ন্যানো কণার সংযোগে নতুন পথ দেখালেন MIT-এর গবেষকেরা, তৈরি হলো আগে না দেখা স্ফটিক কাঠামো ।

একটি পদার্থের বৈশিষ্ট্য অনেকটাই নির্ভর করে তার ক্ষুদ্রতম উপাদানগুলো কীভাবে সাজানো রয়েছে তার ওপর। একই ধরনের উপাদান ভিন্ন বিন্যাসে থাকলে তাদের তৈরি পদার্থের বৈশিষ্ট্যও আলাদা হতে পারে। এই ধারণাকে কাজে লাগিয়ে উন্নত উপকরণ তৈরির চেষ্টা করছেন বিজ্ঞানীরা। এবার অতি ক্ষুদ্র ন্যানো কণাগুলোকে একত্রিত করার প্রচলিত পদ্ধতিতে পরিবর্তন এনে নতুন ধরনের স্ফটিক কাঠামো তৈরি করেছেন যুক্তরাষ্ট্রের ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজির (MIT) গবেষকেরা। ২০২৬ সালের ২ নভেম্বর MIT News-এ প্রকাশিত এক প্রতিবেদনে গবেষণাটির বিস্তারিত তুলে ধরা হয়। একই দিনে গবেষণাপত্রটি Nature Materials সাময়িকীতেও প্রকাশিত হয়। গবেষণায় নেতৃত্বদানকারী দলের সঙ্গে যুক্ত ছিলেন MIT-এর অধ্যাপক রবার্ট জে. ম্যাকফারলেন এবং গবেষক নিকোলাস সাবলবি। তাঁদের সঙ্গে যুক্ত ছিলেন ইউনিভার্সিটি অব ডেলাওয়ারের গবেষক স্টিফেন ক্রোনেনবার্গারসহ আরও কয়েকজন বিজ্ঞানী। প্রচলিত পদ্ধতিতে সমস্যা কোথায়? ন্যানো কণা হলো অত্যন্ত ক্ষুদ্র আকারের পদার্থের কণা, যেগুলো সাধারণত ন্যানোমিটার মাত্রায় পরিমাপ করা হয়। এগুলোকে কাজে লাগিয়ে ওষুধ সরবরাহ, শক্তি সংরক্ষণ, কম্পিউটিং এবং সেন্সর প্রযুক্তিসহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে গবেষণা চলছে। কিন্তু এসব কণাকে একত্রিত করে নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্যের বড় কাঠামো তৈরি করা সহজ নয়। কারণ কণাগুলো একে অপরের সঙ্গে যুক্ত হওয়ার সময় সাধারণত ঘনভাবে সাজানো প্রবণতা দেখায়। ফলে বিজ্ঞানীরা চাইলেও সব সময় নিজেদের পরিকল্পনা অনুযায়ী কণাগুলোর সংযোগ ও বিন্যাস নিয়ন্ত্রণ করতে পারেন না। এ সমস্যা সমাধানে এত দিন কণার আকৃতি পরিবর্তন অথবা তাদের সংযোগকারী অণুগুলোকে নির্দিষ্ট দিকে ধরে রাখার চেষ্টা করা হয়েছে। এ জন্য ব্যবহৃত হয় লিগ্যান্ড নামের অণু, যা ন্যানো কণার পৃষ্ঠে যুক্ত থাকে এবং অন্য কণার সঙ্গে সংযোগ তৈরিতে ভূমিকা রাখে। প্রচলিত ধারণা ছিল, কাঙ্ক্ষিত কাঠামো তৈরি করতে এসব সংযোগকারী অণুকে যথেষ্ট শক্ত ও অনমনীয় রাখতে হবে। কিন্তু MIT-এর গবেষকেরা এই ধারণার বিপরীত পথে এগিয়েছেন। তাঁরা সংযোগকারী অণুগুলোকে আরও নমনীয় করে দেখেছেন, এতে কণাগুলোকে নতুনভাবে সাজানো সম্ভব হয় কি না। কীভাবে নতুন কাঠামো তৈরি করলেন বিজ্ঞানীরা? গবেষকেরা এমন ন্যানো কণা তৈরি করেন, যাদের চারপাশে যুক্ত ছিল নমনীয় পলিমারভিত্তিক লিগ্যান্ড। এসব লিগ্যান্ডের প্রান্তে বৈদ্যুতিক চার্জ যুক্ত করা হয়। কিছু লিগ্যান্ডের প্রান্তে ছিল ধনাত্মক চার্জ, অন্যগুলোর প্রান্তে ঋণাত্মক চার্জ। বিপরীত বৈদ্যুতিক চার্জ পরস্পরকে আকর্ষণ করে। এই আকর্ষণের কারণে নমনীয় লিগ্যান্ডগুলো প্রয়োজন অনুযায়ী বাঁকতে পারে এবং কাছাকাছি থাকা বিপরীত চার্জযুক্ত কণার সঙ্গে সংযোগ তৈরি করে। এখানে গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, গবেষকেরা আগে থেকেই প্রতিটি কণা কার সঙ্গে এবং কোন দিকে যুক্ত হবে, তা কঠোরভাবে নির্ধারণ করেননি। বরং সংযোগকারী অণুগুলোকে নিজেদের অবস্থান পরিবর্তনের সুযোগ দিয়েছেন। ফলে কণাগুলো একত্রিত হওয়ার সময় তাদের সংযোগের সংখ্যা ও বিন্যাস স্বাভাবিকভাবেই নির্ধারিত হয়েছে। গবেষণায় দেখা গেছে, ন্যানো