This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
നാനോസാങ്കേതികവിദ്യ
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
നാനോസാങ്കേതികവിദ്യ
Nanotechnology
ദ്രവ്യഘടനയില്‍ അതിസൂക്ഷ്മാവസ്ഥയില്‍ മാറ്റം വരുത്തി വിവിധ ഉപയോഗങ്ങള്‍ സാധ്യമാക്കുന്ന വിജ്ഞാനശാഖ. നാനോമീറ്റര്‍ അളവിലുള്ള ഘടനാ മാറ്റങ്ങളിലൂടെ സവിശേഷസ്വഭാവങ്ങള്‍ പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്ന വസ്തുക്കള്‍ നിര്‍മിക്കാന്‍ ഈ സാങ്കേതികവിദ്യകൊണ്ടുകഴിയും.
ദ്രവ്യത്തെ നാനോതലത്തില്‍ ചെറുതായി പരുവപ്പെടുത്തുമ്പോള്‍ അത് ഭൌതിക-കാന്തിക-രാസ മാറ്റങ്ങള്‍ക്ക് വിധേയമാകും. ഇങ്ങനെ നാനോ അവസ്ഥയില്‍ ഉണ്ടാകുന്ന മാറ്റങ്ങള്‍ പ്രയോജനപ്പെടുത്തി നവീനവും കാര്യക്ഷമതയുള്ളതുമായ ഉത്പന്നങ്ങള്‍ നിര്‍മിക്കുക എന്നതാണ് നാനോസാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രധാന ലക്ഷ്യം.
നാനോമീറ്റര്‍ എന്നതിന്റെ ചുരുക്കരൂപമാണ് നാനോ എന്ന് അറിയപ്പെടുന്നത്. ഒരു മീറ്ററിന്റെ നൂറുകോടിയില്‍ ഒരംശം അഥവാ 10-9 മീ. ആണ് ഒരു നാനോമീറ്റര്‍. കുള്ളന്‍ എന്നര്‍ഥം വരുന്ന ഗ്രീക്ക് പദത്തില്‍ നിന്നാണ് നാനോ എന്ന വാക്ക് ഉരുത്തിരിഞ്ഞുവന്നത്.
ദ്രവ്യത്തിന്റെ നാനോമീറ്റര്‍ തലത്തിലുള്ള സ്വഭാവവും പെരുമാറ്റവും പഠനവിധേയമാക്കുന്ന ശാസ്ത്രശാഖയാണ് നാനോ സയന്‍സ്. 1 നാ. മീ. മുതല്‍ 100 നാ. മീ. വരെയാണ് ഇതിന്റെ പരിധിയില്‍ വരുന്നത്. നാനോസയന്‍സിനെ അവലംബിച്ച് ഉത്പന്നങ്ങളും സേവനങ്ങളും സാധ്യമാക്കുമ്പോള്‍ അതിനെ നാനോസാങ്കേതികവിദ്യ എന്നു പറയുന്നു. വിവിധ അടിസ്ഥാന ശാസ്ത്രശാഖകളുമായി ചേര്‍ത്തും ഈ രംഗത്ത് പഠനഗവേഷണങ്ങള്‍ നടക്കുന്നുണ്ട്. ഉദാ. നാനോഫിസിക്സ്, നാനോകെമിസ്ട്രി, നാനോബയോളജി. ഇതുകൂടാതെ ചില എഞ്ചിനീയറിങ് വിഷയങ്ങളുമായി സംയോജിപ്പിച്ചുള്ള പഠനവും മുന്നേറുന്നുണ്ട്. ഉദാ. നാനോമെറ്റീരിയല്‍സ്, നാനോറോബോട്ടിക്സ്, നാനോട്രൈബോളജി, നാനോബയോടെക്നോളജി.
ചരിത്രം. ഒരു വിജ്ഞാനശാഖയായി മാറുന്നതിന് വളരെ മുന്‍പു തന്നെ സൂക്ഷ്മ കണങ്ങളുടെ വിപുലമായ സാധ്യതകളെ പറ്റി അന്വേഷണങ്ങളും അനുമാനങ്ങളും ആരംഭിച്ചിരുന്നു. ചരിത്രത്തില്‍ അനവധി അവസരങ്ങളില്‍ പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ നാനോ ഉപയോഗം വിവരിച്ചിട്ടുണ്ട്. പക്ഷേ, അറിവ് എന്ന നിലയില്‍ ഇന്നത്തെ സമൂഹം ഉപയോഗിക്കുന്ന രീതിയില്‍ അല്ല അന്നത്തെ സമൂഹം ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയെ സമീപിച്ചിരുന്നത്. ആയുര്‍വേദ ഔഷധങ്ങളില്‍ വ്യാപകമായി സ്വര്‍ണത്തിന്റെ നാനോ കണങ്ങള്‍ ചേര്‍ത്തിരുന്നു എന്നതിന് തെളിവുണ്ട്. ഇന്നും വിവിധ ചികിത്സാ രീതികളില്‍ ഇത് തുടരുന്നുമുണ്ട്. അലക്സാണ്ട്രിയയിലെ രസതന്ത്രജ്ഞര്‍ യൗവ്വനം നിലനിര്‍ത്താനായി സൃഷ്ടിച്ച ഔഷധത്തില്‍ സ്വര്‍ണത്തിന്റെ നാനോ കണികകള്‍ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നതായി രേഖപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്. നാലാം നൂറ്റാണ്ടില്‍ റോമില്‍ പ്രചാരത്തിലുണ്ടായിരുന്ന ലൈകര്‍ഗസ് (Lycurgus) കോപ്പകള്‍ നാനോ പദാര്‍ഥവിജ്ഞാനീയത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിലുള്ള നിര്‍മിതികള്‍ക്കുദാഹരണമാണ്. 70 നാനോമീറ്റര്‍ വലിപ്പമുള്ള കണങ്ങളാണ് ലൈകാര്‍ഗസ് കോപ്പയുടെ നിര്‍മാണത്തില്‍ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. പ്രകാശം പതിക്കുന്നവശം പച്ചനിറത്തിലും എതിര്‍വശം ഇളം ചുവപ്പ് നിറ(ruby)ത്തിലും കാണപ്പെടുന്ന ഇത്തരത്തിലൊരു കപ്പ് ഇപ്പോഴും ബ്രിട്ടീഷ് മ്യൂസിയത്തില്‍ സൂക്ഷിച്ചിട്ടുണ്ട്.
