நுண்வடிவமைக்கப்பட்ட பாலிமர்களில் துத்தநாக ஆக்சைடு நானோகுச்சிகள் கடல் உயிரியல் அழுக்குப்படிவைக் குறைக்கின்றன

கடல் உயிரியல் அழுக்குப்படிவு — நீரில் வெளிப்படும் மேற்பரப்புகளில் நுண்ணுயிரிகள், பாசிகள் மற்றும் பெரிய உயிரினங்கள் தொடர்ந்து சேர்வது — கப்பல் போக்குவரத்து, தொழில்துறை மற்றும் நீர்வாழ் வளர்ப்பில் மிகவும் பிடிவாதமான மற்றும் விலை உயர்ந்த பிரச்சினைகளில் ஒன்றாகும். சுல்தான் கபூஸ் பல்கலைக்கழக ஆய்வாளர்கள் இப்போது நுண்ணிய மேற்பரப்பு வடிவங்களை நானோ அளவிலான துத்தநாக ஆக்சைடு கட்டமைப்புகளுடன் இணைத்து, பாக்டீரியாக்கள் மற்றும் நுண்பாசிகள் குடியேறுவதைக் கடினமாக்கும் ஒரு பொருள் உத்தியை அறிவித்துள்ளனர். இந்தக் கண்டுபிடிப்புகள் PLOS One இதழில் வெளியாகியுள்ளன.

அல்-புசைதி, டோப்ரெட்சோவ், கியாவ் மற்றும் மியின்ட் ஆகியோர் எழுதிய இந்த ஆய்வில், D1, D2 மற்றும் D3 எனப் பெயரிடப்பட்ட மூன்று வெவ்வேறு வடிவங்களைக் கொண்ட பாலிமர் மேற்பரப்புகளில் துத்தநாக ஆக்சைடு நானோகுச்சி பூச்சுகள் உருவாக்கப்பட்டன. இதன் விளைவாக உருவான பொருட்கள் நானோ அளவிலான துத்தநாக ஆக்சைடு கட்டமைப்புகளுக்குக் கீழே நுண்ணளவு நிலப்பரப்பை அடுக்கியிருந்தன, பின்னர் குழு ஒவ்வொரு கலவையும் ஆய்வக ஓட்ட நிலைகளில் எவ்வளவு சிறப்பாகக் குடியேற்றத்தை எதிர்த்தது என்பதை அளந்தது.

உயிரியல் அழுக்குப்படிவு ஏன் ஒரு நிலையான பொறியியல் பிரச்சினை

நுண்ணுயிரிகளும் பெரிய கடல் உயிரினங்களும் நீரில் மூழ்கிய மேற்பரப்புகளில் சேரும்போது, அதன் விளைவுகள் முழு செயல்பாடுகளிலும் பரவுகின்றன. அழுக்குப்படிந்த கப்பல் உடல் அதிக நீரை இழுக்கிறது, இது கப்பல் செயல்திறனைக் குறைத்து எரிபொருள் நுகர்வை அதிகரிக்கிறது. அரிப்பு வேகமடைகிறது. நீர் உட்கொள் பாதைகளும் வெப்பப் பரிமாற்றிகளும் அடைபடலாம். நீர்வாழ் வளர்ப்பு உபகரணங்களும் இதேபோல் பாதிக்கப்படுகின்றன, மீன் பண்ணைகள் சார்ந்திருக்கும் வன்பொருளுக்கும் இதே செயல்முறை அச்சுறுத்தலாக உள்ளது.

இந்தச் செலவுகள் நீண்ட காலமாக அழுக்குத்தடுப்புப் பொருட்களைத் தேடும் முயற்சியை இயக்கியுள்ளன. பழைய அணுகுமுறைகள் பயனுள்ளவை என நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளன, ஆனால் பெரும்பாலும் சுற்றுச்சூழல் விலையில், மேலும் இத்துறை ஒட்டுதலைக் கட்டுப்படுத்தும் அதே நேரத்தில் சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மையைக் குறைக்கும் நீடித்த பூச்சுகள் மீது அதிக கவனம் செலுத்தி வருகிறது. சுல்தான் கபூஸ் பல்கலைக்கழகக் குழு தனது நானோகட்டமைப்பு அணுகுமுறையை அந்த முயற்சிக்குள் நிலைநிறுத்துகிறது.

