का प्रदर्शन किया जाता है।
वल्केनाइजेशन की रासायनिक प्रक्रिया एक प्रकार का तिर्यक बंधन है जो रबर को कार और बाइक के टायरों से जुड़ी कठोर, टिकाऊ सामग्री में परिवर्तित देती है। इस प्रक्रिया को अधिकतर सल्फर क्यूरिंग कहा जाता है; वल्केनाइजेशन शब्द वल्कन (पौराणिक कथाओं) से आया है जो रोमन पौराणिक कथाओं में अग्नि का देवता है। जबकि यह धीमी प्रक्रिया है। एक सामान्य कार का टायर 15 मिनट में 150 डिग्री सेल्सियस पर ठीक हो जाता है। जबकि इसके समय को 2-बेंज़ोथियाज़ोलथिओल या टेट्रामेथिलथिउरम डाइसल्फ़ाइड जैसे त्वरक जोड़कर कम किया जा सकता है। इन दोनों में अणु में एक सल्फर परमाणु होता है जो रबड़ के साथ सल्फर श्रृंखलाओं की प्रतिक्रिया आरम्भ करता है। त्वरक (रसायन विज्ञान) रबर के अणुओं में सल्फर श्रृंखलाओं को जोड़ने को उत्प्रेरित करके क्युरिंग की दर को बढ़ाता है।
तिर्यक बन्ध थर्मोसेटिंग प्लास्टिक सामग्री की विशेष संपत्ति है। अधिकतर स्थितियों में तिर्यक बन्धन अपरिवर्तनीय है और परिणामी थर्मोसेटिंग सामग्री गर्म होने पर पिघले बिना घट या जल जाएगी। विशेष रूप से व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्लास्टिक की स्थिति में एक बार पदार्थ तिर्यक बन्ध हो जाने के पश्चात उत्पाद को पुनर्नवीनीकरण करना बहुत कठिन या असंभव होता है। कुछ स्थितियों में यदि तिर्यक बन्धन बांड पर्याप्त रूप से भिन्न होते हैं जबकि रासायनिक रूप से पॉलिमर बनाने वाले बांड से प्रक्रिया को उलटा किया जा सकता है। स्थायी तरंग समाधान उदाहरण के लिए बालों में प्रोटीन श्रृंखलाओं के बीच स्वाभाविक रूप से होने वाले तिर्यक बन्ध (डाइसल्फ़ाइड बंधन) को तोड़ना और फिर से बनाना।
भौतिक तिर्यक बन्धन
जहाँ रासायनिक तिर्यक बन्धन सहसंयोजक बंधन हैं जो भौतिक तिर्यक बन्ध शक्तिहीन अंतःक्रियाओं द्वारा बनते हैं। उदाहरण के लिए कैल्शियम आयन के संपर्क में आने पर सोडियम अल्गीनेट जैल जो इसे आयनिक बॉन्ड बनाने की अनुमति देता है एवं जो एल्गिनेट चेन के बीच पुल बनाता है।[6] पॉलीविनायल अल्कोहल बोरिक एसिड और पॉलिमर के अल्कोहल समूहों के बीच हाइड्रोजन बंध के माध्यम से बोरेक्रस के अतिरिक्त होता है।[7][8] सामग्री के अन्य उदाहरण जो भौतिक रूप से तिर्यक बंध जैल बनाते हैं उनमें जेलाटीन , कोलेजन, ऐग्रोस और एगर एगर सम्मिलित हैं।
रासायनिक सहसंयोजक क्रॉस-लिंक यंत्रवत् और तापीय रूप से स्थिर होते हैं इसलिए एक बार बनने के बाद उन्हें तोड़ना कठिन होता है। इसलिए तिर्यक बन्ध उत्पादों जैसे कार के टायरों को सरलता से पुनर्नवीनीकरण नहीं किया जा सकता है। थर्माप्लास्टिक इलैस्टोमर के रूप में जाने जाने वाले पॉलिमर की श्रेणी स्थिरता प्राप्त करने के लिए अपने माइक्रोस्ट्रक्चर में भौतिक तिर्यक बन्ध पर भरोसा करती है और गैर-टायर अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है जैसे कि स्नोमोबाइल ट्रैक और चिकित्सा उपयोग के लिए कैथिटर। वे पारंपरिक तिर्यक बन्ध इलास्टोमर्स की तुलना में गुणों की व्यापक श्रेणी की प्रस्तुति करते हैं क्योंकि तिर्यक बन्ध के रूप में कार्य करने वाले डोमेन प्रतिवर्ती होते हैं इसलिए गर्मी से सुधार किया जा सकता है। स्थिर करने वाले डोमेन गैर-क्रिस्टलीय हो सकते हैं (जैसा कि स्टाइरीन-ब्यूटाडीन ब्लॉक कॉपोलिमर में) या क्रिस्टलीय के रूप में थर्मोप्लास्टिक कॉपोलिएस्टर में हो सकते है।
