भाष्य : माणुसकीच्या शत्रुसंगे ‘नॅनो’युद्ध...

नॅनोविज्ञान व नॅनोतंत्रज्ञान या क्षेत्रात व्यापक संशोधन सुरू आहे. विशेषतः वैद्यकीय कारणासाठी सुरू असलेल्या संशोधनाचे महत्त्व सध्याच्या साथीच्या काळात विशेषत्वाने जाणवते. त्यामुळेच नॅनो वैद्यकीय क्षेत्राविषयी जाणून घेणं सयुक्तिक ठरेल. 

- ताज्या बातम्यांसाठी डाऊनलोड करा ई-सकाळचे ऍप

- पुण्याच्या बातम्या वाचण्यासाठी येथे ► क्लिक करा

सध्या कोविड-१९ या साथीच्या संकटाने संपूर्ण जगाला ग्रासलेले आहे. या करोना विषाणूजन्य साथीवर मात करण्यासाठी जगभरातील संशोधकांनी कंबर कसली आहे. नॅनोविज्ञान व नॅनोतंत्रज्ञान या अग्रेसर संशोधन क्षेत्रात कार्यरत संशोधकही याला अपवाद नाहीत. वैद्यकीय क्षेत्रात नॅनो तंत्रज्ञानाचा उपयोग करण्याविषयीचं संशोधन नॅनो वैद्यकीय (नॅनोमेडिसिन) या उपशाखेअंतर्गत येतं. या अनुषंगाने नॅनो तंत्रज्ञान व नॅनो वैद्यकीय क्षेत्राविषयी जाणून घेणं सयुक्तिक ठरेल.

नॅनो’तंत्रज्ञान आरोग्य क्षेत्रासाठी उपयोगी असण्याचं अत्यंत महत्त्वाचं कारण नॅनो’ ह्या शब्दातच दडलं आहे. नॅनो’ हा मुळातून ग्रीक शब्द आहे. ज्याचा अर्थ आहे खुजा.  ‘मिली’, ‘मायक्रो’ यांप्रमाणे ‘नॅनो’ हा एक उपसर्ग म्हणून वापरतात. ज्याप्रमाणे एक मिलीमीटर हा एक मीटरचा हजारावा भाग आहे; त्याचप्रमाणे एक नॅनोमीटर हा एक मीटरचा अब्जांशावा भाग आहे. त्यामुळेच नॅनो’ या शब्दाचा उल्लेख मराठीत ‘अब्जांश’ ह्या आकारमान दर्शविणाऱ्या शब्दानेही केला जातो.
१ मिलीमीटर = ०.००१ मीटर        = १०-३ मीटर
१ नॅनोमीटर  = ०.००००००००१ मीटर = १०-९ मीटर
हे आकडे बघूनच लक्षात येईल  की एक नॅनोमीटर हे एक अत्यंत लघुपरिमाण आहे. आपल्या रोजच्या आयुष्यातील उदाहरण घ्यायचं झालं तर आपला एक केस अंदाजे ९० हजार नॅनोमीटर जाडीचा असतो. 

या ‘नॅनो’ आकारमानाच्या कणांशी निगडित तंत्रज्ञान अतिसूक्ष्म तंत्रज्ञान’, ‘सूक्ष्मातीत तंत्रज्ञान’ किंवा  ‘नॅनो’तंत्रज्ञान म्हणून ओळखले जाते. नॅनोस्ट्रक्‍चर’ किंवा नॅनोसंरचना’ म्हणजे अशी संरचना जिच्या लांबी, रुंदी, जाडीपैकी किमान एक तरी १ ते १०० नॅनोमीटरमध्ये आहे. यानुसार निसर्ग आद्य नॅनो’तंत्रज्ञ’ मानला जाऊ शकतो, याचे कारण निसर्गात आढळणाऱ्या अनेक करामतींमागे निसर्गनिर्मित ‘नॅनो’ संरचनांचा मोठा वाटा आहे. उदाहरणार्थ,  कमळाच्या पानावर पडलेलं पाणी किंवा चिखल आपसूक घरंगळून जाते. कमळाच्या पानाच्या या स्वनिर्मळतेचं रहस्य त्यातील नॅनो संरचनांमध्ये दडलेलं आहे. 

