புதிய உலகம் புதிய அறைகள்

ஒரு கால்பந்து மைதானத்திற்கு நிகரான பரப்பளவு கொண்ட பொருளை உள்ளங்கையில் ஏந்திக்கொள்ள முடியுமா? அதன் எடை ஓரிரு கிராமுக்குள் இருக்குமா? அதன் பரப்பில் அப்பொருளைவிடப் பல மடங்கு எடை கொண்ட பொருள்களை வைத்திருக்க இயலுமா? அல்லது அந்தப் பொருளுக்கே தனக்குள் எதை எடுத்துக்கொள்ள வேண்டும், எதை விலக்க வேண்டும் என்று தீர்மானிக்கிற திறன் இருக்குமா? அப்படி ஒரு பொருளை வைத்து மனிதர்கள் தங்களுக்குத் தேவையானதை உள்ளே வைத்துக்கொண்டு தேவைப்படும்போது எடுத்துப் பயன்படுத்தினால் எவ்வளவு இடம் மிச்சமாகும்? எவ்வளவு புதிய பயன்பாடுகள் உருவாகும்? அது மானுட குலத்துக்கு எவ்வளவு நன்மை பயப்பதாக அமையும்! அந்தக் கண்டு பிடிப்பிற்குத்தான் இந்த வருடம் வேதியிய லுக்கான நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டுள்ளது. இவ்விருதை ரிச்சர்ட் ராப்சன், சுசுமு கிடகவா, ஒமர். எம். யாகி ஆகிய விஞ்ஞானிகள் கூட்டாகப் பகிர்ந்துகொண்டிருக்கிறார்கள்.

கொஞ்சம் யோசித்துப்பார்த்தால் நம்மைச் சுற்றியே இத்தகைய உதாரணங்களைக் காணலாம்.  அறுகோண வடிவங்களால் ஆன தேன்கூடு தன்னைவிடப் பல மடங்கு எடையுள்ள தேனையும் தேனீக்களையும் தாங்க வல்லது. நுரையீரல்? அது இன்னொரு ஆச்சரியம். கிட்டத்தட்ட ஒரு டென்னிஸ் மைதானத்திற்கு இணையான பரப்பளவு கொண்டது! காற்றை உள்ளித்து ஹீமோகுளோபினுடன் இணைந்து ஆக்ஸிஜனை மட்டும் பிரித்தெடுக்கிறது; கார்பன் டை ஆக்சைடை வெளியே அனுப்புகிறது. தேன் கூட்டிலுள்ள துளைகள் வலைப்பின்னல்போல் கண்ணுக்குத் தெரியுமென்றால் நுரையீரலில் உள்ள இந்தக் காற்றறைகள் அதைவிடச் சிறியவை, மெலிதானவை!

இதைப் போலவே மனிதக் கண்டுபிடிப்புகள் சிலவற்றைப் பார்க்கலாம்.  புவியீர்ப்பு முறையில் தண்ணீரைச் சுத்திகரிக்கும் ஈரடுக்குக் கலனை உங்களுக்கு நினைவிருக்கலாம். மேலடுக்கில் வெண்ணிற உருளைகள் செங்குத்தாக நிறுத்தப்பட்டிருக்கும். தண்ணீர் அதன் வழி உறிஞ்சப்பட்டு, சொட்டுச் சொட்டாகக் கீழடுக்கில் சேகரமாவதையும், வெண்ணிற உருளைகள் காலப்போக்கில் அழுக்கடைவதையும் அறிவோம். இப்போதுள்ள நவீன சுத்திகரிப்பான்களிலும் முதல்நிலை சுத்திகரிப்புக்கு, தூசுகளை வடிகட்ட இத்தகைய கார்பன் துகளுள்ள வடிகட்டிகளையும் நீங்கள் பார்த்திருக்கலாம். இவையெல்லாம் நாமறிந்த நுண்துளைப் பொருட்கள். இத்துளைகள் தன்னைவிடப் பெரிதான மாசுக்களை அனுமதிப்பதில்லை; நீரைப் புகவிடுகின்றன. இத்துடன் கார்பன் துகள்கள் அடங்கிய பற்பசை, அழகுசாதனப் பொருள்களும் உங்கள் நினைவுக்கு வரலாம். அறிவியல் இத்தகு நுண்துளைப் பொருள்களுக்கான பயன்பாட்டை விரித்துக்கொண்டே செல்கையில், புதியனவற்றைக் கண்டறிவதும் அவசியமாகிறது.  

