வேதியியல் (Chemistry): பொருட்களின் கலையும், அறிவியலும்

• 
• ஜீன்-மேரி லெஹ்ன்
  தமிழில்: மோகன் பிரபாகரன்

• 
• 
• 
• 

© Getty/Davizro

வேதியியல் என்பது, ஏற்கனவே இருக்கும் ஒரு விஷயம் குறித்த கண்டுபிடிப்புகளைப் படிப்பது அல்ல. அது ஒரு புதிய படைப்பை உருவாக்குவது. அதே நேரம் பொருட்களின் சிக்கலான அமைப்புத்தன்மை குறித்த கலை தொடர்பானதும் கூட. நானோ வேதியியலின் (nano chemistry) சமீப கால கண்டுபிடிப்புகளை உணர நாம் 40 மில்லியன் ஆண்டுகள் பின்னோக்கி பயணம் செய்ய வேண்டியுள்ளது. - ஜீன்-மேரி லெஹ்ன்

இயற்கை அறிவியலில் வேதியியல் என்பது மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்த ஒன்று. அதே நேரம் மக்களின் அன்றாட வாழ்வில் மிகவும் இன்றியமையாததும், தவிர்க்க முடியாததும் ஆகும். நம் வாழ்வில் வேதியியல் இரண்டறக் கலந்து இருப்பதாலோ என்னவோ, நாம் அதை நினைவில் வைத்துக்கொள்ளவோ, அது குறித்து பேசவோ செய்வது இல்லை.

வேதியியல் எங்கும், எப்போதும் தன்னை முன்னிறுத்திக் கொள்வது இல்லை. ஆனால், வேதியியல் இல்லாமல் இந்த உலகில் எந்த ஒரு கண்டுபிடிப்பும் இல்லை. அது மருத்துவம், விண்வெளி, தொழில்நுட்பம் என எந்தத் துறையாக இருந்தாலும் சாத்தியமில்லை என்பதே நிதர்சனமான உண்மை. மனிதர்களின் வாழ்வில் உணவு, மருந்து, உடை, இருப்பிடம், ஆற்றல், மூலப் பொருள்கள், போக்குவரத்து, தொலைத்தொடர்பு என வேதியியலின் பங்கு இல்லாமல் தனித்து இயங்கியதே கிடையாது. இயற்பியல், தொழில்துறை, உயிரியல், அறிவியல், தொழில்நுட்பம் என பல்வேறு துறைகளுக்கும் வேதியியலே அடிநாதமாக உள்ளது.

வேதியியல் என்னும் ஒரு அறிவியல், இந்த உலகில் இல்லாமல் இருந்திருந்தால் இங்கு செயற்கை பொருட்கள் என்பதே சாத்தியமாகி இருக்காது. அதிலும் குறிப்பாக தொலைபேசிகள், கணிணிகள், சினிமா ஆகியவை உருவாகி இருக்க வாய்ப்பே இல்லை. குறிப்பாக வலி நிவாரணி மருந்துகள், நாளிதழ்கள், அழகு சாதன பொருட்கள், புத்தகங்கள் என எதையுமே இந்த உலகில் கண்டுபிடித்திருக்க முடியாது.

இப்படி மக்களின் அன்றாட வாழ்வின் தேவைகளை நிறைவேற்றுவது மட்டும் வேதியியலின் கடமை அல்ல. அருங்காட்சியகங்களில் இருக்கும் ஓவியங்கள் மற்றும் சிலைகளின் பின்னிருக்கும் ரகசியத்தை, வரலாற்று அறிஞர்கள் வெளிக்கொணரவும், தொல்லியல் ஆய்வாளர்களுக்கு குற்றச் செயல்களின்போது கிடைக்கும் தடயங்களின் மூலம் குற்றவாளிகளைக் கண்டுபிடிக்கவும், நமது உணவின் சுவை கூடச் செய்யும் பொருட்களின் அணுக்கூறுகளை ஆராயவும் வேதியியல் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.

