தலைமுடியை அடையாறு ஆலமரம் அளவு
பெரிதாக்கிக் காட்டும் நுண்ணோக்கி!
வேதியியல் நோபல் பரிசு 2017!
----------------------------------------------------------------------------
பி இளங்கோ சுப்பிரமணியன்
நியூட்டன் அறிவியல் மன்றம்
------------------------------------------------------------------------------
இதற்கு மேல் சாதிக்க எதுவுமில்லை என்ற அளவுக்கு
நுண்ணோக்கித் தொழில்நுட்பத்தில் உச்ச அளவிலான
சாதனை புரிந்துள்ளனர் வேதியியல் அறிஞர்கள்.
பொருளை அதன் மிக அடிப்படையான அளவில்
(the most fundamental level), அதாவது அணுக்களின் மட்டத்தில்
பார்க்கக் கூடிய நுண்ணோக்கி உருவாக்கப் பட்டுள்ளது.
உயிரி மூலக்கூறுகளை (bio molecules), அதாவது
உயிர்ப்பொருள்களின் சாம்பிளை
நுண்ணிய ஆங்ஸ்ட்ராம் மட்டத்தில்
(10^minus 10) பார்ப்பது, தற்போது கிரையோஜெனிக் தொழில்நுட்பத்துடன் கூடிய எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியால் சாத்தியமாகி உள்ளது.
ஒரு எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் உயிரற்ற பொருளின் சாம்பிளைப் பார்ப்பதற்கும் உயிருள்ள பொருளின்
சாம்பிளைப் பார்ப்பதற்கும் இடையில் பாரதூரமான
வேறுபாடு உள்ளது. உயிருள்ள பொருளின் மூலக்கூறான
புரதத்தை எடுத்துக் கொள்வோம். இது சவ்வு (membrane)
போன்ற ஒரு பொருளால் மூடப்பட்டு ஈரப்பதத்துடன்
இருக்கும். எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் சாம்பிளை
வைக்கும் சிற்றறையில் வெற்றிடம் இருக்கும். இந்த
வெற்றிடத்தில் வைக்கப்படும் சாம்பிள் தனது நீர்த்தன்மையை
இழந்து உலர்ந்து விடும். இதன் காரணமாக,
நுண்ணோக்கியில் கிடைக்கும் உருவத்தில் (image)
புரதத்தின் கட்டமைப்பு (structure) தாறுமாறாக மாறிப்
போயிருக்கும். இப்படிக் கிடைக்கும் உருவங்களால்
எப்பயனும் இருக்காது. உயிரற்ற பொருளின் சாம்பிளை
நுண்ணோக்கியில் பார்ப்பதில் இத்தகைய இடையூறுகள் கிடையாது.
உயிரிப் பொருட்களை அணுவின் மட்டத்தில் (atomic level)
காட்ட வல்ல நுண்ணோக்கி ஒரு கனவாகவே இருந்தது.
அத்தகைய நுண்ணோக்கியை நோக்கி, உயிரி வேதியியல் (biochemistry) நெடுங்காலமாகத் தவம் இருந்து வந்தது.
புரதம் போன்ற உயிரி மூலக்கூறுகளின் முப்பரிமாணக்
கட்டமைப்பில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் (structural changes)
மூலமாகவே உயிரியல் செயல்பாடுகள் நிகழ்கின்றன.
புரதக் கட்டமைப்பு மாற்றங்களை அறிய முடியாமல், அதைக்
காட்ட வல்ல நுண்ணோக்கி இல்லாமல், உயிரிவேதியியலின்
மூலக்கூறு இயங்கியல் (molecular dynamics) வெகு காலமாக
முடங்கிக் கிடந்தது. தற்போது கண்டுபிடிக்கப் பட்டுள்ள
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியால் உயிரிவேதியியலில்
புதிய சகாப்தம் பிறந்துள்ளது. ஒரு மூலக்கூற்றை,
ஒரு செல்லை அதன் மூலை முடுக்கிலெல்லாம்
தற்போது பார்க்க முடியும். அது எப்படி நகர்கிறது
என்பதையும் பார்க்க முடியும். ஆக, இந்தக் கண்டுபிடிப்பு உயிரிவேதியியலில் ஒரு மாபெரும் புரட்சியை
நிகழ்த்தி உள்ளது.
எனவே இச்சாதனையை நிகழ்த்திய
அ) ஜாக்குவாஸ் டுபோச்செட்
ஆ) ஜோக்கிம் ஃபிராங்க்
இ) ரிச்சர்ட் ஹெண்டர்சன்
ஆகிய மூன்று அறிஞர்களுக்கு 2017க்கான வேதியியல்
நோபல் பரிசு சமமாகப் பிரித்து வழங்கப் படுகிறது.
உயிரற்ற பொருளும் உயிர்ப் பொருளும்!