സാധാരണ കരിക്കട്ടയും വജ്രവും തമ്മില്‍ രാസപരമായി വ്യത്യാസമില്ല; രണ്ടും കാര്‍ബണ്‍ എന്ന മൂലകത്തിന്റെ അപരരൂപങ്ങളാണ്. ആറ്റങ്ങള്‍ അടുക്കിയിരുന്ന രീതിയില്‍ മാത്രമാണ് ഇവ വ്യത്യസ്തമായിരിക്കുന്നത്. ഇത്തരത്തില്‍ നാനോ തലത്തില്‍ സമാനതകളുള്ള നിരവധി വസ്തുക്കള്‍ പ്രകൃതിയില്‍ കാണാം. താമരയിലും മറ്റും വെള്ളം ഒട്ടിപ്പിടിക്കാത്തതും, ചിലന്തി വലയുടെ ഉറപ്പും, പൂമ്പാറ്റയുടെ അഴകും നമ്മുടെ ചുറ്റും കാണാനാവുന്ന നാനോ ഘടനാ സവിശേഷതകളുടെ ചില ഉദാഹരണങ്ങളാണ്. ഏകാത്മക പദാര്‍ഥത്തിന് മാത്രമല്ല നാനോ സ്വഭാവം പ്രകടിപ്പിക്കാനാകുന്നത്; സങ്കരയിനം പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ക്കും കഴിയും. ലോഹവും അലോഹവും ചേര്‍ന്നതാകാം അവയില്‍ പലതും. പ്രാവിന്റെയും മറ്റ് ചില പക്ഷികളുടെയും കഴുത്തിലെ വര്‍ണവ്യത്യാസവും, മീന്‍ ചെതുമ്പലിന്റെ തിളക്കവും, ചണനൂലിന്റെ ഉറപ്പും എല്ലാം ഇക്കൂട്ടത്തില്‍പ്പെടും. പ്രകൃതിയുടേതായ സ്വഭാവികരീതിയിലാണ് ഇതെല്ലാം സാധ്യമാകുന്നത്.
വിശ്രുത ശാസ്ത്രജ്ഞനായ റിച്ചാര്‍ഡ് ഫെയ്ന്‍മാന്‍ (Richard Feynman) 1959 ഡി. 29-ന് നടത്തിയ 'ദെയര്‍സ് പ്ലെന്റി ഒഫ് റൂം അറ്റ് ദ് ബോട്ടം' എന്ന പ്രഭാഷണമാണ് ഇന്നു കാണുന്ന നാനോ ടെക്നോളജിക്ക് അടിസ്ഥാനമിട്ടത്. ആറ്റോമിക തലത്തിലെ കൂടിച്ചേരലുകള്‍, ഇതുണ്ടാക്കാന്‍ സാധ്യതയുള്ള പ്രയോജനങ്ങള്‍ എന്നിവ ഇദ്ദേഹം പ്രസംഗത്തില്‍ വസ്തുനിഷ്ഠമായി പ്രതിപാദിച്ചു. എന്‍സൈക്ലോപീഡിയാ ഒഫ് ബ്രിട്ടാനിക്കയുടെ മുഴുവന്‍ പേജുകളും ഒരു മൊട്ടുസൂചി മുനയില്‍ ഉള്‍ക്കൊള്ളിക്കാനാകുമെന്ന് ഇദ്ദേഹം പ്രസംഗമധ്യേ സൂചിപ്പിച്ചു. ആറ്റങ്ങളെ പന്തുകള്‍പോലെ യഥേഷ്ടം അടുക്കി, അത്യന്ത സൂക്ഷ്മതലത്തില്‍ വസ്തുക്കളെ സൃഷ്ടിക്കാന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ ശ്രമിക്കണമെന്ന് ഫെയ്ന്‍മാന്‍ നിര്‍ദേശിച്ചു. റിച്ചാര്‍ഡ് ഫെയിന്‍മാന്റെ ഈ പ്രസംഗമാണ് നാനോസാങ്കേതികവിദ്യക്ക് ഒരു വിജ്ഞാനശാഖ എന്ന നിലയില്‍ ആശയബലമായത്. നാനോ എന്ന പദം നേരിട്ട് ഇവിടെ ഫെയിന്‍മാന്‍ ഉപയോഗിച്ചില്ലെങ്കിലും സൈദ്ധാന്തികമായ ഒരു അടിത്തറ ഉണ്ടാക്കുന്നതില്‍ അതു വിജയിച്ചു.
നാനോസാങ്കേതികവിദ്യ എന്ന പദം ആദ്യമായി ഉപയോഗിച്ചത് 1974-ല്‍ ജപ്പാനിലെ ടോക്യോ സയന്‍സ് യൂണിവേഴ്സിറ്റി അധ്യാപകനായിരുന്ന പ്രൊഫ. നോറിയോ താനിഗുചി (Norio Taniguchi)യാണ്. ഒരു നാനോമീറ്റര്‍ വരെ വലിപ്പത്തിലുള്ള സൂക്ഷ്മ കണങ്ങളെ ഉദ്ദേശിച്ച് നടത്തിയ പ്രസ്താവം ആയിരുന്നു അത്.