இயற்பியல் இந்த பிரபஞ்சத்தின் இயக்க விதிகளை அறியவும், உயிரியல் நாம் வாழும் உலகத்தை புரிந்து கொள்ளவும் பயன்படும் வேளையில், வேதியியல் பொருட்களின் (matter) அறிவியலையும் அவற்றின் பரிணாமத்தையும் அறிந்து கொள்ள உதவுகிறது. அதிலும் மிக முக்கியமாக, பொருட்களின் தனித்துவம், வெளிப்பாடு ஆகியவற்றை அறியவும், அதனை நாம் எப்படி பயன்படுத்த முடியும், எப்படி மாற்ற முடியும், அவற்றை எப்படி மனித இனத்திற்கு தகுந்தாற்போல கட்டுப்படுத்த முடியும் என்பதையும் தெளிவாக வரையறுக்க உதவுகிறது.

கடந்த இரண்டு நூற்றாண்டுகளில், மூலக்கூறு வேதியியலின் (molecular chemistry) அறிவியலைக் கொண்டு நாம் பல்வேறு மூலக்கூறுகள் மற்றும் பொருட்களின் மீதான மிகப்பெரிய அறிவைப் பெற்றுள்ளோம். 1828ம் ஆண்டு யூரியாவின் தொகுப்பு முறை, மாற்றங்கள் கண்டறியப்பட்டது மனித குல வரலாற்றில் மிகப்பெரிய பாய்ச்சலை ஏற்படுத்தியது. அதுவே, தனிமங்களில்(minerals) இருந்து கரிம (organic) மூலக்கூறுகளைப் பிரித்தெடுக்க முடியும் என்பதை உலகிற்கு உணர்த்தியது. பின்னாட்களில் 2006ம் ஆண்டின் மத்தியில் விட்டமின் பி12யை கண்டறிய உதவியது.

மூலக்கூறுகளை ட்ராய் குதிரைகளாக பயன்படுத்துவது எப்படி?

மூலக்கூறு வேதியியலின் முன்னும் பின்னும் சூப்ராமாலிகுலார் வேதியியல் (supramolecular chemistry) என்றொரு பகுதி இருக்கிறது. மூலக்கூறுகளுக்குள் என்ன நடக்கும் என்பதை விடுத்து, மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே என்ன நடக்கிறது என்பதை கண்டறிய உதவுகிறது. மூலக்கூறுகள் ஒன்றோடொன்று இணையும்போது என்ன நடக்கிறது, எப்படி மாற்றம் நடக்கிறது, எப்படி இணைகிறது என்பது குறித்த அறிவியலே supramolecular chemistry. 1902ம் ஆண்டு நோபல் பரிசு வென்ற எமில் பிஷ்ஷர் இதை ’பூட்டு சாவி’ படம் கொண்டு குறித்திருப்பார். இன்று அதை நாம் ‘மூலக்கூறு அங்கீகாரம்’ (molecular recognition) என்று குறிப்பிடுகிறோம்.

உயிரியல் துறையில்தான் இந்த சூப்ரா மாலிகுலார் இடையே நடக்கும் செயல்கள்(supramolecular interactions) மிகவும் குறிப்பிடத்தக்கவை ஆகும். உதாரணமாக, புரத அலகுகள்(protein units) ஒன்றிணைந்து ஹீமோகுளோபினை உருவாக்குகின்றன; வெள்ளை ரத்த அணுக்கள், தவறான செல்களைகைக் கண்டறிந்து அவற்றை அழிக்க உதவுகின்றன, எய்ட்ஸ் வைரஸ் அதனுடைய இலக்கை அடைய உதவுகின்றன. புரத அமைப்புகளில் அதன் உருவாக்கத்தைக் கண்டறிந்து, அவற்றை மரபணு குறியீடுகளாக தலைமுறை கடந்து பகிர உதவுகின்றன. இந்த குறிப்பின் அடிப்படையிலேயே tobacco mosaic வைரஸ், ‘சுய அமைப்பு’ கொண்டு 2130க்கும் அதிகமான புரத குறியீடுகள் இணைந்து திருகு சுழல் கோபுர (helical tower) அமைப்பை உருவாக்கின்றன.

