நவீன கால நுண்ணோக்கிகள் - மணற்கேணி2009 - பகுதி 1

நவீனகால நுண்ணோக்கிகள்

(Modern day Microscopes)

பிரிவு: அறி#3 - தமிழ் கலைச்சொற்களைப் பயன்படுத்தி ஒரு அறிவியல் கட்டுரை.

முன்னுரை:

மனிதயினம், தனது சிந்தனைத்திறன் மூலம் காண்பவை அனைத்தின் மீதும் கேள்விகளைத் தொடுத்து தனது தேடல்களை விரிவாக்கிக்கொண்டிருந்தது, தற்போதும் விரிவாக்கிக் கொண்டிருக்கிருக்கிறது. அப்படி மனிதன் வியந்து போகும் மற்றும் வியந்து கொண்டிருக்கும் அறிவியல் துறைகளுள் ஒன்று “வானவியல்”. தன்னால் ஒரு குறிப்பிட்ட எல்லைக்குமேல் அடைய முடியாத மற்றும் கற்பனை செய்யமுடியாத அளவில், பெரிதாயிருந்ததுவும், மனிதன் வானவியலை வியந்து நோக்கியதற்கு முக்கியக் காரணங்களில் ஒன்று. ஆனால், மேலே வானில் விரிகின்ற அதிசயங்களுக்கு இணையாகவும் அல்லது அதற்கு மேலும் ஆச்சர்யமூட்டும் ஒரு உலகு மனிதனின் கண்களுக்குப் புலனாகாத நுண்ணுயிரிகள், அணுக்கள் மற்றும் அணுக்கருத் துகள்களின் உலகம். இப்படி எளிதாக மனிதக் கண்களுக்குப் புலனாகாத உலகம் குறித்த தேடலில் விளைந்த ஒரு அரிய கண்டுபிடிப்பே நுண்ணோக்கிகள் (microscopes).

நுண்ணோக்கிகள் அறிவியல் துறையில் மிகவும் புறக்கணிக்க முடியாத உபகரணம் மட்டுமல்லாது, பல அரிய கண்டுபிடுப்புகளுக்கு உறுதுணையாக இருந்தவை. இன்றைய அறிவியல் துறை மற்றும் ஆராய்ச்சிகளில் நுண்ணோக்கிகளின் பங்கு மிகவும் அளப்பரியது. தமிழில் நுண்ணோக்கிகள் பற்றிய ஒரு பரந்தகண்ணோட்டமும், சமகாலத்தைய அறிவியல் ஆய்வுகளில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டுப் பயன்படுத்தப்படும் நவீன வகை நுண்ணோக்கிகள் பற்றியும் அவற்றின் செயல்முறை பற்றியும் அறிமுகப்படுத்தும் முகமாக இக்கட்டுரை எழுதப்பட்டிருக்கிறது.

அ. மனிதக்கண்களும் நுண்ணோக்கிகளும்:

உயிர்களினது தோற்றத்திலே கண்கள் எப்படித் தோன்றின அல்லது ஏன் தோன்றின என்பது ஒரு புதிரான கருத்தாகவே நிலவிவருகிறது. ஆனால், பரிணாமத்தின் அடிப்படையில் ஒரு புரிதலிருக்கிறது, அறிவியல் அதனை மேலும் ஆய்ந்து அறிந்து கொள்ளும் முயற்சிகளில் இருக்கிறது என்றும் சொல்லலாம். கண்களின் தோற்றம் பற்றிய புதிர் ஒருபுறமிருந்தாலும் கண்களின் ஒளியுணர்திறனுக்கு இணையாக இதுவரை எந்தவொரு ஒளியுணர் கருவியும் செயற்கையாகக் கண்டுபிடிக்கப்படவில்லை என்றும் குறிப்பிடப்படுகிறது. ஆனாலும், கண்களின் பார்வைத்திறன் என்பது மின்காந்த நிறமாலையில் உள்ள கண்ணுறு ஒளியின் அடிப்படையிலேயே செயல்படுகிறது. இதனடிப்படையிலேயே மின்காந்த நிறமாலையில் உள்ள 300-700 நேநோ மீட்டர் (1 nano meter =10^-9 மீட்டர்) அலைநீளம் கொண்ட அலைகளை கண்ணுறு ஒளியென்றழைக்கிறோம். ஆனாலும், மனிதக் கண்களால் பார்க்கமுடிந்த பொருட்களின் அளவு மற்றும் அதன் பிரித்தறிதிறன் (Resolution) என்பது ஒரு எல்லைக்குட்பட்டது. அதனாலேயே நமக்கு கண்களுக்குப் புலனாகாத நுண்ணிய விபரங்களைக் கண்டறிய ஒரு கருவி தேவைப்பட்டது. அதனடிப்படையிலேயே நுண்ணோக்கிகள் பற்றிய ஆய்வுகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன, இன்றும் மேற்கொள்ளப்படுகின்றன.

