நேனோ: ஓர் அறிமுகம் – கட்டுரை 1 – பகுதி 1

nano-front-tநேனோ: ஓர் அறிமுகம் புத்தகம் சுமார் பதினைந்து தொடர்புடைய கட்டுரைகளின் தொகுப்பு. முன்னுரையை வாசித்துக் கொள்ளவும்.

இப்பதிவு அப்புத்தகத்தின் முதல் கட்டுரையின் முதல் பகுதி. கட்டுரைத் தொடரின் அடுத்த பதிவு அடுத்த திங்கள் கிழமை (25 ஏப்ரல், 2016) வெளியாகும்.

*

எது நேனோ, எது நோ-நோ?

எறும்பு ஐந்து மில்லிமீட்டர். இங்கிருக்கும் முற்றுப்புள்ளி ஒரு மில்லிமீட்டரையும் விட சிறியது. தலையில் உள்ள பொடுகின் அளவு 0.2 மில்லிமீட்டர். அதாவது, இருநூறு மைக்ரான்கள். நம் ரத்தத்தில் இருக்கும் சிவப்பணு (red blood cell) எட்டு மைக்ரான்கள். ஐந்து மில்லிமீட்டர் பரப்பில் உறையும் ஒரு சொட்டு ரத்தத்தில் பல மில்லியன் சிவப்பணுக்கள். சிவப்பணுவின் உள்ளே பல கோடி மரபணுக்கள் (DNA). ஒரு மரபணுவின் இரட்டைச் சுருள் (double helix) வடிவின் விட்டம் இரண்டு நேனோமீட்டர். நேனோமீட்டர் அளவில் இருக்கும் மரபணுவை மனிதன் என்றால், அம்மனிதனின் கைவிரல் அளவில் இருப்பது ஒரு அணு. மனிதனுக்கு அவன் பூமி எவ்வளவு பெரியதோ அதைப்போன்ற பெரியதே ஒரு மரபணுவுக்கு அதை உள்ளடக்கியிருக்கும் ஒரு சிவப்பணு. மனிதனுக்கு சூரியன் உறையும் ஆகாசகங்கை காலக்ஸி எவ்வளவு பெரியதோ, அவ்வளவு பிரம்மாண்டமே ஒரு மரபணுவுக்கு, ஒரு எறும்பு.

மடிக்கணினி ஒரு அடிக்கும் குறைவான அளவு. அதனுள் இருக்கும் சிலிக்கனால் ஆன மைக்ரோ-சில்லு சில மில்லிமீட்டர்கள். சில்லினுள் இருக்கும் பலவாறான ஒருங்கிணைந்த மின்னிணைப்புகளின் (integrated circuit) அளவு சில மைக்ரான்கள். இதுவரை நாம் கண்ணால் காணமுடிந்த அளவு. அதில் ஒரு அங்கத்தை மட்டும் விரலின் ஈரத்தில் ஒத்தி எடுத்து, நுண்ணோக்கியில் பெரிதுபடுத்தினால், குறுக்கும் நெடுக்குமாய் ஓடும் மின்னிணைப்புகளின் ஒரு இழையின் அளவு மைக்ரானையும் விட சிறியது. மைக்ரோ-லித்தோகிராஃபி எனும் முறையில் ‘லேசரை’க்கொண்டு இம்மின்னிணைப்புகளின் வரைவடிவை சிலிக்கன் பரப்பின் மீது ‘எழுதியிருப்பார்கள்’. ஒரு சிலிக்கன் இழையை மட்டும் குவிப்புத்திறனுடன் உற்று நோக்கினால், அதன் பக்கச் சுவர்களின் உயரம் சில நேனோ-மீட்டர்கள். சுவர் சில நூறு சிலிக்கன் அணு ‘செங்கற்களினால்’ ஆனது. ஒரு சிலிக்கன் அணுவின் அளவு நேனோ-மீட்டரையும் விட பத்து மடங்கு குறைவான, ஆங்ஸ்ட்ராம் (Angstrom) எனப்படும் ஒரு மீட்டரில், ஒன்றின் கீழ் ஒன்றிற்குப் பிறகு பத்து பூஜ்ஜியங்கள் கொண்ட சிறு பங்கான அளவு.

நேனோ அறிவியல் என்பது நேனோ அளவில் இருக்கும் பொருட்களை ஆய்ந்தறியும் துறை. கார்பன் நேனோ-குழாய்கள் ஒரு உதாரணம். வீட்டில் நீர் வரும் உருளை வடிவ குழாய்கள் மீட்டர் அளவில் என்றால், கரி அணுக்களை சுருட்டித் தயாரித்த கரிக்குழாய்களின் விட்டம் நேனோ-மீட்டர் அளவில். கண்ணுக்கு மை அழகு என்கையில், அக்கருமையின் நிற அழகிற்கு அதனுள்ளே இருக்கும் நேனோ கரிக்குழாய்களே காரணம் எனலாம்.