नोट: रबर जिसे गर्मी या रासायनिक उपचार से नहीं सुधारा जा सकता है उसे थर्मोसेट इलास्टोमर कहा जाता है। दूसरी ओर थर्माप्लास्टिक इलास्टोमेर को ढाला जा सकता है और ऊष्मा से पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है।
ऑक्सीडेटिव तिर्यक बन्धन
कई पॉलिमर सामान्य रूप से वायुमंडलीय ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर ऑक्सीडेटिव तिर्यक बन्धन से गुजरते हैं। कुछ स्थितियों में यह अवांछनीय है और इस प्रकार पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रियाओं में ऑक्सीडेटिव तिर्यक बन्ध के गठन को धीमा करने के लिए ऑक्सीकरणरोधी का उपयोग सम्मिलित हो सकता है। अन्य स्थितियों में जब ऑक्सीकरण द्वारा तिर्यक बन्ध का गठन वांछनीय होता है तो प्रक्रिया को गति देने के लिए हाइड्रोजन पेरोक्साइड जैसे ऑक्सीडाइज़र का उपयोग किया जा सकता है।
बालों को स्थायी तरंग लगाने की उपर्युक्त प्रक्रिया ऑक्सीडेटिव तिर्यक बन्धन का उदाहरण है। उस प्रक्रिया में डाइसल्फ़ाइड बॉन्ड कम हो जाते हैं सामान्य रूप से अमोनियम थियोग्लाइकोलेट जैसे मर्कैप्टन का उपयोग करते हैं। इसके बाद बालों को कर्ल (घुमावदार) किया जाता है और फिर न्यूट्रलाइज किया जाता है। न्यूट्रलाइज़र सामान्य रूप से हाइड्रोजन पेरोक्साइड का अम्लीय घोल होता है जो ऑक्सीकरण की स्थितियों के अंतर्गत नए डाइसल्फ़ाइड बॉन्ड बनाने का कारण बनता है इस प्रकार बालों को स्थायी रूप से अपने नए विन्यास में ठीक करता है।
यह ग्लूटेन के लिए भी होता है जो खाद्य पदार्थों की संरचना को बदल देता है।
जीव विज्ञान में
शरीर में स्वाभाविक रूप से उपस्थित प्रोटीन में एंजाइम-उत्प्रेरित या सहज प्रतिक्रियाओं द्वारा उत्पन्न क्रॉसलिंक्स होते हैं। यांत्रिक रूप से स्थिर संरचनाओं जैसे बाल, त्वचा और उपास्थि को उत्पन्न करने में ऐसे क्रॉसलिंक्स महत्वपूर्ण हैं। डाइसल्फ़ाइड बांड गठन सबसे सामान्य तिर्यक बन्ध में से एक है परन्तु आइसोपेप्टाइड बंधन गठन भी सामान्य है। छोटे-अणु तिर्यक बंधों का उपयोग करके प्रोटीन को कृत्रिम रूप से तिर्यक बन्ध भी किया जा सकता है। कॉर्निया में समझौता कोलेजन स्थिति जिसे केराटोकोनस के रूप में जाना जाता है का उपचार क्लिनिकल तिर्यक बन्धन के साथ किया जा सकता है।[9]
जैविक संदर्भ में तिर्यक बन्धन एथेरोस्क्लेरोसिस में उन्नत ग्लाइकेशन अंत-उत्पाद (एजीई) के माध्यम से भूमिका निभा सकता है जिसे कोलेजन के तिर्यक बन्धन को प्रेरित करने के लिए फंसाया गया है जिससे संवहनी कठोरता हो सकती है।[10]
प्रोटीन अध्ययन में प्रयोग
तिर्यक बन्धन एजेंटों के चतुर उपयोग से प्रोटीन के संपर्क या निकटता का अध्ययन किया जा सकता है। उदाहरण के लिए प्रोटीन ए और प्रोटीन बी सेल में एक दूसरे के बहुत निकट हो सकते हैं और रासायनिक क्रॉसलिंकर[11] इन दो प्रोटीनों के बीच प्रोटीन-प्रोटीन इंटरैक्शन की जांच करने के लिए उपयोग किया जा सकता है उन्हें एक साथ जोड़कर सेल को बाधित कर सकता है और तिर्यक बन्ध प्रोटीन की खोज कर सकता है।[12]