பொறியியல் மேற்பரப்புகள் எவ்வாறு கட்டப்பட்டன

ஆய்வாளர்கள் மூன்று தனித்துவமான நுண்வடிவங்களைக் கொண்ட பாலிமர் அடிமட்டங்களின் மேல் துத்தநாக ஆக்சைடு நானோகுச்சி பூச்சுகளை உருவாக்கினர். ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிப் படங்கள் பூச்சு இல்லாத நுண்வடிவமைக்கப்பட்ட பாலிமர்களின் வடிவியலை, மூன்று வடிவமைப்புகளுக்குமான குறுக்குவெட்டுப் பகுதிகளுடன் ஆவணப்படுத்தின, ZnO அடுக்கு பயன்படுத்தப்படுவதற்கு முன் ஒரு கட்டமைப்பு அடிப்படையை வழங்கின.

வடிவமைப்பு தர்க்கம் இரண்டு நீள அளவுகளை இணைப்பதில் அமைந்துள்ளது. நுண்ணளவு வடிவங்கள் நீரும் உயிரினங்களும் மேற்பரப்புடன் எவ்வாறு தொடர்பு கொள்கின்றன என்பதை மாற்றுகின்றன, அதே நேரத்தில் நானோ அளவு துத்தநாக ஆக்சைடு குச்சிகள் மிக நுட்பமான தெளிவுத்திறனில் வேதியியலையும் அமைப்பையும் சேர்க்கின்றன. ஒன்றாக, இந்த இரண்டு நிலைக் கட்டமைப்புகள் வெறும் பாலிமரிலிருந்து மிகவும் வேறுபட்டு செயல்பட்ட பொருட்களை உருவாக்கின.

ஓட்ட நிலைகளில் சோதனை

நிலையான நீரில் மூழ்கவைப்பதை நம்புவதற்குப் பதிலாக, குழு பொறியியல் மேற்பரப்புகளை ஆய்வக ஓட்ட நிலைகளில் சோதித்தது. இரண்டு உயிரினங்கள் முதன்மை உயிரியல் ஆய்வுகளாகப் பயன்பட்டன: Escherichia coli பாக்டீரியம் மற்றும் கடல் டையட்டம் Amphora sp. ஒரு பாக்டீரியத்தையும் ஒரு டையட்டத்தையும் தேர்ந்தெடுத்தது, அழுக்குப்படிவு செயல்முறையின் இரண்டு தனித்துவமான நிலைகளை — ஆரம்ப பாக்டீரியா ஒட்டுதல் மற்றும் உயிர்படலச் சமூகங்களை உருவாக்க உதவும் ஒற்றை உயிரணு பாசிகளின் குடியேற்றம் — ஆராய ஆய்வாளர்களை அனுமதித்தது.

குழு வெள்ளைக்கால் இறால் Litopenaeus vannamei இன் இளம் உயிரிகளைப் பயன்படுத்தி சாத்தியமான கடுமையான நச்சுத்தன்மையையும் மதிப்பிட்டது, இது அழுக்குத்தடுப்பு வேதியியல் இலக்கு அல்லாத கடல் உயிர்களைத் தீங்கிழைக்கிறதா என்ற பரந்த கேள்வியை நேரடியாகப் பேசும் ஒரு படியாகும்.

நீர்த்தேக்கம் தன்மை வியத்தகு அளவில் மாறியது

துத்தநாக ஆக்சைடு பூச்சைப் பயன்படுத்தியது வடிவமைக்கப்பட்ட பாலிமர்களின் நனைதல் நடத்தையை மாற்றியது. பூச்சு இல்லாத மேற்பரப்புகள் 80 முதல் 90 டிகிரி வரையிலான நீர் தொடர்புக் கோணங்களைக் காட்டின. பூச்சுக்குப் பிறகு, தொடர்புக் கோணங்கள் தோராயமாக 150 முதல் 165 டிகிரி வரை உயர்ந்தன, மேற்பரப்புகளை மிகவும் நீர்விலக்கும் தன்மையுடையதாக மாற்றின.

