सूक्ष्मतेकडून अतिसूक्ष्मतेकडे

नितीन सावंत

मानवाच्या प्रगतीत मैलाचा दगड ठरलेल्या शोधांपैकी एक महत्त्वाचा शोध सूक्ष्मदर्शकाचा म्हणता येईल. सतराव्या शतकात पहिल्यांदा सूक्ष्मदर्शकाच्या माध्यमातून काही पेशी व जिवाणू पाहिले गेले. मानवाला जडणारे विविध रोग हे अशाच सूक्ष्म जिवाणू आणि विषाणूंची देणगी असते, हे सिद्ध करण्याचं काम सूक्ष्मदर्शक तेव्हापासून आतापर्यंत चोखपणे करत आला आहे.

सुरुवातीला ज्याला सूक्ष्मदर्शक म्हटलं गेलं ते एक साधं साधन होतं. एक नळकांडी..तिच्या पलिकडील बाजूला ऑब्जेक्ट आणि दुसरीकडे त्याची मोठी प्रतिमा दाखवणारी काच.. असं या सूक्ष्मदर्शकाचं ढोबळ स्वरूप होतं. अठराव्या शतकात अधिक बाक असलेल्या भिंगांच्या शोधामुळे सूक्ष्मदर्शकांमध्ये आमूलाग्र बदल झाले. या भिंगांच्या माध्यमातून अधिक सुस्पष्ट चित्र मिळणं शक्य झालं. त्याचबरोबर अधिकाधिक अचूकता आणण्यासाठी एकापेक्षा अधिक भिंगं एकाच वेळी जोडणंही शक्य झालं. त्यानंतर सूक्ष्मदर्शकांचे विविध प्रकार तयार झाले. नवीन तंत्रज्ञान आणि प्रकाश उत्सर्जनाच्या विविध पद्धतींचा सखोल अभ्यास यामुळे पेशीविज्ञान समजणं अधिक सुलभ झालं. कर्करोगासारख्या आजाराची कारणं तसंच उपचारपद्धतींचा शोध लावण्यातही सूक्ष्मदर्शकाने मोलाची भूमिका निभावली आहे. या सूक्ष्मदर्शकांच्या साहाय्याने २० ते २५ नॅनोमीटर इतक्या सूक्ष्म आकाराच्या प्रतिमा पाहणं अगदीच सोपं झालं.

पण त्याचवेळी या सूक्ष्मदर्शकांच्या अनेक मर्यादाही स्पष्ट होऊ लागल्या होत्या. बहुतेक सूक्ष्मदर्शक हे ‘ऑप्टिकल’ प्रणालीवर आधारित होते. तपासणीसाठी ठेवलेल्या नमुन्यावर प्रकाशकिरण िभंगामार्फत पडल्यानंतर त्यांचं परावर्तन होतं व त्यांची मोठी प्रतिमा आपल्याला दिसते, असं सूक्ष्मदर्शकाचं सामान्यत: स्वरूप असतं. मात्र, प्रकाशाचे वहन तरंगांप्रमाणे होत असल्यामुळे एकाच प्रकाशकिरणातील विविध तरंग एकमेकांमध्ये मिसळले जातात. थोडक्यात, त्यांचं ‘डिफ्रॅक्शन’ होतं. म्हणजे ते एकमेकांपासून विखुरले जातात. त्यामुळे भिंगामार्फत एखाद्या ऑब्जेक्टवर हा किरण सोडला जातो, तेव्हा प्रकाशकिरणांच्या तरंगलांबीप्रमाणे (वेव्हलेंग्थ) क्ष आणि य दिशेला २०० नॅनोमीटर रुंदीचा तर र दिशेला ५०० नॅनोमीटर लांबीचा ठिपका तयार होतो.

१९३०नंतर इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक तयार करण्यात आले. मात्र त्यांची किंमत प्रचंड असल्याने ते सर्वाच्याच आवाक्यात येऊ शकत नव्हते. या सूक्ष्मदर्शकांमध्ये प्रकाशकिरणाऐवजी इलेक्ट्रॉनच्या किरणांचा वापर केला जात होता. त्याच्यामुळे मिळणारी प्रतिमा उच्च दर्जाची प्रतिमा होती. फोटॉनएवजी इलेक्ट्रॉन किरणांच्या तुलनेने लहान तरंगलांबीचा वापर केल्यामुळे हे साध्य होत होते. (फोटॉन नावाच्या कणांपासून प्रकाशाची निर्मिती होते.)

या सूक्ष्मदर्शकांमुळे अधिकाधिक सूक्ष्म प्रतिमा मिळू लागल्या तरी त्यांचा फायदा जैविक नमुन्यांसाठी होत नसल्याचं नंतरच्या काळात निष्पन्न झाले. इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकातून प्रतिमा पाहण्यासाठी त्या निर्वात पोकळीत ठेवणं गरजेचं होतं. त्याचबरोबर हे नमुने बऱ्याचदा कापावे लागत. (स्लाइस तयार करणे) युरेनियम, शिसे किंवा इतर धातूंसारख्या आवरणांचा मुलामाही त्यावर द्यावा लागे. त्यामुळे अशा सूक्ष्मदर्शकातून पाहण्यात येणारे नमुने जिवंत राहण्याची शक्यताच उरत नव्हती.