वैद्यकीय क्षेत्रांत नॅनोमटेरिअल’ किंवा नॅनोपदार्थ महत्त्वाचे असण्यासाठी मानवी शरीरातील अवघे अब्जांश किंवा नॅनो’आकारमान असलेले जीवनावश्‍यक घटक कारणीभूत आहेत. उदाहरणार्थ, जवळ-जवळ २ नॅनोमीटर व्यास असलेला, नागमोडी दुहेरी पेडासारखा किंवा वाकविलेल्या गोल शिडीसारखा दिसणारा डीएनए (डिऑक्‍सिरायबो न्यूक्‍लेइक आम्ल) हा आपल्या शरीरातील अत्यंत महत्त्वाचा जैविक रेणू. 

गुण गाईन आवडी
शरीरातील जीवनावश्‍यक घटक व नॅनोकण यांच्या आकारमानातील साधर्म्य हा नॅनो वैद्यकामधील  कळीचा मुद्दा आहेच; पण तितकेच महत्त्वाचे आहेत या विशिष्ट आकारमानामुळे पदार्थांच्या गुणधर्मांत उद्भवणारे बदल. नॅनोपदार्थांचे गुणधर्म त्यांच्या आकारमान, आकार इत्यादी मापदंडांवर अवलंबून असतात. एखादा पदार्थ मूळ (बल्क) स्वरूपाऐवजी ‘नॅनो’ स्वरूपात असला, तर त्याच्या रंग, प्रकाशपरावर्तन शक्ती, प्रकाश शोषून घेण्याची शक्ती, उष्णतावहनशक्ती, विद्युतवहनशक्ती, चुंबकीयशक्ती यासारख्या गुणधर्मांत बदल झालेला दिसून येतो. उदाहणार्थ, मूळ स्वरुपात चांदीची वस्तू चंदेरी रंगाचीच असते; परंतु चांदीच्या नॅनोकणांच्या द्रावणाचा रंग नॅनोकणांच्या आकारमान, आकार इत्यादी मापदंडांवर अवलंबून असतो. २० नॅनोमीटर व्यास असलेल्या चांदीच्या गोलाकार नॅनोकणांच्या द्रावणाचा रंग पिवळाधमकही असू शकतो. नॅनोपदार्थांच्या गुणधर्मांचं हे संरचनेवर असणारं अवलंबित्व’ त्यांच्या उपयोजनाच्या (ॲप्लिकेशन्स) दृष्टीने फार महत्त्वाचं आहे. या अवलंबित्वामुळे संरचनेवर नियंत्रण मिळवून हव्या त्या गुणधर्मांचे डिझायनर नॅनोपदार्थ बनविणं शक्‍य आहे. 

आकांक्षापुढति जिथे गगन ठेंगणे
या ठेंगण्या’ नॅनोपदार्थांचे, अंगभूत वैशिष्ठ्‌यपूर्ण गुणधर्मांमुळे असलेले, अनंत उपयोग  अवकाश व्यापतील. मात्र लेखाच्या व्याप्तीची मर्यादा लक्षात घेता, इथे नॅनोवैद्यकीय क्षेत्रातील उपयोगांवर लक्ष केंद्रित करू. वैद्यकीय क्षेत्रांत रोगनिदान, रोगाच्या स्थानाचे, स्थितीचे व विस्ताराचे अचूक मापन आणि उपचार ही महत्त्वाची कार्ये असतात. त्याअंतर्गत संवेदन (सेन्सिंग), प्रतिमा-चित्रण (इमेजिंग), औषध वितरण (ड्रग डिलिव्हरी), रोगोपचार पद्धती (थेरपी) अशा आघाड्यांसाठी नॅनोपदार्थांचा वापर केला जाऊ शकतो. त्यामुळे रोगनिदान साधने, विश्‍लेषणात्मक साधने, औषध वितरण वाहक इत्यादी बहुविध रुपात नॅनोपदार्थ दिसतात. स्पष्टता येण्याच्या दृष्टीने यांतील दोन उदाहरणे पाहूया.