-----------------------------------------------------------------------------
இந்த இடத்தில் ஒரு வரலாற்று உண்மையைக் கருத்தில்
கொள்ள வேண்டும். உலகின் முதல் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைக் கண்டு பிடித்தவர் எர்னஸ்ட் ரஸ்கா
(Ernst Ruska) என்னும் ஒரு இயற்பியல் அறிஞர். இதற்காக
1986க்கான இயற்பியல் நோபெல் பரிசு இவருக்கு
வழங்கப்பட்டது. இருப்பினும் உயிர்ப் பொருட்களை
அதாவது உயிரி மூலக்கூறுகளை (புரதம், கார்போ
ஹைட்ரேட், நியூக்ளிக் அமிலம், கொழுப்பு போன்றவை)
எர்னஸ்ட் ரஸ்கா கண்டுபிடித்த எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியால்
பார்க்க இயலவில்லை.
இதில் உள்ள வெற்றிடத்தில் வைக்கப்படும் உயிரிப் பொருளின் சாம்பிளானது நீர்த்தன்மையை இழந்து விடுவதால் உருவம் சரிவரக் கிடைப்பதில்லை என்பதை முன்னரே பார்த்தோம். மேலும்
தீவிரமான எலக்ட்ரான் கதிர்கள் சாம்பிள் மீது செலுத்தப்
படுவதால் சாம்பிள் அழிந்து விடுகிறது. இக்காரணங்களால்
புழக்கத்தில் ஒரு எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி இருந்த போதிலும்,
உயிரிப் பொருள்களை ஆராய அது பயன்படவில்லை.
அது உயிரற்ற பொருட்களை ஆராய மட்டுமே பயன்பட்டது.
எனவே உயிரிப் பொருட்களை ஆராய வல்ல ஒரு புதிய
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைக் கண்டுபிடிக்க வேண்டிய
இன்றியமையாத தேவை இருந்து வந்தது. தற்போது அத்தேவை
நிறைவு செய்யப்பட்டு உள்ளது.
இரண்டு வகை நுண்ணோக்கிகள்!
--------------------------------------------------------------
பரிசு பெற்ற மூவரும் இணைந்து கண்டுபிடித்த எலக்ட்ரான்
நுண்ணோக்கி கிரையோஜெனிக் தொழில்நுட்பத்துடன்
கூடிய ஊடுருவும் நுண்ணோக்கி (cryo travelling microscope) ஆகும்.
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் பிரதானமாக இரண்டு
வகை உண்டு. 1) அலகிடும் நுண்ணோக்கி (Scanning Electron Microscope)
2) ஊடுருவும் நுண்ணோக்கி (Travelling Electron Microscope).
நோபெல் பரிசு பெற்ற அறிஞர்கள் கண்டுபிடித்தது ஊடுருவும்
நுண்ணோக்கி (TEM) ஆகும். இதில் எலக்ட்ரான் கதிர்கள்
(electron beams) கொடுக்கப்பட்ட சாம்பிள் மீது ஊடுருவிச்
செல்லும் (pass through the sample). இதற்கு மாறாக, அலகிடும்
நுண்ணோக்கியில் (SEM) எலக்ட்ரான் கதிர்கள் சாம்பிளின்
மேற்பரப்பை அலகிடும். இதன் மூலமாக சாம்பிளின்
டோப்போகிராபியும் அதன் சேர்க்கையும்
(topography and composition) தெரியவரும்.
ஒரு நுண்ணோக்கியில் இரண்டு அம்சங்கள் அதன் தரத்தைத்
தீர்மானிப்பவை. அவை: 1. வேற்றுமைப் படுத்தல் (resolution)
2. உருப்பெருக்கம் (magnification)
சாம்பிளில் உள்ள பாகங்களில், ஒன்றில் இருந்து மற்றொன்றை
துலக்கமாக வேறுபடுத்திக் காட்டுவது வேற்றுமைப்படுத்தல் (resolution) எனப்படும். இதில் SEM 0.4 நானோ மீட்டர் resolution தரும்.
ஆனால் TEM 0.5 ஆங்ஸ்ட்ராம் resolution தரும்
SEM வகையில், 1 லட்சம் மடங்கு முதல் 10 லட்சம் மடங்கு வரையிலான உருப்பெருக்கம் (magnification) தரும்
கருவிகள் உண்டு.
TEM வகையில் 5 லட்சம் மடங்கு முதல் 1 கோடி மடங்கு வரை உருப்பெருக்க வல்ல கருவிகள் உண்டு. அதிக உருப்பெருக்கம் கருவிகளின் தயாரிப்பைப் பொறுத்தது.
நமது தலைமுடியை ஆற்றல் மிக்க TEM வகை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் வைத்துப் பார்த்தால், அடையாறு ஆலமரம் அளவுக்கு பெரிதாகத் தெரியும்.
கிரையோஜெனிக் தொழில்நுட்பம்!