जीवशास्त्र किंवा औषधनिर्माण शास्त्रात इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाचा वापर करणं काही प्रमाणात शक्य होतं. मानव किंवा इतर प्राण्यांच्या पेशींचा आकारही प्रकाशाचा वापर केल्या जाणाऱ्या सूक्ष्मदर्शकातून पाहण्यासाठी पुरेसा होता.

मुळात प्रत्येक पेशी ही जिवंत असते..तिच्यात काहीतरी कार्य सुरू असतं..पेशींतील प्रथिनांचं वहन किंवा एकीकरण सुरू असतं. आपल्यातील रोगप्रतिकारक शक्ती वाढवण्यासाठी किंवा बाह्य घटकांशी लढण्यासाठी प्रथिनांची निर्मिती करण्याचे काम पेशींमध्ये होत असते. त्याचबरोबर किती पेशी मृत पावणं गरजेचं आहे, हेदेखील प्रथिनंच ठरवत असतात. (कर्करोगात अनियंत्रित पद्धतीने पेशी मृत पावत असतात.) मात्र साध्या प्रकाशाचे सूक्ष्मदर्शक (२०० नॅनोमीटर प्रतिमा) प्रथिनं कशा प्रकारे जवळ येत आहेत, पेशींच्या कोणत्या भागांकडे त्यांचं वहन होतं आहे व त्यांची तिथे काय गरज आहे, हे सांगण्यास अपुरे पडतात. वैद्यकीय संशोधन आणि नवीन उपचारपद्धतींच्या शोधांसाठी हे आवश्यक आहे.

विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला फ्लुरोसेंस सूक्ष्मदर्शकांच्या वापरास सुरुवात झाली. आपण एखाद्या वस्तूचा रंग ओळखतो तो त्यावरून परावर्तित झालेल्या तरंगलांबीच्या आकारावरून. फ्लुरोसेंस पद्धतीत ठराविक तरंगलांबीचा प्रकाशकण एखाद्या कणाकडून शोषला जातो व त्याचं अधिक तरंगलांबीच्या प्रकाशकिरणात परावर्तन होतं.

जैविक घटकांमध्ये मोठय़ा प्रमाणात विविध तरंगलांबीचे प्रकाशकण परावर्तित होत असल्याने पेशीच्या पृष्ठभागापलिकडे जाऊन पाहणं शक्य होत नाही. या ठिकाणी फ्लुरोसेंस पद्धतीचा वापर होतो. या पद्धतीत बाहेर पडणा-या प्रकाशाच्या तरंगलांबीपेक्षा परावर्तित झालेल्या प्रकाशाची तरंगलांबी अधिक असते. त्यामुळे अशा सूक्ष्मदर्शकातून ‘डायक्रोइक आरशां’च्या मदतीने सोडलेल्या किरणांपासून परावर्तित झालेले प्रकाशकण इतर प्रकाशकणांपासून वेगळे करून त्यांचा अभ्यास करणं शक्य होऊ शकतं.

प्रकाशावर आधारित असणाऱ्या सूक्ष्मदर्शकाचं काम तरंगलांबीवर अवलंबून असल्याने प्रतिमा अधिक स्पष्ट दिसण्यासाठी तरंगलांबी कमी करणं गरजेचं असतं. आपण दृश्य वर्णपटांपासून अतिनील वर्णपटांपर्यंत जसजशी वाटचाल करू लागतो,तसतसा प्रकाश विषारी बनू लागतो. अतिनील किरणांमुळे ब-याचदा डीएनएचे बंधही तुटू शकतात. त्यामुळे पेशींचं नियमित कामही बिघडू शकतं.

प्रतिमा अधिक सुस्पष्ट दिसण्यासाठी दोन परस्परविरोधी दिशांना लावलेल्या भिंगांचा वापर केला जाऊ शकतो. त्यामाध्यमातून १०० नॅनोमीटपर्यंतचे रेझोल्युशन आपल्याला मिळू शकते. मात्र, त्यासाठी आपल्याला ज्याची प्रतिमा घ्यायची आहे, तो ऑब्जेक्ट योग्य रीतीनं ठेवणं गरजेचं ठरतं.

एकीकडे सर्व जग मुठीत घेण्यासाठी मानवाची धडपड सुरू असतानाच, आहे ते जग आपल्या डोळ्यांनी सूक्ष्म रूपाने पाहण्याचीही इच्छा सूक्ष्मदर्शक पूर्ण करत आहे. त्यात गेल्या तीन शतकांत बदल झाले, प्रगती झाली असली तरी भविष्यात त्यात आणखी सुधारणा घडणारच..आणि सूक्ष्माकडून अतिसूक्ष्मतेकडची मानवी वाटचाल पुढेही सुरूच राहणार, हे नक्की!