কণার আকার এবং লিগ্যান্ডের শিকলের দৈর্ঘ্য পরিবর্তন করে প্রতিটি কণা কতটি প্রতিবেশী কণার সঙ্গে যুক্ত হবে, তা নিয়ন্ত্রণ করা যায়। গবেষকেরা এই পদ্ধতি ব্যবহার করে আগে পর্যবেক্ষণ করা হয়নি—এমন কিছু স্ফটিক কাঠামো তৈরি করেছেন। ‘সুপারল্যাটিস’ কেন গুরুত্বপূর্ণ? সাধারণ স্ফটিকে পরমাণু বা অণুগুলো নির্দিষ্ট নিয়মে বারবার সাজানো থাকে। ন্যানো কণাগুলোকে একইভাবে বড় পরিসরে সুশৃঙ্খল বিন্যাসে সাজালে তাকে ন্যানো পার্টিকল সুপারল্যাটিস বলা হয়। এ ধরনের কাঠামো গুরুত্বপূর্ণ, কারণ শুধু কোন উপাদান দিয়ে পদার্থ তৈরি হচ্ছে সেটিই তার বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে না; উপাদানগুলো কীভাবে সাজানো হয়েছে, সেটিও বড় ভূমিকা রাখে। গবেষকদের নতুন পদ্ধতিতে কণাগুলোর সংযোগের সংখ্যা এবং বিন্যাস পরিবর্তন করা সম্ভব হয়েছে। ফলে প্রচলিত ঘন কাঠামোর বাইরে অপেক্ষাকৃত কম ঘন এবং ভিন্ন প্রতিসাম্যবিশিষ্ট বিন্যাসও তৈরি করা গেছে। গবেষণাপত্রে এই প্রক্রিয়াকে ‘স্পন্টেনিয়াস ভ্যালেন্সি’ বা স্বতঃস্ফূর্তভাবে সংযোগসংখ্যা নির্ধারিত হওয়ার ধারণার মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা হয়েছে। অর্থাৎ কণাগুলো আগে থেকে নির্দিষ্ট করা কঠোর সংযোগের নিয়ম অনুসরণ না করে তাদের পারস্পরিক মিথস্ক্রিয়ার ভিত্তিতে সংযোগ তৈরি করে। চিকিৎসা, ইলেকট্রনিকস ও শক্তি প্রযুক্তিতে সম্ভাবনা নতুন কাঠামো তৈরির এই পদ্ধতি ভবিষ্যতে বিভিন্ন প্রযুক্তিতে কাজে লাগতে পারে। যেমন, ফোটোনিকস বা আলো নিয়ন্ত্রণের প্রযুক্তিতে বিশেষ বিন্যাসের উপকরণ ব্যবহার করে আলোর আচরণ নিয়ন্ত্রণের সুযোগ তৈরি হতে পারে। রাসায়নিক বিক্রিয়ার গতি বাড়াতে ব্যবহৃত ক্যাটালিস্টের কাঠামো উন্নত করার ক্ষেত্রেও এ ধরনের উপকরণ নিয়ে গবেষণা করা যেতে পারে। এ ছাড়া চিকিৎসায় ওষুধ সরবরাহের উপকরণ, শক্তি সংরক্ষণের প্রযুক্তি, সেন্সর এবং উন্নত ইলেকট্রনিকস তৈরির গবেষণাতেও ন্যানো কণার নিয়ন্ত্রিত বিন্যাস গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে। তবে এসব সম্ভাবনার অর্থ এই নয় যে নতুন পদ্ধতিতে তৈরি উপকরণগুলো ইতিমধ্যে বাণিজ্যিকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে। গবেষকেরা মূলত ন্যানো কণাগুলোকে আরও নিয়ন্ত্রিতভাবে সাজানোর একটি নতুন কৌশল দেখিয়েছেন। নির্দিষ্ট প্রয়োগে কোন কাঠামো সবচেয়ে কার্যকর হবে, সেটি পরীক্ষা করতে আরও গবেষণা প্রয়োজন। গবেষণাটির সীমাবদ্ধতা কোথায়? গবেষণার বড় অর্জন হলো, ন্যানো কণার সংযোগ নিয়ন্ত্রণে নমনীয়তাকে বাধা হিসেবে না দেখে কার্যকর নকশাগত উপাদান হিসেবে ব্যবহার করা সম্ভব হয়েছে। কিন্তু গবেষণাগারে নতুন কাঠামো তৈরি করা এবং সেটিকে বড় পরিসরে নির্ভরযোগ্যভাবে উৎপাদন করা এক বিষয় নয়। বাস্তব প্রযুক্তিতে ব্যবহারের আগে উপকরণগুলোর স্থায়িত্ব, উৎপাদন ব্যয়, বিভিন্ন পরিবেশে কার্যকারিতা এবং দীর্ঘমেয়াদি নির্ভরযোগ্যতা পরীক্ষা করতে হবে। একই পদ্ধতি দিয়ে বিভিন্ন ধরনের ন্যানো কণা ও উপকরণে একই ফল পাওয়া যায় কি না, সেটিও গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন। তাই এই গবেষণাকে এখনই চিকিৎসা বা কম্পিউটিং প্রযুক্তিতে বড় পরিবর্তন হিসেবে দেখা ঠিক হবে না। বরং ক্ষুদ্র কণার বিন্যাস নিয়ন্ত্রণের ক্ষেত্রে এটি একটি নতুন বৈজ্ঞানিক পথ তৈরি করেছে, যা ভবিষ্যতে উন্নত উপকরণ তৈরির গবেষণাকে এগিয়ে নিতে পারে।