---------------------------------------------------------------
மிகவும் தாழ்ந்த வெப்பநிலைகளில் பொருட்கள் (materials)
எவ்வாறு நடந்து கொள்கின்றன என்பது பற்றி அறியும் துறையே
கிரையோஜெனிக்ஸ் (cryogenics) ஆகும். கிரையோஜெனிக்
தன்மை வாய்ந்த பொருட்கள் பற்றி நாம் அறிவோம்.
திரவ நைட்ரஜன் அத்தகைய ஒரு பொருள் ஆகும். வாயு
நிலையில் உள்ள நைட்ரஜன் திரவமாக்கப் பட்டு .
வெகுவாகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் வைக்கப்
பட்டிருக்கும். மேலும் ஹீலியம்-3, ஹீல்சியம்-4 ஆகியவையும்
கிரையோஜெனிக் பொருட்களே.
நமது வேதியியல் அறிஞர்கள் உருவாக்கிய எலக்ட்ரான்
நுண்ணோக்கியில் மைனஸ் 196 டிகிரி செல்சியசுக்கு
குளிர்விக்கப்பட்ட திரவ நைட்ரஜன் பயன்பட்டது. எனவே
இது கிரையோஜெனிக் தொழில்நுட்பத்தில் செயல்படுவதாகும்.
நுண்ணோக்கிகளின் வரலாறு!
--------------------------------------------------------
நுண்ணோக்கிகளின் கடந்த கால வரலாற்றை நாம்
அறிந்திருந்தால் மட்டுமே இந்த நிகழ்காலச் சாதனையின்
மாண்பை உணர முடியும். ஆரம்ப கால நுண்ணோக்கி
என்பது ஒரே ஒரு உருப்பெருக்கும் வில்லையை (lens)
கொண்டிருக்கும். இத்தகையவை எளிய நுண்ணோக்கிகள்
(simple microscope) ஆகும். இவை "ஒரு வில்லை, ஒரு உருவம்"
(one lens one image) என்ற அடிப்படையில் செயல்படுபவை.
1590 வாக்கில்தான் கூட்டு நுண்ணோக்கிகள் (compound microscopes)
வர ஆரம்பித்தன. இவற்றில் இரண்டு லென்சுகள் உண்டு.
ஒன்று பொருளுக்கு அருகிலும் மற்றொன்று கண்ணுக்கு
அருகிலும் இருக்கும். இதில் இரண்டு உருவங்கள் கிடைக்கும்.
"இரண்டு லென்சுகள் இரண்டு உருவங்கள்" என்ற
அடிப்படையில் இவை செயல்படும்.
நுண்ணோக்கிகள் பிரதானமாக இரண்டு வகைப்படும்.
1. ஒளியியல் நுண்ணோக்கி (optical microscope).
2. எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (electron microscope).
ஒளியியல் கருவிகள் ஒளியைப் பயன்படுத்துபவை.
அதாவது காணுறு ஒளியை (visible light). காணுறு ஒளியின்
அலைநீளம் நிறத்தைப் பொறுத்து அமையும். சாதாரணமாக,
600 நானோமீட்டர் அலை நீளமுள்ள ஒளி இங்கு பயன்படும்.
அலைநீளத்தைப் பொறுத்தே அளக்கிற பொருளின்
துல்லியம் அமையும். அதாவது பயன்படுத்துகிற
ஒளியின் அலைநீளத்தை விடக் குறைவான
அலைநீளம் உள்ள பொருளைத் துல்லியமாக
அளக்க முடியாது.
இதற்கு மாறாக, எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில்
ஒளிக்குப் பதிலாக எலக்ட்ரான்கள் பயன்படுத்தப்
படுகின்றன. பொதுவாக இவற்றில் பயன்படும்
எலக்ட்ரானின் அலைநீளம் 6 பிக்கோ மீட்டர்.
(1 pico meter = 10^minus 12 meter). எனவே எலக்ட்ரான்
நுண்ணோக்கியால் துல்லியமாக அளக்க இயலும்.
தண்ணீரைக் கண்ணாடியாக மாற்றிய அதிசயம்!
----------------------------------------------------------------------------------------
பல சவால்களைக் கடந்துதான் பரிசு பெற்ற இந்த
TEM வகை நுண்ணோக்கி உருவாக்கப் பட்டிருக்கிறது.
தேவையான அளவு உருப்பெருக்கம் வேண்டுமெனில்,
நுண்ணோக்கியில் விளிம்பு விளைவு (diffraction) என்னும்
இயற்பியல் நிகழ்வு போதிய அளவு நடைபெற வேண்டும்.
அப்போதுதான் சாம்பிளின் உள்ளே ஒளி புகுந்து, அதன்
எல்லாப் பாகங்களையும் நன்கு புலப்படுத்தும்.
ஒளியின் பாதையின் ஒரு தடை குறுக்கிட்டால்,
அத்தடையின் ஓரங்களில் ஒளி வளைந்து செல்வதே
விளிம்பு விளைவு (diffraction) ஆகும்.
