सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या :(नॅनोटेक्नॉलॉजी). नॅनो म्हणजे एक अब्जांश एवढा भाग आणि नॅनोमीटर (नॅमी.) म्हणजे मीटरच्या एक अब्जांश भागाएवढी (१० मी.) लांबी होय. मायक्रोमीटर (म्यूमी.) म्हणजे मीटरचा दशलक्षांश एवढा भाग (१०) होय. मायक्रोसाठी सूक्ष्म ही संज्ञा वापरल्याने (उदा., सूक्ष्ममापक, सूक्ष्मदर्शक इ.) नॅनोसाठी सूक्ष्मापेक्षा लहान या अर्थाची सूक्ष्मातीत ही संज्ञा वापरून सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या ही संज्ञा तयार करण्यात आली. सूक्ष्मातीत परिमाणे (मिती) असणाऱ्या आकारमानासाठी सूक्ष्मातीत एकक असा शब्द योजला असून सूक्ष्मातीत एककाची मिती माणसाच्या केसाच्या जाडीच्या एक लक्षांशपट किंवा अणूच्या व्यासाच्या ३–५ पट अथवा १–१०० नॅमी. असते.

अणू, रेणू व अणूंचे लहान गट सूक्ष्मातीत एककाचे असून या मापाची द्रव्ये आणि प्रयुक्त्या यांची कौशल्यपूर्ण रचना करणे व निर्मिती वा उत्पादन करणे यांच्याशी सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या निगडित आहे. ⇨ पुंजयामिकीय  परिणामांमुळे अशा प्रकारच्या सूक्ष्मातीत द्रव्यांचे भौतिकीय व रासायनिक गुणधर्म वैशिष्ट्यपूर्ण असतात.

सूक्ष्मातीत प्रयुक्त्यांची रचना करण्यात अनेक दुर्लंघ्य अडथळे आहेत. तथापि सूक्ष्मातीत एककांवर काम करण्यासाठी लागणारी तंत्रे वाढत्या प्रमाणात आवश्यक होत आहेत. कारण इलेक्ट्रॉनीय अभियांत्रिकीच्या मदतीने बनविलेले ⇨ संकलित मंडलांतील घटक आणि सूक्ष्मातीत अभियांत्रिकीद्वारे बनविलेली द्रव्ये यांचे सूक्ष्मीकरण होत असल्याचे ग्राहकोपयोगी विविध वस्तूंवरून लक्षात येते. उदा., सु. १० नॅमी. लांबीचे अब्जावधी सूक्ष्मातीत केशतंतू रेणवीय रीतीने नैसर्गिक व कृत्रिम तंतूंवर घट्ट बसविलेले असतात. यांपासून तयार केलेल्या कापडांवर डाग पडत नाहीत, तसेच झिंक ऑक्साइडाचे सूक्ष्मातीत स्फटिक वापरून उन्हापासून संरक्षण करणारे कापड व पडदे तयार करतात. त्यांच्यामुळे जंबुपार प्रकाश अडविला जाऊन त्वचेचे सूर्यदाहापासून संरक्षण होते. तर जखमेवर बांधावयाच्या बंधपट्ट्यांत (बँडेजमध्ये) चांदीचे सूक्ष्मातीत स्फटिक खोलवर घालतात. त्यांच्यामुळे सूक्ष्मजंतू मरतात आणि संसर्ग होण्यास प्रतिबंध होतो.

सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येमुळे भावी काळात असंख्य आश्चर्यकारक गोष्टी घडण्याची शक्यता आहे. या तंत्रविद्येमुळे वजनाला अधिक हलक्या, अधिक बळकट आणि कार्यक्रमणक्षम साधनांचे उत्पादन करणे शक्य होईल. त्यांच्या उत्पादनासाठी परंपरागत साधनांच्या उत्पादनाला लागणाऱ्या ऊर्जेपेक्षा कमी ऊर्जा लागेल. त्या पद्घतीतून कमी अपशिष्टे (टाकाऊ पदार्थ) तयार होतील व त्यांच्यामुळे रस्तावाहतुकीची वाहने, जहाजे, विमाने व अवकाशयाने यांची कार्यक्षमता सुधारेल म्हणजे ती चालविण्यासाठी कमी इंधन पुरेल. अपारदर्शक व दुधी काचेसारख्या पारभासी अशा दोन्ही पृष्ठभागांवरील सूक्ष्मातीत द्रव्याच्या लेपांमुळे ती पृष्ठे संक्षारण (गंजणे), ओरखडे उमटणे व प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा) यांना प्रतिरोधी होऊ शकतील. सूक्ष्मातीत एककाच्या इलेक्ट्रॉनीय, चुंबकीय व यांत्रिक प्रयुक्त्या आणि माहिती संस्करणाची सर्वोत्तम पातळी असलेल्या प्रणाली यांच्या रचना वा जोडकाम करणे शक्य होईल. त्याचप्रमाणे संरक्षण, आरोग्याची निगा, विविध उत्पादने व पर्यावरण यांच्यासाठी रासायनिक, प्रकाशरासायनिक व जैवरासायनिक संवेदक बनविणे शक्य होईल. स्वस्त सौर ऊर्जा तावदानांचे (भिंग असलेल्या काचेच्या पट्ट्यांचे) उत्पादन करणे, हे नवीन प्रकाशविद्युतीय द्रव्यांमुळे शक्य होईल. तसेच माहिती युगातील पुढील उत्क्रांतीमध्ये एंजिनांचे काम करू शकणाऱ्या रेणवीय-अर्धसंवाहक प्रयुक्त्या तयार करणे शक्य होईल. आरोग्य, सुरक्षितता, जीवनमानाची गुणवत्ता आणि पर्यावरणाचे संवर्धन यांमध्येही सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येमुळे मोठ्या प्रमाणावर सुधारणा होऊ शकतील.

सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येचे फायदे व्यवहारात आणण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आव्हानांवर मात करावी लागेल. स्वतंत्र अणू, रेणू व अणूंचे लहान गट कौशल्य वापरून यथार्थपणे (अधिप्रमाणित) कसे तयार करायचे व त्यांची गुणवैशिष्ट्ये कशी ठरवावयाची, हे सूक्ष्मातीत तंत्रविज्ञांना समजून घ्यावे लागेल. सूक्ष्मातीत एककाच्या द्रव्यांचे गुणधर्म व संरचना यांच्या नियंत्रणासाठी नवीन व सुधारलेल्या साधनांची आवश्यकता आहे. तसेच सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येचे क्षेत्र समजून घेण्यासाठी आणवीय व रेणवीय संरचनांच्या संगणकीय ⇨ सदृशीकरणामध्ये महत्त्वाच्या सुधारणा होणे आवश्यक आहे. सूक्ष्मातीत प्रणालींमधील अणू, रेणू व अणूंचे लहान गट यांची जोडणी वा जुळवणी करण्यासाठी आणि लहान प्रणालींचे अधिक जटिल (गुंतागुंतीच्या) वस्तूंमध्ये अद्ययावत जोडणी करण्यासाठी नवीन साधने व उपाय यांची आवश्यकता आहे. शिवाय सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येतील उत्पादनांमुळे कामाच्या दर्जातच केवळ सुधारणा व्हायला हवी असे नाही तर त्यांच्यामुळे उत्पादनाचा खर्चही कमी झाला पाहिजे. सूक्ष्मातीत एककांच्या प्रणालींचे सूक्ष्म व स्थूल एककांच्या (म्हणजे मीटरच्या दशलक्षांश भागापासून ते मिलिमीटरपर्यंत एककांच्या) प्रणालींबरोबर एकात्मीकरण झाल्याशिवाय सूक्ष्मातीत पातळीवर आढळणाऱ्या अणू, रेणू व अणूंचे लहान गट यांच्या अनेक एकमेवाद्वितीय अशा गुणधर्मांचा समुपयोग (लाभ) करून घेणे हे अतिशय अवघड काम होईल. 

यापुढे सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येच्या ऐतिहासिक प्रगतीचा आढावा घेतला असून त्यातील प्रमुख टप्प्यांवर भर दिला आहे. शिवाय सूक्ष्मातीत पातळीवर आढळणाऱ्या काही मूलभूत भौतिकीय व रासायनिक गुणधर्मांचे वर्णनही दिले आहे.

 

ऐतिहासिक आढावा : सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या या शाखेचा अनेक विज्ञानशाखांशी (भौतिकी, रसायनशास्त्र, जीवविज्ञान, सामग्रीविज्ञान आणि अभियांत्रिकी इ.) संबंध येतो. या उदयोन्मुख शाखेत विज्ञान व तंत्रविद्या या दोन्हींचा उल्लेख करण्यासाठी ‘सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या’ हा संक्षिप्तार्थ व्यापकपणे वापरला जातो. पदार्थाचे अणूएवढ्या व त्याच्या लगतच्या एककाच्या पातळीवर आढळणारे भौतिकीय, रासायनिक व जैव गुणधर्म मुळातून अभ्यासणे म्हणजेच सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या होय. या सूक्ष्मातीत गुणधर्मांचा कौशल्यपूर्वक व नियंत्रित रीतीने वापर करून एकमेवाद्वितीय क्षमता असलेली द्रव्ये व विशिष्ट कार्यकारी प्रणाली निर्माण करणे ही सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येची संक्षिप्त व्याख्या होय.


सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येच्या संदर्भात शास्त्रज्ञांनी केलेले संशोधन अगदीच अल्प आहे. याउलट निसर्गाने अब्जावधी वर्षांमध्ये असंख्य सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या विकसित केल्या. जीवन शक्य कोटीत आणणाऱ्या जटिल सूक्ष्मदर्शकीय संरचना निसर्गात तयार झाल्या. या संरचनांसाठी भिन्न प्रकारचे अणू व रेणू सर्वोत्कृष्ट अचूकतेने संघटित करण्यासाठी निसर्गाने  ⇨एंझाइमे  आणि प्रत्यक्ष विक्रियेत भाग न घेता तिच्यात बदल घडवून आणणारी उत्प्रेरक द्रव्ये वापरली [→ उत्प्रेरण]. ही नैसर्गिक उत्पादने कार्यक्षम रीतीने घडविण्यात आली आणि त्यांच्यात चांगला परिणाम घडवून आणण्याची प्रभावी क्षमता असल्याचे दिसून आले. उदा., सौर ऊर्जा साठविण्याची क्षमता, खनिजे व पाणी यांचे सजीव कोशिकांत (पेशींमध्ये) परिवर्तन घडवून आणण्याची क्षमता, तंत्रिका कोशिकांचे (मज्जापेशींचे) मोठे समूह वापरून माहितीची प्रचंड प्रमाणावर साठवण व संस्करण करण्याची क्षमता आणि डीएनएच्या (डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्लाच्या) रेणूंमध्ये साठविलेल्या अब्जावधी अवगम-कणांची परिपूर्ण रीतीने प्रतिकृती (नक्कल) तयार करण्याची क्षमता.