1984-ല്‍ എറിക് ഡ്രെക്സലര്‍ (Eric Drexler) മോളിക്കുലാര്‍ നാനോടെക്നോളജിയുടെ വിവിധ വശങ്ങളെ സംബന്ധിച്ച് എഴുതിയ പ്രബന്ധം ഈ മേഖലയുടെ പിന്നീടുള്ള വളര്‍ച്ചയില്‍ നിര്‍ണായകമായി. എന്‍ജിന്‍സ് ഒഫ് ക്രിയേഷന്‍സ് (1986) എന്നൊരു ഗ്രന്ഥവും ഇദ്ദേഹം രചിച്ചു.
എണ്‍പതുകളുടെ ആരംഭത്തില്‍ ഗേര്‍ഡ് ബിന്നിങ് (Gerd Binning), ഹെന്റിച്ച് റോഹ്റര്‍ (Henrich Rohrer) എന്നിവര്‍ കണ്ടുപിടിച്ച 'സ്കാനിങ് ടണലിങ് മൈക്രോസ്കോപ്പ്' എന്ന ഉപകരണവും നാനോ ചരിത്രത്തിലെ നാഴികക്കല്ലാണ്. ആറ്റങ്ങളെ അതിസൂക്ഷ്മതലത്തില്‍ 'കാണാന്‍' അഥവാ സ്ഥാനനിര്‍ണയം നടത്താന്‍ ഈ ഉപകരണം വഴി സാധിച്ചു.
അറുപത് കാര്‍ബണ്‍ ആറ്റങ്ങള്‍ ചേര്‍ത്ത് ഗോളാകൃതിയില്‍ ഉണ്ടാക്കിയ, ബക്കി പന്ത് (Bucky ball) എന്നറിയപ്പെടുന്ന കാര്‍ബണ്‍ തന്മാത്രയുടെ കണ്ടുപിടുത്തം മറ്റൊരു വഴിത്തിരിവായിരുന്നു. റോബര്‍ട്ട് കേള്‍ (Robert Curl), ഹാരോള്‍ഡ് ക്രോട്ടോ (Harold kro), റിച്ചഡ് സ്മാളീ (Richard Smalley) എന്നിവരാണ് ഇത് കണ്ടുപിടിച്ചത്. ഈ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്ക് 1986-ല്‍ രസതന്ത്ര നോബല്‍സമ്മാനവും ലഭിച്ചു. ഫുള്ളറന്‍സ് (fullere) എന്ന ശാസ്ത്രശാഖയും ഇതിനെ പിന്‍പറ്റി രൂപം കൊണ്ടു. അകവ്യാസം 0.7 നാനോ മീറ്ററും പുറം വ്യാസം ഒരു നാനോമീറ്ററും ഉള്ള ബക്കി പന്തുകള്‍ നാനോ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ചരിത്രത്തില്‍ പ്രമുഖ സ്ഥാനം നേടി. സയനോ പോളിയന്‍സ് എന്ന സംയുക്തത്തെ അന്വേഷിച്ചുള്ള യാത്രയാണ് ബക്കി പന്തിലെത്തിച്ചത്. ഈ സംയുക്തം ഉണ്ടാക്കാനായി ഗ്രാഫൈറ്റ് റോഡിനെ ലേസര്‍ കിരണം ഉപയോഗിച്ച് ബാഷ്പീകരിച്ചതിന്റെ ഫലമായി അറുപത് കാര്‍ബണ്‍ ആറ്റങ്ങള്‍ കൂടിച്ചേര്‍ന്ന, അകം പൊള്ളയായ തന്മാത്ര ഉണ്ടായി. രാസപരമായി ഏറെ സ്ഥിരതയുള്ള ഇത്തരം കാര്‍ബണ്‍ ആറ്റത്തിന്റെ കൂട്ടത്തിന് ബക്കി പന്ത് എന്ന പേരും കിട്ടി.
1991-ല്‍ ജപ്പാന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞനും അധ്യാപകനുമായ ഡോ. സുമിയോ ഇജിമ അതിസൂക്ഷ്മ നാനോ കുഴലുകള്‍ (Nano tubes) വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. അതേ വലുപ്പമുള്ള ഉരുക്കിനെക്കാള്‍ ആയിരം മടങ്ങ് ബലമുള്ളതും ആറിലൊന്നുമാത്രം ഭാരമുള്ളതുമായ ഇത്തരം നാനോ കുഴലുകള്‍ അതിലോലമായ നാനോ പാളികള്‍ ചുരുട്ടിവച്ചാണ് നിര്‍മിക്കുന്നത്. ചാലകമായും അര്‍ധചാലകമായും ഭിന്ന സ്വഭാവം പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന നാനോക്കുഴലുകള്‍ ഒരൊറ്റ മൂലകം കൊണ്ടുണ്ടാക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞിരിക്കുന്നു. ഗ്രാഫൈറ്റ്, വൈദ്യുതിയെ കടത്തിവിടുന്നു. എന്നാല്‍ അതേ മൂലകത്തിന്റെ മറ്റൊരു രൂപമായ വജ്രത്തില്‍ ഇതു സാധ്യമല്ല. എന്നാല്‍ വജ്രം താപം പ്രവഹിപ്പിക്കുന്ന നല്ലൊരു ചാലകമാണ്. ഈ സ്വഭാവങ്ങളുടെ സമ്മിശ്രശേഷിയാണ് നാനോട്യൂബിനുള്ളത്. ബക്കി പന്തിന്റെ പരീക്ഷണ നിരീക്ഷണത്തിനിടയിലാണ് ഡോ. സുമിയോ ഇജിമയുടെ ശ്രദ്ധയിലേക്ക് നാനോട്യൂബുകള്‍ എത്തുന്നത്. ഊര്‍ജ ഉത്പാദനം, ടെലിവിഷന്‍ ഡിസ്പ്ളേ, റോബോട്ടുകള്‍, ട്രാന്‍സിസ്റ്റര്‍, ജനിതക എഞ്ചിനീയറിങ് എന്നീ മേഖലകളില്‍ നാനോട്യൂബുകള്‍ കാര്യക്ഷമമായി ഉപയോഗിക്കാം.
