विविध धातूंपासून अब्जांश तंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने निर्माण केलेल्या अब्जांश कणांचे अनेक उपयोग आहेत. विशेषत: सोन्याच्या अब्जांश कणांचा उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स, फोटॉनिक्स, जैव-वैद्यकशास्त्र आणि इतर अनेक औद्योगिक क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर होत आहे. सोन्याचे सामान्य कण आणि त्याचे अब्जांश कण यांचे कायिक आणि रासायनिक गुणधर्म खूपच वेगवेगळे असल्यामुळे त्यांचे उपयोग देखील कमालीचे वेगवेगळे आहेत (आ.१.). सोन्याच्या अब्जांश कणांचा आकार व आकारमान यांनुसार त्यांचा विविध क्षेत्रांत उपयोग केला जातो. जगातील अनेक प्रयोगशाळांमध्ये सोन्याच्या अब्जांश कणांवर सध्या संशोधन चालू आहे.
निर्मिती : सोन्याच्या कणांचा आकार सामान्यत: १ ते १०० नॅनोमीटरच्या दरम्यान असतो. विशिष्ट आकाराचे सोन्याचे कण तयार करण्यासाठी वेगवेगळ्या पद्धतींचा वापर करावा लागतो. अशा कणांचे द्रावण तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतींमध्ये विशिष्ट द्रावके वापरावी लागतात.
रासायनिक पद्धत : या पद्धतीमध्ये हायड्रोजन टेट्राक्लोरोऑरेट (Hydrogen Tetrachloroaurate; HAuCl4) आणि सायट्रिक अम्ल (Citric acid; C₆H₈O₇) किंवा सोडियम सिट्रेट एकत्र उकळवून सोन्याचे अब्जांश कण तयार करता येतात, हे फ्रेन्स (G. Frens) या संशोधकांनी १९७३ मध्ये प्रयोगाद्वारे सर्वप्रथम दाखवून दिले (आ.२.). विशिष्ट आकाराचे कण हवे असल्यास वरील दोन्ही घटकांचे प्रमाण बदलावे लागते. या पद्धतीने तयार झालेल्या गोलसर अब्जांश कणांचा व्यास १० ते २० नॅनोमीटर इतका असतो. या पद्धतीने १०० नॅनोमीटरचे कण देखील तयार करता येतात. या रासायनिक क्रियेमध्ये सोन्याचे कण पुन्हा एकत्रित होऊ नयेत म्हणून पृष्ठीय तणावावर प्रभाव असणाऱ्या ट्वीन-२० (Tween-20) किंवा थायकोटिक (Thycotic) अम्ल या रसायनांचा वापर करतात.
सोन्याचे कण तयार करण्याची अजून एक पद्धत ब्रुस्ट (Brust) आणि शिफ्रीन (Shiffrin) यांनी शोधून काढली. त्यांनी हायड्रोजनटेट्राऑरेट सोबत टेट्राअमोनियम ब्रोमाइड आणि सोडियम बोरोहायड्रॉइड या रसायनांचा वापर करून १.५ ते ५ नॅनोमीटर आकाराचे सोन्याचे कण तयार केले. रासायनिक क्रियेचे तापमान बदलले की, अब्जांश कणांचा आकार बदलता येतो असे त्यांच्या लक्षात आले. विशेष म्हणजे तयार झालेले सोन्याचे अब्जांश कण कोरडे केल्यानंतर त्यांचा वापर करताना त्यांच्या आकारात बदल होत नाही.
जैविक पद्धत : बॅसिलस सबटिलिस (Bacillus subtilis), थायोबॅसिलस फेरॉक्सिडन्स (Thiobacillus ferrooxidans), स्युडोमोनास (Pseudomonas), एरुगिनोसा (Aeruginosa) हे जीवाणू तसेच फ्युसेरियम ऑक्सिस्पोरम (Fusarium oxsysporum) बुरशी तसेच काही विशिष्ट वनस्पती [उदा., मायमोसा टेन्युईफ्लोरा (Mimosa tenuiflora)] यांचा वापर करून अब्जांश कणांची निर्मिती प्रयोगशाळेमध्ये करता येते. (आ.३.)
वनस्पतींच्या बुंध्याचा किंवा पानांचा अर्क वापरून सोन्याप्रमाणेच चांदी, तांबे अशा काही धातूंचे अब्जांश कण तयार करण्यात येतात. नीम किंवा कोरफड या वनस्पती वापरून त्रिकोणी किंवा अन्य आकाराचे अब्जांश कण तयार करण्यात यश मिळाले आहे (आ.४.). या प्रक्रिया पर्यावरण अनुकूल असल्यामुळे त्यांचे वर्गीकरण हरित रसायनशास्त्रामध्ये (Green Chemistry) करतात.