तिर्यक बंधो के एक प्रकार का उपयोग प्रोटीन की प्रोटीन सबयूनिट संरचना, प्रोटीन बातचीत और प्रोटीन फ़ंक्शन के विभिन्न मापदंडों का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है, जो अक्सर अलग-अलग स्पेसर आर्म लेंथ के साथ अलग-अलग तिर्यक बंधों का उपयोग करते हैं।[13] सबयूनिट संरचना का अनुमान लगाया गया है क्योंकि तिर्यक बंधों मूल राज्य में अपेक्षाकृत निकटता में केवल सतह के अवशेषों को बांधते हैं। प्रोटीन परस्पर अधिकतर बहुत शक्तिहीन या क्षणिक होते हैं जिन्हें सरलता से ज्ञात किया जा सकता है लेकिन तिर्यक बन्धन द्वारा इंटरैक्शन को स्थिर, कैप्चर और विश्लेषित किया जा सकता है।
कुछ सामान्य तिर्यक बन्धन के उदाहरण हैं एमीडस्टर क्रॉसलिंकर डाइमिथाइल सबरीमिडेट, एन-हाइड्रॉक्सीसुकिनिमाइड-एस्टर क्रॉसलिंकर बिस bisSulfosuccinimidyl suberate और फॉर्मलडिहाइड इनमें से प्रत्येक क्रॉसलिंकर लाइसिन के अमीनो समूह के न्यूक्लियोफिलिक हमले और बाद में क्रॉसलिंकर के माध्यम से सहसंयोजक बंधन को प्रेरित करता है। शून्य-लंबाई वाले कार्बोडाइमाइड क्रॉसलिंकर कार्बोडाइमाइड ईडीसी कार्बोक्सिल को अमाइन-प्रतिक्रियाशील आइसोरिया इंटरमीडिएट में परिवर्तित करके कार्य करता है जो लाइसिन अवशेषों या अन्य उपलब्ध प्राथमिक अमाइन से जुड़ता है। एसएमसीसी या इसके पानी में घुलनशील एनालॉग, सुल्फो-एसएमसीसी, सामान्य रूप से एंटीबॉडी विकास के लिए एंटीबॉडी-हेप्टेन संयुग्म तैयार करने के लिए उपयोग किया जाता है।
इन-विट्रो तिर्यक बन्धन विधि जिसे पिकप (अनमॉडिफाइड प्रोटीन का फोटो-प्रेरित क्रॉस-लिंकिंग) कहा जाता है सन1999 में विकसित किया गया था।[14] उन्होंने एक ऐसी प्रक्रिया तैयार की जिसमें अमोनियम परसल्फेट (APS) जो एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है और ट्रिस (बिपिरिडीन) रूथेनियम (II) क्लोराइड, ट्रिस-बिपिरिडिलरुथेनियम (II) केशन ([Ru(bpy)
3]2+
) रुचि के प्रोटीन में जोड़े जाते हैं और यूवी प्रकाश से विकिरणित होते हैं।[14] पीआईसीयूपी पिछले रासायनिक तिर्यक बन्धन विधियों की तुलना में अधिक तीव्र और उच्च उपज देने वाला है।[14]
मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ मॉलिक्यूलर सेल बायोलॉजी एंड जेनेटिक्स के शोधकर्ताओं द्वारा सन 2005 में फोटो-प्रतिक्रियाशील अमीनो एसिड एनालॉग्स का उपयोग करके प्रोटीन कॉम्प्लेक्स की इन-विवो तिर्यक बन्धन प्रारम्भ किया गया था।[15] इस पद्धति में कोशिकाओं को ल्यूसीन और मेथिओनाइन के फोटोरिएक्टिव डायज़िरिन एनालॉग्स के साथ उगाया जाता है जो प्रोटीन में सम्मिलित होते हैं। पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में आने पर डायज़िरिन सक्रिय हो जाते हैं और उन प्रोटीनों से संपर्क करने के लिए बाध्य होते हैं जो फोटो-प्रतिक्रियाशील अमीनो एसिड एनालॉग (यूवी तिर्यक बन्धन) के कुछ कोणों के भीतर होते हैं।
भौतिक विज्ञान में
तिर्यक बन्धन शब्द के व्यापक उपयोग को सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग में वल्केनाइजेशन के रूप में भी वर्णित किया गया है जो मुख्य रूप से मोनोमर्स और पॉलिमर और रबर की शाखाओं के बीच तीव्र प्रतिक्रिया को संबोधित करता है। पॉलिमर के तिर्यक बन्धन या इंटरलिंकिंग एम पॉलिमर सामग्री के यांत्रिक गुणों में सुधार कर सकते हैं और कोटिंग के दो अंतराफलक के बीच आसंजन में भी सुधार कर सकते हैं।