நல்ல படிகத்தன்மை ( crystalline) உடைய ஒரு சாம்பிளை
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் வைத்துப்
பார்த்தால், அதில் போதிய அளவு விளிம்பு விளைவு
ஏற்படுவதில்லை. ஒவ்வொரு உயிரி மூலக்கூற்றிலும்
(bio molecule) தண்ணீர் இருக்கிறது இந்தத் தண்ணீர்
பனிக்கட்டியாக மாறிய பிறகு, அது கறாரான
படிக அமைப்பைப் பெற்று விடுகிறது. இது எலக்ட்ரான்
கதிர்களை (electron beams) சீர்குலைத்து விடுகிறது.
இதனால் விளிம்பு விளைவு போதிய அளவு .நிகழ்வதில்லை.
இந்தச் சிக்கலைத் தவிர்க்க, தண்ணீரை
பனிக்கட்டியாக (ice) மாற்றுவதற்குப் பதில்,
அதை கண்ணாடியாக (glass) மாற்ற விஞ்ஞானி
ஜாகுவாஸ் டுபோசெட் (Jacques Dubochet) முடிவு
செய்தார்.
கண்ணாடி திடத்தன்மை (solid) கொண்டிருக்கும்.
என்றாலும் அது படிகம் அல்ல. உண்மையில் அது
ஒரு பாய்மமே. (பாய்மம்= fluid). மூலக்கூறுகள்
ஒழுங்கற்ற தன்மையில் வரிசை குலைந்து இருப்பதால்
அது படிகத் தன்மை அடைவதில்லை. தண்ணீர் படிகமாக
மாறாமல், கண்ணாடியாக மாற வேண்டுமெனில்
அதை வேகமாகக் குளிர்விக்க வேண்டும்
(rapid cooling).இதற்கு திரவ நைட்ரஜன் பயன்படும்.
இவ்வாறு தண்ணீரைக் கண்ணாடியாக மாற்றி,
அந்த சாம்பிளை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் வைத்துப்
பார்த்தபோது, அது ஒரு சீராக விளிம்பு விளைவு அடைந்தது. .
தண்ணீர் இயல்பாகக் குளிர்ந்தால்
(normal cooling or slow cooling) அது ஐஸ்கட்டியாகி விடும்.
தண்ணீர் வேகமாகக் குளிர்விக்கப் பட்டால்
(rapid cooling) அது கண்ணாடி ஆகும். இவ்வாறு தண்ணீரைக்
கண்ணாடியாக ஆக்கும் முறை vitrification எனப்படும்.
சிலிகான் டை ஆக்சைடில் இருந்து தயாரிக்கப்படும்
கண்ணாடி பற்றி இங்கு குறிப்பிடப்படவில்லை.
இங்கு கண்ணாடி என்பது vitrified water என்று பொருள்படும்.
கண்ணாடி என்றால், படிகத் தன்மையற்ற
(non crystalline with disordered state of molecules) ஒழுங்கற்ற
நிலையில் இருக்கும்மூலக்கூறுகளால் ஆனது என்று பொருள்.
தண்ணீரை இவ்வாறு கண்ணாடியாக மாற்றுவது
vitrification method ஆகும். இந்த பூமி முழுவதும் உள்ள
தண்ணீரில் பெரும்பகுதி கண்ணாடித் தண்ணீர்தான்.
அதாவது vitrified waterதான்.
TEM வகை நுண்ணோக்கிகளில் இரண்டு பரிமாணம்
உடைய உருவங்கள்தான் கிடைக்கும். (SEM வகையில்
முப்பரிமாண உருவங்கள் கிடைக்கும்). முப்பரிமாண
உருவங்களைப் பெறுவதற்காக உருவச் செயல்பாடு
(image processing) என்னும் உத்தியைக் கண்டறிந்தார்
பரிசு பெற்ற இன்னொரு விஞ்ஞானியான ஃபிராங்க்.
கணித முறையைப் பயன்படுத்தி, கணினியின்
மூலம் முப்பரிமாண உருவங்களை உருவாக்கினார்.
மூன்றாவது விஞ்ஞானியான ரிச்சர்டு ஹெண்டர்சன்
1990இல் முதன் முதலாக ஒரு புரத மூலக்கூற்றின்
அணு மட்டத்திலான உருவத்தை (image) உருவாக்கினார்.
முன்னதாக 15 ஆண்டுகளுக்கு முன்பே,
இதற்கான ஒரு மாதிரியை வடிவமைத்து இருந்தார்.
15 ஆண்டு உழைப்பின் பயனை இறுதியில் அவர் அடைந்தார்.
இவ்வாறு உயிரி மூலக்கூறுகளை அணு மட்டத்தில்
ஆராய்ந்து முப்பரிமாண உருவங்களைத் தரும்
இந்த எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி மேற்கூறிய மூன்று
விஞ்ஞானிகளின் கூட்டுப் படைப்பு. எனவே பரிசு
மூவருக்கும் சமமாகப் பங்கிடப் பட்டது.