सुमारे १०० नॅमी.पेक्षा लहान एककाच्या द्रव्याच्या वर्तनामध्ये गुणात्मक फरक आहेत. याची पुढील दोन प्रमुख कारणे आहेत : (१) अतिशय लहान मितींवर पुंजयामिकीय परिणाम होण्यास सुरुवात होते आणि यातून नवीन भौतिकशास्त्रीय व रसायनशास्त्रीय मीमांसा पुढे येते. (२) सूक्ष्मातीत एककाच्या संरचनांमध्ये पृष्ठभाग ते घनफळ हे गुणोत्तर फार मोठे असून त्यानुसार व्याख्या निश्चित होते. याचा अर्थ कोणताही अणू पृष्ठभागापासून किंवा आंतरपृष्ठापासून फार दूर नसतो आणि या उच्च ऊर्जेच्या ठिकाणी असलेल्या अणूंच्या वर्तनांचा द्रव्याच्या गुणधर्मांवर मोठा प्रभाव पडतो. उदा., धातूच्या उत्प्रेरक कणाचे आकारमान सर्वसाधारणपणे जसे कमी होते, तशी त्याची विक्रियाशीलता लक्षात येईल एवढ्या प्रमाणात वाढते. स्थूलमानीय सोने रासायनिक दृष्ट्या अक्रिय असते, तर सूक्ष्मातीत सोने अतिशय विक्रियाशील व उत्प्रेरकी होते आणि ते अगदी कमी तापमानाला वितळते. अशा तऱ्हेने सूक्ष्मातीत मापांच्या द्रव्यांचे गुणधर्म हे आकारमान, रासायनिक संघटन व संरचना यांच्यावर अवलंबून असतात आणि त्यांच्यानुसार बदलतात.

 

सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येच्या प्रक्रिया वापरल्यास गत काळातील पोलाद संयंत्रे व रासायनिक उद्योग यांनी अनुसरलेल्या मार्गापासून आधारभूत औद्योगिक उत्पादनाची दिशा लक्षणीय पद्घतीने बदलू शकेल. कार्बन, हायड्रोजन व सिलिकॉन यांसारख्या विपुल मूलद्रव्यांच्या अणूंपासून कच्चा माल प्राप्त होईल आणि सूक्ष्मातीत संरचनेची द्रव्ये तयार करण्यासाठी हे अणू अचूक विन्यासात कुशलतापूर्वक रचले जातील. या द्रव्यांमध्ये विशिष्ट उपयोगासाठी लागणारे नेमके व अतिशय योग्य असे गुणधर्म असतील. उदा., कार्बन अणू अनेक भिन्न भूमितीय रूपांमध्ये एकत्र बद्घ करता येऊन तंतू, नलिका, रेणवीय लेप किंवा तार अशी विविध रूपांतील उत्पादने तयार होतील. हिऱ्यासारख्या इतर कार्बन द्रव्याच्या तुलनेत या सर्व द्रव्यांतील बल ते वजन हे गुणोत्तर श्रेष्ठ दर्जाचे असेल. शिवाय अशा द्रव्य प्रक्रियणासाठी धुळीचे लोट, जास्त वीज लागणारी औद्योगिक यंत्रसामग्री किंवा जादा मानवी श्रम यांची गरज उरणार नाही. यांऐवजी हे पुढील गोष्टींनी साध्य करता येईल. रासायनिक उत्प्रेरक द्रव्ये व संश्लेषित एंझाइमे यांच्या कोठल्या तरी संयोगामार्फत नवीन संरचनांची वृद्घी करून अथवा आकृतिबंधनिर्मिती व स्वयंजोडणी यांच्यावर आधारलेल्या सूक्ष्मातीत द्रव्यांच्या नवीन तंत्रांद्वारे आधीच निश्चित केलेल्या अभिकल्पांमध्ये त्या संरचनांची उभारणी (निर्मिती) करून हे साध्य करता येईल. सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येमुळे अखेरीस भौतिकी व रसायनशास्त्र यांच्या नियमांनुसार करता येऊ शकतील असे बहुतेक कोणतेही द्रव्य वा उत्पादन तयार करणे शक्य होईल. अशा शक्य कोटीतील बाबी साध्य होण्यास दीर्घ काळ लागेल हे खरे असले, तरी निसर्गाच्या ऊर्जा-कार्यक्षम (किमान ऊर्जा वापरणाऱ्या) जोडणीच्या (निर्मितीच्या) गुणकारकतेच्या (क्षमतेच्या) जवळपास पोहोचणे हे क्रांतिकारक पाऊल ठरेल.

सूक्ष्म व स्थूल एककांच्या प्रणालींमध्ये समाविष्ट करून घेण्यासाठी सूक्ष्मातीत एकक प्रणालींची यंत्रे व प्रयुक्त्यांची निर्मिती हे याहून अधिक सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या क्रांतिकारक पाऊल ठरेल. रेखाकृती व चक्रगती रेणवीय प्रेरक यंत्रे या दोन्हींच्या निर्मितीद्वारे निसर्गाने पुन्हा एकदा संशोधनाचा पुढील मार्ग दाखविला आहे. ही जैव यंत्रे क्लॅम या शिंपाधारीपासून ते मानवप्राण्यापर्यंतच्या सजीवांतील स्नायूंचे आकुंचन व कोशिकांमध्ये सर्वत्र द्रव्याची लहान पुडकी ढवळणे यांसारखी कामे करतात. यासाठी ॲडिनोसीन ट्रायफॉस्फेट (एटीपी) या पुनःपुन्हा वापरता येणाऱ्या ऊर्जा-कार्यक्षम इंधनाद्वारे शक्तिपुरवठा होतो. अशा सूक्ष्मातीत एकक कार्यप्रणाल्या तयार करण्याची साधने विकसित करण्यास वैज्ञानिकांनी फक्त सुरुवात केली आहे. यातील प्रगतीचे बहुतेक टप्पे इलेक्ट्रॉनीय किंवा चुंबकीय माहिती संस्करण व साठवण प्रणाली यांच्यावर आधारलेले आहेत. जैव प्रणालींचे ऊर्जा-कार्यक्षम, पुनर्विन्यास करण्याजोग्या व स्वयंप्रेरित दुरुस्ती करणाऱ्या बाबींचे नुकतेच आकलन होऊ लागले आहे.

सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या प्रक्रिया, यंत्रे व उत्पादने यांचा प्रभाव भावी काळात दूरगामी पडेल, अशी अपेक्षा आहे. त्याचा परिणाम कल्पिता येण्याजोग्या जवळजवळ प्रत्येक अवगम तंत्रविद्या, ऊर्जास्रोत, कृषी उत्पादन, वैद्यकीय प्रयुक्ती, उत्पादनांसाठी वापरण्यात येणारे द्रव्य आणि औषधी इत्यादींवर होईल. दरम्यान ⇨ अर्धसंवाहकावरील इलेक्ट्रॉनीय मंडलांच्या मिती (एकके) लहान होत आहेत. यांतील किमान बाबींची आकारमाने सूक्ष्मातीत एककांच्या पल्ल्यात पोहोचली आहेत. त्याचप्रमाणे हार्ड डिस्क ड्राइव्हची (दृढ द्रव्याच्या बनविलेल्या चुंबकीय तबकडीच्या गतिकारकाची) चुंबकीय स्मृतिद्रव्ये ही आधार आहेत. सूक्ष्मातीत मितींवर आढळलेल्या नवीन चुंबकीय परिणामांचा उपयोग करून घेण्यासाठी केलेल्या सूक्ष्मातीत पातळीवरील संरचनानिर्मितीच्या परिणामी या चुंबकीय स्मृतिद्रव्यांना आश्चर्यकारक रीतीने अधिक स्मृतिघनता प्राप्त झाली आहे. 

 

प्रगतीमधील महत्त्वाचे टप्पे : भौतिकीचे नोबेल पारितोषिक विजेते रिचर्ड फिलिप्स फाइनमन यांनी १९५९ मध्येच सूक्ष्माच्या सूक्ष्मीकरणाविषयी सांगितले होते. उदाहरणादाखल टाचणीच्या माथ्यावर २४ खंडांचा एन्सायक्लोपीडिया ब्रिटानिका  हा विश्वकोश लिहिणे कसे शक्य आहे, हे त्यांनी सांगितले व स्पष्ट केले होते. कोशिका अतिशय क्रियाशील असल्याचे त्यांनी म्हटले होते. कोशिका सूक्ष्म असून त्या अतिसूक्ष्म पातळीवर अनेक आश्चर्यकारक गोष्टी करतात. उदा., विविध द्रव्ये तयार करतात आजूबाजूला फिरतात शिवाय त्या माहिती साठवितात इत्यादी. मोठी साधने वापरून लहान साधने तयार करता येतील ती लहान साधने वापरून त्याहून अधिक लहान साधने बनविता येतील आणि अखेरीस सूक्ष्मातीत एकक प्रणालीची साधने बनवून त्यांच्या मदतीने अणू व रेणू यांचा थेट वापर करणे शक्य होईल, हे विचार फाइनमन यांनी मांडले. कारण सूक्ष्मातीत साधनांमुळे विज्ञान व तंत्रविद्या यांतील प्रगती होण्यास मदत होते, असे त्यांचे मत आहे.