ஆ. ஒளி நுண்ணோக்கிகள் வரலாறு - விரைவுப் பார்வை

14ஆம் நூற்றாண்டில், சிலிகேட் வகை கண்ணாடிகளை அரைத்தல், மற்றும் அதன் மூலம் கண்பார்வைக்குறைப்பாட்டைப் போக்குவதற்கான ஆடிகளைத் தயாரித்தல் என்று துவங்கியது நுண்ணோக்கிகளின் பிறப்பு. பின்னர் 1590 ஆம் ஆண்டு கண்ணாடி அரைப்பவர்களான ஹன்ஸ்(Hans) மற்றும் சகாரியஸ் ஜன்சன் (Zacharias Janssen) ஆகிய இரு டச்சுக்காரர்கள் ஒரு குழாயில் இரண்டு ஆடிகளை வைத்து முதல் நுண்ணோக்கியைத் தயாரித்தனர். பின்னர் 1667-ஆம் ஆண்டு ராபர்ட் ஹூக் (Robert Hooke) என்பவர் நுண்ணோக்கிகளை வைத்து தக்கையின் நுண்ணமைப்பை ஆய்வு செய்து அது தண்ணீரில் மிதப்பது ஏன் என்பதை விளக்கியிருக்கிறார். இப்படியாகப் படிப்படியாக ஒவ்வொரு நூற்றாண்டுகளிலும் வளர்ச்சி பெற்று இன்றைக்கு கையாள மிகவும் எளிதாகவும், பல மென்பொருட்களின் வழியே பிம்பங்களை ஆய்ந்து அறிந்து கொள்ளும் வசதி என வளர்ந்து நிற்கின்றன கண்ணுறு ஒளி நுண்ணோக்கிகள். குறிப்பாக மருத்துவத் துறையில் கண்ணுறு-ஒளி நுண்ணோக்கிகளின் பங்களிப்பு அளப்பறியது.

இப்படி மனிதக் கண்களுக்குப் புலப்படாதவற்றைக் கண்டுணர வைக்கும் நுண்ணோக்கிகளுக்கும் ஒரு எல்லை உண்டு. அப்படிப்பட்ட எல்லை எது? மற்றும் அவ்வெல்லை எதனடிப்படையில் நிர்ணயம் செய்யப் படுகிறது என்று பார்க்கலாம்.

இ. நுண்ணோக்கிகளின் பொதுவான அடிப்படைக் காரணிகள்

மேற்கூறியவாறு ஒரு நுண்ணோக்கி சிறப்பாகச் செயல்புரிய அல்லது நமது தேவையைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டுமெனில் அதனை நிர்ணயிக்கும் முக்கியமான காரணிகள் என்று சில உண்டு. அப்படி ஒரு நுண்ணோக்கியின் செயல்பாட்டுத் திறனை நிர்ணயிக்கும் பல காரணிகளுள் மிக முக்கியமான காரணிகள் பின்வருமாறு.