இயற்கையாக நிகழும் இந்த நிகழ்வுகளின் செயல்திறனையும், நேர்த்தியையும் கண்ட வேதியியலாளர் ஒருவர், இதன் மூலம் புதிய மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளைக் கொண்டு புதிய செயல்வடிவம் கொடுக்க முனைகிறார்.

இதன் விளைவாகவே, மரபணு சிகிச்சையின் போது, டி.என்.ஏ அமைப்பின் ஒரு பகுதியை மூலக்கூறுகளின் மூலம் இலக்கை நோக்கி கொண்டு செல்வது குறித்த ஆராய்ச்சி தொடங்கியது. உதாரணமாக, மூலக்கூறுகளை நாம் troy horses ஆக பயன்படுத்தி உயிரணு சவ்வுகளைக்(cell membranes) கடந்து நாம் நிச்சயம் அதை கொண்டு செல்ல முடியும்.

உலகெங்கிலும் உள்ள பல ஆராய்ச்சியாளர்கள், இந்த சூப்ராமாலிகுலார் (supramolecular) அமைப்பை உருவாக்க முயன்று வருகிறார்கள். மேலும், இந்த சூப்ராமாலிகுலார் (supramolecular) கூறுகள் எந்த வகையில், மற்ற மூலக்கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுத்து அதுனுடன் இணைகிறது என்பது குறித்தும், கட்டமைக்கப்பட்ட விகிதத்தில் எப்படி அவை அனைத்தும் இணைந்து ஒரு முழு வடிவத்தை எட்டுகின்றன என்பது குறித்தும் ஆராய்ந்து வருகிறார்கள்.

இயற்கை நமக்கு அளித்திருக்கும் இந்த செயல்பாட்டின் மூலமே, supramolecular கட்டமைப்புகளை மற்றொரு தளத்துக்கு உயர்த்துதல் குறித்த கருத்து பிறந்துள்ளது. இதுவே, ’மூலக்கூறு கட்டமைப்பு உருவாக்குவதல்’ என்று அழைக்கப்படுகிறது. தனித்துவமான கட்டமைப்பு மற்றும் இணைப்புகளைக் கொண்ட மூலக்கூறுகளைக் கொண்டு ஒரு அடுக்கை உருவாக்கி, அவற்றை ஒன்றிணைத்து முற்றிலும் புதிய அமைப்பை உருவாக்க முடியும்.

இப்படி மூலக்கூறுகளை சிறிய சிறிய அமைப்புகளாக உருவாக்கி அவற்றை சுய அமைப்பின் மூலம் மிகப்பெரிய அமைப்பாக உருவாக்க முடியும். இந்த முயற்சி நானோ தொழில் நுட்ப அறிவியலில் மிகப்பெரிய பாய்ச்சலை ஏற்படுத்தும். நானோ கட்டமைப்புகளைத் தயாரிப்பதை விடுத்து, நானோ கட்டமைப்புகள் சுய அமைப்பால் தங்களைத் தாங்களே உருவாக்கிக் கொள்ள முடியும் என்கிற நிலையை எட்ட முடியும்.

சமீபத்தில் உருவான தகவமைப்பு வேதியியல் என்னும் பிரிவு, ஒரு அமைப்பு தனக்குத் தேவையான கட்டமைப்பு தொகுதிகளைத் தானே தேர்ந்தெடுத்துக்கொண்டு, சுற்றுச்சூழலில் தேவைகளுக்கேற்ப தன்னையே நிர்மாணித்துக்கொள்ள முடியும் என்பதை உணர்த்தியது. வேதியியலின் இந்த பண்பை, “dynamic constitutional chemistry”, என்று வரையறுக்கலாம். இது டார்வினின் பரிமாணத் தத்துவத்திற்கு நிகரான ஒன்று என கட்டுரையாளர் குறிப்பிடுகிறார்.