गुणधर्म : सोन्याच्या अब्जांश कणांचे पृष्ठीय क्षेत्रफळ त्याची लांबी/रुंदी जशी वाढत जाईल तसे तुलनेने अधिकाधिक होत जाते. उदा., त्याचा व्यास १० नॅनोमीटर असेल तर पृष्ठीय क्षेत्रफळ ३१४ चौ. नॅनोमीटर असते. परंतु, व्यास दुप्पट म्हणजे २० नॅनोमीटर असेल तर पृष्ठीय क्षेत्रफळ सुमारे चौपट म्हणजे १,२५६ चौ. नॅनोमीटर असते. सोन्याच्या अब्जांश कणांवर प्रकाश लहरींचा प्रभाव पडतो. प्रयोगांद्वारे निरीक्षण केल्यास असे दिसते की, सोन्याचे अब्जांश कण हे प्रकाश-वर्णपटातील (light Spectrum) ५३० नॅनोमीटर लांबीच्या लहरी सर्वांत जास्त शोषून घेतात. सामान्य सोन्याचे कण चमकदार असतात; परंतु, त्याचे अब्जांश कण मात्र निस्तेज असतात. त्यांची भुकटी खाकी रंगाची दिसते. एखाद्या द्रावकात वेगवेगळ्या आकाराचे सोन्याचे अब्जांश कण जर विरघळवले तर त्यांचे रंग देखील वेगवेगळे दिसतात.
उपयोग : सोन्याचे अब्जांश कणांचे उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स आणि वैद्यक क्षेत्रात विस्तृत प्रमाणावर होत आहेत. संगणकातील विद्युत्-मंडलांतील विविध घटकांची जोडणी करण्यासाठी त्यांचा वापर करतात. प्रकाश-वर्णपटामधील ७०० ते ८०० नॅनोमीटर लांबीच्या लहरींचा प्रभाव या कणांवर पडतो. परिणामत: त्या कणांचे तापमान वाढते. हा गुणधर्म लक्षात घेऊन सोन्याच्या अब्जांश कणांचा उपयोग कर्करोगाच्या गाठीतील दूषित पेशींचा नाश करण्यासाठी करतात. याला ‘प्रकाश-गतिकीय’ (Photodynamic) उपचार पद्धती म्हणतात. काही औषधांचा लेप सोन्याच्या अब्जांश कणांवर लावता येतो. सोन्याच्या कणांच्या वस्तुमानाच्या मानाने त्यांचा पृष्ठभाग बराच मोठा असल्याने औषधाच्या असंख्य रेणूंचा लेप त्यावर चढवता येतो. यामुळे शरीराच्या ज्या ठिकाणी दुखणे आहे नेमक्या त्या जागेवर औषध पोहोचवणे सोयीचे होते. सोन्याच्या अब्जांश कणांच्या संवेदकांचे (Sensors) अनेक प्रकार आहेत. खाद्यपदार्थांचा दर्जा ठरवण्यासाठी आणि काही पदार्थांचा रामन वर्णपट (Raman Spectrum) पडताळण्याकरिता माध्यम म्हणून सोन्याच्या अब्जांश कणांचा उपयोग होतो. त्याचप्रमाणे पर्यावरणातील प्रदूषण करणारे पदार्थ ओळखण्यासाठी देखील सोन्याच्या अब्जांश कणांचा संवेदक म्हणून उपयोग होतो.
सोन्याच्या अब्जांश कणांवर जेव्हा प्रकाश पडतो तेव्हा प्रकाशाचे अपस्करण (Dispersion) होते. परिणामी अनेक प्रकारचे रंग दिसतात. एखाद्या जैविक नमुन्याचे प्रतिबिंब मिळवण्यासाठी या गुणधर्माचा वापर करता येतो. पारगमन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (Transmission electron microscopy) तंत्रामध्ये सोन्याच्या अब्जांश कणांचा उपयोग करण्यासाठी काही प्रयोग करण्यात येत आहेत. हृदयविकार, कर्करोग आणि संसर्गजन्य रोगांचे वैद्यकीय निदान करण्यासाठी सोन्याच्या अब्जांश कणांचा उपयोग यशस्वीपणे करण्यात आला आहे. गर्भनिदान करणाऱ्या चाचणी संचामध्ये अब्जांश कणांचा वापर केलेला असतो. अनेक महत्त्वपूर्ण रासायनिक प्रक्रियांमध्ये उत्प्रेरक (Catalyst) म्हणून या कणांचा उपयोग केला जातो. इंधन-घटात (Fuel cells) या अब्जांश कणांचा वापर करून ऊर्जा निर्मिती करता येते. आयुर्वेदात देखील विविध प्रकारच्या वैद्यकीय उपचारांमध्ये सोन्याच्या अब्जांश कणांचा उपयोग सांगितला आहे.
संदर्भ :
- Frens, G. Nature: Phys. Sci. 1973, 241:20-22.
- Gold Nanoparticles : An introduction to synthesis properties and applications by Valerio Voliani. Publisher De Gruyer, 2020.
- Gold Nanoparticles : Preparation, properties and applications in nanobiotechnology. Yi-CheunYeh, Brian Creran and Vincent M. Rotello, Nanoscale:2012, 4(6) 1871-1880.
समीक्षक : वसंत वाघ
