නැනෝ විද්‍යාව හෙවත් නිනිති තාක්ෂණය රසායන විද්‍යාව සහ භෞතික විද්‍යාවේ ආභාෂය ලබා ඇත.නැනෝ තාක්ෂණය ගොඩ නැගිමට මූලිකව පුරෝගාමී වි ඇත්තේ 1965 භෞතික විද්‍යාව සදහා නොබෙල් සම්මානලාභි රිචඩ් ෙෆයිමන් (Richard Feynman) නැමැති විද්‍යාඥයා විසිනි.
නැනෝ විද්‍යාව යනු කුමක්ද?
මීටරයෙන් බිලියනයෙන් පංතුවක් වූ අංශු නැනෝ අංශු නම් වේ. ඇසට හෝ සාමාන්‍ය ආලෝක අන්වීක්ෂයට පවා නොපෙනෙන මෙම සියුම් අංශු භාවිතයෙන් ගොඩ නගන තාක්ෂණය නැනෝ තාක්ෂණය නම් වේ.
කෙතරම් කුණු දුහුවිලි වැදුනද ස්වකීය ව්‍යුහය මගින් පිරිසිදු කරගන්නා නෙලුම් කොලේ ක්‍රම උපාය එනම් ලෝටස් ආචරණය (lotus leaf effect) පර්යේෂණයට භාජනය කරමින් සුවිශේෂී නිෂ්පාදනයන් කර ඇත. නෙලුම් කොලේ මතුපිට ඇති දහස් ගණනක් වූ නැනෝ නෙරීම් මගින් ඒ මත වැටෙන ජලය, පත්‍ර මත ඇති අපවිත්‍ර අංශුද සමඟ පෙරලී යැවීමෙන් පත්‍රය නිරතුරුව පිරිසිදුවට තබා ගනියි. මෙම ජල භීතික ගුණය අධ්‍යනය කොට ස්වයං පිරිසිදුකාරක වීදුරු හා ආවරණ, ඇගළුම් සෑදීමට අද වන විට විද්යාඥයන් සමත්ව ඇත.
හුනන් (gecko) ගස්, බිත්ති, ජනේල හා වහලයන් මත ගමන් කිරීමේදී උඩුබැලි අතට නොවැටී ගමන් කරන ආකාරය ඔබ දැක තිබෙනවා නේද? එසේ කිරීමට කිරීමට හැකියාව ලැබී ඇත්තේ ඇගිලිවල ඇති සුවිශේෂී ව්‍යුහයන් නිසාය. ඇගිලිවල ඇති නැනෝ කෙඳිවල අග්‍ර පැතලි වන අතර එවැනි කෙඳි දහස් ගණනක් එක්ව සෑදුනු අන්වීක්ෂීය කෙඳිවලින් ඇගිලි සමන්විත වේ. මෙමගින් හුනන්ගේ පාද වැඩි පෘෂ්ටික වර්ගඵලයකින් පෘෂ්ඨය සමග අන්තර් ක්‍රියා කරයි. ඇගිලිවල සෑම අණුවක්ම, පෘෂ්ඨයේ අණු සමග දුර්වල වැන්ඩවාල් බල (weak intermolecular van der Waals forces) ඇති කරගනියි. මෙම සංයුක්ත බලය හේතුවෙන් තම ශරීර බර උසුලා ගෙන ඕනෑම පෘෂ්ඨයක් මත ගමන් කිරීමේ හැකියාව හුනන්ට ලැබී ඇත.
මෙම සංසිද්ධිය උපයෝගී කරගනිමින් ඉංජිනේරුවන් විසින් කාබන් නැනෝ නාල මගින් සුපිරි ඇලෙනසුලු පටි, ගම්, බිත්ති හා කඳු තරණය කිරීමට රොබෝ නිර්මාණයේදී පවා යොදා ගනී. ත්‍රාසජනක චිත්‍රපට ජවනිකාවලදී මෙම සුපිරි ඇලෙනසුලු පටි යොදාගෙන ගොඩනැගිලිවල ඉහලට නගින අයුරු ඔබත් දැක ඇතුවාට සැක නැත.
මෙම ලිපියේ වැඩිමනත් ලෙස විස්තර කරනුයේ මකුළු දැල් වලින් ලබා ගත හැකි ආස්චර්යමත් දව්‍යයක් පිළිබදවයි.
ඔබත් ඇවිදින විට පරිසරයේ ඇති මකුළු දැලක පැටලී තිබේද?මෙම මකූළු දැල ලොව ශක්තිමත්ම තන්තු බවට පත් වේ යැයි ඔබ කිසිවිටකත් සිතන්නට නැත.පුදුම වන්නට දෙයක් නැත.
මකුළුදැල් කිසිම ශක්තියක් නැති දෙයක් ලෙස අප සැළකුවත් සැබවින්ම මකුළුවාගේ දැළ වියන මකුළු සේද (spider silk) ලෝකයේ තියෙන ශක්තිමත්ම ස්වභාවික තන්තු විශේෂයකි.