இந்த மாற்றம் முக்கியமானது, ஏனெனில் குறைந்த நனைதல் தன்மை ஒரு திரவப் படலம் எவ்வளவு விரைவாகப் பரவுகிறது மற்றும் உயிரினங்கள் ஒரு மேற்பரப்புடன் எவ்வளவு உறுதியாகத் தொடர்பு கொள்ள முடியும் என்பதைக் கட்டுப்படுத்தலாம். இந்த ஆய்வில், நனைதல் தன்மை கவனிக்கப்பட்ட அழுக்குத்தடுப்பு செயல்திறனுக்கான ஒரே விளக்கமாக அல்லாமல் பலவற்றில் ஒரு பங்களிப்பாளராகக் கருதப்படுகிறது.

ஒட்டுதல் முடிவுகள் வடிவம் மற்றும் உயிரினத்திற்கு ஏற்ப வேறுபட்டன

உயிரியல் முடிவுகள் தெளிவாக வடிவம் சார்ந்த விளைவை வெளிப்படுத்தின. பூசப்பட்ட D1, D2 மற்றும் D3 மேற்பரப்புகளில் முறையே பாக்டீரியா ஒட்டுதல் 60.3%, 48.8% மற்றும் 5.8% குறைந்தது. இதற்கிடையில், அதே மூன்று மேற்பரப்புகளில் டையட்டம் படிவு 9.9%, 72.9% மற்றும் 71.8% குறைந்தது.

• D1: பாக்டீரியா ஒட்டுதலில் 60.3% என்ற வலுவான குறைப்பு, ஆனால் டையட்டம் படிவில் 9.9% குறைவு மட்டுமே.
• D2: 48.8% என்ற மிதமான பாக்டீரியா குறைப்புடன் 72.9% என்ற பெரிய டையட்டம் படிவு வீழ்ச்சி.
• D3: 5.8% என்ற பலவீனமான பாக்டீரியா முடிவு, இருப்பினும் டையட்டம் படிவை 71.8% குறைத்தது.

இந்த எண்களின் பரவல் குறிப்பிடத்தக்கது. இரண்டு உயிரின வகைகளிலும் எந்த ஒரு நுண்வடிவமும் ஆதிக்கம் செலுத்தவில்லை: பாக்டீரியாக்களை சிறப்பாகத் தடுத்த வடிவியல் டையட்டங்களுக்கு எதிராக மோசமாகச் செயல்பட்டது, நேர்மாறாகவும். இந்த வேறுபாடு இரண்டு உயிரினங்களும் வெவ்வேறு மேற்பரப்பு குறிப்புகளுக்குப் பதிலளிக்கின்றன என்பதையும், வடிவ வடிவியல் தீர்க்கப்பட்ட பிரச்சினையாக அல்லாமல் ஒரு சீரமைக்கக்கூடிய மாறியாக உள்ளது என்பதையும் குறிக்கிறது.

அழுக்குத்தடுப்பு விளைவை இயக்குவது எது

ஆசிரியர்கள் செயல்திறனை ஒரு ஆதிக்கம் செலுத்தும் காரணிக்குப் பதிலாக பல வழிமுறைகளின் கலவைக்குக் காரணம் கூறுகின்றனர். அவர்களின் விளக்கத்தில் துத்தநாக அயனிகளின் வெளியீடு, வினைத்திறன் ஆக்சிஜன் இனங்களின் உருவாக்கம், மேற்பரப்பின் நனைதல் தன்மை, மற்றும் நுண்ணளவு மற்றும் நானோ அளவு கட்டமைப்புகளுக்கு இடையிலான தொடர்பு ஆகியவை அடங்கும்.

துத்தநாக அயனி வெளியீடு மற்றும் வினைத்திறன் ஆக்சிஜன் இனங்கள் ஒட்டிய உயிரினங்களில் தலையிடக்கூடிய வேதியியல் வழிகளாகும், அதே நேரத்தில் நனைதல் தன்மை மற்றும் நுண்-நானோ அளவு நிலப்பரப்பு உயிரினங்கள் முதலில் நங்கூரமிட முடியுமா என்பதைப் பாதிக்கும் இயற்பியல் வழிகளைக் குறிக்கின்றன. இவற்றை ஒரு ஒருங்கிணைந்த விளைவாக முன்வைப்பது, வடிவங்கள் முழுவதும் கவனிக்கப்பட்ட மாறுபாட்டுடன் ஒத்துப்போகிறது — ஒரே துத்தநாக ஆக்சைடு வேதியியலைப் பகிர்ந்துகொண்டாலும் நுண்வடிவ வடிவியலில் வேறுபடும் மேற்பரப்புகள் கணிசமாக வேறுபட்ட உயிரியல் விளைவுகளை உருவாக்கின.