के. एरिक ड्रेक्स्लर हे अमेरिकन वैज्ञानिक सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येचे आघाडीवरील पुरस्कर्ते आहेत. त्यांनी एंजिन्स ऑफ क्रिएशन (१९८६) व नॅनोसिस्टिम्स (१९९२) ही या विषयावरील लोकप्रिय पुस्तके लिहिली असून रेणवीय सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या या विषयातील पीएच्.डी. पदवी मिळविणारे ते पहिले वैज्ञानिक आहेत. त्यांनी आपल्या लेखनात जगाकडे रेणवीय दृष्टीने पाहिले असून भावी काळातील बहुतेक कामे रेणवीय यंत्रे करतील असे कल्पनाचित्र रेखाटले आहे. उदा., संरचना तयार करण्यासाठी जोडणी कार्यक्रम असेंब्लर (जोडणीकारक) एकेकटे अणू हलवतील तर प्रतिकृतिकारक (रेप्लिकेटर) स्वतःच्या बहुविध प्रती निर्माण करू शकतील. यामुळे उपयुक्त आकारमानाच्या वस्तू तयार करताना अब्जावधी अणूंची देवघेव करण्यासाठी लागणारा वेळ वाचेल. एन्सायक्लोपीडिया ब्रिटानिकाच्या १९९० च्या विज्ञान व भवितव्य या विषयावरील वार्षिकीत त्यांनी विस्ताराने लिहिले आहे. यातील त्यांच्या भविष्यवादी लेखनामुळे या विषयात पुष्कळ चेतना लाभली परंतु त्यांचा हा युक्तिवाद यशस्वी ठरला नाही. मात्र यामुळे सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येच्या नैतिक व सामाजिक गर्भितार्थाबद्दलचा वाद पुढे आला.


सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येविषयीच्या आघाडीवरच्या वैज्ञानिकांनी या विषयातील काही महत्त्वाचे टप्पे साध्य केले आहेत. ॲल्फ्रेड चो आणि जॉन आर्थर यांनी बेल प्रयोगशाळेमध्ये रेणवीय शलाका उपरिवृद्घी (एपिटॅक्सी) पद्घतीचा १९६८ मध्ये शोध लावला व १९७०–१९८० या दशकात तिचा विकास झाला. या पद्घतीमुळे एकाच मूलद्रव्याच्या अणूंचे नियंत्रित थर निक्षेपित करणे (साचविणे) शक्य झाले. या पद्घतीने अणूंच्या एका थरावर पुढचा थर वाढविला जात असल्याने ही पद्घती एकमितीमध्ये सूक्ष्मातीत संरचनानिर्मितीसाठीचे साधन म्हणून उपलब्ध झाली. संयुक्त अर्धसंवाहक प्रयुक्ती जोडणीच्या क्षेत्रात हे साधन नंतर महत्त्वाचे ठरले. उदा., अचुंबकीय संवेदक द्रव्यांचे १ नॅमी. जाडीचे थर संगणक तबकडी चालकांच्या चुंबकीय थरांमध्ये सँडविचप्रमाणे निक्षेपित करता आले. यामुळे संगणकाच्या साठवण क्षमतेत मोठी वाढ झाली. तसेच सूक्ष्मातीत संरचनानिर्मितीसारख्या उपयोगामुळे काँपॅक्ट डिस्क (सीडी) प्लेअरसाठी लागणाऱ्या ऊर्जेची बचत करणारे अर्धसंवाहक लेसर देखील उपलब्ध झाले.

 

प्रगतीचा पुढील टप्पा १९८१ मध्ये साध्य झाला. त्या वर्षी स्वित्झर्लंडमधील इंटरनॅशनल बिझनेस मशिनच्या (आयबीएम) प्रयोगशाळेत जेर्ड बिनिंग व ⇨ हाइन्‍रिख रोहरर  यांनी सुरंग (टनेलिंग) सूक्ष्मदर्शक विकसित केला. या संशोधनामुळे प्रगतीचा क्रांतिकारक टप्पा गाठला गेला. कारण या सूक्ष्मदर्शकामुळे सूक्ष्म एषणीच्या अग्रटोकाद्वारे क्रमवीक्षण (क्रमवार निरीक्षण) करून पृष्ठभागावरील एकेका अणूच्या स्थानाचे प्रतिमादर्शन करणे शक्य झालेच शिवाय हे अणू एकमेकांच्या आसपास सरकविता येऊ लागले. या कार्याबद्दल या दोघांना १९८६ सालचे भौतिकीचे नोबेल पारितोषिक मिळाले. या संशोधनातून सूक्ष्मातीत मापाची निरीक्षणे करण्यासाठी व्यापक विविधता असलेली क्रमवीक्षक एषणी साधने तयार झाली.

 

सुरंग सूक्ष्मदर्शकाच्या एषण अग्राला अल्पसा अवपात (एकदिश विद्युत् प्रवाहाचा दाब) लावल्यास प्रतिमादर्शनासाठी वापरलेल्या अग्राला विशिष्ट अणू चिकटून येऊ शकतील आणि ते त्या अग्रापासून मुक्त करता येतील. अशा प्रकारे १९९० मध्ये डोनाल्ड ईग्लर यांनी निकेल पृष्ठभागावर ३५ झेनॉन अणू योग्य ठिकाणी हलवून आपल्या आयबीएम कंपनीचे वैशिष्ट्यदर्शक IBM शब्द लिहिले. यामुळे त्याच्याकडे लोकांचे लक्ष वेधले गेले. कारण यातून पुढे येत असलेल्या सूक्ष्मातीत प्रमाणावरील साधनांची अचूकता दिसून आली.

नवीन कार्बन संरचनांच्या निरीक्षणांमुळे सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येच्या प्रगतीतील आणखी एक महत्त्वाचा टप्पा गाठला गेला. १९८५ मध्ये रॉबर्ट एफ्. कर्ल (ज्युनिअर),  हॅरल्ड डब्ल्यू. क्रोटो व रिचर्ड ई. स्मॉली यांनी पोकळ गोलाकार रेणूचा शोध लावला. त्याला ‘फुलरीन’ म्हणतात. हिरा व ग्रॅफाइट यांच्यानंतरचे फुलरीन हे शुद्घ कार्बनाचे तिसरे रूप आहे. त्यांनी आपल्या शोधाला बक्‌मिन्स्टर फुलरीन म्हणजेच ‘बकीबॉल’ हे नाव दिले. अमेरिकी वास्तुशिल्पज्ञ आर्. बक्‌मिन्स्टर फुलर यांनी पुरस्कार केलेल्या जिओडेसिक (अल्पांतरीय) घुमटाशी बकीबॉलच्या असलेल्या साम्यावरून त्याला हे नाव पडले. तांत्रिक भाषेत याला C60 म्हणतात. कारण ६० कार्बन अणूंनी बकीबॉलची पोकळ गोलीय संरचना तयार होते. बकीबॉल एक नॅमी. व्यासाच्या फुटबॉलसारखा दिसतो. याविषयीच्या संशोधनातून वैद्यकात पुढील उद्दिष्ट साध्य करता आले. या कार्बन रेणूच्या संरचनेत औषधे बंदिस्त करता येतात. रुग्णाला अशी औषधे दिल्यानंतर ती शरीरातील रोगस्थानांच्या ठिकाणी अचूक वेळानंतर मुक्त होतात. यामुळे औषधे योग्य रोगस्थानी पोहोचविण्याचे उद्दिष्ट साध्य होते.

 

सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या (नॅनोटेक्नॉलॉजी) ही संज्ञा १९८८-८९ च्या सुमारास व्यापकपणे वापरण्यात येऊ लागली. ज्यांच्या संशोधनातील संभाव्यतांविषयी आशा बाळगावी अशा तंत्रविद्यांचे वर्णन करण्यासाठी ही संज्ञा वापरली होती. रेणूंवर आधारलेल्या यंत्रप्रणाल्या हा या तंत्रविद्यांचा आधार होता. या प्रणाल्यांचे अभिकल्प (आराखडे) अणूएवढ्या अचूकतेने जटिल उत्पादन तयार करण्याच्या दृष्टीने बनविले होते. १९९५ मध्ये सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या या संज्ञेचा वापर अधिक व्यापक होऊन १–१०० नॅमी. या विशिष्ट एककाची उपकरणे, प्रक्रिया व उत्पादने यांचा या संज्ञेत अंतर्भाव झाला. ही व्याख्या लागू होणाऱ्या तंत्रविद्या अगदी भिन्न आहेत परंतु यांच्यापैकी अनेक तंत्रविद्यांची प्रगत रेणवीय उत्पादनासारख्या नवीन उत्पादनांच्या व प्रक्रियांच्या प्रगतीला मदत होते. अशा रीतीने सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येत १–१०० नॅमी. एककाच्या सूक्ष्मातीत संरचनांशी निगडित असलेली तंत्रे व उत्पादने येतात. विशेषतः रेणवीय बाबी अचूकपणे निश्चित असलेले सूक्ष्मातीत एककांचे घटक वापरून द्रव्य, ऊर्जा व माहिती रूपांतरीत करणारी तंत्रे व उत्पादने यांच्यासाठी ही संज्ञा वापरतात. वाढती अचूकता व जटिलता, कमी उत्पादन खर्च आणि उत्पादनांची व्याप्ती यांवरून सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येतील प्रगतीविषयीचे मोजमाप करता येते. अणूएवढी अचूकता, स्पष्ट जटिलता, कमी उत्पादन खर्च आणि महोत्पादन करता येणारी उत्पादने ही या बाबींशी जुळणारी दीर्घकालीन उद्दिष्टे आहेत. याचा एकत्रित विचार केल्यास ही उद्दिष्टे शक्य कोटीतील वाटतात मात्र ही अनेक टप्प्यांच्या प्रक्रियेद्वारे साध्य होतात. प्रचलित सूक्ष्ममानीय तंत्रविद्यांच्या अधिक मर्यादित क्षमतांपासून या प्रक्रियेची सुरुवात होते.

सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येमुळे सूक्ष्मातीत प्रयुक्ती तयार करता येईल, असे अनेक वैज्ञानिक व अभियंते यांना निश्चितपणे वाटते. या प्रयुक्ती केवळ शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शकांच्या मदतीनेच पाहता येऊ शकतील. २००७ च्या सुमारास सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या ही सूक्ष्म विद्युत्‌त्यांत्रिक प्रणालींमध्ये (मायक्रोइलेक्ट्रोमेकॅनिकल सिस्टिम्स एमईएमएस) व इतर अधिक मोठ्या किंवा स्थूल प्रयुक्त्यांमध्ये अंतर्भूत झालेली आहे. 

