07 March 2021

News Flash

स्फटिकशास्त्राची शतकी वाटचाल

स्फटिकावर क्ष किरण टाकले तर त्याचे विवर्तन होते, त्याचा उपयोग आपल्याला स्फटिकांचे म्हणजेच पर्यायाने पदार्थाचे अंतरंग उलगडून दाखवण्यासाठी होतो.

| January 26, 2014 01:14 am

स्फटिकावर क्ष किरण टाकले तर त्याचे विवर्तन होते, त्याचा उपयोग आपल्याला स्फटिकांचे म्हणजेच पर्यायाने पदार्थाचे अंतरंग उलगडून दाखवण्यासाठी होतो. स्फटिकशास्त्रामुळे अनेक शोध नंतरच्या काळात लागले व त्याचा वापर करणाऱ्या ३० वैज्ञानिकांना नोबेल पारितोषिके मिळाली.  या शोधाची शताब्दी साजरी करण्यासाठी युनेस्कोने २०१४ हे आंतरराष्ट्रीय स्फटिकशास्त्र वर्ष म्हणून जाहीर केले आहे. त्यानिमित्त..
आपण नुसत्या डोळ्यांनी किती सूक्ष्म पदार्थ बघू शकतो याला मर्यादा आहेत. प्रकाशाची कंप्रता (फ्रिक्वेन्सी) ४०० ते ७०० नॅनोमीटर असते, त्यामुळे आपण अणू नुसत्या डोळ्यांनी पाहू शकत नाही. त्यासाठी ०.१ नॅनोमीटर तरंगलांबी असलेले क्ष किरण वापरावे लागतात. आपण शरीरात कुठेही छेद न देता हाड कुठे तुटले आहे हे सांगू शकतो हा क्ष किरणांचा उपयोग सर्वाना माहीत आहे. स्फटिकातील रेणूंमध्ये अणू कसे रचलेले असतात हे स्फटिकावर क्ष किरण टाकले असता प्रकाशाचे जे विवर्तन होते त्यामुळे समजते. त्याच्या आधारे त्या स्फटिकाचे म्हणजे पदार्थाचे गुणधर्म त्याचा प्रत्यक्ष वापर होण्याच्या अगोदर समजतात, यालाच स्फटिकशास्त्र असे म्हणतात. मंगळावरील रोव्हर गाडय़ांपासून ते अगदी औषधनिर्मितीपर्यंत त्याचे असंख्य उपयोग आहेत, थोडक्यात आपल्या सभोवतालचे जग आतून कसे आहे हे जाणून घेण्याचे साधन म्हणजे स्फटिकशास्त्र होय.
क्ष किरणांच्या शलाका एखाद्या स्फटिकावर टाकल्याने त्यांचे विवर्तन (डिफ्रॅक्शन) होते हे प्रथम मॅक्स व्हॉन लवे यांनी दाखवून दिले. त्यांच्या या शोधाने नंतर जग बदलून टाकले, कारण त्याच्या मदतीने स्फटिकांचा अभ्यास करून अनेक पदार्थाचे गुणधर्म जाणून घेण्यात मदत झाली. त्यांच्या या शोधाला शंभर वष्रे पूर्ण होत आहेत त्यामुळे आंतरराष्ट्रीय स्फटिकशास्त्र वर्ष युनेस्कोच्या वतीने यंदा साजरे होत आहे, असे सांगून ते म्हणाले की, विल्यम हेन्री ब्रॅग व विल्यम लॉरेन्स ब्रॅग या पिता-पुत्रांच्या जोडीने नंतर या क्षेत्रात मोठे काम केले. एकूण ३० नोबेल पारितोषिके आतापर्यंत स्फटिकशास्त्राच्या मदतीने केलेल्या  संशोधनाला मिळाली आहेत, यावरूनच त्याचे महत्त्व लक्षात येते. कुठल्याही स्फटिकरूपातील पदार्थावर जर क्ष किरण टाकले तर त्यांचे विवर्तन (डिफ्रॅक्शन) होत असते व त्यामुळे पडद्यावर काही ठळक िबदू दिसतात असे निरीक्षण पहिल्यांदा लवे, निपेंग व फ्रेडरिक यांनी नोंदवले ती स्फटिकशास्त्राची पहिली पायरी होती. नंतरच्या काळात रेणूंच्या आत अणूंची नेमकी रचना कशी