நம் தலைமுடியின் ஒரு இழையில் எவ்வளவு நேனோ கரிக்குழாய்களை அடைக்கலாம்?

நம் கை மணிக்கட்டின் விட்டம் சுமார் 40 மில்லிமீட்டர்கள் (மீட்டரில் ஆயிரத்தில் ஒரு பகுதி). நம் தலைமுடியின் விட்டம் சுமார் 40 மைக்ரான்கள். அதாவது, 40 மில்லிமீட்டர்களில் ஆயிரத்தில் ஒரு பகுதி. நம் மணிக்கட்டின் விட்டத்தினுள் ஆயிரம் தலைமுடி இழைகளை அடைக்கலாம். ஒரு கரிக்குழாயின் அளவு 4 நேனோ மீட்டர்கள். அதாவது, ஒரு தலைமுடியின் விட்டதின் பத்தாயிரத்தில் ஒரு பகுதி. ஒரு தலைமுடியினுள் பத்தாயிரம் நேனோ கரிக்குழாய்களை அடைக்கலாம்.

நேனோ-அளவையில் இவ்வகை விநோதப் பொருட்களின் தன்மைகள், அவற்றினால் நேனோ-அளவிலேயே ஏற்படும் விளைவுகள் என ஆய்ந்தறிவது நேனோ-அறிவியல் துறை எனலாம். தாமரை இலையில் நீர் ஒட்டுவதில்லை. அது அதி-நீரொட்டா பரப்பு (super-hydrophobic surface). ஏன் என்றால், நேனோ-அளவில் தோன்றும் விளைவினால். இன்று இதை நேனோ-அறிவியலின் அறிதலால் புரிந்துகொள்ளமுடிகிறது. இவ்வாறு மேலும் சில நேனோ-விளைவுகளை வரும் கட்டுரைகளில் அறியப்போகிறோம்.

நேனோ-தொழில்நுட்பம் மனிதன் அறிந்துள்ள தொழில்நுட்பங்களில் காலப்போக்கினால் ஏற்படும் இயல்பான சிறுத்தலினால் (miniaturization) தோன்றியது. விவசாயியின் ஏர், கலப்பை, வண்டிச்சக்கரம் என தொழில்நுட்பம் மனித அளவில் தொடங்கி, காலப்போக்கில் அறிவியல் வளர்வதோடு மில்லிமீட்டர் அளவில் சிறுத்த தொழில்நுட்ப வடிவம் தோன்றி (மின்-டிரான்ஸிஸ்டர் உதாரணம்), அடுத்த சிறு அளவில் ஒருங்கிணைந்த மின்னினைப்புகள் சிலிக்கன் சில்லுகளில் தோன்றி, அதுவும் சிறுத்து குவாண்டம் பொட்டு (quantum dots) என நேனோ அளவில் இன்று இயங்குவதை தொகுத்தாய்வது நேனோ தொழில்நுட்பம்.

நேனோ தொழில்நுட்பம் என்பதை விளக்க முற்படுகையில் கூடவே தொழிற்சாலைகள், நுகரும் பொருட்கள், வர்த்தகமயமாக்கல் எனும் சொற்களை தவிர்க்கமுடியாது. நேனோ-மீட்டர் அளவில் அணுக்களையும் அணுக்கூட்டணிகளையும் (molecules) கலைத்துக் கட்டி, வடிவங்கள், அமைப்புகள், இயந்திரங்கள் என செய்துபார்ப்பது நேனோ-தொழில்நுட்பத்தின் நோக்கம். சமுதாயத்திற்கு உபயோகமானவை கிடைக்கும் என்பது இலக்கு.

இதனால், நேனோ தொழில்நுட்பம் என்பது பல துறைகளின் இன்றைய தொழில்நுட்பத்தின் வடிவை பாதிக்கக்கூடியது. விவசாயம் என்றால், திறனுள்ள கலப்பை செய்யும் மாக்ரோ-தொழில்நுட்பத்தை விடுத்து, விதைகளையே நேனோ-தொழில்நுட்பமாய் மரபணுவரை மாற்றியமைத்து விளைச்சலைக் கூட்ட முனைகிறோம். டெலிகாம் தொழில் என்றால், அலைபேசிகளின் தரமும் குணங்களும் மின்னனுவியலின் நேனோ-தொழில்நுட்பத்தினால் தினத்திற்கு மாறிக்கொண்டே இருப்பதைக் காண்கிறோம்.