තන්තුවේ බරට සාපේක්‍ෂව එය විසින් දරාගත හැකි බර (weight to weight) සැලකීමේදී, මකුළු දැල්, වානේ වලටත් වඩා ශක්තිමත්ය. එහි ඇති සිල්ක් රැහැන්වල ශක්තිය සදහා උපයෝගී වන්නේ තුනී නැනෝ මීටර් ප්‍රමාණයේ පළලින් යුත් ස්පටිකරූපී ප්‍රෝටීන්ය.මේවා පරමාණුක මට්ටමින් ස්ථිර හයිඩ්‍රජන් බන්ධන මගින් එකට බැඳී ඇත.
මෙමගින් යම් පීඩනයකදී පහසුවෙන් ඇදීමටත් ප්‍රත්‍යස්තතායි හැකියාව (flexibility) හැකියාව ලැබී ඇත.බොහෝ ගොඩනැගිලි ද්‍රව්‍ය ශක්තිමත් හෝ ප්‍රත්‍යාස්ථ වේ, එය වානේ වලට වඩා එය කැඩීමට පෙර විශාල පීඩනයකට ඔරොත්තු දෙන අතර එය දැඩි ද්‍රව්‍යයක අර්ථ දැක්වීමකි.
මකුළු සිල්ක් ද තාපය මෙහෙයවන අතර ප්‍රතිජීවක ගුණ ඇති බව දන්නා කරුණකි.සියළුම මකුළුවන් සිල්ක් නිෂ්පාදනය කරයි. මේ සඳහා අත්‍යවශ්‍යය වන ස්පින්නරෙට් (spinneret) නම් විශේෂ ව්‍යුහයන් ලොකු කුඩා සියලුම මකුළු විශේෂයන්ගේ (species) උදරය කෙළවරේ පිහිටා ඇත.
මකුළුවෙකු වෙබයක් තැනීම හෝ සේද නූල් වලින් ගසාගෙන යාම ඔබ විසින් දක්නට ඇති නේද?මකුළුවා සිය පසුපස කකුල් භාවිතා කර ටිකෙන් ටික සිය දඟර වලින් සිල්ක් කෙඳි නිර්මාණය කරනු ලැබේ.
මකුළු සේද යනු ?
මකුළු සිල්ක් යනු මකුළුවාගේ උදරයේ පිහිටා තිබෙන ස්පින්නරෙට් (spinneret) ග්‍රන්ථිය මගින් නිපදවන ප්‍රෝටීන් තන්තු ය. ග්‍රන්ථිය සිල්ක් ප්‍රෝටීන් ද්‍රව ස්වරූපයෙන් ගබඩා කරයි , එය වෙබ් වැනි ව්‍යුහයන් තැනීමට විශේෂයෙන් ප්‍රයෝජනවත් නොවේ. මකුළුවාට සිල්ක් අවශ්‍ය වූ විට, ද්‍රව ප්‍රෝටීන් ඇළක් හරහා ඇසිඩ් ස්නානය ලබා ගනී. සිල්ක් ප්‍රෝටීන වල pH අගය අඩු වන විට (එය ආම්ලීකරණය වී ඇති බැවින්) එය ව්‍යුහය වෙනස් කරයි. දඟර වලින් සිල්ක් ඇද ගැනීමේ චලිතය ද්‍රව්‍යය මත ආතතියක් ඇති කරයි, එය මතු වන විට එය ඝනීය බවට පත් කිරීමට උපකාරී වේ.
මකුළු සිල්ක්, කෙරටින් සහ කොලජන් සියල්ලම ප්‍රෝටීන වලින් සෑදී ඇත.
මෙම බහුකාර්ය ද්‍රව්‍යයට අසීමිත යෙදුම් තිබිය හැකි නමුත් මකුළු සේද අස්වැන්න මහා පරිමාණයෙන් නිෂ්පාදනය ප්‍රායෝගික නැත. මකුළු සේදයේ ගුණාංග සහිත කෘතිම ද්‍රව්‍යයක් නිෂ්පාදනය කිරීම බොහෝ කලක සිට විද්‍යාත්මක පර්යේෂණවල ග්‍රහනයට ලක් වී ඇත.
මහා පරිමාණයෙන් මකුළු ජනපද පවත් වා ගැනීම දුෂ්කරය. ඒ මන්ද යත් සංසර්ගයෙන් පසු ගැහැණු මකුළුවා වීසින් පිරිමි මකුළුවාව භක්ෂණය කිරිමයි.මෙයට පිළියමක් ලෙස ජපානයේ රිකන් තිරසාර සම්පත් විද්‍යාව පිළිබඳ මධ්‍යස්ථානයේ පර්යේෂකයන් විසින් ප්‍රභාසංස්ලේෂක බැක්ටීරියා උපයෝගී කරගෙන මකුළු සේද ප්‍රෝටීන නිපදවීමේ ක්‍රමයක් සොය ගැනීමට සමත් වී තිබේ.