१) रोगकारक पेशींचे नॅनोसंरचित शोधक - अर्धसंवाहक नॅनोपदार्थांचे नॅनोकण त्यांच्या आकारमानानुसार ठराविक तरंगलांबीचा प्रकाश उत्सर्जित करतात. क्वांटम डॉट्‌स या नावाने जाणल्या जाणाऱ्या या नॅनोकणांचा वापर नॅनोवैद्यकीय क्षेत्रात ‘प्रदीप्त शोधक’ (ल्युमिनेसेंट, फ्लुरोसंट) म्हणून केला जाऊ शकतो. हे नॅनोकण पेशींमध्ये प्रवेश करण्यास आवश्‍यक परवलीच्या प्रथिनांशी जोडलेले असतात. त्यामुळे हे ‘बायोमार्कर’ नॅनोकण वापरून रोगग्रस्त पेशींचा माग काढता येतो. साध्या शब्दांत सांगायचं झालं, तर  कल्पना करा की तुम्हाला अंधारात ‘अ’ व्यक्तीचा ठावठिकाणा शोधायचा आहे. त्यासाठी तिच्या ओळखीची ‘ब’ व्यक्ती झगमगीत फ्लोरेसेंट कपडे घालून जाते व ’अ’ व्यक्तीला शोधून तिचा हात धरून उभी रहाते. अशा रीतीने झगमगीत, फ्लोरेसेंट कपडे घातलेल्या  ‘ब’ मुळे ‘अ’ चा ठावठिकाणा कळतो. अशाप्रकारे हे नॅनोकण वापरुन रोगग्रस्त पेशींचा माग काढून प्रतिमा-चित्रण करता येऊ शकते.

२) नॅनोसंरचित औषध वाहक - नॅनोवैद्यकीय क्षेत्रात रोगोपचाराच्या नवनव्या पद्धती विकसित केल्या जात आहेत. शरीरातील आवश्‍यक त्याच ठिकाणी व  आवश्‍यक तितकेच औषध बिनचूकपणे पोहोचवण्यासाठी नॅनोसंरचित वाहक उपयोगी आहेत. कर्करोगासारख्या आजारात दिलेली औषधे निरोगी पेशींसाठी हानिकारक असतात. हे टाळण्यासाठी औषधे फक्त आणि फक्त कर्करोगग्रस्त गाठींपर्यंत (ट्युमर) पोहोचवता आली तर? या विचारांतून लक्ष्यित औषध वितरण’ (टार्गेटेड ड्रग डिलिव्हरी) ह्या यंत्रणेची संकल्पना उदयास आली. जशी गुप्त-संदेश पोहोचवणारी व्यक्ती संकेत-खुणा पटवून योग्य ठिकाणी गुप्त संदेश पोहोचवते तसेच इथे घडते. ‘केवळ कर्करोगग्रस्त गाठींशीच (ट्युमर) जोडता येतील’ असे जैव-रासायनिक रेणू धारण केलेली नॅनोसंरचना जैव-रासायनिक संकेत-खूण पटवून त्यांच्याआड दडवलेल्या औषधांसह लक्ष्याच्या ठिकाणी पोहोचते व तिथे ते औषध वितरित (डिलिव्हर) करते. पाण्यात न विरघळणारी औषधे पोहचवण्यासाठी तर ही ‘जैव-अनुरूप गुप्त-संदेश सेवा’ विशेष उपयोगी आहे. ही वाहक नॅनोसंरचना जर चुंबकीय असेल तर बाह्य चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाखाली ती अधिक सुलभतेने लक्ष्यित ठिकाणी पोहोचेल. 

लेखाच्या सुरुवातीस लिहिल्याप्रमाणे सध्या नॅनोवैद्यकीय क्षेत्रातील बरचसं संशोधन कोरोनाच्या विश्वव्यापी संकटावर उपाय शोधण्याच्या दृष्टीने केलं जात आहे. जैव-अनुरूप, वैशिष्ठ्‌यपूर्ण प्रकाशीय गुणधर्म असणाऱ्या नॅनोपदार्थांचा कोरोना विषाणूच्या शोधासाठी तर औषधवाहक किंवा विषाणूरोधक नॅनोपदार्थांचा लसनिर्मितीमध्ये वापर करण्यासंबंधी संशोधन चालू आहे. हाती आलेले काही प्राथमिक निष्कर्ष सकारात्मक आहेत. नॅनोवैद्यकीय क्षेत्रातील हे संशोधन पूर्णपणे फलद्रूप ठरल्यास कर्करोगासारख्या रोगाविरुद्धच्या लढ्याप्रमाणेच कोरोनाविरुद्धच्या लढ्यातही नॅनो तंत्रज्ञान महत्त्वाची भूमिका बजावेल.
(लेखिका भौतिकशास्त्राच्या अध्यापक, नॅनो तंत्रज्ञानाच्या संशोधक आहेत.)

Edited By - Prashant Patil