നാനോ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍. ഒരു നാ. മീ. മുതല്‍ 100 നാ. മീ. വരെ വലിപ്പമുള്ള ഖരവസ്തുക്കളാണ് നാനോ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ എന്നറിയപ്പെടുന്നത്. ഇവയുടെ നിര്‍മാണം നാനോ സാങ്കേതിക രംഗത്തെ പ്രാധാന്യമര്‍ഹിക്കുന്ന ഒരു മേഖലയാണ്. നാനോ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ ലോഹമിശ്രിതങ്ങളോ പോളിമറുകളോ സെറാമിക്കുകളോ ആകാം. മിക്ക പദാര്‍ഥങ്ങളുടെയും നാനോ രൂപങ്ങള്‍ നിര്‍മിക്കുന്നതില്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ വിജയിച്ചിട്ടുണ്ട്. കൂടുതല്‍ പരീക്ഷണങ്ങള്‍ ഈ മേഖലയില്‍ സജീവമാണ്.
നാനോ പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ നിര്‍മാണപ്രക്രിയകളെ 'ടോപ്- ഡൗണ്‍', 'ബോട്ടം-അപ്' എന്നിങ്ങനെ രണ്ടായി തിരിക്കാറുണ്ട്. വലിയ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ പൊടിക്കുക വഴിയോ ലേസര്‍ രശ്മികളുടെ സഹായത്താല്‍ ബാഷ്പീകരിക്കുക വഴിയോ നാനോ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ നിര്‍മിക്കുന്നതാണ് ടോപ്-ഡൗണ്‍ രീതി. ഫിസിക്കല്‍ വേപ്പര്‍ ഡെപ്പോസിഷന്‍, കെമിക്കല്‍ ലേസര്‍ ഡെപ്പോസിഷന്‍ തുടങ്ങിയ പ്രക്രിയകളും ടോപ്-ഡൌണ്‍ രീതിക്ക് ഉദാഹരണങ്ങളാണ്. ആറ്റങ്ങളെ സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ നാനോ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ നിര്‍മിക്കുന്നതാണ് ബോട്ടം-അപ് രീതി. സോള്‍ജെല്‍, കണ്‍ട്രോള്‍ഡ് കെമിക്കല്‍ പ്രെസിപ്പിറ്റേഷന്‍ തുടങ്ങിയ രീതികള്‍ ഈ വിഭാഗത്തില്‍പ്പെടുന്നവയാണ്.
മികച്ച സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികളുടെ ആവിര്‍ഭാവത്തോടെ നാനോ പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ പഠനവും അവയുടെ ക്രമീകരണവും കൃത്യതയോടെ സാധിക്കുന്നു. മുന്‍കൂട്ടി നിശ്ചയിച്ച വലുപ്പത്തിലും ആകൃതിയിലും നാനോപദാര്‍ഥങ്ങള്‍ നിര്‍മിക്കാനാകുന്നു. അമേരിക്കയിലെ നോര്‍ത്ത് കരോലിന സര്‍വകലാശാലയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത 'നാനോ മാനിപ്പുലേറ്റര്‍' എന്ന സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനി സംവിധാനം ഈ രംഗത്തെ മികച്ചൊരു കണ്ടുപിടുത്തമാണ്.
സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികള്‍. അതീവ സൂക്ഷ്മ കണങ്ങളെ സംബന്ധിച്ച ശാസ്ത്രശാഖ എന്ന നിലയില്‍ നാനോ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് സൂക്ഷ്മതലത്തില്‍ കാഴ്ച സാധ്യമാക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങള്‍ ഗവേഷണപഠനത്തിന് അനിവാര്യമാണ്. രണ്ടുതരം സൂക്ഷ്മ ദര്‍ശിനികളാണ് മുഖ്യമായും ഈ മേഖലയിലെ പഠനത്തിന് ഉപയോഗിക്കുന്നത്, ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പും സ്കാനിങ് പ്രോബ് മൈക്രോസ്കോപ്പും.
ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പി വിഭാഗത്തിനുതന്നെ രണ്ടുവകഭേദങ്ങളുണ്ട്: സ്കാനിങ് ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പും (SEM) ട്രാന്‍സ്മിഷന്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പും (TEM).
സ്കാനിങ് ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്. നിരീക്ഷണത്തിലിരിക്കുന്ന പ്രതലത്തിനെ ഉയര്‍ന്ന ഊര്‍ജാവസ്ഥയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണ്‍ ബീം കൊണ്ട് സ്കാന്‍ ചെയ്യുന്നു (Raster Scanning). അപ്പോള്‍ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന ദ്വിതീയ ഇലക്ട്രോണുകള്‍, തട്ടിത്തെറിച്ചു തിരിച്ചുവരുന്ന (back scattered) ഇലക്ട്രോണുകള്‍, എക്സ് റേ തുടങ്ങിയവ അപഗ്രഥിച്ചാണ് പ്രതലത്തെ വലുതാക്കിക്കാണിക്കുന്നത്. 1930-കളിലാണ് SEM കണ്ടെത്തിയത്. ഇതിന്റെ മുകളറ്റത്തുള്ള ഇലക്ട്രോണ്‍ ഗണ്ണില്‍നിന്ന് പുറത്തേക്ക് വരുന്ന ബീം വിവിധ കണ്ടന്‍സര്‍, ഡിഫ്ളകഷന്‍ കോയില്‍ എന്നിവ വഴി സഞ്ചരിച്ച് ശക്തി സംഭരിച്ചാണ് പരീക്ഷണപ്രതലത്തില്‍ പതിക്കുന്നത്. ദ്വിതീയ ഇലക്ട്രോണുകള്‍, എക്സ്റേ എന്നിവ തിരിച്ചറിയാനുള്ള സംവിധാനങ്ങള്‍ ഉപകരണത്തില്‍ സന്നിവേശിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്.