பிரித்தறிதிறன் (Resolution):

ஒரு நுண்ணோக்கியின் பிரித்தறிதிறன் எல்லை என்பது, எவ்வளவு அருகே இருக்கும் இருவேறு புள்ளிகளைப் பிரித்துக் காண்பிக்கும் திறன் கொண்டது என்பதைக் குறிக்கும் எண்ணாகும். உதாரணமாக மனிதக் கண்களின் பிரித்தறிதிறன் எல்லை என்பது 100 மைக்ரான்(10^-4 மீட்டர்). 100 மைக்ரான்களுக்கு அதிகமான இடைவெளி கொண்ட இரண்டு புள்ளிகளை மட்டுமே இருவேறு புள்ளிகளாகக் காணமுடியும். மிகவும் நுட்பமாக அறிந்து கொள்ளவேண்டிய மற்றொன்று இது புள்ளியின் அளவு கிடையாது, இருவேறு புள்ளிகளுக்கிடையே இருக்கும் தூரம் மட்டுமே. ஆக ஒரு நுண்ணோக்கியின் மூலம் நாம் காணும் பொருளின் அளவு பிரித்தறிதிறனின் எல்லையைவிடக் குறைவாகயிருக்கலாம். ஆனால், ஒரு பொருளைப் பற்றிய பல்வேறு விபரங்களை அறிய நாம் காணும் பொருளின் அளவைவிட அப்பொருளிலுள்ள நுட்பமான செய்திகளை அறிந்துகொள்வதே முக்கியமானதாகும். அதனால், எப்படிப்பட்ட விபரங்களுக்காக நாம் நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்துகிறோம் என்பதைப் பொருத்து அதற்கேற்றார்போல் பிரித்தறிதிறன் கொண்ட ஒரு நுண்ணோக்கியினைப் பயன்படுத்த வேண்டும்.

ஒரு நுண்ணோக்கியின் பிறித்தறிதிறனை நிர்ணயம் செய்யும் சமன்பாடு(1) பின்வருமாறு நிருவப்பட்டுள்ளது.

d_min – இருவேறு புள்ளிகளுக்கிடையே உள்ள மீச்சிறு தொலைவு, லாம்டா எனும் குறியீடு- நுண்ணோக்கியில் பயன்படுத்தப்படும் ஒளியின் அலைநீளம். ஆல்ஃபா - என்பது நுண்ணோக்கியில் பொருளின் அருகேயுள்ள ஆடியிலிருந்து வரும் ஒளிக்கற்றைகள் பொருளின் புறப்பரப்பின் மீது குவியும் போது ஏற்படுத்தும் அரைக்கோணம். அதாவது ஒளிக்கற்றைகள் கூம்புவடிவில் ஒரு பொருளின் மீது குவிக்கப்படும் கோணத்தின் பாதியளவு. பொருளருகு ஆடிக்கும், பொருளுக்கும் இடையே இருக்கும் தூரமும் இக்கோணத்தை நிர்ணயம் செய்யும். இதனை பற்றிய ஒரு விளக்கத்தைப் படம்-1ல் காணலாம்.

படம்-1:ஒரு நுண்ணோக்கியின் பொருளருகு ஆடியிலிருந்து பொருளின் மேல் குவிக்கப்படும் ஒளிக்கற்றை உருவாக்கும் அரைக்கோணம் பற்றிய விளக்கப்படம். இக்கோணத்திலிருந்து எண்ணோட்ட துவாரம்(nUMERICAL APERTURE) எனப்படும் மற்றொரு காரணி கணக்கிடப்படுகிறது. (பார்க்க: படத்தினுலுள்ள சமன்பாடு)

ஆக, ஒரு நுண்ணோக்கியில் பிறித்தறிதிறன் சிறப்பாகயிருக்க வேண்டுமெனில், a - இன் மதிப்பு அதிகமாக இருக்கவேண்டும். இதன் மூலம் பிரித்தறிதிறனின் மதிப்பான d_min மிகவும் குறைந்த மதிப்புடன் இருக்கும், அதாவது நுண்ணோக்கியின் பிறித்தறிதிறன் சிறப்பாக இருக்கும். இப்படியான கோணமதிப்பை நுண்ணோக்கி வடிவமைத்தலில் மாற்றியமைக்க முடிந்தாலும், அது ஒரு எல்லைக்குட்பட்டது. ஆனால், நுண்ணோக்கியின் பிரித்தறிதிறனை நம் வசதிக்கேற்றார்போல் மாற்ற அதில் பயன்படுத்தப்படும் ஒளியின் அலைநீளத்தைக் குறைக்க வேண்டும். அப்படி ஒளியின் அலைநீளம் குறையும்போதும் அதன் பிறித்தறிதிறன் எல்லைக் குறைகிறது. (நினைவில்கொள்க: பிரித்தறிதிறன் எல்லை குறைகிறது என்றால் மிகவும் நுட்பமான தகவல்களை நுண்ணோக்கியில் பிரித்தறியமுடியும்.) இப்படி அலைநீளத்திற்கும், நுண்ணோக்கி வகைகளுக்கும், அவற்றின் பிரித்தறிதிறன் குறித்தும் ஒப்புமைசெய்யும் ஒரு அட்டவனை கீழே படம்-2 ல் இருக்கிறது.