பொருட்களில் இருந்து உயிர் உருவாதல்

3.8 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பு, பிரபஞ்ச உருவாக்கத்தில் பிக்-பேங் வெடிப்பின் மூலம் இயற்பியல் உருவானது. அதன் பின்னர் ஏற்பட்ட காலநிலை மாற்றத்தால், வேதியியல் உருவானது. துகள்கள் அணுக்களாக பரிணாமித்து, அவை ஒன்றிணைந்து சிக்கலான மூலக்கூறுகளாக தோன்றியது. அதற்குப் பிறகு, ஒவ்வொரு மூலக்கூறும் தனக்குத் தேவையான மற்ற மூலக்கூறுகளை இணைத்து, செல்களாக உருவாகி, நமது பூமியில் உயிர்கள் தோன்றியது.

ஒரு பெரிய தொடக்கத்தில் இருந்து பிளவுபட்டு, பிறகு ஒன்றிணைந்து, சுய அமைப்புகளின் மூலம் சிக்கலான தன்மையைப் பெற்று அவற்றின் மூலம் தகவல்களைப் பெற்று வாழும் அமைப்புகளாக பரிணாமம் நிகழ்ந்துள்ளது. இதைக் கைகொண்டு இந்த சுய அமைப்பை பரிசோதித்து, ஆராய்ச்சி செய்வதன் மூலம் பின்னோக்கி பயணித்து ஆரம்ப கால நிலைக்கு செல்ல முடியும். இவற்றை வேதியியல், உயிரியலுக்கு முந்தைய பரிணாமம், உயிர் உருவாதல் அவற்றின் துணைகொண்டே அடைய முடியும். இந்த அறிவியல் பிரிவு, கடந்த காலத்தை ஆராய்ந்து, நிகழ்காலத்தை அறிந்து, எதிர்காலத்தை நோக்கிச் செல்ல பாதை அமைக்க உதவியாக இருக்கும்.

வேதியியல் தனது படைப்பு சக்தியை, புதிய மூலக்கூறுகள் மற்றும் பொருட்களை உற்பத்தி செய்வதன் மூலம் வெளிப்படுத்துகிறது. இதற்கு முன்பு இல்லாத ஒரு அமைப்புகளையும், அவற்றை மறுசீரமைப்பதன் மூலம், ஏற்கனவே இருந்திராத பல புதிய மூலக்கூறுகளையும் படைக்கிறது.

கற்கள், ஒலி, வார்த்தைகள் ஆகியவை எப்போதும் அதை படைத்தவரையோ, உருவாக்கியவரோ இவர்தான் என்று அடையாளம் வைத்துக்கொள்வதில்லை. அதுபோல, ஒரு வேதியியலாளர் அசல் மூலக்கூறுகளை மட்டும்தான் உருவாக்குகிறார். அதிலிருந்து உருவாகும் புதிய பொருட்களோ, படைப்போ அவரின் பெயரைக் கொண்டிருப்பதில்லை. அந்த மூலக்கூறுகளின் அடையாளத்தை மட்டுமே கொண்டிருக்கும்.

வேதியியலின் தனித்தன்மை கண்டுபிடிப்பதில் இல்லை. உண்மையில், ஒரு விஷயத்தை உருவாக்குவதிலேயே உள்ளது. வேதியியல் புத்தகங்கள் படிப்பதற்காக மட்டும் இல்லை, அவற்றைக் கற்று புதிய படைப்புகள் படைத்து, மேலும் பல புதிய புத்தகங்கள் உருவாக வேண்டும். கற்றுணர மட்டும் அந்த வேதியியல் பிரிவு இல்லை, புதியவை உருவாக வேண்டும் என்பதே அதன் குறிக்கோள்.

- ஜீன்-மேரி லெஹ்ன்

Supramolecular chemistry பிரிவில், பட்டம் பெற்ற ஜீன் - மேரி லெஹ்ன், ஸ்டார்ஸ்பார்க் பல்கலைக்கழகத்தில் பேராசிரியராகப் பணியாற்றியவர்.1987ல் டொனால்ட் க்ராம், சார்லஸ் பெடெர்சனோடு நோபல் பரிசு பெற்றவர். பிரான்ஸ் கல்லூரியில் கவுரவப் பேராசிரியராகவும், பிரென்ச் அறிவியல் அகாடமியில் உறுப்பினராகவும் இருந்தவர். supramolecular அறிவியல் மற்றும் பொறியியல் நிறுவனத்தை உருவாக்கியவர்.