सूक्ष्मातीत द्रव्ये : सूक्ष्मातीत स्फटिके, संमिश्र द्रव्ये व नलिका ही सूक्ष्मातीत द्रव्ये महत्त्वाची असून यांच्याशिवाय इतरही सूक्ष्मातीत द्रव्ये आहेत. सूक्ष्मातीत स्फटिके हे सूक्ष्मातीत कण असून त्यांच्यातील अणू व्यवस्थित आकृतिबंधात मांडलेले असतात व त्यांना सुस्पष्ट आकार प्राप्त झालेला असतो. सूक्ष्मातीत स्फटिकांचे प्रकाशकीय, इलेक्ट्रॉनीय व चुंबकीय गुणधर्म असामान्य असतात. उदा., विशिष्ट प्रकारचे सूक्ष्मातीत स्फटिक ऊर्जा शोषतात व प्रकाश उत्सर्जित करतात. मात्र या प्रकाशाचा रंग स्फटिकाचे आकारमान व आकार यांच्यावर अवलंबून असतो. तसेच स्थिर तापमान व दाब असताना रासायनिक संघटनात कोणताही बदल न होता विद्युत् संवाहक असलेले सूक्ष्मातीत स्फटिक विद्युत् निरोधक होऊ शकतात.


धातू, प्लॅस्टिक व मृत्तिका यांसारख्या द्रव्यांबरोबर सूक्ष्मातीत कण किंवा सूक्ष्मातीत पातळीवरील इतर पदार्थ यांचा संयोग करून वैज्ञानिकांनी सूक्ष्मातीत ⇨ संमिश्र द्रव्ये  तयार केली आहेत. ही द्रव्ये मूळ द्रव्यांपेक्षा अधिक बळकट, वजनाला अधिक हलकी आणि अधिक काळ टिकणारी असू शकतात (उदा., प्लॅस्टिक). सूक्ष्मातीत संमिश्र द्रव्यांपासून बनविलेले मोटारगाडीच्या बाहेरील आवरणाचे भाग हे चरे पडणे किंवा पोचा येणे यांसारख्या बाबतीत परंपरागत भागांपेक्षा अधिक प्रतिरोधक (भक्कम) असतात.

सूक्ष्मातीत नलिका या कार्बन अणूंच्या नलिकाकार संरचना असून त्यांचा व्यास अनेक नॅमी. व लांबी हजारो नॅमी. असते. प्रत्येक सूक्ष्मातीत नलिका प्रत्यक्षात एक कार्बन रेणू असतो. पोलादी नळ्यांपेक्षा सूक्ष्मातीत नलिका सु. शंभरपटीने अधिक बळकट असतात. काही कार्बन सूक्ष्मातीत नलिका विद्युत् प्रवाहाचे संवाहक म्हणून कार्य करतात.

सूक्ष्मातीत मापांवरील गुणधर्म : सूक्ष्मातीत आकारमानाला द्रव्याचे गुणधर्म नेहमीप्रमाणे केवळ त्यांच्या संरचनेवर व संघटनावर अवलंबून नसतात. सूक्ष्मातीत द्रव्ये गुणधर्मांचे नवीन आविष्कार दर्शवितात. हे आविष्कार पुंजीकरणाचे परिणाम आणि पृष्ठभाग व आंतरपृष्ठे यांच्या प्राबल्याशी निगडित असतात (अणू, रेणू किंवा मूलकण यांसारख्या भौतिकीय प्रणालींशी निगडित असलेल्या ऊर्जा वा संवेग यांसारख्या निरीक्ष्य राशींना मूल्यांच्या पृथक् संचाची मर्यादा येणे म्हणजे पुंजीकरण होय). सूक्ष्मपातळीवर पुंजीकरण परिणाम निर्माण होतात, कारण अशावस्तूची एकूण मिती ही त्या द्रव्यातील मूलभूत उद्दीपनासाठीच्या तरंगलांबीशी समतुल्य असतात. उदा., अर्धसंवाहकातील इलेक्ट्रॉन तरंग फलने १०–१०० नॅमी. असतात. अशा काही उद्दीपनांपैकी काही उद्दीपने म्हणजे इलेक्ट्रॉन, फोटॉन (प्रकाशकण), मॅग्नॉन इत्यादींची तरंगलांबी होय.

 

एका मितीमध्ये इलेक्ट्रॉन बंदिस्त करण्याऱ्या पुंजयामिकीय गुणधर्मांचा घन-अवस्था इलेक्ट्रॉनिकीमध्ये दीर्घकाळापासून उपयोग करून घेतला जात आहे [→ घन-अवस्था भौतिकी]. जेव्हा क्षणिक संरचनेचे आकारमान व आवर्तिता यांचे मूल्य दृश्य प्रकाशाच्या तरंगलांबीच्या जवळपास म्हणजे ४००–८०० नॅमी. असते, तेव्हा प्रकाशकणांचे प्रसारण आश्चर्यकारक रीतीने बदलते. सूक्ष्मातीत द्रव्यांचे चुंबकीय वर्तन, यांत्रिक गुणधर्म व रासायनिक क्रियाशीलता यासुद्घा आकारमानावर अवलंबून असतात. सूक्ष्मातीत संरचना केलेल्या द्रव्याचे यांत्रिक गुणधर्म बलाच्या बाबतीत अपवादात्मक असतात. उदा., कार्बन सूक्ष्मातीत नलिका तिच्या लांबीच्या दिशेतील अक्षाला खूप बळकट व दृढ असते.

 

पृष्ठभाग आणि त्यांच्या रेणवीय संरचनांशी होणाऱ्या आंतरक्रिया संपूर्ण जीवविज्ञानाच्या दृष्टीने मूलभूत स्वरूपाच्या आहेत. सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या व जैव तंत्रविद्या यांच्या परस्परांतील सहकार्यातून सूक्ष्मातीत संरचित पृष्ठभागांमध्ये नवीन गुणधर्म व कार्ये निर्माण होऊ शकतील. पृष्ठभाग व आंतरपृष्ठ (सामाईक सीमा, उदा., दोन प्रावस्थांमधील) यांचे प्राबल्य असलेल्या या क्षेत्रात संरचना व रासायनिक प्रेरणा यांच्या संयोगामार्फत जैव तंत्रविज्ञानाने निवडक रीतीने कार्याच्या नियंत्रणाचे सर्वोत्कृष्ट कार्य केले आहे. कारण सूक्ष्मातीत आकारमानाला आणवीय प्रेरणा व रासायनिक बंध यांचे वर्चस्व असते.

 

संशोधनाची क्षेत्रे : सूक्ष्मातीत द्रव्ये : या द्रव्यांचे विद्युतीय, प्रकाशकीय, चुंबकीय, यांत्रिक व रासायनिक गुणधर्म द्रव्याच्या तंतोतंत मितींवर अवलंबून असतात. यामुळे नवीन व सुधारित द्रव्ये तयार करण्याचा मार्ग खुला झाला. त्यासाठी अशा द्रव्यांच्या सूक्ष्मातीत संरचनेमध्ये कुशलतेने सुधारणा करता येतात. अभियांत्रिकीय पद्घतीने तयार केलेल्या सूक्ष्मातीत द्रव्यांच्या श्रेणीबद्घ रीतीने जोडण्या करून अथवा त्यांचा प्रयुक्त्यांत समावेश करून मोठ्या संरचना तयार करतात. यांद्वारे नवीन यंत्रे व द्रव्ये कल्पिण्यासाठी आधार उपलब्ध झाला आहे.

 

निसर्गातील बंधांनी संरचनात्मक द्रव्यांतील सुधारणा करण्याचा मार्ग दाखविला गेला आहे. सूक्ष्मातीत आकारमानाच्या संरचनानिर्मिती असलेले कठीण व ठिसूळ अकार्बनी द्रव्य आणि मऊ व चिवट कार्बनी द्रव्य यांच्या संयोगाने एक बळकट व टिकाऊ सूक्ष्मातीत संमिश्र द्रव्य कसे तयार होऊ शकते, याचे ॲबेलोनी शंख (इअर शेल) हे सुंदर उदाहरण आहे. मुळात ही संमिश्र द्रव्ये कॅल्शियम कार्बोनेटाच्या साच्यांची बनलेली असून हे साचे ग्लायकोप्रोटीन या सरसाने एकत्र धरून ठेवलेले असतात. अभियांत्रिकीय पद्घतीने बनविलेली नवीन द्रव्ये पुढे येत आहेत. उदा., बहुवारिक-मृत्तिका-सूक्ष्मातीत संमिश्र द्रव्ये. ही द्रव्ये बळकट, चिवट व वजनाला हलकी असून परंपरागत प्रबलित प्लॅस्टिकांपेक्षा पुनर्वापराच्या दृष्टीने अधिक सोयीस्करही आहेत. संरचनात्मक द्रव्यांमधील अशा सुधारणा विशेषत: वाहतूक उद्योगाच्या दृष्टीने महत्त्वाच्या आहेत. कारण कमी वजनामुळे इंधनात बचत होते. अशा द्रव्यांतील इतर सुधारणांमुळे सुरक्षितेतही वाढ होऊ शकते शिवाय जोडणी व पुनर्वापर यांद्वारे पर्यावरणावर होणारा दुष्परिणाम कमी होऊ शकतो. भविष्यकाळातील अशा संमिश्र द्रव्यांमुळे प्रगतीचे आणखी टप्पे गाठणे शक्य होईल. उदा., खरीखुरी अत्याधुनिक (स्मार्ट) द्रव्ये आपल्या कार्यप्रणालीत, संकेतव्यूहात येऊ घातलेल्या अपयशाचा संकेत (पूर्वसूचना) देणारी आणि स्वतःमधील बिघाड स्वतः दुरुस्त करणारी संमिश्र द्रव्ये.

