সামুদ্রিক বায়োফাউলিং — পানির সংস্পর্শে থাকা পৃষ্ঠে অণুজীব, শৈবাল ও বড় আকারের জীবের ধারাবাহিক সঞ্চয় — জাহাজ চলাচল, শিল্প ও জলজ চাষে সবচেয়ে একগুঁয়ে ও ব্যয়বহুল সমস্যাগুলোর একটি। সুলতান কাবুস বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা এখন এমন একটি উপাদান-কৌশল প্রতিবেদন করেছেন যা অণুবীক্ষণিক পৃষ্ঠ-নকশার সঙ্গে ন্যানোস্কেল জিংক অক্সাইড কাঠামো একত্রিত করে ব্যাকটেরিয়া ও মাইক্রোঅ্যালগার জন্য থিতু হওয়া কঠিন করে তোলে। ফলাফলটি PLOS One জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে।
আল-বুসাইদি, দোব্রেৎসভ, কিয়াও ও মিন্ট রচিত এই গবেষণায় তিনটি ভিন্নভাবে প্যাটার্নযুক্ত পলিমার পৃষ্ঠে — D1, D2 ও D3 নামে চিহ্নিত — জিংক অক্সাইড ন্যানোরড প্রলেপ তৈরি করা হয়েছে। ফলে তৈরি উপাদানগুলো ন্যানোস্কেল জিংক অক্সাইড কাঠামোর নিচে মাইক্রোস্কেল টপোগ্রাফি স্তর তৈরি করেছে, এবং এরপর দলটি পরীক্ষাগার প্রবাহ পরিস্থিতিতে প্রতিটি সমন্বয় কতটা ভালোভাবে উপনিবেশ প্রতিরোধ করে তা পরিমাপ করেছে।
কেন বায়োফাউলিং একটি স্থায়ী প্রকৌশল সমস্যা
যখন অণুজীব ও বড় সামুদ্রিক জীব নিমজ্জিত পৃষ্ঠে জমা হয়, তখন এর পরিণতি পুরো কার্যক্রমে ছড়িয়ে পড়ে। ফাউলিংযুক্ত হাল বেশি পানি টেনে নেয়, যা জাহাজের কর্মক্ষমতা কমায় ও জ্বালানি খরচ বাড়ায়। ক্ষয় ত্বরান্বিত হয়। পানি গ্রহণপথ ও তাপ বিনিময়ক যন্ত্র আটকে যেতে পারে। জলজ চাষের সরঞ্জামও একইভাবে ক্ষতিগ্রস্ত হয়, একই প্রক্রিয়া মাছের খামার যে হার্ডওয়্যারের ওপর নির্ভর করে তা হুমকির মুখে ফেলে।
এই ব্যয়গুলো দীর্ঘদিন ধরে অ্যান্টিফাউলিং উপাদানের সন্ধানকে চালিত করেছে। পুরোনো পদ্ধতিগুলো কার্যকর প্রমাণিত হয়েছে কিন্তু প্রায়ই পরিবেশগত মূল্যে, এবং এই ক্ষেত্রটি ক্রমশ এমন টেকসই প্রলেপের দিকে মনোযোগ দিয়েছে যা সংযুক্তি সীমিত করার পাশাপাশি পরিবেশগত বিষাক্ততা কমায়। সুলতান কাবুস বিশ্ববিদ্যালয়ের দল তাদের ন্যানোস্ট্রাকচার্ড পদ্ধতিকে সেই প্রচেষ্টার মধ্যে স্থান দিয়েছে।
প্রকৌশলী পৃষ্ঠগুলো কীভাবে তৈরি করা হয়েছিল
গবেষকরা তিনটি স্বতন্ত্র মাইক্রোপ্যাটার্নযুক্ত পলিমার সাবস্ট্রেটের ওপর জিংক অক্সাইড ন্যানোরড প্রলেপ তৈরি করেছেন। স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ চিত্রে প্রলেপবিহীন মাইক্রোপ্যাটার্নযুক্ত পলিমারের জ্যামিতি এবং তিনটি নকশার প্রতিটির ক্রস সেকশন নথিভুক্ত করা হয়েছে, যা ZnO স্তর প্রয়োগের আগে একটি কাঠামোগত ভিত্তি সরবরাহ করে।
নকশার যুক্তি দুটি দৈর্ঘ্য-স্কেল একত্রিত করার ওপর নির্ভর করে। মাইক্রোস্কেল নকশা পানি ও জীব কীভাবে পৃষ্ঠের সঙ্গে মিথস্ক্রিয়া করে তা পরিবর্তন করে, অন্যদিকে ন্যানোস্কেল জিংক অক্সাইড রড অনেক সূক্ষ্ম রেজোলিউশনে রসায়ন ও টেক্সচার যোগ করে। একসঙ্গে এই দুই স্তরের কাঠামো এমন উপাদান তৈরি করেছে যা সাধারণ পলিমারের চেয়ে বেশ ভিন্নভাবে আচরণ করে।
প্রবাহ পরিস্থিতিতে পরীক্ষা