ട്രാന്‍സ്മിഷന്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്. ഇതില്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ ബീം അതിലോലമായ പദാര്‍ഥ പാളിയിലൂടെ കടത്തിവിടുന്നു. പരീക്ഷണ വസ്തുവിന്റെ സ്വഭാവത്തിനനുസരിച്ച് പുറത്തേക്കെത്തുന്ന ഇലക്ട്രോണിന് മാറ്റം വരാം. ഇതിനെ അപഗ്രഥിച്ചാണ് ചിത്രം രൂപപ്പെടുത്തുന്നത്. ഇതിലേക്ക് വേണ്ട നേര്‍ത്ത പാളി ഒരുക്കുന്നത് അതീവസങ്കീര്‍ണമായ പ്രക്രിയയാണ്.
സ്കാനിംഗ് പ്രോബ് മൈക്രോസ്കോപ്പിയെ സ്കാനിങ് ടണലിങ് എന്നും ആറ്റമിക് ഫോഴ്സ് മൈക്രോസ്കോപ്പി എന്നും രണ്ട് വിഭാഗമായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു.
സ്കാനിങ്ങ് ടണലിങ് മൈക്രോസ്കോപ്. ഇതില്‍ പരീക്ഷണ വസ്തുവിലൂടെ നുഴഞ്ഞുകടക്കുന്ന (tunnelling എന്ന ക്വാണ്ടം പ്രതിഭാസം) വൈദ്യുതി തിട്ടപ്പെടുത്തിയാണ് ആറ്റമികതലത്തിലെ സൂക്ഷ്മ ചിത്രങ്ങളാക്കുന്നത്. എണ്‍പതുകളുടെ തുടക്കത്തില്‍ ഗേര്‍ഡ് ബിന്നിങ് (Gerd Binning), ഹെന്റിച്ച് റോഹ്റര്‍ എന്നിവരാണ് ഇത് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്. ഉപകരണത്തിലെ അതിസൂക്ഷ്മാഗ്രം പരീക്ഷണപ്രതലത്തിന് സമീപത്തേക്ക് കൃത്യമായ അകലത്തില്‍കൊണ്ടുവരും. ടണലിങ് കറന്റ് ആംപ്ലിഫയര്‍, വിദൂര നിയന്ത്രണ/സ്കാനിങ് സംവിധാനം (distance control and scanning unit) എന്നിവ ചേര്‍ന്നതാണ് ഉപകരണം. അടിസ്ഥാന മാതൃകയെ അവലംബിച്ച് സ്കാനിങ് ടണലിങ് മൈക്രോസ്കോപ്പിന്റെ മറ്റ് രൂപാന്തരങ്ങളും എത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഫോട്ടോണ്‍ എസ്.ടി.എം ഉദാഹരണം.
ആറ്റമിക ഫോഴ്സ് മൈക്രോസ്കോപ്. ഉയര്‍ന്ന ദൃശ്യസൂക്ഷ്മത നല്കുന്ന ഈ മൈക്രോസ്കോപ്പിന്റെ വികാസമാണ് നാനോ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വളര്‍ച്ചയ്ക്കു വഴിയൊരുക്കിയത്. ഒരു വശത്തേക്ക് നീണ്ടുനില്‍ക്കുന്ന ദണ്ഡിന്റെ (കാന്റിലിവര്‍) അറ്റത്ത് അനുഭവപ്പെടുന്ന പ്രതല അറ്റോമിക് ബല വിന്യാസമാണ് അതിസൂക്ഷ്മ ചിത്രം രേഖപ്പെടുത്തലിന് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. കാന്റിലിവറിന്റെ ഒരറ്റത്ത് കൂര്‍ത്ത അഗ്രം പിടിപ്പിച്ചിരിക്കും. ഇതാണ് പരീക്ഷണ വസ്തുവില്‍ പറ്റിച്ചേര്‍ന്ന് വിവരം ശേഖരിക്കാന്‍ സഹായിക്കുന്നത്. ചലിച്ചു തുടങ്ങുമ്പോള്‍ ആറ്റമിക് സ്വഭാവത്തിനനുസരിച്ച് നേരിയ തള്ളല്‍/ബലം പ്രോബില്‍ അനുഭവപ്പെടും. ലേസര്‍ ബീമിന്റെയും മറ്റും സഹായത്താല്‍ ഓരോ ആറ്റത്തിന്റെയും വിശദാംശങ്ങള്‍ രേഖപ്പെടുത്തുന്നു. 1986-ലാണ് എ.എഫ്.എം. കണ്ടെത്തിയത്.
