ন্যানো পার্টিকেল থেকে তৈরি ডিজাইনার সামগ্রীতে নতুন রুট

আরও ভাল-কার্যকারি উপকরণ তৈরি করা সম্ভব ক্ষুদ্রতম স্কেলে তাদের কাঠামোর উপর আরও নিয়ন্ত্রণ করার জন্য নেমে আসে। এটি সম্পন্ন করার একটি বিশেষভাবে কার্যকর উপায় হল ন্যানো পার্টিকেল ব্যবহার করা, যেগুলির অত্যন্ত কাস্টমাইজযোগ্য আকার এবং আকার রয়েছে এবং ইতিমধ্যেই শক্তি, ওষুধ এবং ইলেকট্রনিক্স জুড়ে অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে প্রতিশ্রুতি দেখিয়েছে।

কিন্তু ন্যানো পার্টিকেলকে দরকারী নতুন উপকরণে পরিণত করার প্রক্রিয়াটি প্রতিটি কণা এবং এর প্রতিবেশীদের মধ্যে সংযোগের সংখ্যা এবং দিক নিয়ন্ত্রণের অসুবিধার কারণে বাধাগ্রস্ত হয়েছে। গবেষকরা কণার আকৃতি পরিবর্তন করার চেষ্টা করেছেন বা তাদের মধ্যে অনমনীয় সংযোগকারী চেইনগুলিকে সুনির্দিষ্টভাবে সারিবদ্ধ করার চেষ্টা করেছেন, কিন্তু এই উভয় পদ্ধতিই ন্যানো পার্টিকেল গঠন করতে সক্ষম এবং স্কেল করা কঠিন বস্তুগত কাঠামোকে সীমাবদ্ধ করে।

MIT এর গবেষক সহ একটি দল একটি ভিন্ন পদ্ধতি গ্রহণ করছে। গবেষকরা অতি-নমনীয় সংযোগকারী অণুগুলি ব্যবহার করার জন্য একটি টিউনযোগ্য উপায় তৈরি করেছেন যা ন্যানো পার্টিকেল নেটওয়ার্কগুলির প্যাকিংকে তাদের আশেপাশের পরিবেশের উপর ভিত্তি করে ইচ্ছাকৃতভাবে বিকৃত করে নিয়ন্ত্রণ করে। নেচার ম্যাটেরিয়ালস-এ আজ প্রকাশিত একটি গবেষণাপত্রে, গবেষকরা দেখিয়েছেন কীভাবে সংযোগকারীর নমনীয়তা এবং বৈদ্যুতিক চার্জগুলি নেটওয়ার্কের কাঠামোকে সুরক্ষিত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং তারা নতুন ধরণের ন্যানো পার্টিকেল-ভিত্তিক উপকরণ তৈরি করার কৌশলটি ব্যবহার করেছে।

পদ্ধতিটি ফোটোনিক্স, রাসায়নিক অনুঘটক, ওষুধ, কৃষি এবং আরও অনেক কিছুর জন্য উচ্চ-সম্পাদনাকারী উপকরণ তৈরি করার জন্য আরও বহুমুখী উপায় অফার করতে পারে।

“মানুষ ন্যানো পার্টিকেল সুপারল্যাটিসে আগ্রহী কারণ ডিজাইনার উপকরণ নির্মাণের প্রতিশ্রুতিতে যেখানে তারা আসলে কী ধরনের কাঠামো তৈরি করতে পারে সে সম্পর্কে আপনার আরও বলার আছে,” বলেছেন রব ম্যাকফারলেন, রিচার্ড পি. সিমন্স (1953) MIT এর পদার্থ বিজ্ঞান ও প্রকৌশল বিভাগের ধাতুবিদ্যা বিভাগের অধ্যাপক৷ “এটি ন্যানো পার্টিকেল অ্যাসেম্বলিতে একটি নতুন পদ্ধতি যা আগে তদন্ত করা হয়নি। এমন একটি নতুন টুল পাওয়া উত্তেজনাপূর্ণ যেটি এতটাই বিরোধী। এটি 20 বছর ধরে মতবাদের ঠিক বিপরীত: যে আপনাকে সংযোগকারী লিগ্যান্ডগুলিকে কঠোর করতে হবে, এবং কোনো বিচ্যুতি সমাবেশকে ব্যর্থ করে দেয়। আমরা দেখিয়েছি যে এটি সম্পূর্ণরূপে বিরোধিতা করার জন্য কাজ করে। ভাল।”