 

जवळजवळ सर्व आधुनिक नियामक प्रणालींमध्ये संवेदक हे मध्यवर्ती वा प्रमुख घटक असतात. उदा., एंजिनाची देखभाल, उत्सर्जनाचे नियंत्रण, सुरक्षा, निर्विघ्नता, आरामदायित्व, वाहन मार्गनिर्देशन व बारीक तपास अशा अगदी भिन्नभिन्न कामांसाठी मोटारगाड्यांत बहुविध संवेदके वापरतात. भौतिकीय संवेदनासाठी अशा परंपरागत अनुप्रयुक्तींमध्ये सर्वसाधारणपणे सूक्ष्ममानीय संवेदक प्रयुक्त्या वापरतात. सूक्ष्मातीत मापाची द्रव्ये व संरचना पुढे आल्याने नवीन इलेक्ट्रॉनीय, प्रकाशकणांचे (फोटॉनिक) व चुंबकीय सूक्ष्मातीत संवेदक तयार करण्यात आले असून त्यांना कधीकधी ‘चलाख (स्मार्ट) धूळi’ म्हणतात. लहान आकारमानामुळे सूक्ष्मातीत संवेदक अभूतपूर्व गतिमान व संवेदनशील असतात. काही बाबतींत हे संवेदक एकटे रेणू ओळखण्याइतकी संवेदनशीलता दर्शवितात. उदा., कार्बन सूक्ष्मातीत नलिका, सिलिकॉन किंवा इतर अर्धसंवाहक द्रव्ये यांच्यापासून बनविलेल्या सूक्ष्मातीत तारा, रासायनिक द्रव्यांचे विशिष्ट प्रकार व जीववैज्ञानिक कारक द्रव्ये यांच्या बाबतीत ते अपवादात्मक संवेदनशील आहेत. सूक्ष्मातीत तारांमधून जाणारा विद्युत् प्रवाह पुढील रीतीने बदलता येऊ शकतो. त्यासाठी त्यांच्या पृष्ठभागी रेणू बद्घ करतात (जोडतात). हे रेणू स्थलानुक्रमे त्याचे इलेक्ट्रॉनीय पट्‌टसंरचना विक्षुब्ध करतात. जे रेणू विवेचकपणे (निवडक रीतीने) विशिष्ट प्रकारचे (जातीचे) द्रव्य सूक्ष्मातीत तारेला बद्ध करतात. अशा रेणूंचा लेप सूक्ष्मातीत तारेवर दिल्यास त्यांच्यामार्फत विद्युत प्रवाहातील भार-प्रवर्तित बदलाचा उपयोग त्या प्रकाराच्या द्रव्याची उपस्थिती (अस्तित्व) ओळखण्यासाठी करणे शक्य होते. संवेदन प्रणालींच्या अनेक वर्गांसाठी हीच पद्घत वापरतात. परा-उच्च संवेदनशीलता व निश्चितता (विशिष्टता) असलेल्या संवेदकांचे नवीन प्रकारचे अनेक उपयोग असतील. उदा., रोगाच्या सुरुवातीला अगदीच कमी कर्क कोशिका असतील तेव्हाच कर्कजन्य अर्बुदे (गाठी) ओळखू शकणाऱ्या संवेदकांमुळे प्रगतीचा मोठा टप्पा गाठला जाईल व कर्करोगाचे निदान बरेच लवकर होऊ शकेल.


औद्योगिक सांडपाण्यातील जड धातू व इतर प्रदूषणकारी द्रव्ये सापळ्यात अडकविण्याकरिता सूक्ष्मातीत द्रव्ये उत्कृष्ट छानक (गाळण्या) म्हणून काम करतील. पाण्याचे कमी खर्चात निःक्षारीकरण व शुद्घीकरण करण्याच्या क्षेत्रांत सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येचा उपयोग हा जगातील बहुसंख्य लोकांच्या जीवनावर होणारा सर्वांत मोठा प्रभाव ठरेल. ⇨ इंधन-विद्युत् घट, ऊर्जेसाठीचे जैव परिवर्तन, खाद्यपदार्थांचे जैव संस्करण, अपशिष्ट (टाकाऊ) द्रव्यांची विल्हेवाट आणि प्रदूषण नियामक प्रणाली यांच्यामध्ये सूक्ष्मातीत द्रव्यांचा महत्त्वाचा उपयोग होण्याची दाट शक्यता दिसून येत आहे.

सूक्ष्मातीत कणांचे लहान आकारमान व नाविन्यपूर्ण गुणधर्म यांच्यामुळे आरोग्य व पर्यावरण यांच्याविषयीच्या महत्त्वपूर्ण जोखिमा किंवा धोके उद्‌भवतील का, अशी काळजी सध्या वाटते आहे. छायाप्रती काढण्या-साठीच्या रंगांतील किंवा शाईंमधील तसेच ⇨अंतर्ज्वलन एंजिनां मधून किंवा कारखान्यांतून निर्माण होणाऱ्या कार्बनाच्या अतिसूक्ष्म कणांचा एकूणच माणसे व जनावरे यांच्या श्वसनावर व हृद्‌वाहिनीवर (रक्ताभिसरण तंत्र) वाईट परिणाम होतो. खास नियामक निर्बंध आणण्याची शक्यता असणाऱ्या उच्चतर जोखिमा विशिष्ट सूक्ष्मातीत कणांमुळे समोर येतील का, याविषयीचा अभ्यास सध्या चालू आहे. श्वासावाटे शरीरात जाणाऱ्या कणांमुळे उद्‌भवणारे हृद्‌वाहिनीविषयक संभाव्य धोके आणि अतिशय लहान सूक्ष्मातीत कण रक्त-मस्तिष्क अडसर ओलांडून जाण्याने होणारे मेंदूवरील अज्ञात परिणाम या विशेष काळजी वाटणाऱ्या गोष्टी आहेत. कार्बन सूक्ष्मातीत नलिका, बकीबॉल आणि कॅडमियम सिलिनाइड पुंजबिंदू या सूक्ष्मातीत द्रव्यांवर व त्यांच्यामुळे होणाऱ्या परिणामांवर आरोग्य अधिकारी लक्ष ठेवून आहेत. सौरदाहनिवारक पटलांत (सनस्क्रीनमध्ये) वापरलेल्या टिटॅनियम ऑक्साइडाच्या सूक्ष्म कणांचे त्वचेतून होणाऱ्या शोषणाविषयीच्या अभ्यासाच्या योजना आखल्या आहेत. विषाक्तता, वाहतूक व एकूणच परिस्थिती प्रणालींमधील व पर्यावरणातील सूक्ष्मातीत कणांचे भवितव्य यांचे अधिक दीर्घ पल्ल्याचे अभ्यास होण्यासाठी अनेक दशकांचा कालावधी लागेल. ज्या प्राण्यांच्या शरीरात घुसलेल्या सूक्ष्मातीत कणांची पातळी अतिउच्च झाली व तिच्यामुळे अनेक प्राण्यांचा जलदपणे मृत्यू झाला, याविषयी करण्यात आलेली अध्ययने वादग्रस्त ठरली आहेत.

 

जीववैद्यक व आरोग्याची निगा :औषधे देणे : सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येचा वैद्यकीय उपचारांवर अनेक प्रकारे परिणाम होईल, अशी अपेक्षा आहे. सूक्ष्मातीत कणांचा अभिकल्प व जोडणी यांत झालेल्या प्रगतीमुळे औषध देण्याची पद्घती व औषधोपचार (चिकित्सा) यांचे नवीन पर्यायी मार्ग उपलब्ध झाले आहेत. दरवर्षी विकसित होणाऱ्या औषधांपैकी निम्म्याहून अधिक औषधे पाण्यात विरघळणारी नसल्याने ती रुग्णाला देणे हे अवघड काम असते. तथापि, सूक्ष्मातीत आकारमानाच्या कणांमुळे अशी औषधे त्यांच्या गंतव्य स्थानापर्यंत अधिक सहजपणे नेली जातात. तसेच ती परंपरागत गोळ्यांच्या रूपात देणे शक्य असते.

 

सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येमुळे औषधी द्रव्ये शरीरातील योग्य ठिकाणी बिनचूकपणे देणे आणि पर्याप्त (शक्य तेवढ्या परिपूर्ण) उपचारासाठी पूर्वनिर्धारित वेळापत्रकानुसार औषधाची मात्रा मुक्त करणे शक्य होईल. सर्वसाधारण पद्घतीनुसार औषध सूक्ष्मातीत आकारमानाच्या वाहकाला जोडले जाईल. तो वाहक निर्धारित कालावधीत औषध शरीरात मुक्त करेल किंवा हे करण्यासाठी त्याला योग्य वेळी उत्तेजित केले जाईल. यांशिवाय या सूक्ष्मातीत वाहकावर गंतव्य स्थानासंबंधी संस्करण करणे शक्य होईल. त्यामुळे तो रोगग्रस्त ठिकाण शोधून काढेल आणि तेथे त्याचे गंतव्य स्थान निश्चित होईल. उदा., कर्कजन्य अर्बुदांना (कर्करोगग्रस्त निरुपयोगी गाठींना) बद्घ होईल. कार्बनी डेंड्रिमर हा एक प्रकारचा रेणू या उपयोगांच्या संदर्भात खास उपयुक्तता असलेला आहे. डेंड्रिमर हा बहुवारिकी रेणूचा खास वर्ग आहे. तो बंधांमधील पोकळ प्रदेशातून आत-बाहेर जातो. हे गोलाकार ‘फझ बॉल्स’ वैशिष्ट्यपूर्ण प्रथिनाच्या आकारमानाचे असतात परंतु प्रथिनांप्रमाणे ते उलगडू शकत नाहीत. भिन्न चिकित्साकारक द्रव्ये धारण करण्याच्या दृष्टीने डेंड्रिमरांच्या विवरांची आकारमाने व रासायनिक गुणधर्म ठरविता येण्याच्या क्षमतेमुळे त्यांच्याविषयी कुतूहल निर्माण झाले. विस्तारू शकणाऱ्या व रोगाचे लक्ष्य सूचित करणाऱ्या, निवडक रीतीने ओळखल्या जाणाऱ्या रेणूंसमोर सुटे झाल्यावर आपली औषधे मुक्त करू शकणाऱ्या भिन्न डेंड्रिमरांची रचना (अभिकल्प) तयार करता येईल, अशी संशोधकांना आशा वाटते. सूक्ष्मातीत कणांच्या मार्गदर्शनानुसार औषध देण्याच्या याच सर्वसाधारण पद्घतीचे इतर प्रकारांच्या सूक्ष्मातीत कणांसाठीही समन्वेषण करण्यात येत आहे.

 

दुसऱ्या पद्घतीत सोन्याचा लेप दिलेल्या सूक्ष्मातीत कवचांशी संबंध येतो. त्यामुळे भिन्न तरंगलांब्यांची प्रकाश ऊर्जा शोषण्यासाठी जुळवून घेणे शक्य होते. विशेषतः अवरक्त प्रकाश शरीराच्या ऊतकांच्या कित्येक सेंमी. थरांतून पलीकडे जाईल. त्यामुळे अशा प्रकारचे जिलेटीनवेष्ट नाजूक रीतीने व अचूकपणे तापवून त्यांच्यातील रोगोपचारक द्रव्य मुक्त करणे शक्य होईल. शिवाय नंतर कवचाच्या बाहेरील पृष्ठभागाला प्रतिपिंडे जोडणे वा बद्घ करणे शक्य होईल. यामुळे ती विवेचकपणे अर्बुद-कोशिकांशी बद्घ होतील. त्यामुळे सभोवतालच्या निरोगी कोशिकांशी होणारे संक्रमण कमी होईल.