படம்-2: பல்வேறு ஒளி மூலங்கள், மற்றும் அவை பயன்படுத்தப்படும் நுண்னோக்கிகளின் பிரித்தறிதிறன் அட்டவனை.

இப்படியாக ஒரு நுண்ணோக்கியின் பிரித்தறிதிறன் நுண்ணோக்கியில் நாம் காணக்கூடிய விபரங்களை நிர்ணயம் செய்யும் மிக முக்கியமானதொரு காரணியாகவிருக்கிறது. ஒரு நுண்ணோக்கியின் செயல்பாட்டில் கவனத்தில் கொள்ளவேண்டிய காரணிகள் பல இருந்தாலும், மிகவும் முக்கியமான காரணிகளான, பிரித்தறிதிறன் மற்றும் எண்ணோட்ட துவாரம் ஆகிய இரண்டை மட்டும் விளக்கியிருக்கிறேன்.

ஒரு நுண்ணோக்கியின் செயல்திறனை வடிவமைப்பின் மூலம் எவ்வளவு முன்னேற்றினாலும், அதன் பிரித்தறிதிறனை நிர்ணயிக்கும் முக்கியமானக் காரணியாக அதில் பயன்படுத்தப்படும் ஒளியின் அலைநீளம் இருக்கிறது. கண்ணுறு ஒளியைப் பயன்படுத்தும் போது, மின்காந்த நிறமாலையில் கண்ணுறு ஒளியின் மிகச்சிறிய அலைநீள எல்லையான புற-ஊதாக் கதிர்களின் அலைநீளத்திற்கருகே உள்ள அலைநீளத்தைப் பயன்படுத்த முடியும். ஆக கண்ணுறு ஒளியைப் பயன்படுத்தும் நுண்ணோக்கிகளின் பிரித்தறிதிறனை அவற்றின் அலைநீள எல்லைகள் நிர்ணயம் செய்தன. இதனால், அலைநீளத்தை நம் விருப்பத்திற்கேற்ப மாற்றியமைக்க முடியாமலும், திடப்பொருட்களின் அணுவமைப்பு போன்ற நூகிய விபரங்களை அறிய முடியாமலும் இருந்தது. இதனடிப்படையிலேயே புதிய செயல்திறன் கொண்ட நுண்ணோக்கிகளுக்கான அவசியம் ஏற்பட்டது. இப்படியான புதியவகை நுண்ணோக்கிக்கான தேடுதலில் புதிய வகை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகள் மற்றும் வேறுவகை நுண்ணோக்கிகளும் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன.

தொடர்ந்து வாசிக்க -நவீன கால நுண்ணோக்கிகள் - மணற்கேணி2009 - பகுதி 2

***************************************************************************************

முக்கிய அறிவிப்புகள்:

1. இக்கட்டுரையின் வரைபடங்கள் மற்றும் உள்ளடக்கம் மணற்கேணி2009 / தமிழ்வெளி குழுவினர்களின் அலுவல்தளம் தவிர பிறர் முறையான முன்அனுமதியின்றி (kaiyedu@gmail.com) மீள்பதிவுசெய்தல் அல்லது பயன்படுத்துதல் கூடாது.
2. மாணவர் கல்விக்காகவும், விக்கிபீடியா போன்ற இலவச தகவல்தளங்களிலும் முன்னறிவிப்பு செய்துவிட்டுப் பயன்படுத்திக்கொள்ளலாம்.
3. கட்டுரையின் உள்ளடக்கத்திற்கும் வரைபடங்களுக்கும், முறையான அனுமதியற்ற பொருளீட்டும் நோக்குடனான பயன்பாடு மறுக்கப்படுகிறது.