কাগজে ম্যাকফারলেনে যোগদান করছেন এমআইটি পিএইচডি প্রার্থী নিকোলাস সবলবি; ডেলাওয়্যার বিশ্ববিদ্যালয়ের ডক্টরাল ছাত্র স্টিফেন ক্রোনেনবার্গার; এমআইটি স্নাতক হানা শিনজাওয়া; ম্যাথু ইয়ে পিএইচডি ’26; এবং ডেলাওয়্যার বিশ্ববিদ্যালয়ের প্রাক্তন অধ্যাপক আর্থি জয়রামন।

আরও নমনীয় কাঠামো

পদার্থ বিজ্ঞানের একটি মৌলিক সত্য হল যে একটি উপাদানের কাঠামো তার কার্য পরিচালনা করে।

“এর মানে যদি আপনি জানেন যে আপনার বিল্ডিং ব্লকগুলি কী এবং সেগুলি কীভাবে সাজানো হয়েছে, আপনি ব্যাখ্যা করতে পারেন যে উপাদানগুলির কী কী বৈশিষ্ট্য রয়েছে,” ম্যাকফারলেন বলেছেন। “নিয়ন্ত্রণ করে আপনি এমন উপকরণ তৈরি করেন যাতে নতুন বৈশিষ্ট্য রয়েছে।”

ন্যানো পার্টিকেলগুলি বিজ্ঞানীদের পছন্দসই বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে উপকরণ তৈরি করতে একটি নমনীয় বিল্ডিং ব্লক দেয় এবং পৃথক ন্যানো পার্টিকেলগুলি ইতিমধ্যেই ওষুধ সরবরাহ, শক্তি সঞ্চয়, কম্পিউটিং এবং সেন্সিংয়ের মতো বৈচিত্র্যময় অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয়। কিন্তু বৃহত্তর কাঠামোতে তাদের একত্রিত করা একটি চ্যালেঞ্জ হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে কারণ তারা কতটা শক্তভাবে একসাথে প্যাক করার প্রবণতা রাখে।

সেই চ্যালেঞ্জটি অতিক্রম করার জন্য, গবেষকরা ন্যানো পার্টিকেলগুলিকে বিভিন্ন আকার তৈরি করে, যা তারা কীভাবে সংযোগ করে তা পরিবর্তন করে। তারা কণার পৃষ্ঠতলের শুধুমাত্র নির্দিষ্ট অংশগুলিকে আঠালো করতে পারে যাতে তারা বিভিন্ন নিদর্শন তৈরি করে।

“এই উভয় পদ্ধতির সাথে চ্যালেঞ্জ হল আমরা কণা তৈরি করার সাথে সাথে কৃত্রিমভাবে করা কঠিন,” ম্যাকফারলেন ব্যাখ্যা করেন। “আঠালোতা সংজ্ঞায়িত করার পদ্ধতিগুলি যেগুলি তৈরি করা হয়েছে তা সর্বদাই পছন্দসই: তারা একটি উপাদানের জন্য, এক আকারের স্কেলে, এক অবস্থায় কাজ করে। এটি অধ্যয়নের জন্য ভাল, কিন্তু আপনি এটির সাথে বেশি কিছু করতে পারবেন না।”

উভয় পদ্ধতির জন্য ন্যানো পার্টিকেলগুলির পৃষ্ঠে লিগ্যান্ডস নামক সংযোগকারী অণুগুলিরও প্রয়োজন হয়, যাতে তারা গঠন গবেষকরা যা চান তা বজায় রাখার জন্য প্রয়োজনীয় নির্দিষ্ট কোণে থাকে, যা তাদের কার্যকারিতাকে আরও সীমিত করে।

তাদের নতুন গবেষণার জন্য, গবেষকরা সেই পদ্ধতির মাথার উপর ঘুরিয়ে দিতে চেয়েছিলেন।

“আমরা ভেবেছিলাম, ‘আসুন ঠিক উল্টোটা করি: বন্ডগুলিকে এত নমনীয় করুন যে তারা প্রাথমিকভাবে কোন দিকে নির্দেশ করছে তা বিবেচ্য নয়।’ লিগ্যান্ডগুলি তারপরে কণাগুলি একত্রিত হওয়ার সাথে সাথে পুনর্গঠিত হতে পারে এবং সেই পুনর্গঠন নিজেই সীমিত করে যে প্রতিটি কণা কতগুলি প্রতিবেশীকে আবদ্ধ করতে পারে,” ম্যাকফারলেন বলেছেন।