স্থির নিমজ্জনের ওপর নির্ভর না করে দলটি প্রকৌশলী পৃষ্ঠগুলো পরীক্ষাগার প্রবাহ পরিস্থিতিতে পরীক্ষা করেছে। দুটি জীব প্রধান জৈবিক প্রোব হিসেবে কাজ করেছে: ব্যাকটেরিয়া Escherichia coli এবং সামুদ্রিক ডায়াটম Amphora sp.। একটি ব্যাকটেরিয়া ও একটি ডায়াটম উভয়ই বেছে নেওয়া গবেষকদের ফাউলিং প্রক্রিয়ার দুটি স্বতন্ত্র পর্যায় পরীক্ষা করার সুযোগ দিয়েছে — প্রাথমিক ব্যাকটেরিয়া সংযুক্তি এবং বায়োফিল্ম সম্প্রদায় গঠনে সহায়ক এককোষী শৈবালের থিতু হওয়া।
দলটি সাদা-পা চিংড়ি Litopenaeus vannamei-এর লার্ভা ব্যবহার করে সম্ভাব্য তীব্র বিষাক্ততাও মূল্যায়ন করেছে, যা অ্যান্টিফাউলিং রসায়ন লক্ষ্যবহির্ভূত সামুদ্রিক জীবনের ক্ষতি করে কি না সেই বিস্তৃত প্রশ্নের দিকে ইঙ্গিত করে।
ভেজাতা নাটকীয়ভাবে পরিবর্তিত হয়েছে
জিংক অক্সাইড প্রলেপ প্রয়োগ প্যাটার্নযুক্ত পলিমারের ভেজানোর আচরণ রূপান্তরিত করেছে। প্রলেপবিহীন পৃষ্ঠে পানির সংস্পর্শ কোণ ছিল প্রায় ৮০ থেকে ৯০ ডিগ্রি। প্রলেপের পর সংস্পর্শ কোণ প্রায় ১৫০ থেকে ১৬৫ ডিগ্রিতে উঠে গেছে, যা পৃষ্ঠগুলোকে অত্যন্ত জল-বিকর্ষক করে তুলেছে।
এই পরিবর্তন গুরুত্বপূর্ণ কারণ কমে যাওয়া ভেজাতা একটি তরল ফিল্ম কত দ্রুত ছড়ায় এবং জীব কত দৃঢ়ভাবে পৃষ্ঠের সঙ্গে সংযোগ স্থাপন করতে পারে তা সীমিত করতে পারে। এই গবেষণায় ভেজাতাকে পর্যবেক্ষিত অ্যান্টিফাউলিং কর্মক্ষমতার একমাত্র ব্যাখ্যা নয়, বরং কয়েকটি অবদানকারীর একটি হিসেবে বিবেচনা করা হয়েছে।
সংযুক্তির ফলাফল প্যাটার্ন ও জীব অনুসারে ভিন্ন ছিল
জৈবিক ফলাফল স্পষ্টভাবে প্যাটার্ন-নির্ভর প্রভাব প্রকাশ করেছে। প্রলেপযুক্ত D1, D2 ও D3 পৃষ্ঠে যথাক্রমে ব্যাকটেরিয়া সংযুক্তি ৬০.৩%, ৪৮.৮% ও ৫.৮% কমেছে। অন্যদিকে একই তিনটি পৃষ্ঠে ডায়াটম আচ্ছাদন ৯.৯%, ৭২.৯% ও ৭১.৮% কমেছে।
- D1: ব্যাকটেরিয়া সংযুক্তিতে সবচেয়ে বেশি হ্রাস ৬০.৩%, কিন্তু ডায়াটম আচ্ছাদনে মাত্র ৯.৯% হ্রাস।
- D2: মাঝারি ব্যাকটেরিয়া হ্রাস ৪৮.৮% এর সঙ্গে ডায়াটম আচ্ছাদনে বড় ৭২.৯% পতন।
- D3: ব্যাকটেরিয়ায় সবচেয়ে দুর্বল ফলাফল ৫.৮%, তবুও ডায়াটম আচ্ছাদন ৭১.৮% কমিয়েছে।
এই সংখ্যাগুলোর বিস্তার লক্ষণীয়। উভয় জীবের ধরনে কোনো একক মাইক্রোপ্যাটার্ন প্রাধান্য পায়নি: যে জ্যামিতি ব্যাকটেরিয়া সবচেয়ে ভালোভাবে প্রতিরোধ করেছে তা ডায়াটমের বিরুদ্ধে দুর্বল পারফর্ম করেছে, এবং উল্টোটাও। এই ভিন্নতা ইঙ্গিত করে যে দুটি জীব ভিন্ন পৃষ্ঠ-সংকেতে সাড়া দেয়, এবং প্যাটার্ন জ্যামিতি একটি সমন্বয়যোগ্য চলক, সমাধান হওয়া সমস্যা নয়।
অ্যান্টিফাউলিং প্রভাব কী চালাচ্ছে
লেখকরা কর্মক্ষমতাকে একটি প্রধান কারণের বদলে কয়েকটি প্রক্রিয়ার সমন্বয়ে আরোপ করেছেন। তাদের ব্যাখ্যায় জিংক আয়ন নিঃসরণ, প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতির উৎপাদন, পৃষ্ঠের ভেজাতা এবং মাইক্রোস্কেল ও ন্যানোস্কেল কাঠামোর মধ্যে মিথস্ক্রিয়া অন্তর্ভুক্ত।