पदार्थ के यांत्रिक गुणों को बढ़ावा देना
तिर्यक बन्धन पॉलिमर, मोनोमर्स और शाखाएं पदार्थ के थोक यांत्रिक गुणों में सुधार कर सकती हैं और ज्यादातर गैर-ठोस सामग्रियों की चिपचिपाहट कम कर सकती हैं।
तिर्यक बन्ध के प्रारंभिक उदाहरण शक्ति और द्रव्यमान बढ़ाने के लिए पॉलिमर की लंबी श्रृंखलाओं को एक साथ जोड़ना जिसमें टायर भी सम्मिलित थे। गर्मी के अंतर्गत रबर को सल्फर के साथ वल्केनाइज किया गया, जिसने लेटेक्स मॉडल के बीच एक लिंक बनाया।[16]
सिंथेटिक रूप से तिर्यक बन्ध पॉलिमर के कई उपयोग हैं जिनमें जैविक विज्ञान में सम्मिलित हैं जैसे कि जेल वैद्युतकणसंचलन के लिए पॉलयक्रलेमाईड जैल बनाने में अनुप्रयोग। वल्केनाइजेशन की प्रक्रिया के साथ रबर को तिर्यक बन्ध करके टायरों में उपयोग होने वाले सिंथेटिक रबर को बनाया जाता है। यह तिर्यक बन्धन उन्हें अधिक लोचदार बनाता है। हार्ड-शेल कयाक भी अधिकतर तिर्यक बन्ध पॉलिमर के साथ निर्मित होते हैं।
कई हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग उपचारों में विलंबित जेल-तिर्यक बन्धन द्रव का उपयोग चट्टान के भंजन उपचार के लिए किया जाता है।[17]
कोटिंग्स के आसंजन को बढ़ावा देना
इंटरफ़ेस की दो आपस में जुड़ी परतें कोटिंग की आसंजन शक्ति को सतह तक बढ़ा सकती हैं।
पॉलिमर के अन्य उदाहरण जिन्हें तिर्यक बन्ध किया जा सकता है वे एथिलीन विनाइल एसीटेट हैं - जैसा कि सौर पैनल और पालीथेलीन[18][19][20] निर्माण में उपयोग किया जाता है[21]
इनेमल पेंट, व्यावसायिक तेल-आधारित पेंट का प्रमुख प्रकार, हवा के संपर्क में आने के बाद ऑक्सीडेटिव तिर्यक बन्धन द्वारा ठीक हो जाता है।[22]
तिर्यक बन्ध की डिग्री मापना
तिर्यक बंधन को अधिकतर स्वैलिंग परीक्षणों द्वारा मापा जाता है। तिर्यक बंध किए गए नमूने को विशिष्ट तापमान पर एक अच्छे विलायक में रखा जाता है और या तो द्रव्यमान में परिवर्तन या आयतन में परिवर्तन को मापा जाता है। अधिक तिर्यक बंधन कम स्वैलिंग प्राप्य है। स्वेलिंग की डिग्री के आधार पर फ्लोरी इंटरेक्शन पैरामीटर (जो नमूना के साथ विलायक बातचीत से संबंधित है) और विलायक की घनत्व, तिर्यक बंधन की सैद्धांतिक डिग्री फ्लोरी के नेटवर्क थ्योरी के अनुसार गणना की जा सकती है।[23] थर्माप्लास्टिक में क्रॉसलिंकिंग की डिग्री का वर्णन करने के लिए सामान्य रूप से दो एएसटीएम मानकों का उपयोग किया जाता है। एएसटीएमडी 2765 में नमूना तौला जाता है फिर 24 घंटों के लिए एक विलायक में रखा जाता है स्वैलिंग के समय पुनः तौला जाता है फिर सूख जाने पर अंतिम बार तौला जाता है।[24] स्वैलिंग की डिग्री और घुलनशील भाग की गणना की जा सकती है। एक अन्य एएसटीएम मानक F2214 में नमूना एक उपकरण में रखा जाता है जो नमूने में ऊंचाई परिवर्तन को मापता है जिससे उपयोगकर्ता मात्रा परिवर्तन को मापने की अनुमति देता है।[25] इसके बाद तिर्यक बंध घनत्व की गणना की जा सकती है।
यह भी देखें
- ब्रांचिंग (बहुलक रसायन)
- क्रॉस-लिंक्ड एंजाइम समुच्चय
- क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन (पीईएक्स)
- डीएनए की क्रॉसलिंकिंग
- निर्धारण (ऊतक विज्ञान)
- फिनोल फॉर्मल्डेहाइड राल (फेनोलिक राल)
संदर्भ
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