ম্যাকফারলেনের গোষ্ঠী পলিমারের গ্রাফট থেকে বিভিন্ন ধরণের কণা তৈরির উপায় তৈরি করতে বছর কাটিয়েছে। তাদের নতুন সিস্টেমের ন্যানো পার্টিকেলগুলিতে বৈদ্যুতিক চার্জযুক্ত টিপস সহ নমনীয় লিগ্যান্ড রয়েছে, কিছু ইতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত এবং অন্যগুলি নেতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত। বিপরীতগুলি আকর্ষণ করে, তাই লিগ্যান্ডগুলি বিপরীত চার্জের সাথে সংযোগ করতে বাঁকে।

“ধারণাটি হল, জটিল সংশ্লেষণ পদ্ধতির সাথে বন্ডগুলি ঘটতে চলেছে এমন একটি নির্দিষ্ট দিক নির্ধারণ করার পরিবর্তে, আমরা শুধু বলেছিলাম, ‘বন্ডগুলি যতটা নমনীয় হতে চায়, এবং তারা স্বতঃস্ফূর্তভাবে যাই হোক না কেন সেই ভ্যালেন্সিতে যাবে যা বন্ডের স্থিতিশীলতাকে সর্বাধিক করতে চলেছে,'” ম্যাকফারলেন বলেছেন।

Sbalbi এর নেতৃত্বে পরীক্ষায়, গবেষকরা দেখিয়েছেন যে তারা ন্যানো পার্টিকেল আকার এবং লিগ্যান্ড চেইন দৈর্ঘ্য পরিবর্তন করে সংযোগ নিয়ন্ত্রণ করতে পারে। তারা ন্যানো পার্টিকেলগুলিকে পূর্বে অদৃশ্য স্ফটিক কাঠামোতে একত্রিত করার কৌশলটিও ব্যবহার করেছিল।

“কণাগুলি কোথায় সংযোগ করে বা তাদের আকারগুলি কী তা পূর্বনির্ধারণ না করেই, আমরা প্রতিটি কণার বন্ধনের সংখ্যা নিয়ন্ত্রণ করতে পারি,” ম্যাকফারলেন ব্যাখ্যা করেন। “পলিমারের নমনীয়তার পরিমাণ নির্দেশ করে যে এটির কতগুলি বন্ড রয়েছে। এটি আমাদের প্রতিটি কণার বন্ধনের সংখ্যা কমাতে এবং জালি তৈরি করতে দেয় যা আমরা আগে কখনও দেখিনি।”

কাস্টমাইজযোগ্য উপকরণের দিকে একটি নতুন পথ

ম্যাকফারলেন বিশ্বাস করেন যে সিস্টেমটি গবেষণা ল্যাব থেকে এবং বিশ্বের কাস্টম ন্যানো পার্টিকেল-ভিত্তিক উপকরণগুলি পাওয়ার দিকে একটি পদক্ষেপ।

ম্যাকফারলেন বলেছেন, “ন্যানো পার্টিকেল অ্যাসেম্বলি কমিউনিটিতে আমরা আপনার কণাটি কী এবং এটি কী সমাবেশে যায় তার উপর সম্পূর্ণ স্বাধীন নিয়ন্ত্রণ রাখার বিষয়ে কথা বলি।” “তত্ত্বগতভাবে, এটি হওয়া উচিত। বাস্তবে, এটি একেবারেই হয়নি।”

আরও বিস্তৃতভাবে, গবেষকরা বলছেন যে তাদের পদ্ধতিটি উপাদান কাঠামো তৈরির একটি নতুন পথ হিসাবে লিগ্যান্ড নমনীয়তা স্থাপন করে যা স্কেলে কাস্টমাইজ করা যেতে পারে।

“ন্যানো পার্টিকেল সুপারল্যাটিসগুলি ডিজাইনার উপকরণ তৈরি করার একটি উপায় অফার করে যেখানে আপনার বিল্ডিং ব্লকগুলিতে সমস্ত ধরণের অনন্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে,” ম্যাকফারলেন বলেছেন। “কিন্তু এই ন্যানো পার্টিকেলগুলিকে একসাথে ঘন করে প্যাক করা আপনার অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে সীমিত করে। এটি ন্যানো পার্টিকেলগুলির কম ঘন গঠন পাওয়ার একটি উপায় সরবরাহ করে এবং এখানেই অনেকগুলি আকর্ষণীয় অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে।”