നേട്ടങ്ങള്‍. വിവിധങ്ങളായ പ്രയോജനങ്ങള്‍ ഓരോ മേഖലയ്ക്കും നല്‍കാന്‍ നാനോസാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കാകുന്നു. ഔഷധനിര്‍മാണത്തിന്റെ മേഖലയില്‍ ബയോ ചിപ്പുകളും, പ്രമേഹരോഗശമനത്തിനുള്ള ഇന്‍സുലിന്‍ ബോക്സും ഉദാഹരണം. അര്‍ബുദ രോഗത്തില്‍ കീമോതെറാപ്പി ഏറെ പാര്‍ശ്വഫലങ്ങള്‍ ഉളവാക്കുന്നതാണെന്നിരിക്കെ നാനോസാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സഹായത്തോടെ നിര്‍ദിഷ്ട കോശങ്ങളെ മാത്രം കരിച്ചുകളയാനും സമീപസ്ഥങ്ങളായ കോശങ്ങളെ പരിക്കേല്‍പ്പിക്കാതെ നിലനിര്‍ത്താനും സാധിക്കുന്ന സാങ്കേതിക രീതികള്‍ ഉണ്ടായിട്ടുണ്ട്. ജൈവസാങ്കേതികവിദ്യയുമായി ചേര്‍ന്നു നടക്കുന്ന ഗവേഷണങ്ങള്‍ പുതിയ വിളകളുടെ കണ്ടുപിടുത്തത്തിലും നിലവിലുള്ളവയുടെ ഉല്പാദനക്ഷമത കൂട്ടുന്നതിലും നിര്‍ണായക പങ്കുവഹിക്കുന്നു. ഭക്ഷ്യ സുരക്ഷാരംഗത്ത് കുറഞ്ഞ കൃഷിയിടത്തില്‍നിന്നുതന്നെ കൂടുതല്‍ വിളവ് എന്ന ലക്ഷ്യം നേടുന്നതിന് നാനോസാങ്കേതികവിദ്യക്ക് മുഖ്യപങ്കുവഹിക്കാനുണ്ട്. കൃഷിയിടത്തിലും ഭക്ഷ്യസംസ്കരണസമയത്തും ഉപയോഗിക്കുന്ന രാസവസ്തുക്കളുടെ (വളം, പ്രിസര്‍വേറ്റീവ്സ് തുടങ്ങിയവ) ഗുണഫലം മെച്ചപ്പെടുത്താനും ഉപയോഗം പരിമിതപ്പെടുത്താനും ഒരു പക്ഷേ ഒഴിവാക്കാന്‍പോലുമോ ഈ വിദ്യയിലൂടെ ഭാവിയില്‍ കഴിഞ്ഞെന്നുവരാം. ബക്കിപന്തുകള്‍ മെക്കാനിക്കല്‍ എഞ്ചിനീയറിങ്, അതിചാലകത, ഔഷധ നിര്‍മാണം എന്നീ മേഖലകളില്‍ ഒട്ടേറെ സാധ്യതകളാണ് തുറന്നിടുന്നത്.
ജലശുദ്ധീകരണമേഖലയില്‍ കൃത്യമായ ഗുണനിലവാരം നല്‍കാനും വ്യവസായശാലകളില്‍ നിന്ന് പുറത്തേക്ക് ഒഴുക്കുന്ന മാലിന്യത്തിലെ അപകടകരമായ വിഷാംശത്തോത് ഉറവിടത്തില്‍ത്തന്നെ തടയാനും ഇതവസരമൊരുക്കുന്നു. ജലത്തിലെ ബാക്റ്റീരിയ, വൈറസ്, രാസമാലിന്യം എന്നിവ മാറ്റാന്‍ നാനോസാങ്കേതികവിദ്യ സഹായകമാകുന്നു. ഇത്തരത്തിലുള്ള ജലശുദ്ധീകാരികള്‍ വിപണിയിലെത്തിയിട്ടുണ്ട്.
ഊര്‍ജമേഖലയാണ് ഈ നവീന സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഗുണഫലം അനുഭവിക്കാനാകുന്ന മറ്റൊരു പ്രധാനമേഖല. പുതിയതും പുതുക്കപ്പെടാവുന്നതുമായ ഊര്‍ജസ്രോതസുകളുടെയും അതിന്റെ സംഭരണത്തിന്റെയും രീതിയില്‍ മെച്ചപ്പെട്ട മാറ്റം ഉണ്ടാക്കാനായിട്ടുണ്ട്. ദക്ഷത കൂടിയ സൌര പാനലുകളുടെ രൂപകല്പന, വൈദ്യുതി ശേഖരിച്ചുവയ്ക്കുന്ന ബാറ്ററിയുടെ ശേഷികൂട്ടല്‍, ബാറ്ററിയുടെ ഭാരം കുറയ്ക്കല്‍ തുടങ്ങിയ രംഗങ്ങളില്‍ ഗവേഷണങ്ങള്‍ മുന്നേറുന്നു. ഇതിന്റെ ഭാഗമായി മൊബൈല്‍ ഫോണ്‍, ലാപ്ടോപ്പ് എന്നിവയുടെ ഭാരം കുറയ്ക്കാനാകും. ചുരുട്ടിയെടുക്കാവുന്നതും ലോലവുമായ സെല്ലുലോസ് ബാറ്ററിയും നാനോസാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സാധ്യതയാണ്, ഗ്രീന്‍ എഞ്ചിനീയറിംഗ് എന്ന സുസ്ഥിരവികസനരീതിക്ക് സാങ്കേതികസഹായം നല്കി പരിസ്ഥിതിക്ക് കോട്ടം തട്ടാത്ത പുത്തന്‍ രീതികള്‍ ആവിഷ്കരിക്കാന്‍ നാനോശാസ്ത്രത്തിനാകും.
പ്രതിരോധ സാങ്കേതികവിദ്യയിലും ബഹിരാകാശ സഞ്ചാരരംഗത്തും ഉയര്‍ന്ന താപസഹനശേഷിയും ഉറപ്പും ഉള്ള റോക്കറ്റ് ഘടക നിര്‍മിതിയിലും കാര്യമായ ചലനങ്ങള്‍ ഉണ്ടാക്കാന്‍ ഇതിനാകുന്നുണ്ട്. ഭാരം കുറഞ്ഞ പോര്‍മുനകള്‍ ഉണ്ടാക്കാനുള്ള കണ്ടുപിടുത്തങ്ങളും മുന്നേറുന്നുണ്ട്. കംപ്യൂട്ടറിന്റെ വലിപ്പം കുറയ്ക്കാനും അതേസമയം വിശകലനശേഷി (പ്രോസസിങ് പവര്‍) കുത്തനെ കൂട്ടാനും നാനോ ഗവേഷണങ്ങള്‍ കൊണ്ട് സാധിക്കുന്നു.