 

जैव आमापने (मूल्यमापन) : रोग-विकारांचे निदान करणारी नवीन साधने विकसित करणे, हे सूक्ष्मातीत वैद्यकामधील सखोल अध्ययनाचे दुसरे क्षेत्र आहे. या कामामागील प्रेरकहेतूचा पल्ला मोठा आहे. म्हणजे एकट्या कोशिकेच्या वा जनुकाच्या पातळीवरील मूलभूत जीववैद्यकीय संशोधनापासून ते आरोग्यदायी सेवा पुरविण्याच्या निगा राखण्याच्या इ. उपयोगांपर्यंतचे काम करण्याचा हेतू यामागे आहे. रेणवीय जीवविज्ञानात झालेल्या प्रगतीमुळे पुष्कळसे निदानात्मक कार्य आता विशिष्ट जीववैज्ञानिक ओळख-संकेत खुणा ओळखण्यावर केंद्रित झाले आहे. या विश्लेषणांना जैव आमापने म्हणतात. विशिष्ट रोग किंवा औषधचिकित्सा यांना प्रतिसाद देणारी कोणती जनुके क्रियाशील आहेत, हे ठरविण्यासाठी करण्यात येणारे अभ्यास हे याचे एक उदाहरण आहे. सर्वसाधारण उपायात लक्ष्य जैव रेणूंचे प्रमाण (संहती) ज्ञात करण्यासाठी त्यांना अनुस्फुरक रंजक रेणू बद्घ केले जातात.


जैव आमापनाच्या दुसऱ्या पद्घतीत कॅडमियम सिलिनाइडासारखे अर्धसंवाहकाचे सूक्ष्मातीत कण वापरतात. हे कण त्यांच्या आकारमानांवर अवलंबून असणाऱ्या एका विशिष्ट तरंगलांबीचा प्रकाश उत्सर्जित करतात. भिन्न आकारमानांचे कण भिन्न ग्राहक द्रव्यांचे ओळख-संकेत म्हणून बद्घ करता येतात. यामुळे रंजक रेणूंसाठी वेगळ्या ओळखू येऊ शकणाऱ्या रंगीत ओळख-संकेतांपेक्षा अधिक व्यवच्छेदक रंगीत ओळख-संकेतांचे व्यापक प्रकार उपलब्ध आहेत. रंजक रेणूंसाठी पुनःपुन्हा करण्यात येणाऱ्या उद्दीपनामुळे अनुस्फुरणाचे होणारे क्षीणन टाळले जाते. आणखी विविध आकारमानांचे कण चिकाच्या मण्यांमध्ये आवेष्टित करता येतात आणि त्यांच्यातून निष्पन्न होणाऱ्या तरंगलांब्यांचे एखाद्या स्तंभरूप संकेताप्रमाणे वाचन करता येते. ही पद्घती अजून समन्वेषणाच्या टप्प्यात असून तिच्यामुळे जैव आमापनांसाठी व्यवच्छेदक ओळख-संकेत प्रचंड संख्येत उपलब्ध होऊ शकतील. 

 

जैव आमापनांच्या संबंधातील सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येचा दुसरा वेगळा प्रकार पुढे दिला आहे. ओळखून काढावयाच्या जननिक अनुक्रमाचा एकट्या पेडाचा पूरक डीएनए खंडाचा अर्धा भाग सोन्याच्या कणांच्या एका संचाला बद्घ करतात व दुसरा अर्धा भाग सोन्याच्या कणांच्या दुसऱ्या संचाला बद्घ करतात. जेव्हा विद्रावात संशोधन कुतूहल असलेले अपेक्षित द्रव्य असते, तेव्हा या दोन बंधन स्थानांमुळे सुवर्ण गोळे जमा (पिंडरूप) होतात आणि कणांच्या प्रकाशकीय गुणधर्मांत मोठे बदल होतात. हे बदल विद्रावाच्या रंगाद्वारे लक्षात येतात. जननिक अनुक्रमाचे दोन्ही अर्धे भाग एकमेकांशी सुजोड (जुळणारे) नसतील, तर सोन्याचे कण पिंडरूपात जमा होणार नाहीत व विद्रावात कोणताही बदल झालेला दिसणार नाही.

 

प्रकाशकीय अभिज्ञान तंत्रांचा संबंध नसलेल्या पद्घतींचेही समन्वेषण सूक्ष्मातीत कणांर्फत करण्यात येत आहे. उदा., चुंबकीय सूक्ष्मातीत कण प्रतिपिंडांना बद्घ करता येतात. ही प्रतिपिंडे निवडीच्या पर्यायाने विशिष्ट जैव रेणूंना ओळखतात व त्यांच्याशी जोडली जातात. नंतर हे चुंबकीय कण ओळख-संकेत व मुष्टिदंड यांच्याप्रमाणे कार्य करतात. त्यांच्यामार्फत मायक्रोलिटर व नॅनोलिटर आकारमानांच्या नमुन्यांमधील जोडलेल्या जैव रेणूंच्या मिश्रणासाठी, निष्कर्षणासाठी किंवा अभिज्ञानासाठी चुंबकीय क्षेत्र वापरणे शक्य आहे. उदा., महत्त्वपूर्ण कालावधीसाठी चुंबकीय सूक्ष्मातीत कण एकेकटेच लघुक्षेत्र म्हणून चुंबकीकृत राहतात. यामुळे ते एका चुंबकीय क्षेत्रात, एका पंक्तीत (ओळीत) आणणे व त्यांची ओळख पटविणे शक्य होते. विशेषतः बद्घ प्रतिपिंड-चुंबकीय-सूक्ष्मातीत कणांचे संयोग (गट) मंदपणे स्वतःभोवती भ्रमण करतात आणि व्यवच्छेदक चुंबकीय संकेत देतात. याउलट ओळखावयाच्या जैव द्रव्याला न जुळलेली चुंबकीय बद्घ प्रतिपिंडे अधिक जलदपणे परिभ्रमण करतात, म्हणून त्यांच्यापासून विशिष्ट व्यवच्छेदक संकेत मिळत नाहीत.

 

सूक्ष्म प्रमाणातील नमुन्यांच्या जीवरासायनिक आमापनांसाठी सूक्ष्मद्रायुविज्ञानाच्या प्रणाल्या म्हणजे चिपेवरील प्रयोगशाळा तयार केल्या. या प्रणाल्या विशेषतः प्रत्यक्ष क्षेत्रात जलदपणे करावयाच्या विश्लेषणासाठी उपयुक्त आहेत. या प्रणाल्यांत क्रेडीट कार्डापेक्षा लहान आकारमानाच्या सुवाह्य यंत्रणेत असंख्य इलेक्ट्रॉनीय व यांत्रिक घटक असतात. या सूक्ष्मद्रायुवैज्ञानिक प्रणालींचे कार्य मीटरच्या दशलक्षांश एवढ्या सूक्ष्म पातळीवर चालते. सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येमुळे या प्रणालींमध्ये नवीन संकल्पना पुढे आल्या आहेत. त्यामुळे या प्रणालींमधील सूक्ष्मतंत्रविद्येची भूमिका वा कार्य वाढत जाईल. उदा., दिलेल्या लांबीचे डीएनए उलगडण्यासाठी ठराविक ⇨एंट्रॉपी  लागते आणि यासारख्या एंट्रॉपीय परिणामांना डीएनएचे अलगीकरण संवेदनशील असते. डीएनए अलग करण्याच्या दुसऱ्या पद्घतीत याचा पुढील प्रकारे लाभ होऊ शकेल. भिन्न लांबी असलेले डीएनए रेणू भिन्न त्वरेने विकुंडलित होतील (उलगडतील). अशा रीतीने परिवाहांच्या (चॅनल) सूक्ष्मातीत आकारमानाच्या समूहांतून डीएनए मार्गक्रमण करीत राहतील.

 

एक नॅमी. रुंद डीएनए पट्ट सूक्ष्मातीत मापा रंध्रातून ओवताना होणारे संकेतातील बदल ओळखून काढण्यावर संशोधकांनी लक्ष केंद्रित केले आहे. यांतील आधीच्या अभ्यासांमध्ये व्हायरसांनी पाडलेली रंध्रे यासाठी वापरण्यात आली. कृत्रिम रीतीने तयार केलेल्या डीएनए पट्टांतील सूक्ष्मातीत रंध्रांचेही परीक्षण करण्यात येत आहे. द्रवातील कोशिकेच्या पटलामधून डीएनए ओढण्यासाठी त्याच्या एका बाजूपासून दुसऱ्या बाजूपर्यंत विद्युत् वर्चस् लावतात. रेणूची भिन्न पुनरावृत्त क्षारक (बेस) एकके या रंध्रातून पलीकडे जाताना आयन प्रवाहात होणारे बदल मोजता येतात. जैव आमापनाच्या संपूर्ण क्षेत्रात सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येुळे शक्य झालेल्या प्रगतीच्या टप्प्यांचा आरोग्याची काळजी घेण्यावर अनेक प्रकारे स्पष्टपणे प्रभाव पडेल. उदा., अभिज्ञान लवकर होणे, निदानीय विश्लेषण जलदपणे होणे आणि रोगाविरुद्घच्या लढ्यासाठी रेणवीय जीवविज्ञान व जननिक पद्घतीवर आधारलेले उपचार यांच्याविषयीच्या नवीन आकलनाची घरबसल्या माहिती होणे. [→ आमापन, जैव धातु-आमापन].

 

साहाय्यकारी प्रयुक्त्या व ऊतक अभियांत्रिकी : विशिष्ट नैसर्गिक क्षमतांची हानी झालेल्या व त्यांचा अभाव असलेल्या लोकांसाठीच्या साहाय्यकारी प्रयुक्त्यांशी सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येच्या जीववैज्ञानिक उपयोगांचा संबंध येतो. उदा., दृष्टीत बिघाड झालेल्या व्यक्तींसाठी दृक्‌पटलाच्या रोपणाची योजना आखण्याची आशा संशोधकांना आहे. दृक्‌पटलाकडून मेंदूकडे दृक्‌तंत्रिकेमार्फत (दृष्टीविषयक मज्जेमार्फत) संकेत प्रेषित करण्यासाठी प्रकाश अभिज्ञातक समुच्च्यासह असलेल्या चिपांचे रोपण करण्याची ही संकल्पना आहे. दिशेविषयीची उपयुक्त माहिती जरी अगदी प्राथमिक पातळीवरची असली, तरी ती अंधाला फार साहाय्य करणारी ठरेल.