*******************************************************
பெரிதாக்கிக் காட்டும் நுண்ணோக்கி!
வேதியியல் நோபல் பரிசு 2017!
----------------------------------------------------------------------------
பி இளங்கோ சுப்பிரமணியன்
நியூட்டன் அறிவியல் மன்றம்
------------------------------------------------------------------------------
இதற்கு மேல் சாதிக்க எதுவுமில்லை என்ற அளவுக்கு
நுண்ணோக்கித் தொழில்நுட்பத்தில் உச்ச அளவிலான
சாதனை புரிந்துள்ளனர் வேதியியல் அறிஞர்கள்.
பொருளை அதன் மிக அடிப்படையான அளவில்
(the most fundamental level), அதாவது அணுக்களின் மட்டத்தில்
பார்க்கக் கூடிய நுண்ணோக்கி உருவாக்கப் பட்டுள்ளது.
உயிரி மூலக்கூறுகளை (bio molecules), அதாவது
உயிர்ப்பொருள்களின் சாம்பிளை
நுண்ணிய ஆங்ஸ்ட்ராம் மட்டத்தில்
(10^minus 10) பார்ப்பது, தற்போது கிரையோஜெனிக் தொழில்நுட்பத்துடன் கூடிய எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியால் சாத்தியமாகி உள்ளது.
ஒரு எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் உயிரற்ற பொருளின் சாம்பிளைப் பார்ப்பதற்கும் உயிருள்ள பொருளின்
சாம்பிளைப் பார்ப்பதற்கும் இடையில் பாரதூரமான
வேறுபாடு உள்ளது. உயிருள்ள பொருளின் மூலக்கூறான
புரதத்தை எடுத்துக் கொள்வோம். இது சவ்வு (membrane)
போன்ற ஒரு பொருளால் மூடப்பட்டு ஈரப்பதத்துடன்
இருக்கும். எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் சாம்பிளை
வைக்கும் சிற்றறையில் வெற்றிடம் இருக்கும். இந்த
வெற்றிடத்தில் வைக்கப்படும் சாம்பிள் தனது நீர்த்தன்மையை
இழந்து உலர்ந்து விடும். இதன் காரணமாக,
நுண்ணோக்கியில் கிடைக்கும் உருவத்தில் (image)
புரதத்தின் கட்டமைப்பு (structure) தாறுமாறாக மாறிப்
போயிருக்கும். இப்படிக் கிடைக்கும் உருவங்களால்
எப்பயனும் இருக்காது. உயிரற்ற பொருளின் சாம்பிளை
நுண்ணோக்கியில் பார்ப்பதில் இத்தகைய இடையூறுகள் கிடையாது.
உயிரிப் பொருட்களை அணுவின் மட்டத்தில் (atomic level)
காட்ட வல்ல நுண்ணோக்கி ஒரு கனவாகவே இருந்தது.
அத்தகைய நுண்ணோக்கியை நோக்கி, உயிரி வேதியியல் (biochemistry) நெடுங்காலமாகத் தவம் இருந்து வந்தது.
புரதம் போன்ற உயிரி மூலக்கூறுகளின் முப்பரிமாணக்
கட்டமைப்பில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் (structural changes)
மூலமாகவே உயிரியல் செயல்பாடுகள் நிகழ்கின்றன.
புரதக் கட்டமைப்பு மாற்றங்களை அறிய முடியாமல், அதைக்
காட்ட வல்ல நுண்ணோக்கி இல்லாமல், உயிரிவேதியியலின்
மூலக்கூறு இயங்கியல் (molecular dynamics) வெகு காலமாக
முடங்கிக் கிடந்தது. தற்போது கண்டுபிடிக்கப் பட்டுள்ள
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியால் உயிரிவேதியியலில்
புதிய சகாப்தம் பிறந்துள்ளது. ஒரு மூலக்கூற்றை,
ஒரு செல்லை அதன் மூலை முடுக்கிலெல்லாம்
தற்போது பார்க்க முடியும். அது எப்படி நகர்கிறது
என்பதையும் பார்க்க முடியும். ஆக, இந்தக் கண்டுபிடிப்பு உயிரிவேதியியலில் ஒரு மாபெரும் புரட்சியை
நிகழ்த்தி உள்ளது.
எனவே இச்சாதனையை நிகழ்த்திய
அ) ஜாக்குவாஸ் டுபோச்செட்
ஆ) ஜோக்கிம் ஃபிராங்க்
இ) ரிச்சர்ட் ஹெண்டர்சன்
ஆகிய மூன்று அறிஞர்களுக்கு 2017க்கான வேதியியல்
நோபல் பரிசு சமமாகப் பிரித்து வழங்கப் படுகிறது.
உயிரற்ற பொருளும் உயிர்ப் பொருளும்!