ഗവേഷണം. ഭാവിയിലെ സാങ്കേതിക വിദ്യയായി വിലയിരുത്തപ്പെടുന്ന നാനോസാങ്കേതികരംഗത്ത് 1990-കളിലാണ് രാജ്യങ്ങള്‍ ശ്രദ്ധ നല്കിത്തുടങ്ങുന്നത്. ഇന്ന് പല രാജ്യങ്ങളും നാനോഗവേഷണരംഗത്തും, നാനോ പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ നിര്‍മാണത്തിലും സജീവമാണ്. അമേരിക്കയിലെ നാഷണല്‍ നാനോടെക്നോളജി ഇനീഷ്യേറ്റീവ്, നാസ (NASA) എന്നിവ ഈ രംഗത്ത് ശ്രദ്ധേയമായ കണ്ടുപിടുത്തങ്ങള്‍ നടത്തിയ സ്ഥാപനങ്ങളാണ്. കംപ്യൂട്ടേഷണല്‍ നാനോടെക്നോളജി, കംപ്യൂട്ടേഷണല്‍ ഒപ്ടോ ഇലക്ട്രോണിക്സ് എന്നീ നാനോ രംഗങ്ങളിലാണ് നാസ കൂടുതല്‍ ശ്രദ്ധ നല്കുന്നത്. യൂറോപ്യന്‍ യൂണിയന്‍ നാനോ രംഗത്തെ ഗവേഷണങ്ങളെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കാന്‍ അംഗരാജ്യങ്ങള്‍ക്ക് ധനസഹായം നല്കുന്നുണ്ട്. ജപ്പാന്‍, ചൈന, ഉത്തരകൊറിയ, തായ്വാന്‍ തുടങ്ങിയവയാണ് നാനോ രംഗത്ത് കൂടുതല്‍ സജീവമായ ഏഷ്യന്‍ രാജ്യങ്ങള്‍. ഇന്ത്യയില്‍ ബയോടെക്നോളജി, ഫോറന്‍സിക് സയന്‍സ്, ജനറ്റിക്സ്, ആരോഗ്യം, കൃഷി എന്നീ രംഗങ്ങളില്‍ നാനോ ഗവേഷണങ്ങള്‍ നടക്കുന്നുണ്ട്. ഇന്ത്യന്‍ കൌണ്‍സില്‍ ഒഫ് സയന്റിഫിക് ആന്‍ഡ് ഇന്‍ഡസ്ട്രിയല്‍ റിസര്‍ച്ചിന്റെ നേതൃത്വത്തില്‍ നാനോരംഗത്തെ ഗവേഷണത്തിനായി 38 ലബോറട്ടറികള്‍ ആരംഭിച്ചിട്ടുണ്ട്. നാനോ രംഗത്തെ രാജ്യത്തിലെ ആദ്യത്തെ ടെക്നോളജി പാര്‍ക്ക് (നാനോ ടെക്നോളജി ആന്‍ഡ് ബയോമെഡിസിന്‍ ടെക്നോളജി പാര്‍ക്ക്) 2008-ല്‍ ഹിമാചല്‍പ്രദേശില്‍ ആരംഭിച്ചു.
നാനോ കംപ്യൂട്ടറും നാനോ അസെംബ്ലറും. നാനോസാങ്കേതികവിദ്യയിലെ പരമപ്രധാനവും എന്നാല്‍ ഇതുവരെ ഫലവത്താകാത്തതുമായ രണ്ട് ഉപകരണങ്ങളാണിവ. ഒരുനിര നിര്‍ദേശങ്ങള്‍ നടപ്പിലാക്കുകവഴി ഒരു നിശ്ചിത ലക്ഷ്യം കൈവരിക്കുന്ന തന്മാത്രികായന്ത്രസംവിധാനമാണ് നാനോ കംപ്യൂട്ടര്‍. ഇന്നത്തെ പ്രബലമായ മൈക്രോപ്രോസസറുകളെ അപേക്ഷിച്ച് ദശലക്ഷക്കണക്ക് മടങ്ങ് ചെറുതും എന്നാല്‍ ആയിരം ദശലക്ഷണക്കണക്ക് മടങ്ങ് വേഗതയുമുള്ള യന്ത്രങ്ങളായിരിക്കുമവ.
നാനോ കംപ്യൂട്ടര്‍ തയ്യാറായാലുടന്‍ നാനോ അസംബ്ളര്‍ നിര്‍മാണവും പൂര്‍ത്തിയാക്കാനാകും. അണുക്കളെ (atoms) ആവശ്യപ്രകാരം ഏതുരീതിയിലും ക്രമീകരിക്കാനുള്ള ഉപകരണമാണിത്. ഇന്ന് അറ്റോമിക് ഫോഴ്സ് മൈക്രോസ്കോപ്പിലൂടെ മാത്രമേ പദാര്‍ഥങ്ങളിലെ അണുക്കളെ തള്ളിനീക്കാനാകൂ. പക്ഷേ, നാനോ അസംബ്ളര്‍ തയ്യാറാകുന്നതോടെ ഒരു കൂടയില്‍ നിന്നെന്നപോലെ അണുക്കളെ പെറുക്കിയെടുത്ത് നിശ്ചിതസ്ഥാനങ്ങളില്‍ നിക്ഷേപിച്ച് നിശ്ചിതഘടനയുള്ള വസ്തുക്കള്‍ നിര്‍മിക്കാനാകുമെന്നാണ് പ്രതീക്ഷ. നമ്മുടെ ശരീരത്തിലെ കോശങ്ങളും ഇത്തരത്തിലുള്ള ജോലികളിലാണ് വ്യാപൃതരായിരിക്കുന്നത്. ആര്‍.എന്‍.എ.യിലേക്ക് ഡി.എന്‍.എ.യെ പകര്‍ത്തി അനുയോജ്യമായ അമിനൊ അമ്ളങ്ങള്‍ ശേഖരിച്ച് പ്രോട്ടീനുകള്‍ തയ്യാറാക്കി ശരീരത്തെ പരിപോഷിപ്പിക്കുന്ന റിബൊസോമുകള്‍ ഇതിനുള്ള ഒരുദാഹരണമാണ്.