असते याचा शोध विल्यम हेन्री ब्रॅग व विल्यम लॉरेन्स ब्रॅग या पिता-पुत्रांनी लावला व त्यामुळेच आज आपण अनेक पदार्थाचे गुणधर्म तपासू शकतो. त्यांनी स्फटिकावर क्ष किरण पडल्यानंतर त्यांचे विवर्तन होते त्याबाबतचे एक समीकरण शोधले, ते ‘ब्रॅगचा नियम’ म्हणून प्रसिद्ध आहे. त्याच्या मदतीने विवर्तनावरून एखाद्या स्फटिकाची संरचना समजते. त्यानंतर विल्यम लॉरेन्स ब्रॅग यांनी सोडियम क्लोराइड म्हणजे मिठाची रेणवीय संरचना कशी असते ते दाखवून दिले. त्यानंतरच्या काही वर्षांत एकूण वीस पदार्थाची संरचना स्फटिकशास्त्रामुळे समजली.
फ्लू, एड्सवर नवी औषधे शक्य
आपल्या सभोवतालच्या पर्यावरणात जे बदल होतात त्यामुळे आपल्याला फ्लूसारख्या नेहमी सतावणाऱ्या रोगासह इतर अनेक रोग होत असतात. आपल्या शरीरातील जीपीसीआर नावाचे रिसेप्टर पर्यावरणातील हे बदल त्यांच्यावर येऊन चिकटणाऱ्या रेणूंच्या माध्यमातून टिपून पेशींकडे पाठवीत असते. त्यानंतर पेशी त्याला जो प्रतिसाद देतात त्यामुळे आपल्याला रोग होतात, पण आता जीपीसीआर या प्रथिनाचे काम नेमके कसे चालते यावर बरेच संशोधन झाले आहे. हे प्रथिन पेशींच्या अर्धपारपटलात (मेम्ब्रेन) असते. या प्रथिनाची रचना पहिल्यांदा रॉबर्ट लेफकोवित्झ व ब्रायन कोबिलका यांनी शोधली. त्यासाठी त्यांना रसायनशास्त्राचे नोबेल २०१२ मध्ये मिळाले होते. त्यामुळे येत्या दहा वर्षांत नवीन औषधांची निर्मिती करता येणार आहे. इन्फ्ल्युएंझावरचे टॅमी फ्लू हे औषध शोधताना अशाच प्रकारे फ्लूच्या विषाणूच्या पृष्ठभागावर असलेल्या न्यूरॉमिनिडेस वितंचकाची रचना प्रथम जाणून घेतली गेली, नंतर काही रेणू वापरून या वितंचकाचे (एन्झाइम) काम थांबवून आपण एच१  एन१  विषाणूमुळे फ्लू होऊ नये यासाठी टॅमी फ्लू हे औषध तयार करू शकलो. ज्या एचआयव्ही विषाणूमुळे एड्स हा रोग होतो त्या विषाणूमध्ये असलेल्या प्रोटेझ रचनेचा अभ्यास स्फटिकशास्त्राच्या मदतीने करण्यात आला आहे. हे प्रोटेझ हे पेशीतील इतर उपकारक प्रथिनांना खाते, त्यामुळे त्याचे काम रोखणे गरजेचे होते. या प्रथिनाची रचना समजल्यानंतर त्यात काही विशिष्ट प्रकारच्या औषधाचे रेणू वापरून या प्रोटेझला रोखण्यात यश आले, त्यामुळे एड्सच्या विषाणूला अटकाव करता आला.
क्षयावर संशोधन
एनसीसीएसमध्ये क्षय रोगावर सुरू असलेल्या संशोधनाबाबत त्यांनी सांगितले की, क्षय हा रोग आता नेहमीच्या प्रतिजैविकांना दाद देत नाही, त्याचे मल्ट्रिडग रेझिस्टंट म्हणजे दोन-तीन औषधांना न जुमानणारा, एक्सटिन्सिव्ह ड्रग रेझिस्टंट म्हणजे चार ते पाच औषधांना न जुमानणारा व कुठल्याही औषधाला दाद न देणारा (टोटली ड्रग रेझिस्टंट) असे प्रकार आहेत. दोन वर्षांपूर्वी मुंबईत कुठल्याही औषधाला न जुमानणारा क्षयाचा जीवाणू सापडला आहे, ही धोक्याची घंटा आहे, त्यामुळे आम्ही मायकोबॅक्टेरियम टय़ुबरक्युलोसिस या क्षयाच्या जीवाणूतील अनेक प्रथिनांच्या रचना स्फटिकशास्त्रीय तंत्राने जाणून घेतल्या आहेत. त्यातून यापुढे या प्रथिनांचे कच्चे दुवे शोधून ते पेशीवर जाऊन चिकटणार नाहीत यासाठी औषधांचे नवे रेणू शोधून काढणे शक्य होणार आहे. संगणकाधारित संरचनेच्या आधारे औषध निर्मिती हा आता पुढच्या काळातील एक नवा मार्ग असणार आहे.