-----------------------------------------------------------------------------
இந்த இடத்தில் ஒரு வரலாற்று உண்மையைக் கருத்தில்
கொள்ள வேண்டும். உலகின் முதல் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைக் கண்டு பிடித்தவர் எர்னஸ்ட் ரஸ்கா
(Ernst Ruska) என்னும் ஒரு இயற்பியல் அறிஞர். இதற்காக
1986க்கான இயற்பியல் நோபெல் பரிசு இவருக்கு
வழங்கப்பட்டது. இருப்பினும் உயிர்ப் பொருட்களை
அதாவது உயிரி மூலக்கூறுகளை (புரதம், கார்போ
ஹைட்ரேட், நியூக்ளிக் அமிலம், கொழுப்பு போன்றவை)
எர்னஸ்ட் ரஸ்கா கண்டுபிடித்த எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியால்
பார்க்க இயலவில்லை.
இதில் உள்ள வெற்றிடத்தில் வைக்கப்படும் உயிரிப் பொருளின் சாம்பிளானது நீர்த்தன்மையை இழந்து விடுவதால் உருவம் சரிவரக் கிடைப்பதில்லை என்பதை முன்னரே பார்த்தோம். மேலும்
தீவிரமான எலக்ட்ரான் கதிர்கள் சாம்பிள் மீது செலுத்தப்
படுவதால் சாம்பிள் அழிந்து விடுகிறது. இக்காரணங்களால்
புழக்கத்தில் ஒரு எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி இருந்த போதிலும்,
உயிரிப் பொருள்களை ஆராய அது பயன்படவில்லை.
அது உயிரற்ற பொருட்களை ஆராய மட்டுமே பயன்பட்டது.
எனவே உயிரிப் பொருட்களை ஆராய வல்ல ஒரு புதிய
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைக் கண்டுபிடிக்க வேண்டிய
இன்றியமையாத தேவை இருந்து வந்தது. தற்போது அத்தேவை
நிறைவு செய்யப்பட்டு உள்ளது.
இரண்டு வகை நுண்ணோக்கிகள்!
--------------------------------------------------------------
பரிசு பெற்ற மூவரும் இணைந்து கண்டுபிடித்த எலக்ட்ரான்
நுண்ணோக்கி கிரையோஜெனிக் தொழில்நுட்பத்துடன்
கூடிய ஊடுருவும் நுண்ணோக்கி (cryo travelling microscope) ஆகும்.
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் பிரதானமாக இரண்டு
வகை உண்டு. 1) அலகிடும் நுண்ணோக்கி (Scanning Electron Microscope)
2) ஊடுருவும் நுண்ணோக்கி (Travelling Electron Microscope).
நோபெல் பரிசு பெற்ற அறிஞர்கள் கண்டுபிடித்தது ஊடுருவும்
நுண்ணோக்கி (TEM) ஆகும். இதில் எலக்ட்ரான் கதிர்கள்
(electron beams) கொடுக்கப்பட்ட சாம்பிள் மீது ஊடுருவிச்
செல்லும் (pass through the sample). இதற்கு மாறாக, அலகிடும்
நுண்ணோக்கியில் (SEM) எலக்ட்ரான் கதிர்கள் சாம்பிளின்
மேற்பரப்பை அலகிடும். இதன் மூலமாக சாம்பிளின்
டோப்போகிராபியும் அதன் சேர்க்கையும்
(topography and composition) தெரியவரும்.
ஒரு நுண்ணோக்கியில் இரண்டு அம்சங்கள் அதன் தரத்தைத்
தீர்மானிப்பவை. அவை: 1. வேற்றுமைப் படுத்தல் (resolution)
2. உருப்பெருக்கம் (magnification)
சாம்பிளில் உள்ள பாகங்களில், ஒன்றில் இருந்து மற்றொன்றை
துலக்கமாக வேறுபடுத்திக் காட்டுவது வேற்றுமைப்படுத்தல் (resolution) எனப்படும். இதில் SEM 0.4 நானோ மீட்டர் resolution தரும்.
ஆனால் TEM 0.5 ஆங்ஸ்ட்ராம் resolution தரும்
SEM வகையில், 1 லட்சம் மடங்கு முதல் 10 லட்சம் மடங்கு வரையிலான உருப்பெருக்கம் (magnification) தரும்
கருவிகள் உண்டு.
TEM வகையில் 5 லட்சம் மடங்கு முதல் 1 கோடி மடங்கு வரை உருப்பெருக்க வல்ல கருவிகள் உண்டு. அதிக உருப்பெருக்கம் கருவிகளின் தயாரிப்பைப் பொறுத்தது.
நமது தலைமுடியை ஆற்றல் மிக்க TEM வகை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் வைத்துப் பார்த்தால், அடையாறு ஆலமரம் அளவுக்கு பெரிதாகத் தெரியும்.
கிரையோஜெனிக் தொழில்நுட்பம்!