பேரா. ரிச்சர்ட் ராப்சன் உருவாக்கிய நுண்துளையுள்ள முப்பரிமாண உலோக-கரிமக் கட்டமைப்பு (1989). ©ஜோஹன் ஜர்ன்ஸ்டாட் / தி ராயல் ஸ்வீடன் அறிவியல் அகாடமி

உங்கள் பகுதியில் புதிதாக உருவாகும் ஒரு பல்லடுக்குக் கட்டிடத்தைப் பாருங்கள். உடம்புக்கு எலும்புகள் எவ்வாறு வடிவத்தை வழங்குகின்றனவோ அதைப்போலவே கட்டிடத்திற்கும் தூண்கள் எனப்படும் சட்டங்கள், கீழிருந்து மேலாகவும், அவற்றின்மேல் இடவலமாகவும் அமைக்கப்படுகின்றன. உள்ளே கட்டப்படும் அறைகளின் பரப்பு, தூண்களின் இடைவெளிகளைப் பொறுத்துத்  தீர்மானிக்கப்படுகின்றது. இதை வேறு வழியில் சொல்வதென்றால், மனிதர்கள் தங்களுக்குத் தேவையான அளவுள்ள அறைகளைத் தொழில்நுட்பத்தின் மூலம் உருவாக்கிக்கொள்ள முடியும். ஆனால் கண்ணுக்குத் தெரியாத நுண்ணறைகளை? உதாரணமாக நம் மயிரிழையின் விட்டத்தில் அல்லது உடம்பிலிருந்து வியர்வை வெளியேறும் துளைகளின் சுற்றளவில் பல்லாயிரத்தில் ஒரு பங்கு அளவுள்ள அறைகளை உருவாக்க முடியுமா? கிட்டத்தட்ட 36 வருடங்களுக்கு முன்பு அந்தச் சாதனையை மெல்பேர்ன் பல்கலைக்கழகப் பேராசிரியர் ரிச்சர்ட் ராப்சன் கரிமச் சேர்மங்களையும் உலோக அணுக்களையும் வைத்து நிகழ்த்திக் காட்டினார். வேதியியலின் புதிய துறையொன்று உருவாக அடிக்கல் நாட்டினார். நுண்துளைகளால் ஆன, உலோக-கரிமக் கட்டமைப்பு (Metal-Organic Framework) உருவானது; உலகம் அதுவரை கண்டிராத அறைகள் திறந்தன. அதாவது வியர்வை வெளியேறும் துளைகளின் விட்டம் ஐம்பதாயிரம் நானோமீட்டர்கள் என்றால், இந்த நுண்துளைப் பொருள்களின் விட்டம் சில நானோமீட்டர்கள்.

சரி, உலோக அயனிகளும் கரிமச் சேர்மங்களும் இவ்வாறு இணைவதன் அனுகூலங்கள் வேறென்ன? மனிதர்களுக்கு இக்கண்டுபிடிப்பு எவ்வாறு உதவும்? மனிதச் சங்கிலியைப் பார்த்திருப்பீர்கள்; ஒவ்வொருவரும் தனக்கு அடுத்துள்ள இருவரிடம் கைகோத்து, ஒரு பரிமாணத்தில் நீண்டுசெல்லும் சங்கிலியாவர். பள்ளி மாணவர்கள் காலை வழிபாட்டிற்கென மைதானத்தில் சதுர வடிவிலோ, செவ்வக வடிவிலோ கூடி நின்றிருப்பார்கள். மையத்திலிருந்து பார்த்தால் ஒரு மாணவரைச் சுற்றி நான்கு மாணவர் இருப்பர்; இது இரு பரிமாண அமைப்பு. ‘எந்திரன்’ படத்தின் இறுதியில் எந்திர மனிதர்கள் பல்வேறு வடிவங்களெடுத்துச் சண்டை செய்வார்கள். இதில் மையத்திலுள்ள ஒரு எந்திர உடலைச் சுற்றிக் குறைந்தது ஆறு உடல்கள் இருக்கும்; எனவே,  முப்பரிமாண வடிவம். ஆக, ஒரு பரிமாணத்திலிருந்து முப்பரிமாணத்திற்குச் செல்லும்போது பொருள்கள் சூழும் பரப்பும் வலிமையும் அதிகரிப்பதைக் காண்கிறோம். அதனால்தான் முப்பரிமாண வைரம் கடினமான பொருளாகிறது. சொல்லப்போனால் உலோக-கரிமக் கட்டமைப்புகள் முப்பரிமாணப் படிகங்கள். கரிமச் சேர்மங்கள் உலோக அயனிகளுடன் வலுவாக இணைக்கப்பட்டிருப்பதால் அவற்றின் எடை குறைவு, வலு அதிகம். முப்பரிமாண இணைவுகளால் உருவாகும் நுண்ணறைகளின் பரப்பளவு மிக அதிகம்; அதாவது, உள்ளங்கையில் ஒரு கால்பந்து மைதானம்! 