नॅनोपदार्थ बनवण्यात उपयोगी
हिरा हे कार्बनचे एक रूप, तर ग्रॅफाईट हे दुसरे रूप; पण हिरा कठीण व शिसपेन्सिलीत वापरले जाणारे ग्रॅफाइट मात्र ठिसूळ, असे का, तर हिऱ्याची रेणवीय संरचना टेट्राह्रेडल (चतुपृष्ठीय) तर ग्रॅफाइटची हेक्झॉगोनल (षट्कोनी) असते, म्हणून हा फरक असतो. याचाच अर्थ पदार्थाचे गुणधर्म हे त्यांच्या रेणूंमध्ये अणूंची मांडणी कशी आहे यावर अवलंबून असतात. ही संरचना तपासण्यास स्फटिकशास्त्रातील तंत्रांची मदत मोठय़ा प्रमाणावर होत असते. आता सध्या ग्राफिनचा बोलबाला आहे. या पदार्थाची पृष्ठीय मजबुती जास्त आहे. त्यामुळे नॅनोमटेरियल तयार करण्यासाठी त्याचा चांगला उपयोग होत आहे.
प्रगत सिंक्रोट्रॉन यंत्राची नितांत गरज
स्फटिकशास्त्रातील संशोधनासाठी आवश्यक असलेले सिंक्रोट्रॉन यंत्र इंदोर येथे बसवले जात आहे, पण ते इतर देशांइतके प्रगत नाही, कारण त्याच्या निर्मितीतच तीस वष्रे गेली आहेत, तरीही त्याचा थोडा फायदा वैज्ञानिकांना होईल यात शंका नाही, पण अधिक प्रगत अशा सिंक्रोट्रॉन यंत्राची आपल्याला गरज आहे. त्याचा निर्मिती खर्च हा ५०० ते १००० कोटी रुपये इतका असू शकतो. त्याबाबतचा प्रस्ताव नियोजन मंडळाने तत्त्वत: मंजूर केला असून थोडे बीज भांडवलही मंजूर केले आहे. नवीन सिंक्रोट्रॉन यंत्र बंगलोर, इंदोर किंवा कोलकाता येथे बसवता येऊ शकेल. त्यामुळे आपल्याला पशात मोजता येणार नाही एवढा मोठा फायदा संशोधनासाठी होऊ शकेल. सध्या आपण पदार्थाचे गुणधर्म तपासण्याच्या प्रक्रियेत या इटलीतील ट्रिइस्टे येथील संस्थेशी करार केला असून आपल्या वैज्ञानिकांना स्फटिकशास्त्रातील संशोधनासाठी तिकडे जावे लागते. आपल्या देशात येत्या ४-५ वर्षांत नवीन सिंक्रोट्रॉन यंत्र बसवले तर त्यामुळे वेळ व पसा वाचेलच, पण आपले वैज्ञानिक भारतात राहून मोठे संशोधन करू शकतील. याशिवाय आपल्याला चांगल्या डिटेक्टर यंत्रांचीही गरज आहे.
(लेखक पुणे विद्यापीठाच्या राष्ट्रीय पेशी विज्ञान केंद्राचे संचालक आहेत. )
शब्दांकन – राजेंद्र येवलेकर

लोकसत्ता आता टेलीग्रामवर आहे. आमचं चॅनेल (@Loksatta) जॉइन करण्यासाठी येथे क्लिक करा आणि ताज्या व महत्त्वाच्या बातम्या मिळवा.

First Published on January 26, 2014 1:14 am

Web Title: 100 years of crystallography
Next Stories
1 फॅमिली डॉक्टर कुठे गेले?
2 मानिनी
3 क्षण हे आनंदाचे..
Just Now!
X