இவ்வகையில் வேதியியல் தொழிற்சாலைகள், கட்டுமானப்பணியில் உபயோகிக்கும் பொருட்கள், போக்குவரத்து, மருத்துவக் கருவிகள், மருந்துகள், விமானம், ராக்கெட் எரிபொருட்கள், ஆற்றல் என பல்துறைகளில் நேனோ-தொழில்நுட்பம் இன்று ஊடுருவியுள்ளது. சிலவற்றை வரும் கட்டுரைகளில் அறிந்துகொள்வோம்.

ஒவ்வொரு இரண்டு வருட அவகாசக் கழிவிலும், ஒருங்கிணைந்த மின்னினைப்புகளில் டிரான்சிஸ்டர்களின் அடர்த்தி இரட்டிப்பாகும். இது மூர் விதியின் (Moore’s Law) ஒரு வடிவம்.

இயற்பியலில் 1960 வாக்கில் மின்னனுவியல் துறை டிரான்ஸிஸ்டருடன் தோன்றி, மூர் விதியின்படி டிரான்ஸிஸ்டரின் அளவு சிறுத்து, துறை வளர்ந்து, கணினி, வீட்டுக் கணினி, மடிக்கணினி, தொடுதிரையுடனான அட்டைகணினி என்று போய், இன்றைக்கு பழையவகை டிரான்ஸிஸ்டர்களை விட்டு குவாண்டம் பொட்டுகளை உபயோகிக்கலாமா என்று ஆராய்கிறார்கள். இது தொழில்நுட்ப சிறுத்தலின் இயற்பியல் இழை.

உயிரியலில் 1960 வாக்கில் உயிரணுக்களை நுண்ணோக்கியில் பார்த்து, அதன் குணங்களை அறிந்து, அணுக்கூட்டணி உயிரித் துறையை (மாலிக்கியுலர் பயாலஜி) நிறுவி, உயிரணுக்களில் உள்ள அணுக்கூட்டணிகளைப் பிரித்தாய்ந்து, அவற்றைத் தனியே சோதனைச்சாலையில் நாமே கட்டமைக்கமுடியுமா எனச் செய்துபார்த்து, எழுபது எண்பதுகளில் அணுக்கூட்டணிகளால் உயிரியல் பண்புகளுடனான வடிவங்களைச் செய்யமுடியும் என்பதைக் கண்டு, இன்று பயோ-சில்லுகள் (bio-chips) செய்வதுவரை வந்துள்ளனர். இது உயிரியல் வழி சிறுத்தல்.

வேதியியலில் இதைப்போலவே கனிமங்கள், தனிமங்கள், மூலக்கூறுகளை பிரித்தெடுத்தல் எனத் துவங்கி, சிக்கலான வேதியியல் பொருட்களை மைக்ரோ மாலிக்கியூல்களினால் செயற்கையாகச் செய்துபார்த்து, சுப்ரா-மாலிக்கியூலர் வேதியியல் என்னும் துறையை தற்போது முன்னெடுத்துள்ளனர். இது வேதியியல் வழி சிறுத்தல்.

அனைத்துத் துறைகளிலும் நேனோ-அளவுகளில் தெரிந்து, புரிந்து, அறிந்து என்னென்ன செய்யமுடியும், எவ்வெவற்றைச் செயலாக்கமுடியும் என்றிருக்கிறார்கள். வருங்காலக் கனவு என்பது இம்மூன்று துறைகளையும் நேனோ-அளவுகளில் இணைத்து அதன் கலவைகளில் ஏற்படும் புதிய விந்தையான குணங்களை, விளைவுகளை அறிந்து உபயோகிக்கமுடியுமா என்பதே.

உயிரியல் வைரஸ் நுண்ணுயிரை சிலிக்கன் சில்லுடன் சேர்த்து, உயிரி-நுண்ணூடுருவி (bio-nanoprobe) அல்லது உயிரி-சில்லு (biochip) தயாரிக்கமுடியுமா? இவை வருங்கால நேனோ-தொழில்நுட்பத்திற்கான கேள்விகள்.

அடிப்படையில் அனைத்துமே அணுக்கள் என்றால், இத்துறைகளின் நேனோ- அல்லது அதனினும் சிறிய அளவுகளின் கூட்டினால், உயிர் என்பதே நேனோ- விளைவாக தன்னிச்சையாக ஏற்படுமா? இது வருங்கால நேனோ-அறிவியலுக்கான கேள்வி.

*

(தொடரும் — அடுத்த திங்கள் கிழமை, 25 ஏப்ரல், 2016, அன்று)