 

अजैव प्रयुक्त्या व जीववैज्ञानिक प्रणाली यांच्यामधील आंतरपृष्ठाशी कार्य करणाऱ्या संकरित प्रणाल्या तयार करण्यासंबंधातील प्रचंड आव्हाने अशा संशोधनाने उघड होतात. याच्याशी निकटचा संबंध असलेल्या संशोधनामध्ये प्रेरक कार्ये उत्तेजित व नियंत्रित करण्यासाठी सूक्ष्मातीत मापाच्या तंत्रिका (मज्जा) एषण्या रोपित करण्याशी संबंध येतो. यासाठी अनेक विद्युत् अग्रे तंत्रिका एककांशी (चेताकोशांशी) प्रभावी व स्थिर तार जोडणी (तारकाम) करण्याची गरज असते. हे संशोधन आशादायक असे आहे. प्रेरक कार्यात बिघाड झालेल्या व्यक्तींसाठी नियमन पुन्हा प्राप्त होण्याची शक्यता असते. विद्युत् संकेतामुळे हानी पोहोचलेल्या मेरुरज्जूसाठी तंत्रिकीय उद्दीपन वापरणाऱ्या अभ्यासामध्ये काही चलन पुन्हा सुरू झाल्याचे आढळले आहे. हाडे, त्वचा व उपास्थी (कूर्चा) यांच्या पुनर्निर्मितीमध्ये व बरे होण्यामध्ये साहाय्य करणारे मार्ग संशोधक शोधीत आहेत. उदा., संश्लेषित जैव अनुरूप व जैव निम्नीकरणक्षम संरचना संशोधक विकसित करीत आहेत. या संचरनेमध्ये सूक्ष्मातीत पोकळ्या असून दुरुस्ती करण्याच्या प्रक्रियेत मदत करण्यासाठी रसायने पुरवीत असताना या पोकळ्या विशिष्ट ऊतकांच्या पुनर्जननासाठी साचा म्हणून काम करतील. अधिक सुविकसित (गुंतागुंतीच्या) पातळीवर कधी तरी सूक्ष्ममापाची व सूक्ष्मातीत एककाची यंत्रे तयार करता येतील, अशी संशोधकांना आशा आहे. ही यंत्रे अधिक जटिल अवयव (उदा., मेंदू, हृदय) दुरुस्त करू शकतील, त्यांना मदत करू शकतील किंवा त्यांची जागा घेऊ शकतील.


माहिती तंत्रविद्या : प्रचलित ⇨ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्त्यांचे सूक्ष्मीकरण चालू आहे म्हणजे त्यांचे आकारमान कमी होत आहे [→ सूक्ष्मीकरण, इलेक्ट्रॉनीय मंडलांचे]. हे सूक्ष्मीकरण सुरंगक्रियेसारख्या पुंजपरिणामामुळे अपरिहार्यपणे मूलभूत मर्यादेपर्यंत पोहोचेल. त्या वेळी इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्त्यांमध्ये इलेक्ट्रॉन त्यांना नेमून दिलेल्या मंडलांच्या मार्गातून बाहेर पडतील आणि या इलेक्ट्रॉनांमुळे त्या प्रयुक्त्यांमध्ये अणूएवढ्या मापाचे व्यत्यय निर्माण करतील. त्या स्थितीत आणखी प्रगती होण्यासाठी प्रदत्त (माहिती) साठविण्याच्या व माहिती-संस्करणाच्या मूलस्पर्शी नवीन पोचमार्गांची आवश्यकता निर्माण होईल. उदा., पुंज संगणन क्रियेवर किंवा जैवरेणवीय संगणन क्रियेवर आधारलेल्या मूलतः नवीन प्रणाल्यांची कल्पना केली आहे.

रेणवीय इलेक्ट्रॉनिकी : १९७०–१९८० या दशकातच मार्क रॅटनर (नॉर्थ वेस्टर्न युनिव्हर्सिटी) आणि ॲव्ही ॲव्हिराम (इंटरनॅशनल बिझनेस मशिन्स) यांनी इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्तीसाठी रेणूंचा उपयोग करण्याची सूचना केली होती. मात्र एकविसावे शतक सुरू होईपर्यंत योग्य प्रकारची सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या साधने उपलब्ध झाली नव्हती. सुमारे अर्धा नॅमी. रुंद व काही नॅमी. लांब रेणूंचे तारकाम हे प्रमुख आव्हान समोर होते. सध्या एकट्या रेणूमधून विजेच्या होणाऱ्या वहनाची माहिती अलीकडेच होऊ लागली आहे. संशोधकांचे अनेक गट रेणवीय स्विचांचे प्रात्यक्षिक दाखवू शकले. उदा., संगणकाच्या स्मृतीमध्ये किंवा तार्किक व्यूहरचनेत मनात योजल्याप्रमाणे वापरता येऊ शकतील अशी रेणवीय स्विचे. सुमारे २००७ मध्ये पुढील क्षेत्रांत संशोधन चालू होते : रेणूंच्या निवडीला मार्गदर्शन करणाऱ्या यंत्रणा, रेणूंची सूक्ष्मातीत मापाच्या द्वारांमध्ये जुळणी करण्यासाठीचे रचनाशिल्प आणि ट्रँझिस्टरसारख्या वर्तनासाठी त्रिअग्र रेणू. डीएनए संगणन क्रिया ही एक अधिक मौलिक पद्घत आहे. या पद्घतीत एक पेड असलेला डीएनए रेणू एका सिलिकॉन चिपेवर असेल. या चिपेवर निर्वाह सोडविण्याचे उपाय शोधण्याचा समांतर प्रकियणाचा मार्ग अनुसरण्यासाठी एका सिलिकॉन चिपेवर सर्व संभाव्य चल मूल्ये व पूरक पेड आंतरक्रिया संकेतबद्घ केलेली असेल. जैव कार्बनी पातळ पटल ट्रँझिस्टर व प्रकाश उत्सर्जक यांचे क्षेत्र रेणवीय इलेक्ट्रॉनिकीशी निगडित आहे. यातून कागदाप्रमाणे गुंडाळता येणारी व्हिडिओ दर्शन (डिस्प्ले) आणि लवचिक इलेक्ट्रॉनीय वर्तमानपत्रे यांसारखे संभाव्य नवे उपयोग पुढे येऊ शकतील.

सूक्ष्मातीत नलिका व सूक्ष्मातीत तारा : सूक्ष्मातीत नलिकांचे इलेक्ट्रॉनीय, यांत्रिक व रासायनिक गुणधर्म अलौकिक आहेत. विशिष्ट व्यास व त्यांच्यातील कार्बन अणू बंधातील मांडणी यांच्यावर अवलंबून असलेल्या या नलिका धातवीय किंवा अर्धसंवाहक यांच्यासारखे वर्तन दर्शवितात. एखाद्या परिपूर्ण सूक्ष्मातीत नलिकेमधील विद्युत् संवहन प्रक्षेपी (अनिरुद्घ) प्रवाहदर्शक म्हणजे प्रकीर्णन–विखुरण्याची क्रिया–नगण्य असलेले असते. परिणामी सूक्ष्मातीत नलिकांपासून बनविलेली सूक्ष्मातीत तार तिच्याशी तुल्य आकारमानाच्या नेहमीच्या धातूच्या तारेपेक्षा पुष्कळच अधिक विद्युत् प्रवाह वाहून नेते. १·४ नॅमी. व्यासाच्या सूक्ष्मातीत नलिका सिलिकॉन अर्धसंवाहक प्रयुक्तींच्या द्वाराच्या रुंदीपेक्षा सु. शंभरपट बारीक असतात. विद्युत् संवहन, ट्रँझिस्टर द्विप्रस्थ आणि साधी तार्किक मंडले यांसाठीच्या सूक्ष्मातीत तारांशिवाय धातवीय व अर्धसंवाहक कार्बन सूक्ष्मातीत नलिका यांच्या संयोगातून बनलेल्या सूक्ष्मातीत तारांचे प्रात्यक्षिक दाखविले गेले. त्याचप्रमाणे क्षेत्र परिणामी ट्रँझिस्टर, द्विध्रुवीय ट्रँझिस्टर, प्रतिपरिवर्तक, प्रकाश-उत्सर्जक द्विप्रस्थ, संवेदक व अगदी साधी स्मृती यांसारख्या प्रायोगिक प्रयुक्त्या तयार करण्यासाठी सिलिकॉन सूक्ष्मातीत तारांचा उपयोग केला गेला. रेणवीय इलेक्ट्रॉनिकीच्या बाबतीत सूक्ष्मातीत तारांच्या मंडलांसाठी असलेले मुख्य आव्हान या प्रयुक्त्या जोडून व संकलित करून कामचलाऊ उच्च घनता रचनाशिल्प उभारणे हे आहे. अशी संरचना आहे त्याठिकाणी तयार करणे व जोडणे हा आदर्श उपाय आहे. तारा व प्रयुक्त्या यांच्या कार्यांचा संयोग करणाऱ्या छेद-दंड रचना शिल्पांविषयी खास कुतूहल आहे.