---------------------------------------------------------------
மிகவும் தாழ்ந்த வெப்பநிலைகளில் பொருட்கள் (materials)
எவ்வாறு நடந்து கொள்கின்றன என்பது பற்றி அறியும் துறையே
கிரையோஜெனிக்ஸ் (cryogenics) ஆகும். கிரையோஜெனிக்
தன்மை வாய்ந்த பொருட்கள் பற்றி நாம் அறிவோம்.
திரவ நைட்ரஜன் அத்தகைய ஒரு பொருள் ஆகும். வாயு
நிலையில் உள்ள நைட்ரஜன் திரவமாக்கப் பட்டு .
வெகுவாகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் வைக்கப்
பட்டிருக்கும். மேலும் ஹீலியம்-3, ஹீல்சியம்-4 ஆகியவையும்
கிரையோஜெனிக் பொருட்களே.
நமது வேதியியல் அறிஞர்கள் உருவாக்கிய எலக்ட்ரான்
நுண்ணோக்கியில் மைனஸ் 196 டிகிரி செல்சியசுக்கு
குளிர்விக்கப்பட்ட திரவ நைட்ரஜன் பயன்பட்டது. எனவே
இது கிரையோஜெனிக் தொழில்நுட்பத்தில் செயல்படுவதாகும்.
நுண்ணோக்கிகளின் வரலாறு!
--------------------------------------------------------
நுண்ணோக்கிகளின் கடந்த கால வரலாற்றை நாம்
அறிந்திருந்தால் மட்டுமே இந்த நிகழ்காலச் சாதனையின்
மாண்பை உணர முடியும். ஆரம்ப கால நுண்ணோக்கி
என்பது ஒரே ஒரு உருப்பெருக்கும் வில்லையை (lens)
கொண்டிருக்கும். இத்தகையவை எளிய நுண்ணோக்கிகள்
(simple microscope) ஆகும். இவை "ஒரு வில்லை, ஒரு உருவம்"
(one lens one image) என்ற அடிப்படையில் செயல்படுபவை.
1590 வாக்கில்தான் கூட்டு நுண்ணோக்கிகள் (compound microscopes)
வர ஆரம்பித்தன. இவற்றில் இரண்டு லென்சுகள் உண்டு.
ஒன்று பொருளுக்கு அருகிலும் மற்றொன்று கண்ணுக்கு
அருகிலும் இருக்கும். இதில் இரண்டு உருவங்கள் கிடைக்கும்.
"இரண்டு லென்சுகள் இரண்டு உருவங்கள்" என்ற
அடிப்படையில் இவை செயல்படும்.
நுண்ணோக்கிகள் பிரதானமாக இரண்டு வகைப்படும்.
1. ஒளியியல் நுண்ணோக்கி (optical microscope).
2. எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (electron microscope).
ஒளியியல் கருவிகள் ஒளியைப் பயன்படுத்துபவை.
அதாவது காணுறு ஒளியை (visible light). காணுறு ஒளியின்
அலைநீளம் நிறத்தைப் பொறுத்து அமையும். சாதாரணமாக,
600 நானோமீட்டர் அலை நீளமுள்ள ஒளி இங்கு பயன்படும்.
அலைநீளத்தைப் பொறுத்தே அளக்கிற பொருளின்
துல்லியம் அமையும். அதாவது பயன்படுத்துகிற
ஒளியின் அலைநீளத்தை விடக் குறைவான
அலைநீளம் உள்ள பொருளைத் துல்லியமாக
அளக்க முடியாது.
இதற்கு மாறாக, எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில்
ஒளிக்குப் பதிலாக எலக்ட்ரான்கள் பயன்படுத்தப்
படுகின்றன. பொதுவாக இவற்றில் பயன்படும்
எலக்ட்ரானின் அலைநீளம் 6 பிக்கோ மீட்டர்.
(1 pico meter = 10^minus 12 meter). எனவே எலக்ட்ரான்
நுண்ணோக்கியால் துல்லியமாக அளக்க இயலும்.
தண்ணீரைக் கண்ணாடியாக மாற்றிய அதிசயம்!
----------------------------------------------------------------------------------------
பல சவால்களைக் கடந்துதான் பரிசு பெற்ற இந்த
TEM வகை நுண்ணோக்கி உருவாக்கப் பட்டிருக்கிறது.
தேவையான அளவு உருப்பெருக்கம் வேண்டுமெனில்,
நுண்ணோக்கியில் விளிம்பு விளைவு (diffraction) என்னும்
இயற்பியல் நிகழ்வு போதிய அளவு நடைபெற வேண்டும்.
அப்போதுதான் சாம்பிளின் உள்ளே ஒளி புகுந்து, அதன்
எல்லாப் பாகங்களையும் நன்கு புலப்படுத்தும்.
ஒளியின் பாதையின் ஒரு தடை குறுக்கிட்டால்,
அத்தடையின் ஓரங்களில் ஒளி வளைந்து செல்வதே
விளிம்பு விளைவு (diffraction) ஆகும்.