பேரா. சுசுமு கிடகவா உருவாக்கிய நெகிழும் திறனுள்ள முப்பரிமாண உலோக-கரிமக் கட்டமைப்பு (1998). ©ஜோஹன் ஜர்ன்ஸ்டாட் / தி ராயல் ஸ்வீடன் அறிவியல் அகாடமி

கட்டிடங்களில் உள்ள தூண்கள் சந்திக்கும் புள்ளி உலோக அணுக்கள் என்றால் அந்தத் தூண்களின் சுவர் கரிமச் சேர்மங்கள். எப்படி வீடுகளில் நாம் வந்து செல்கிறோமோ அதைப்போலத்தான் இந்த நுண்ணறைகளில் வாயுக்களும் இன்ன பிற சேர்மங்களும் உள்ளே வந்துசெல்ல இயலும். காற்றிலுள்ள கரியமில வாயு உள்ளிட்ட வெப்பமயமாதலுக்குக் காரணமான வாயுக்களைத் தனியே பிரித்தெடுக்க இயலும். எரிபொருளாகப் பயன்படும் ஹைட்ரஜனைப் பாதுகாப்பாகச் சேமித்து வைக்க இயலும். ஆனால்  அத்தகு உலோக-கரிமக் கட்டமைப்புகளை எளிதாக உருவாக்க இயலவில்லை.  பெரும்பாலானவை நிலைத்தன்மையற்றதாயிருந்தன. அத்தகைய முயற்சிகளில் அடுத்தடுத்து வென்றவர்களே கியோட்டோ பல்கலைக்கழகப் பேராசிரியர் சுசுமு கிடகவாவும் கலிஃபோர்னியா பல்கலைக்கழகப் பேராசிரியர் ஒமர் எம் யாகியும். இவர்கள் முறையே 1998 , 1999 களில் வாயுக்களைத் தன்னகத்தே சேமித்து வைக்கும் உலோக-கரிமக் கட்டமைப்புகளை உருவாக்கினர்.

கிடகவாவின் உலோக-கரிமக் கட்டமைப்பு நெகிழ்வுத்தன்மையுள்ளது; எரிபொருளாகப் பயன்படும் மீத்தேன், நைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் ஆகியவற்றைச் சேமித்து வெளிவிடும் திறனுள்ளதாகும், நுரையீரலைப் போல! அதே காலத்தில் வெளிவந்த பேராசிரியர் யாகியின் ஆய்வு முடிவுகள் இத்துறையை, புதிய, தனித்த ஆய்வுத்துறையாக வளர வழிகோலியது. 1998இல் அவர் உருவாக்கிய உலோக-கரிமக் கட்டமைப்பு நைட்ரஜன், கரியமில வாயுவைச் சேமித்து வெளிவிடும் திறனுள்ளதாகும். அவரின் குழு நிகழ்த்திய தொடர் ஆய்வுகளின்படி அதிக வெப்பநிலையைத் தாங்கும் உலோக-கரிமக் கட்டமைப்புகள் உருவாக்கப்பட்டன. இரண்டாம்நிலைக் கட்டுமான அலகுகள் என்னும் கருத்துருவை அறிமுகம் செய்தவரும் அவரே. மிக முக்கியமாக இத்தகைய நுண்துளைப் பொருள்களை ஆய்வகத்தில் உருவாக்கும் செயல்முறைகள், ஆய்வுமுறைகள் குறித்த வழிகாட்டுதல்களை வெளியிட்டார். வேதியியலின் புதிய துறை, வலைப்பின்னல் வேதியியல் (Reticular Chemistry) உருவானது. மனிதர்களின் கற்பனைக்கு ஏற்ற முடிவிலாச் சாத்தியங்களைக் கொண்டது இத்துறை என்பது அனைவருக்கும் தெளிவானது. இரண்டாயிரத்திலிருந்து  வேகமெடுக்கத் துவங்கிய இத்துறை இன்று பல லட்சம் ஆய்விதழ்கள்வழி கால்நூற்றாண்டுக் காலத்தில் அபாரமான வளர்ச்சியைப் பெற்றுள்ளது.   இன்று உலகெங்கிலுமிருந்து ஆய்வாளர்கள் இத்துறைக்குப் பங்களிக்கிறார்கள். மானுட குலத்தின் பல முக்கியப் பிரச்சினைகளுக்குத் தீர்வாகும் இப்பொருள்களைச் சந்தைப்படுத்தத் தற்போது பல நிறுவனங்கள் செயல்படத் துவங்கியிருக்கின்றன. குறிப்பாகக் கரியமில வாயு, நச்சுப்புகைகள், நீர் உறிஞ்சும் உலோக-கரிமக் கட்டமைப்புகள் சந்தையில் கிடைக்கின்றன. 

