You are here

आता नॅनोकण वापरुन कर्करोग, स्फोटक पदार्थ इत्यादी शोधता येतील

  • छायाचित्र : पूरबी देशपांडे
    छायाचित्र : पूरबी देशपांडे

पदार्थांचे रेणू ओळखण्यासाठी आय आय टी मुंबई च्या शास्त्रज्ञांनी विकसित केली नवीन पद्धत 

कर्करोगाचे वेळीच निदान न केल्यास रोग प्राणघातक ठरू शकतो. कर्करोगात शरीरातील काही पेशी अनिर्बंधपणे वाढतात. पण या पेशी काही सूचक संकेत सतत देत असतात, ज्यांचा योग्य उपयोग कर्करोगाचे सुरुवातीच्या अवस्थेमध्ये निदान करण्यासाठी करता येतो. उदाहरणार्थ उच्छ्वासातून बाहेर पडणारे काही रासायनिक द्रव्य फुफ्फुसाच्या कर्करोगाचे संकेत देतात. पारंपारिक श्वासपरीक्षा  अतिशय जटिल आणि वेळखाऊ असते आणि रासायनिक द्रव्य मोठ्या प्रमाणात उच्छ्वासात असेल तरच विश्वसनीय निदान होऊ शकते. शिवाय परीक्षेसाठी नमुना देण्यासाठी रुग्णाला शय्या सोडून जावे लागते. भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबई येथील प्रा. चंद्रमौळी सुब्रमणीयम आणि त्यांच्या सहकार्‍यांनी नुकत्याच विकसित केलेल्या पद्धतीमुळे या प्रकारच्या द्रव्याचा एकही रेणू उपस्थित असेल तर त्याचे अस्तित्व साधारण एका मिनिटात निश्चित करता येते. हीच पद्धत वापरून वायु प्रदूषणाचा स्तर आणि टीएनटी (ट्रायनायट्रोटॉल्युइन) सारख्या स्फोटक पदार्थाचा पण शोध घेता येतो.

एखादा रासायनिक पदार्थ (अॅनालाईट/ विश्लेष्य) उपस्थित आहे का ते तपासण्याच्या (संसूचित करण्याच्या) अप्रत्यक्ष आणि प्रत्यक्ष अशा दोन पद्धती आहेत. सामान्यतः वापरल्या जाण्याऱ्या अप्रत्यक्ष पद्धतीमध्ये विश्लेष्याशी विशेष पद्धतीने जोडलेले, फ्ल्युरोसेंट प्रकाश देत असल्यामुळे सहज ओळखता येणारे अन्य रेणू कण (ज्यांना “लेबल्स” म्हणतात) वापरतात. . प्रत्यक्ष पद्धतीमध्ये विष्लेष्याने स्वतः विकीर्ण केलेल्या प्रकाशालाच विशिष्ट ओळख असते ज्यामुळे त्याची उपस्थिती निश्चित करता येते. अप्रत्यक्ष पद्धतीचे  काही तोटे आहेत जसे जितक्या प्रकारचे विश्लेष्य संसूचित करायचे असतील तितक्या प्रकारच्या विशिष्ट लेबल्सची जोड करणे आवश्यक असते. या शिवाय अॅनालाईटची संहत तीव्रता अधिक असावी लागते.

“लेबल नसलेल्या पद्धतीचे फायदे असे की नमुना घेण्याकरिता कमी वेळ लागतो आणि अधिक खात्रीलायक आणि बिनचूक निदान करता येते" असे प्रा. सुब्रमणीयम स्पष्ट करतात.

भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबई येथे केलेल्या या अभ्यासाला विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभागाच्या नॅनोमिशन कार्यक्रमाने आर्थिक सहाय्य केले आहे व तो एसईएस (सस्टेनेबल केमिस्ट्री अँड इंजीनीरिंग) मासिकात प्रकाशित झाला आहे. यामध्ये रामन स्पेक्ट्रोस्कोपी नावाच्या प्रत्यक्ष पद्धतीचा (लेबल विहीन) वापर करून विशिष्ट रासायनिक पदार्थांची उपस्थिती निश्चित करता येते. मात्र, रामन स्कॅटरिंग तंत्रामध्ये एकत्रित प्रकाशाची तीव्रता फार कमी असते. यावर उपाय म्हणून वैज्ञानिकांनी एक नवीन पद्धत शोधली आहे ज्याचे नाव आहे सरफेस एन्हांस्ड रामन स्कॅटरिंग (पृष्ठसंवर्धित रामन विकिरण किंवा एसईआरएस). यामध्ये धातूच्या नॅनोकणांच्या संन्निध असलेल्या रेणुने विकीर्ण केलेल्या प्रकाशाची तीव्रता अधिक असते त्यामुळे  विश्लेष्य संसूचित करणे सोपे जाते. येते. या पद्धतीने जरी विश्लेष्याविषयी तीव्र आणि स्पष्ट संकेत मिळत असला तरी विश्वसनीय संकेत मिळणे जरा कठीण असते  कारण ब्राऊनियन मोशनच्या नियमानुसार कलिल स्थितीतील हे नॅनोकण फार चंचल असतात. या ठिकाणी अभ्यासाच्या संशोधकांना नवीन कल्पना सुचली ज्यामध्ये नॅनोकणांचा पिंजरा बनवून त्यामध्ये विश्लेष्य कणांना बंदिस्त केले गेले.

संशोधकांनी उष्माविकरण (थर्मोडिफ्युशन) किंवा सॉरेट इफेक्ट पद्धत नॅनोमिटर पातळीवर वापरली. या पद्धतीने नॅनोकणांच्या (एकमेकांना चिकटलेल्या गोट्यांसारख्या) समूहामध्ये विश्लेष्याचे कण अडकतात आणि लाखोपट अधिक प्रकाशाचे विकीर्णन करतात. या समूहाची एक बाजू -१० अंश सेल्सियसपर्यन्त थंड केली व दुसरी बाजू खोलीच्या तापमानावर ठेवली की धातूचे (सोन्या चांदीचे) नॅनोकण समूहाच्या एका बाजूला स्थानांतरित होतात व एकमेकांनाला चिकटून एक प्रकारचा पिंजरा तयार होतो. शास्त्रज्ञांच्या लक्षात आले की विश्लेष्यामुळे ज्या प्रकाशाचे विकीर्णन होते तो पिंजर्‍यामध्ये अधिक स्पष्ट व दाट होतो  ज्यामुळे विश्लेष्याचा एक जरी रेणू असला तरी विश्लेष्याचे संसूचन सोपे व बिनचूक होते.

नव्याने विकसित केलेली ही पद्धत वायू, द्रव, अथवा घन स्थितीतील पदार्थांचे अचूक निदान करू शकते. द्रव अथवा वायू पदार्थ सॉरेट कलिलामध्ये रुपांतरित करून मग रमण स्पेक्ट्रोस्कोपीने संसूचित करता  येते. घन पदार्थ असतील तर विश्लेष्यावरून वायू प्रवाहित करतात ज्यामुळे त्याचे रेणू सॉरेट कलिलात मिसळतात व ते निश्चितपणे ओळखता येतात. विमानतळावर धोकादायक रासायनिक पदार्थांना शोधण्याकरिता वापरण्यात येणाऱ्या हवाई पडद्याप्रमाणेच ह्याची रचना असते. कुठल्याही घन पदार्थांच्या पृष्ठभागावर त्या वस्तूच्या रेणूचे थर बाष्प स्वरूपात असतात, हे तत्त्व या पद्धतीत वापरलेले आहे. या पद्धतीने टीएनटी सारख्या घन पदार्थ पण संसूचित करता येतात. अन्यथा घन पदार्थ विरघळवून किंवा खूप तापवून मगच संसूचित करावे लागले असते. या नवीन पद्धतीत डीएनटी (डायनायट्रोटॉल्युइन) (टीएनटी सारखाच पण स्फोटक नसलेला) आणि नायट्रोबेंझीनच्या उपस्थितीत टीएनटीची उपस्थिती ओळखता आली.

भविष्यामध्ये ह्या पद्धतीचा काय उपयोग होऊ शकतो? या पद्धतीने कुठेही नेता येणारे स्पेक्ट्रोमीटर तयार करता येतील. "आम्ही हातात धरण्यासारखे छोटे रामन स्पेक्ट्रोमिटर तयार करण्यासाठी एका भारतीय कंपनीशी चर्चा करत आहोत.त्याला आमचे एसईआरएस जोडून रोगनिदान उपकरण तयार करता येईल ज्यामुळे फुफ्फुसाच्या आजारांचे लवकर निदान होईल. सुरक्षा यंत्र देखील तयार करता येईल" असे डॉ. सुब्रमणीयम सांगतात.