පර්යේෂකයන් විසින් බැක්ටීරියාව ජානමය වශයෙන් නිර්මාණය කරන ලද අතර එය මකුළු සේදයේ ශක්තිය සඳහා වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. ඔවුන් බැක්ටීරියාවේ ජෙනෝමය තුළට ඇතුළු කළ ජාන අනුක්‍රමය ප්‍රශස්ත කිරීම මඟින් නිෂ්පාදනය කළ හැකි සේද ප්‍රමාණය උපරිම කිරීමට හැකි විය.මෙම ප්‍රභාසංස්ලේෂක බැක්ටිරියාව
Rhodovulum sulfidophilum නම් ලෙස හදුන්වා දී ඇත. මෙම බැක්ටීරියාව තිරසාර ජෛව කර්මාන්තශාලාවක් පිහිටුවීම සඳහා වඩාත් සුදුසු වන්නේ එය මුහුදු ජලයේ වැඩෙන නිසාත්, වායුගෝලයේ කාබන් ඩයොක්සයිඩ් සහ නයිට්‍රජන් අවශ්‍ය වන නිසාත්, සූර්ය ශක්තිය භාවිතා කරන නිසාත්ය.
MaSp1 ප්‍රෝටීනය බැක්ටීරියාවේ ජාන තුළට ඇතුළු කළ ජාන අනුක්‍රමය ප්‍රශස්තකරණය කිරීමෙන් නිපදවිය හැකි සේද ප්‍රමාණය උපරිම කිරීමට හැකි විය.
කෘතිම මුහුදු ජලය, බයිකාබනේට් ලුණු, නයිට්‍රජන් වායුව, යීස්ට් සාරය සහ අධෝරක්ත කිරණ සමඟ ප්‍රකිරණය වැනි සරල ක්‍රමවේදයන් භාවිතා නර සේද ප්‍රෝටීන් කාර්යක්ෂමව නිපදවීමට හැකිය.
වැඩිදුර නිරීක්ෂණවලින් තහවුරු වූයේ බැක්ටීරියා වල නිපදවන තන්තු වල මතුපිට හා අභ්‍යන්තර ව්‍යුහයන් මකුළුවන් විසින් ස්වභාවිකව නිපදවන ඒවාට බෙහෙවින් සමාන බවයි.
කාබන් උදාසීන ජෛව සැකසුම් (carbon neutral gene expression)මගින් ජෛව පදනම් කරගත් හා ජෛව හායනයට ලක්විය හැකි ද්‍රව්‍ය නිපදවන ප්‍රභාසංස්ලේෂක ක්ෂුද්‍රජීවී සෛල කර්මාන්තශාලා, එක්සත් ජාතීන්ගේ සංවිධානය විසින් සම්මත කරන ලද තිරසාර සංවර්ධන ඉලක්ක කිහිපයක් සපුරා ගැනීමට උපකාරී වේ.
මෙහි ප්‍රතිඵල මගින් බලශක්තිය, ජලය සහ ආහාර අර්බුද, අපද්‍රව්‍ය ගැටළු සහ ගෝලීය උෂ්ණත්වය ඉහළ යාම සඳහා ශක්‍ය විසඳුම් ලබා දෙනු ඇත.
ඇමරිකාවේ ක්‍රැයිඩ් බයෝක්‍රාෆ්ට් නම් ජාන ඉංජිනේරු සමාගමක් මෑතකදී මකුළු සේද නිෂ්පාදනය වැඩි කිරීම සදහා විසඳුමක් පෙන්වා දී ඇත. මකුළු සේද නිශ්පාදනය කරන ජානයක් මෙම සමාගම විසින් හදුනා ගෙන ඇති අතර එම ජාන පටපණුවන් වෙත සාර්ථකව බද්ධ කිරීමට සමත් වි ඇත. ඒ අනුව මේ පටපණුවන් මකුළු සේද ශ්‍රාවය කරන අතර එමගින් සිය කෝෂය තනා ගනී.
මෙමගින් මකුළු සේද වලින් සෑදූ රෙදි පිළි නිෂ්පාදනය ආරම්භ කර ඇත.
ප්ලාස්ටික් වෙනුවට විකල්පයක් වශයෙන්ද අභ්‍යවකාශ මධ්‍යස්ථාන තැනුම් ඒකක ලෙස ද මේවා භාවිතා කල හැකි වනු ඇත.අපට ලෝකය ජය ගත හැකි වන්නේද ස්වභාදහමේ ඇති ආශ්චර්යමත්භාවය නිරීක්ෂණය කිරීම තුලින්ය.
References
- Industrial Biotechnology and Commodity Products D.W. Hobson, in Comprehensive Biotechnology (Second Edition), 2011 https://www.nature.com/nnano/2012
- Lin C. Vierra, in Advances in Silk Science and Technology, https://www.asianscientist.com/2017/02/in-the-lab/spider-silk-artificial-muscle/T. Karthik, R. Rathinamoorthy, in Sustainable Fibres and Textiles, 2017 https://www.asianscientist.com/2020/08/in-the-lab/spider-silk-photosynthetic- bacteria/