சுற்றுச்சூழல் கேள்விகள் திறந்தே உள்ளன

கடல் சூழல்களில் துத்தநாகம் ஒரு நடுநிலை சேர்க்கைப் பொருள் அல்ல, மேலும் அயனி வெளியீட்டை நம்பியிருக்கும் பூச்சுகள் நீர்த்தூணில் நீண்டகால வெளிப்பாடு குறித்த நியாயமான கேள்விகளை எழுப்புகின்றன. சோதனைத் திட்டத்தில் வெள்ளைக்கால் இறால் இளம் உயிரிகளைச் சேர்ப்பது அந்தப் பதற்றத்தை நேரடியாக ஒப்புக்கொள்கிறது. இந்த ஆய்வு நிறுவாதது ஒரு முழுமையான சுற்றுச்சூழல் விவரக்குறிப்பு; கடுமையான நச்சுத்தன்மை சோதனை ஒரு ஆரம்ப படி, சூழலமைப்பு விளைவுகளின் முழுமையான மதிப்பீடு அல்ல.

இருப்பினும், பரந்த இலக்கு தெளிவாக உள்ளது: பழைய வேதியியலுடன் தொடர்புடைய குறைபாடுகள் இல்லாமல் செயல்படும் அழுக்குத்தடுப்புப் பொருட்கள். இயற்பியல் நிலப்பரப்பை ஒரு கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வேதியியல் கூறுடன் இணைக்கும் ஒரு பூச்சு, தேவைப்படும் செயலில் உள்ள பொருளின் அளவைக் கட்டுப்படுத்தும் அதே நேரத்தில் செயல்திறனைச் சீரமைக்கும் வழிகளை வழங்கலாம்.

நுண்- மற்றும் நானோகட்டமைப்பு அழுக்குத்தடுப்புக்கு அடுத்து என்ன

இந்த முடிவுகளிலிருந்து பல கேள்விகள் எழுகின்றன. உண்மையான கடல் சூழல்கள் ஒரு பாக்டீரியம் மற்றும் ஒரு டையட்டத்தை விட மிகவும் சிக்கலான அழுக்குப்படிவு சமூகங்களைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அழுக்குப்படிவு ஒரு ஆய்வக ஓட்டச் சோதனையின் கால அளவை விட மாதங்களில் உருவாகிறது. உராய்வு, சூரிய ஒளி மற்றும் மீண்டும் மீண்டும் நீரில் மூழ்குதல் ஆகியவற்றின் கீழ் நீடித்த தன்மை, வடிவமைக்கப்பட்ட துத்தநாக ஆக்சைடு பூச்சுகள் சேவையில் நிலைத்திருக்க முடியுமா என்பதைத் தீர்மானிக்கும்.

இருப்பினும், இந்த ஆய்வு அழுக்குத்தடுப்பு இலக்கியத்தில் ஒரு பயனுள்ள தரவுப் புள்ளியைச் சேர்க்கிறது. நுண்ணளவு வடிவமைப்பும் நானோ அளவு துத்தநாக ஆக்சைடும் பாலிமர் அடிமட்டங்களில் இணைக்கப்படலாம், இதன் விளைவாக உருவாகும் மேற்பரப்புகள் வலுவாக நீர்விலக்கும் தன்மையுடையதாக மாறும், மேலும் பாக்டீரியாக்கள் மற்றும் டையட்டங்களின் ஒட்டுதல் கணிசமாகக் குறைக்கப்படலாம் — குறைப்பின் அளவு எந்த வடிவம் பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதைப் பொறுத்து பெரிதும் மாறுபடும்.

கப்பல் உடல் பூச்சுகள், உட்கொள் பாதுகாப்பு மற்றும் நீர்வாழ் வளர்ப்பு வன்பொருள் ஆகியவற்றில் பணிபுரியும் பொறியாளர்களுக்கு, அந்த வடிவம் சார்ந்த நடத்தையே மிகவும் செயல்படுத்தக்கூடிய கண்டுபிடிப்பு: மேற்பரப்பு அமைப்பின் வடிவமைப்பு அதற்குப் பயன்படுத்தப்படும் வேதியியலைப் போலவே முக்கியமானதாக இருக்கலாம்.

இந்தக் கட்டுரை Phys.org இன் செய்தி அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.