நல்ல படிகத்தன்மை ( crystalline) உடைய ஒரு சாம்பிளை
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் வைத்துப்
பார்த்தால், அதில் போதிய அளவு விளிம்பு விளைவு
ஏற்படுவதில்லை. ஒவ்வொரு உயிரி மூலக்கூற்றிலும்
(bio molecule) தண்ணீர் இருக்கிறது இந்தத் தண்ணீர்
பனிக்கட்டியாக மாறிய பிறகு, அது கறாரான
படிக அமைப்பைப் பெற்று விடுகிறது. இது எலக்ட்ரான்
கதிர்களை (electron beams) சீர்குலைத்து விடுகிறது.
இதனால் விளிம்பு விளைவு போதிய அளவு .நிகழ்வதில்லை.
இந்தச் சிக்கலைத் தவிர்க்க, தண்ணீரை
பனிக்கட்டியாக (ice) மாற்றுவதற்குப் பதில்,
அதை கண்ணாடியாக (glass) மாற்ற விஞ்ஞானி
ஜாகுவாஸ் டுபோசெட் (Jacques Dubochet) முடிவு
செய்தார்.
கண்ணாடி திடத்தன்மை (solid) கொண்டிருக்கும்.
என்றாலும் அது படிகம் அல்ல. உண்மையில் அது
ஒரு பாய்மமே. (பாய்மம்= fluid). மூலக்கூறுகள்
ஒழுங்கற்ற தன்மையில் வரிசை குலைந்து இருப்பதால்
அது படிகத் தன்மை அடைவதில்லை. தண்ணீர் படிகமாக
மாறாமல், கண்ணாடியாக மாற வேண்டுமெனில்
அதை வேகமாகக் குளிர்விக்க வேண்டும்
(rapid cooling).இதற்கு திரவ நைட்ரஜன் பயன்படும்.
இவ்வாறு தண்ணீரைக் கண்ணாடியாக மாற்றி,
அந்த சாம்பிளை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் வைத்துப்
பார்த்தபோது, அது ஒரு சீராக விளிம்பு விளைவு அடைந்தது. .
தண்ணீர் இயல்பாகக் குளிர்ந்தால்
(normal cooling or slow cooling) அது ஐஸ்கட்டியாகி விடும்.
தண்ணீர் வேகமாகக் குளிர்விக்கப் பட்டால்
(rapid cooling) அது கண்ணாடி ஆகும். இவ்வாறு தண்ணீரைக்
கண்ணாடியாக ஆக்கும் முறை vitrification எனப்படும்.
சிலிகான் டை ஆக்சைடில் இருந்து தயாரிக்கப்படும்
கண்ணாடி பற்றி இங்கு குறிப்பிடப்படவில்லை.
இங்கு கண்ணாடி என்பது vitrified water என்று பொருள்படும்.
கண்ணாடி என்றால், படிகத் தன்மையற்ற
(non crystalline with disordered state of molecules) ஒழுங்கற்ற
நிலையில் இருக்கும்மூலக்கூறுகளால் ஆனது என்று பொருள்.
தண்ணீரை இவ்வாறு கண்ணாடியாக மாற்றுவது
vitrification method ஆகும். இந்த பூமி முழுவதும் உள்ள
தண்ணீரில் பெரும்பகுதி கண்ணாடித் தண்ணீர்தான்.
அதாவது vitrified waterதான்.
TEM வகை நுண்ணோக்கிகளில் இரண்டு பரிமாணம்
உடைய உருவங்கள்தான் கிடைக்கும். (SEM வகையில்
முப்பரிமாண உருவங்கள் கிடைக்கும்). முப்பரிமாண
உருவங்களைப் பெறுவதற்காக உருவச் செயல்பாடு
(image processing) என்னும் உத்தியைக் கண்டறிந்தார்
பரிசு பெற்ற இன்னொரு விஞ்ஞானியான ஃபிராங்க்.
கணித முறையைப் பயன்படுத்தி, கணினியின்
மூலம் முப்பரிமாண உருவங்களை உருவாக்கினார்.
மூன்றாவது விஞ்ஞானியான ரிச்சர்டு ஹெண்டர்சன்
1990இல் முதன் முதலாக ஒரு புரத மூலக்கூற்றின்
அணு மட்டத்திலான உருவத்தை (image) உருவாக்கினார்.
முன்னதாக 15 ஆண்டுகளுக்கு முன்பே,
இதற்கான ஒரு மாதிரியை வடிவமைத்து இருந்தார்.
15 ஆண்டு உழைப்பின் பயனை இறுதியில் அவர் அடைந்தார்.
இவ்வாறு உயிரி மூலக்கூறுகளை அணு மட்டத்தில்
ஆராய்ந்து முப்பரிமாண உருவங்களைத் தரும்
இந்த எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி மேற்கூறிய மூன்று
விஞ்ஞானிகளின் கூட்டுப் படைப்பு. எனவே பரிசு
மூவருக்கும் சமமாகப் பங்கிடப் பட்டது.
*******************************************************
கருத்துகள் இல்லை:
கருத்துரையிடுக