জিংক আয়ন নিঃসরণ ও প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতি রাসায়নিক পথ যা সংযুক্ত জীবের সঙ্গে হস্তক্ষেপ করতে পারে, অন্যদিকে ভেজাতা ও মাইক্রো-ন্যানোস্কেল টপোগ্রাফি ভৌত পথ যা প্রভাবিত করে জীব আদৌ নোঙর করতে পারে কি না। এগুলোকে সম্মিলিত প্রভাব হিসেবে উপস্থাপন করা প্যাটার্নজুড়ে পর্যবেক্ষিত ভিন্নতার সঙ্গে সঙ্গতিপূর্ণ — একই জিংক অক্সাইড রসায়ন ভাগ করে নেওয়া কিন্তু মাইক্রোপ্যাটার্ন জ্যামিতিতে ভিন্ন পৃষ্ঠগুলো উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন জৈবিক ফলাফল তৈরি করেছে।
পরিবেশগত প্রশ্নগুলো এখনও খোলা
সামুদ্রিক পরিবেশে জিংক নিরপেক্ষ সংযোজন নয়, এবং আয়ন নিঃসরণের ওপর নির্ভর করা প্রলেপ জলের স্তম্ভে দীর্ঘমেয়াদি এক্সপোজার নিয়ে বৈধ প্রশ্ন তোলে। পরীক্ষা কার্যক্রমে সাদা-পা চিংড়ির লার্ভা অন্তর্ভুক্ত করা সেই টানাপোড়েনকে সরাসরি স্বীকার করে। এই কাজটি যা প্রতিষ্ঠা করে না তা হলো একটি সম্পূর্ণ পরিবেশগত প্রোফাইল; তীব্র বিষাক্ততা পরীক্ষা একটি প্রাথমিক পদক্ষেপ, বাস্তুতন্ত্রের প্রভাবের পূর্ণ মূল্যায়ন নয়।
তবে বিস্তৃত লক্ষ্য স্পষ্ট: এমন অ্যান্টিফাউলিং উপাদান যা পুরোনো রসায়নের সঙ্গে যুক্ত অসুবিধা ছাড়াই পারফর্ম করে। একটি প্রলেপ যা ভৌত টপোগ্রাফির সঙ্গে নিয়ন্ত্রিত রাসায়নিক উপাদান জোড়া দেয় তা প্রয়োজনীয় সক্রিয় উপাদানের পরিমাণ সীমিত করার সময় কর্মক্ষমতা সমন্বয়ের উপায় দিতে পারে।
মাইক্রো- ও ন্যানোস্ট্রাকচার্ড অ্যান্টিফাউলিংয়ের পরবর্তী ধাপ
এই ফলাফল থেকে কয়েকটি প্রশ্ন অনুসরণ করে। প্রকৃত সামুদ্রিক পরিবেশ একটি একক ব্যাকটেরিয়া ও একটি একক ডায়াটমের চেয়ে অনেক বেশি জটিল ফাউলিং সম্প্রদায় উপস্থাপন করে, এবং ফাউলিং পরীক্ষাগার প্রবাহ পরীক্ষার সময়সীমার বদলে মাসের পর মাস ধরে বিকশিত হয়। ঘর্ষণ, সূর্যালোক ও বারবার নিমজ্জনের অধীনে টেকসইতা নির্ধারণ করবে প্যাটার্নযুক্ত জিংক অক্সাইড প্রলেপ সেবায় টিকতে পারে কি না।
তবুও, এই গবেষণা অ্যান্টিফাউলিং সাহিত্যে একটি উপকারী তথ্যবিন্দু যোগ করে। এটি দেখায় যে মাইক্রোস্কেল প্যাটার্নিং ও ন্যানোস্কেল জিংক অক্সাইড পলিমার সাবস্ট্রেটে একত্রিত করা যায়, ফলে তৈরি পৃষ্ঠগুলো দৃঢ়ভাবে জল-বিকর্ষক হয়, এবং ব্যাকটেরিয়া ও ডায়াটমের সংযুক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে কমানো যায় — হ্রাসের পরিমাণ কোন প্যাটার্ন ব্যবহার করা হয় তার ওপর heavily নির্ভর করে।
হাল প্রলেপ, গ্রহণপথ সুরক্ষা ও জলজ চাষের হার্ডওয়্যার নিয়ে কাজ করা প্রকৌশলীদের জন্য, সেই প্যাটার্ন-নির্ভর আচরণই সবচেয়ে কার্যকরী আবিষ্কার: পৃষ্ঠের টেক্সচারের নকশা তার ওপর প্রয়োগ করা রসায়নের মতোই গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে।
এই নিবন্ধটি Phys.org-এর প্রতিবেদনের ওপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধ পড়ুন।
Originally published on phys.org