നാനോ കംപ്യൂട്ടര്‍ കാതലായുള്ള (core) നാനോ അസംബ്ലറും ഇതേരീതിയില്‍ തന്മാത്രകള്‍ക്കുള്ളിലേക്ക് നിര്‍ദേശങ്ങളെ പകര്‍ത്തിവയ്ക്കുകയാണ് ചെയ്യുക. നാനോ അസംബ്ളറിന് അസാധ്യമായതൊന്നും തന്നെ ഇല്ലെന്നാണ് ശാസ്ത്രനിഗമനം. ഫൊണ്‍ ന്യൂമാനും അലന്‍ ടൂറിങ്ങും വിഭാവന ചെയ്തപോലെ സ്വയം പകര്‍ത്താനുള്ള ശേഷിയും നാനോ അസംബ്ളര്‍ക്കും ഇതര നാനോയന്ത്രങ്ങള്‍ക്കും ഉണ്ടാകും. അതായത് ഘടക ഭാഗങ്ങള്‍ പെറുക്കിവച്ച് ഒരു നാനോ അസംബ്ലറോ നാനോയന്ത്രമോ നിര്‍മിക്കുന്നതിനെ അപേക്ഷിച്ച് വളരെ എളുപ്പമാകും അവയ്ക്കുതന്നെ അവയുടെ ഒരു പതിപ്പ് സ്വയം ഉണ്ടാക്കുക എന്നത്.
നാനോസാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സാധ്യതകളില്‍ പ്രായോഗികമാക്കാനാകും എന്ന ഉറപ്പുള്ളവയെക്കാള്‍ ഏറെ അതിശയോക്തി നിറഞ്ഞ കല്പനകളാണുള്ളതെന്നുപറയാം.
'നാനോകുഴലുല്‍, നാനോഡിജിറ്റല്‍ പരിപഥം എന്നിവ ഉള്‍പ്പെടുത്തി രൂപപ്പെടുത്തുന്ന നാനോകംപ്യൂട്ടറുകളിലെ സിപിയുവിന് 1 ക്യൂബിക് മൈക്രോമീറ്റര്‍ വ്യാപ്തമേ വരൂ. സെക്കണ്ടില്‍ ആയിരം ദശലക്ഷം നിര്‍ദേശങ്ങള്‍ വരെ പ്രോസസ് ചെയ്യാന്‍ പ്രസ്തുത സിപിയുവിന് ശേഷിയുണ്ടാകും; എന്നാല്‍ അവയുടെ പ്രവര്‍ത്തനത്തിന് 100 നാനോ വാട്ട് ശക്തി മാത്രമേ വേണ്ടിവരൂ' എന്ന കല്പന അത്തരം പ്രതീക്ഷകള്‍ക്ക് ഒരു ഉദാഹരണം.
'അത്യന്തം മിടുക്കുള്ള' വസ്തുക്കള്‍ (super-smart-materials), കൃത്രിമബുദ്ധിയുള്ള കംപ്യൂട്ടറുകള്‍ (computers with artificial intelligence), നാനോ ചികിത്സ (nano-therapy), നാനോ ശസ്ത്രക്രിയ (nano-surgery), നാനോ ടെക്സ്റ്റൈലുകള്‍ (nano-textiles and fabrics) എന്നുതുടങ്ങി, മനുഷ്യ സദൃശ റോബോട്ടുകള്‍ (humanoid robots), ഡി.എന്‍.എ. ചിപ്പുകള്‍ (D.N.A.chips), മില്ലി പീഡ് ചിപ്പുകള്‍ (millipede chips), സൈബോര്‍ഗുകള്‍ (cyborgs-ഭാഗികമായി മനുഷ്യന്‍, ഭാഗികമായി യന്ത്രം) എന്നിവ വരെ അത്തരത്തില്‍ ഭാവിസാധ്യതകളായി വീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നവയാണ്.
ആശങ്കകള്‍. തിരിച്ചെടുക്കാനാകാത്ത (irreversible) 'നാനോ മാറ്റങ്ങള്‍' ജീവകോശങ്ങളില്‍ വന്നുപോയാല്‍ അത് വിപത്തായി തീരുമെന്നതാണ് ഈ രംഗം മുന്നോട്ടുവയ്ക്കുന്ന ആശങ്കകളിലൊന്ന്. നാനോ ഗവേഷണത്തിന്റെയും പരീക്ഷണത്തിന്റെയും ഭാഗമായി അറിയപ്പെടാത്ത മാറ്റം അന്തരീക്ഷത്തിലും മറ്റും ഉണ്ടാകാനിടയുണ്ട്. നാനോ ടോക്സിസിറ്റി എന്ന ഒരു ഉപശാഖ തന്നെ ഇന്ന് സജീവമാണെന്നത് ഈ ദുരന്ത സാധ്യത കുറയ്ക്കാന്‍ ലക്ഷ്യമിട്ടാകണം. യുദ്ധമേഖലയില്‍ ചെറു ജൈവ ബോംബുകള്‍ ഉണ്ടാക്കാനും നിലവിലുള്ള ജൈവയുദ്ധസാധ്യതകള്‍ക്ക് കാര്യക്ഷമത വര്‍ധിപ്പിക്കാനും നീക്കങ്ങള്‍ നടക്കുന്നത് ദൂരവ്യാപകമായി വന്‍ വിപത്ത് ഉണ്ടാക്കും. നാനോ സ്പൈ (Nano spy) എന്ന അപകടവും മുമ്പിലുണ്ട്. സൃഷ്ടിയന്ത്രങ്ങള്‍ എന്ന കൃതിയില്‍ എറിക് ഡ്രെക്സലര്‍ തന്നെ വിനാശത്തിന്റെ യന്ത്രങ്ങള്‍ (Engines of Destruction) എന്ന ആശങ്ക പങ്കുവയ്ക്കുന്നുണ്ട്.
(വി.കെ. ആദര്‍ശ്, സ.പ.)