பேரா. ஒமர் எம் யாகி உருவாக்கிய வலுவான முப்பரிமாண உலோக-கரிமக் கட்டமைப்பு (1999). ©ஜோஹன் ஜர்ன்ஸ்டாட் / தி ராயல் ஸ்வீடன் அறிவியல் அகாடமி

மேற்சொன்னவை தவிர்த்துப் புதிய பயன்பாடுகள் தொடர்பான ஆய்வுகளும் தொடர்கின்றன: நீரில் கரைந்துள்ள நெகிழித் துகள்கள் அல்லது உலோக அயனிகளைப் பிரித்தெடுத்தல், சுத்தமான நீர் கிடைக்காத பகுதிகள், பாலைவனங்களிலுள்ள காற்றில் இருக்கும் நீர் மூலக்கூறுகளை வடிகட்டி எடுத்தல் உள்ளிட்டவை. கூடவே இவை மின்சாரம்  கடத்தும், சூரிய ஒளியை ஆற்றலாகப் பயன்படுத்தும்  தன்மை கொண்டுள்ளதால் இவற்றின் பயன்பாடு தொழிற்சாலைகள்,  மருத்துவம்,  விவசாயம், சுத்திகரிப்பு எனப் பலபரிமாணங்களில் விரிகிறது.  மொத்தமாகப் பார்த்தால் காற்று மாசுபாடு, நீர் சுத்திகரிப்பு  உள்ளிட்ட சூழலியல் பிரச்சினைகளைத் தீர்க்கும் ஒரு முக்கிய அறிவியல் துறையை அங்கீகரித்திருக்கிறது இந்த வருட வேதியியல் நோபல்.

நோபல் விருதுக் குழுவுடனான நேர்காணல்களில் மூவரும் தங்கள்  வாழ்விலிருந்து சிலவற்றைச் சுட்டிக் காட்டுகிறார்கள். 15 வருடத் தொடர் தோல்விகளிலும் தான் சார்ந்த துறையில் சளைக்காத அர்ப்பணிப்பும் உழைப்பும் 88 வயதில் தன்னை எங்கே கொண்டுவந்து நிறுத்தியிருக்கிறது எனத் திரும்பிப் பார்க்கிறார் ரிச்சர்ட் ராப்சன். கிடைக்கிற வாய்ப்புகளை எல்லாம் பயன்படுத்தி வாழ்வனுபவத்தையே தனது சொத்தாக ஆக்கிக்கொள்ளும் ஒரு ஆய்வாளரின் மனம் கொண்டவராயிருக்கிறார் சுசுமு கிடகவா. எழுதப் படிக்க வாய்ப்பில்லாதவர்களுக்கு மகனாகப் பிறந்து, ஆடு மாடுகள் உட்படக் கிட்டத்தட்ட 12 பேருடன் ஓர் அறையில் அகதி வாழ்வு வாழ்ந்து, “உலகின் எல்லா அசமத்துவத்தையும் சரிப்படுத்தும் மிகப்பெரிய சக்தி அறிவியல்” எனச் சொல்கிறார் ஒமர்.எம். யாகி. இந்தச் சொற்கள்  வேதியலாளர்களுக்கு மட்டுமான செய்தி அல்ல; அவர்களின் பங்களிப்பைப் போலவே எல்லோருக்குமானவை. 

சான்றுகள்:

1. வேதியியல் நோபல் - சுவீடன் அகாடமியின் விரிவான அறிக்கை https://www.nobelprize.org/uploads/2025/10/advanced-chemistryprize2025.pdf

2. விளக்கப் படங்கள்: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2025/press-release/

3. நேர்காணல்: பேராசிரியர் சுசுமு கிடகவா https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2025/kitagawa/interview/

4. நேர்காணல்: பேராசிரியர் ரிச்சர்ட் ராப்சன் https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2025/robson/interview/

5. நேர்காணல்: பேராசிரியர் ஒமர்.எம். யாகி https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2025/yaghi/interview/

6. சந்தையில் உலோக-கரிமக் கட்டமைப்புகள் https://www.nature.com/articles/s41563-025-02147-4

(சா. விஜயகுமார். வேதியியலில் முனைவர் பட்டம் பெற்றுள்ளார்.  தற்போது டோக்கியோ அறிவியல் நிறுவனத்தில் (Institute of Science, Tokyo) ஆய்வாளராக உள்ளார்.)

             மின்னஞ்சல்: vijayakumar9693@gmail.com