Read Time:13 Minute

പ്രൊഫ.കെ.ആർ.ജനാർദ്ദനൻ

റിട്ട. രസതന്ത്ര അധ്യാപകൻ

ശാസ്ത്രലേഖകൻ

ബക്മിൻസ്റ്റർ ഫുള്ളറീൻ (Buckminster fullerine)

പ്രൊഫ.കെ.ആർ.ജനാർദ്ദനൻ എഴുതുന്ന തുടക്കം മുതൽ തന്നെ രസതന്ത്രം ലേഖന പരമ്പര. C₆₀ എന്ന സൂത്രവാക്യം പേറുന്ന ഇന്നുവരെ അറിയപ്പെട്ടതിൽവച്ച് ഏറ്റവും symmetrical തന്മാത്രയായ ബക്കിബോൾ എന്ന ഫുട്ബോൾ പോലുള്ള തന്മാത്രയെക്കുറിച്ച് വായിക്കാം

പ്രാപഞ്ചിക ധൂളികളിൽ ഉണ്ടെന്ന് കരുതപ്പെട്ട അസാധാരണമായ ചില തന്മാത്രകൾ പരീക്ഷണശാലയിൽ സൃഷ്ടിക്കാനുള്ള ശ്രമത്തിന്റെ ഭാഗമായി 1985-ൽ ടെക്‌സാസ് റൈസ് യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലെ രസതന്ത്രജ്ഞൻ ഗ്രാഫൈറ്റിനെ അതിശക്തമായ ലേസർ ഉപയോഗിച്ച് ബാഷ്പീകരിച്ചു. ഉല്പന്നങ്ങളിൽ ഒന്ന്, അതുവരെ അറിയപ്പെടാത്ത, C₆₀ എന്ന സൂത്രവാക്യം പേറുന്ന തന്മാത്രകളാണെന്ന് മാസ് സ്‌പെക്‌ട്രോമെട്രി (Mass spectrometry) പഠനങ്ങൾ വെളിവാക്കി. ശുദ്ധ കാർബൺ ആറ്റങ്ങളാൽ നിർമിക്കപ്പെട്ടതിനാലും വലുപ്പമുള്ളതുകൊണ്ടും അതിന് വിചിത്രമായ ആകൃതിയാണുണ്ടായിരുന്നത്. കടലാസും കത്രികയും ടേപ്പും ഉപയോഗിച്ച് അസാധാരണമായ ആ തന്മാത്രയുടെ ഒരു മാതൃക നിർമിച്ചു, ഗവേഷകർ. തുടർന്നു നടത്തിയ സ്‌പെക്‌ട്രോസ്‌കോപിക, എക്‌സ് രശ്മി പഠനങ്ങൾ, C₆₀ തന്മാത്രയ്ക്ക് ഉള്ളു പൊള്ളയായ ഗോളാകൃതിയാണെന്ന് കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടു. അതിന്റെ 60 മൂലകങ്ങളിൽ ഓരോന്നിലും ഒരു കാർബൺ ആറ്റം വീതം ഉണ്ടായിരുന്നു. ജ്യാമിതീയപരമായി ഇന്നുവരെ അറിയപ്പെട്ടതിൽവച്ച് ഏറ്റവും സമമിതീയ (symmetrical) തന്മാത്രയത്രെ ബക്കിബോൾ. ‘ബക്കിബോൾ’ എന്നത് യഥാർത്ഥത്തിൽ ബക്മിൻസ്റ്റർ ഫുള്ളറീൻ (Buckminster fullerine) എന്നതിന്റെ ചുരുക്കപ്പേരാണ്, ഒരു പ്രശസ്ത വാസ്തുശില്പിയായിരുന്നു ബക്ക്മിൻസ്റ്റർ ഫുള്ളർ (Buckminster Fuller – 1895-1983). പ്രസിദ്ധ വാസ്തുശില്പമാതൃകയായ ‘ജിയോഡെസിക് ഡോ’മിന്റെ (Geodesic dome) സൃഷ്ടാവാണ് ഫുള്ളർ. (ചിത്രം ജിയോഡെസിക് ഡോം) ഏതാണ്ട് ഇതേ ആകൃതിയാണ് ഫുള്ളറിൻ (ബക്കിബോളിന്റെ മറ്റൊരു പേര്) തന്മാത്രയ്ക്കുള്ളത്.

റിച്ചാർഡ് സ്‌മോളി (Richard Smalley), റോബർട്ട് കേൾ (Robert Curl), ജെയിംസ് ഹീഥ് (James Heath), സിയാൻ ഒബ്രിയൻ (Sean O’brien), ഹാരോൾഡ് ക്രോട്ടോ (Harold Krotto) എന്നീ അഞ്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ശ്രമഫലമായിട്ടാണ് 1985-ൽ ഫുള്ളറിൻ സംശ്ലേഷണം ചെയ്യപ്പെട്ടത്. ഇവരിൽ സ്‌മോളി, കേൾ, ക്രോട്ടോ എന്നീ മൂന്നുപേർക്ക് 1996 ലെ രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേൽസമ്മാനം ലഭിച്ചു. തനിമയാർന്ന ആകൃതിയാണെങ്കിലും ബക്കിബോളിൽ കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള രാസബന്ധം നേരെ ചൊവ്വേ ഉള്ളതാണ്.

ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ഇടയിൽ വലിയ താത്പര്യം ഫുള്ളറീൻ തന്മാത്രകളോട് ഉണ്ടായി. അതിന്റെ കണ്ടുപിടുത്തം രസതന്ത്രത്തിലെ ഏറ്റവും വലിയ മുന്നേറ്റത്തിന് കളമൊരുക്കി. ഇതാ, ഇവിടെ കാർബണിന്റെ ഒരു നൂതന, അപരരൂപം അവതരിച്ചിരിക്കുന്നു. ദുരൂഹമായ ജ്യാമിതിയും അജ്ഞാതമായ ഗുണധർമങ്ങളും പേറുന്ന ഫുള്ളറിൻ തന്മാത്രകളെപ്പറ്റി പഠിക്കാനും കൂടുതൽ അന്വേഷണങ്ങൾ നടത്താനും സാധ്യതകൾ തുറന്നുകിട്ടിയപ്പോൾ ആ രംഗത്തേക്ക് അനേകം ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഇരച്ചു കയറി. 1985-നുശേഷം ഫുള്ളറിൻ വർഗത്തിൽപ്പെട്ട അനേകം തന്മാത്രകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിൽ ശാസ്ത്രജ്ഞർ വിജയംകണ്ടു. C₆₀ക്ക്പുറമെ, C₇₀, C₇₆, C₈₂, _C84 എന്നിവ കൂടാതെ എണ്ണത്തിൽ ഏറെ കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഫുള്ളറിനുകൾ പരീക്ഷണശാലയിൽ ജന്മംകൊണ്ടു. ഇല്ലറക്കരിയിലെ (soot) ഒരു സ്വാഭാവിക ഘടകമാണ് ബക്കിബോൾ എന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞർ മനസ്സിലാക്കി.ഇതു കൂടാതെ, വടക്കുപടിഞ്ഞാറൻ റഷ്യയിൽനിന്ന് ലഭിച്ച ശിലാസാമ്പിളുകളിൽ C₆₀, C₇₀ എന്നീ ഫുള്ളറിനുകൾ ഉണ്ടെന്നും കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടു. ബക്കിബോളും അതിന്റെ ഭാരമേറിയ അംഗങ്ങളും തന്മാത്രീയ വാസ്തുവിദ്യയുടെ ഒരു നൂതന സങ്കല്പനത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. അതിന് ദൂരവ്യാപകമായ സാധ്യതകളുണ്ടെന്നും ബന്ധപ്പെട്ടവർ മനസ്സിലാക്കി. ഫുള്ളറിനുകളും അവയുടെ യൗഗികങ്ങളും ഉയർന്ന താപനിലയിൽ അതിചാലകങ്ങളായും സ്‌നേഹകങ്ങ (lubricants )ളായും ഉൽപ്രേരകങ്ങളായും ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് പഠനങ്ങൾ തെളിയിച്ചു.

ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ രണ്ടോ മൂന്നോ പാളികൾ ചേർത്ത് ചുരുട്ടി ഏലസ്സിന്റെ ആകൃതിയിലാക്കിയ നാനോ ട്യൂബുകളാണ് രണ്ടാമത്തേത്. ഘടനാപരമായി ഫുള്ളറിനോട് അടുത്തബന്ധമുള്ള ചില തന്മാത്രകളെ 1991-ൽ തിരിച്ചറിഞ്ഞ ജാപ്പനീസ് ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ കണ്ടുപിടുത്തം അങ്ങേയറ്റം ആകർഷകമായിരുന്നു.

ഇങ്ങനെ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ട ചില തന്മാത്രകൾ, സിലിണ്ടർ ആകൃതിയിലുള്ള നൂറുകണക്കിന് നാനോമീറ്റർ നീളമുള്ളവയായിരുന്നു. കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ (carbon nano tubes ) എന്നറിയപ്പെട്ട ഇവയുടെ ആന്തരികദ്വാരത്തിന്റെ വ്യാസം 15 നാനോമീറ്റർ ആണ്. ബക്കി ട്യൂബുകൾ (Bucky tubes) എന്ന ഓമനപ്പേരും ഇവയ്ക്കുണ്ട്.

ഇത്തരം തന്മാത്രകൾക്ക് രണ്ട് വ്യത്യസ്തതരം ഘടനകളാണുള്ളത്. ഒന്ന് – ഒരൊറ്റ ഷീറ്റ് ഗ്രാഫൈറ്റ് കൊണ്ട് നിർമിച്ച ട്യൂബ്. അതിന്റെ രണ്ടറ്റവും വെട്ടിയെടുത്ത ബക്കിബോളുമാതിരി തോന്നുന്ന തൊപ്പികൊണ്ട് അടച്ചിരിക്കുന്നു. സമാനവ്യാസമുള്ള സ്റ്റീൽ കമ്പികളേക്കാൾ ബലമേറിയവയാണ് ബക്കിബോളുകൾ. ഭാരംകുറഞ്ഞ സൈക്കിളുകൾ, റോക്കറ്റ് മോട്ടോർ കാസ്റ്റിങ്ങുകൾ, ടെന്നീസ് റാക്കറ്റുകൾ തുടങ്ങിയവയുടെ നിർമാണത്തിന് കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ ഉപയോഗിച്ചുതുടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്. മൈക്രോസ്‌കോപ്പിക് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകൾക്ക് (microscopic integrated circuits) ആവശ്യമായ അതിലോല ലോഹതന്തുക്കൾ വാർത്തെടുക്കാൻ വേണ്ടിവരുന്ന അച്ചുകൾ (casting moulds) നാനോട്യൂബുകൾ കൊണ്ടാണ് നിർമിക്കുന്നത്. തന്മാത്രകളെ അടച്ചുവയ്ക്കാനുള്ള ‘കുപ്പികൾ’ ആയും ഇവയെ ഉപയോഗിക്കാം. ഫുള്ളറിനുകളുടെ ജീവശാസ്ത്രപരമായ പ്രയോഗം 1993-ൽ ആണ് കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടത്. സാൻഫ്രാൻസിസ്‌കോ – സെന്റ് ബറാബറായിലെ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി ഓഫ് കാലിഫോർണിയയിൽ സേവനമനുഷ്ഠിച്ചിരുന്ന രസതന്ത്രജ്ഞർ, എയ്ഡ്‌സ് രോഗത്തിനുള്ള ഔഷധങ്ങൾ ഡിസൈൻ ചെയ്യാൻ ഫുള്ളറിനുകൾ സഹായകരമാകുമെന്ന് കണ്ടെത്തി. ഹ്യൂമൻ ഇമ്മ്യൂണോ ഡിഫിഷ്യൻസി വൈറസ് (Human Immuno Deficiency Virus – HIV) ആണ് എയ്ഡ്‌സ് രോഗത്തിന് കാരണം. ഈ വൈറസ് നീണ്ട ഒരു പ്രോട്ടീൻ ശൃംഖല സംശ്ലേഷണം ചെയ്യുന്നു. എച്ച്.ഐ.വി. പ്രോട്ടിയേസ് (HIV Protease) എന്ന ഒരു എൻസൈം ആ പ്രോട്ടീൻ ശൃംഖലയെ ചെറിയ തുണ്ടുകളായി മുറിക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ വഴിയാണ് ഹ്യൂമൻ ഇമ്മ്യൂണോ ഡിഫിഷ്യൻസി ടെസ്റ്റിന്റെ പുനരുല്പാദനം നടക്കുന്നത്. ഈ എൻസൈമിനെ നിഷ്‌ക്രിയമാക്കുന്നതായിരിക്കാം എയ്ഡ്‌സ് രോഗത്തെ തടയാനുള്ള ഒരു മാർഗം. ജലത്തിൽ ലയിക്കുന്ന ഒരു ഫുള്ളറിൻ ഡെറിവേറ്റിനെ എച്ച്.ഐ.വി. പ്രോട്ടിയേസുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ചപ്പോൾ, അത് എൻസൈമുമായി ഇണക്കപ്പെടുന്നത് രസതന്ത്രജ്ഞർ നിരീക്ഷിച്ചു. വൈറസിനെ തുണ്ടുകളായി മുറിക്കാൻവേണ്ടി എൻസൈം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഭാഗത്താണ് ബക്കിബോൾ ഡെറിവേറ്റീവ് ഇണക്കപ്പെട്ടത്. അതുവഴി എച്ച്.ഐ.വി. വൈറസിന്റെ പ്രത്യുല്പാദനം തടയാമെന്ന് കണ്ടെത്തി. പരീക്ഷണശാലയിൽ വളർത്തിയെടുത്ത മനുഷ്യകോശങ്ങളിൽ, ഇത് പരീക്ഷിച്ചപ്പോൾ, എച്ച്.ഐ.വി. രോഗസംക്രമം ഉണ്ടാകുന്നില്ലായെന്ന് കണ്ടു.

ഫുള്ളറിനുകളോട് സാമ്യമുള്ള ഒരു ബോറോൺ തന്മാത്ര, 2014-ൽ രസതന്ത്രജ്ഞർ നിർമിച്ചു. ബോറോസ്‌ഫെറിൻ (Borospherene) എന്നാണിത് അറിയപ്പെടുന്നത്. ബക്കിബോൾ പോലെ ഫുട്‌ബോളിന്റെ ആകൃതിയാണിതിനും. ഇതിൽ 40 ബോറോൺ ആറ്റങ്ങൾ ത്രിമാനതലത്തിൽ കൂട്ടിയിണക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. പ്രൊഫസർ ലായ – ഷെങ് വാങ് (Lai Sheng Wng) നേതൃത്വം നൽകിയ, അമേരിക്കയിലെ ബ്രൗൺ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റികളിൽനിന്നുമുള്ള ഗവേഷകസംഘമാണ് ബോറോസ് ഫെറിൻ – അഥവാ B₄₀ നിർമിച്ചത്. ബോറോസ് ഫെറിനിൽ 40 ബോറോൺ ആറ്റങ്ങൾ മാത്രമാണുള്ളത്. ഫുള്ളറീന്റെ ബോറോൺ കസിൻ (boron cousin) ആയി B₄₀യെ വിശേഷിപ്പിക്കാറുണ്ട്.