एका इलेक्ट्रॉनाचे ट्रँझिस्टर : सूक्ष्मातीत मापांच्या किंवा मितींच्या बाबतीत एकाकी (अलग) भौतिकीय प्रदेशात म्हणजे छोट्या बेटांमध्ये (उदा., सुरंग अवरोधात) एक जादा इलेक्ट्रॉन अंतर्भूत करण्यासाठी लागणारी ऊर्जा पुरेशी असते. ऊर्जेतील या बदलामुळे एका इलेक्ट्रॉनाच्या ट्रँझिस्टरची रचना करण्यासाठी आवश्यक मूलाधार उपलब्ध होतो. तापमान नीच असताना ऊष्मीय चढ-उतार कमी होतो. या तापमानांना एका इलेक्ट्रॉनाच्या विविध प्रयुक्तींमुळे सूक्ष्मातीत संरचना सहजपणे साध्य होतात. संसीमित इलेक्ट्रॉन प्रवाह असलेल्या संरचनांसाठी व्यापक संशोधन चालू आहे. तथापि, कोठी तापमानाला करावयाच्या अनुप्रयुक्तींकरिता स्थिर कार्य साध्य व्हावे म्हणून ती आकाराने मोठ्या प्रमाणात घटून एक नॅमी.च्या पल्ल्यात येणे शक्य होईल. लक्षावधी प्रयुक्त्यांसह मोठ्या प्रमाणावरील उपयोगांसाठी (उदा., संकलित मंडलांमध्ये आढळणाऱ्या उपयोगांसाठी) अगदी एकसारख्या आकारमानाच्या संरचनांसाठी एकसारखी प्रयुक्तीची गुणवैशिष्ट्ये टिकण्याची आवश्यकता हे महत्त्वाचे आव्हान आहे. या आणि समन्वेषण चालू असलेल्या अनेक नवीन सूक्ष्मातीत प्रयुक्त्यांमध्येही लाभाचा अभाव हा गंभीर दोष असून त्यामुळे मोठ्या प्रमाणावरील इलेक्ट्रॉनीय मंडलांमध्ये पूर्ण उपयोग करण्याला मर्यादा पडते.

 

 

स्पिन्ट्रॉनिक्स : केवळ वाहकांच्या विद्युत् भारावरच नव्हे, तर त्यांच्या परिवलनावर (स्पिनवर) आधारलेल्या क्रिया ज्या इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्त्या करतात, त्या प्रक्रियांना स्पिन्ट्रॉनिक्स म्हणतात. उदा., इलेक्ट्रॉनांच्या ऊर्ध्व-परिवलन (स्पिन-अप) किंवा अधर-परिवलन (स्पिन-डाउन) अवस्थांद्वारे माहिती साठविली जाऊ शकेल किंवा वाहून नेली जाऊ शकेल. हे संशोधनाचे नवीन क्षेत्र असून त्यात परिवलन-ध्रुवित वाहकांचे अंतःक्षेपण, त्यांची वाहतूक व त्यांचे अभिज्ञान हे प्रश्न येतात. सूक्ष्मातीत प्रमाणावरील संरचनेचे कार्य व परिवलन अंतःक्षेपण प्रक्रियेवरील लोहचुंबकीय-अर्धसंवाहक आंतरपृष्ठाचे इलेक्ट्रॉनीय गुणधर्म, सूक्ष्मातीत प्रमाणावरील नियंत्रण असलेल्या नवीन लोहचुंबकीय अर्धसंवाहकांची वृद्घी आणि परिवलनाचा वापर करण्यासाठी सूक्ष्मातीत संरचना केलेल्या घटक गुणांचा संभाव्य उपयोग या सर्व संशोधन स्तंभातील कुतूहलाच्या बाबी आहेत. 


माहितीची साठवण : उच्च घनता, उच्च गती, घन-अवस्था इलेक्ट्रॉनीय स्मृती, त्याचप्रमाणे अधिक मंद (परंतु सामान्यपणे अधिक विस्तीर्ण) चुंबकीय आणि प्रकाशकीय तबकड्या हे माहिती साठविण्याचे व ती परत मिळविण्याचे (पुनःप्राप्तीचे) २०१० च्या सुमारास असलेले मार्ग होत. इलेक्ट्रॉनीय प्रक्रियणासाठीचे किमान घटक आकारमान जसे १०० नॅमी. जवळ जाते, तसे संचयित माहितीच्या बिटचे आकारमान आणखी कमी करण्याचे मार्ग सूक्ष्मतंत्रविद्येमुळे उपलब्ध होतात. अशा प्रकारे आणखी उच्चतर गती मिळविण्यासाठी घनतेत वाढ करतात व आंतरजोडण्यांची (संयोगांची) अंतरे कमी करतात. उदा., चुंबकीय तबकड्यांची निर्मिती करण्याचा आधार प्रचंड चुंबकीय रोध परिणाम हा आहे. एखादे चुंबकीय वाचन किंवा लेखन शीर्ष एक नॅमी. जाड धातवीय स्तरांवरील चुंबकीय क्षेत्राची दिशा स्थापित करून माहितीच्या बिटची साठवण करते. हे थर एकाआड एक लोहचुंबकीय व अलोहचुंबकीय असतात. आंतरपृष्ठीय स्तरांशी असलेल्या इलेक्ट्रॉनांच्या परिवलन-अवलंबी प्रकीर्णनातील फरकांतून रोधांत फरक निर्माण होतात. हे फरक चुंबकीय शीर्षाने ओळखणे शक्य होते. यांत्रिक गुणधर्म (विशेषतः हलणाऱ्या पृष्ठभागांचे घर्षण व झीज म्हणजे ट्रायबोलॉजी) चुंबकीय कठीण तबकडी (हार्ड डिस्क) चालकांमध्ये महत्त्वाचे कार्य करतात. कारण चुंबकीय शीर्षे परिवलन करणाऱ्या (फिरणाऱ्या) चुंबकीय तबकड्यांवर केवळ सु. १० नॅमी. अंतरावर तरंगत असतात.

एक नॅमी. जाड चुंबकीय स्तरांचे अभिकल्प करण्यावर अवलंबून असलेल्या माहिती साठविण्याच्या पद्घतीचा व्यापारी पातळीवर विकास करण्यात येत आहे. चुंबकीय यदृच्छ प्रवेश (प्राप्ती) स्मृती (मॅग्नेटिक रँडम ॲक्सेस मेमरी एमआरएएम) नावाच्या या पद्घतीत विद्युतीय दृष्ट्या चालू-बंद करू शकणाऱ्या (स्विचेबल) चुंबकीय द्रव्याची पंक्ती (मार्ग) स्थायी चुंबकीकृत स्तरापासून सूक्ष्मातीत मापाच्या एका अचुंबकीय आंतरस्तराने अलग केलेली असते. क्षेत्रांच्या सापेक्ष संरेखनावर (आखणीवर) अवलंबून असलेला रोधातील बदल छेदन रेषांमधून जाणाऱ्या तारांच्या मोठ्या समुच्च्यातून विद्युतीय पद्घतीने वाचतात. एमआरएएमला परंपरागत अर्धसंवाहक उत्पादनापासून सापेक्षतः कमी उत्क्रांती होण्याची आवश्यकता भासेल. उडून न जाऊ शकणारी स्मृती निर्माण करण्याचा जादा लाभ आहे. (संचयित स्मृती अवस्था टिकवून ठेवण्यासाठी वीज किंवा विद्युत् घटमाला यांची गरज नसते).

 

रेणूंमधून होणाऱ्या विद्युत् संवहनाच्या अभ्यासांतून त्यांच्या स्मृती या संभाव्य उपयोगाविषयी उत्सुकता निर्माण झाली आहे. अजून ही केवळ अटकळ वा संभाव्यता असली, तरी स्मृतीपर्यंतचे रेणवीय व सूक्ष्मातीत तार हे मार्ग चक्रव्यूहाप्रमाणे जटिल आहेत. कारण स्मृतीचे बिट (कण) लहान घनफळात संचयित करतात आणि जीवविज्ञानीय प्रणालीमध्ये प्रभावीपणे माहितीची मोठी राशी साठवितात.

 

संदेशवहन : उदग्र-पोकळी पृष्ठ-उत्सर्जक लेसर (व्हर्टिकल-कॅव्हिटी सरफेस-एमिटिंग लेसर व्हीसीएसईएल), पुंज बिंदू (क्वांटम डॉट) लेसर आणि प्रकाशकणीय (फोटॉनिक) स्फटिक द्रव्ये यांसारख्या प्रकाशकीय प्रयुक्त्यांची सूक्ष्मातीत मापाची संरचना तयार करण्याच्या कामाद्वारे संदेशवहन तंत्रविद्येची जादा प्रगतीच्या दिशेने वाटचाल होत आहे.

 

उदग्र-पोकळी पृष्ठ-उत्सर्जक लेसरमध्ये संयुक्त अर्धसंवाहकांचे सूक्ष्मातीत मापाचे थर असतात. हे थर त्यांच्या संरचनेत उपरिस्फटिकीवृद्घीद्वारे वाढलेले असतात. यांच्यात एकाआड एक विद्युत् अपारकी थर आरसे व पुंज कूप या रूपांत असतात. पुंज कूपांमुळे भारवाहक सुनिश्चित प्रदेशांत निबद्घ रूपात (मर्यादेत) राहू शकतात. त्यांच्यामुळे ऊर्जेचे इष्ट तरंगलांबीच्या प्रकाशात परिवर्तन शक्य होते. स्थिर तरंगांच्या निस्पंदांशी (अक्षोभ स्थानांशी) वाहक निबद्घ राहण्यासाठी आणि अधिक कार्यक्षम प्रारणशील पुनःसंयोगासाठीच्या पट्ट संरचना बेतण्यासाठी पुंज कूप लेसरच्या पोकळीत (ठेवलेले) असतात. अतिशय पातळ उपरिस्फटिकीवृद्घीय अर्धसंवाहक थरांच्या अचूक वाढीशी निगडित असलेली एकमितीय सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या तंत्रे १९९०–२००० या दशकात विकसित झाली. अशा सूक्ष्मातीत संरचनानिर्मितीमुळे उदग्र-पोकळी पृष्ठ-उत्सर्जक लेसरच्या कार्यक्षमतेत वाढ झाली आणि लेसिंग सुरू होण्यासाठी आवश्यक असलेला प्रवाह (तलसीमा प्रवाह) कमी झाला (लेसरमधील उच्च ऊर्जा अवस्थांमध्ये इलेक्ट्रॉन पंप करून किंवा उत्तेजित करून जवळजवळ एकच कंप्रता असलेले दृश्य किंवा अवरक्त तरंग निर्माण करण्याला लेसिंग म्हणतात). एकप्रतलीय उत्पादक तंत्रविद्येने उदग्र-पोकळी पृष्ठ-उत्सर्जक लेसरचे कार्यमान व अनुरूपता यांच्यात सुधारणा झाल्यामुळे विविध प्रकारच्या संदेशवहन उपयोगांमध्ये लेसरचा स्रोत म्हणून त्यांना अधिक शीघ्रगतीने पसंती प्राप्त होत आहे.

 

पुंज बिंदू इतके लहान प्रदेश असतात की त्यांना एकच विद्युत् भार देणे शक्य असते. पुंज बिंदूंचा अर्धसंवाहक लेसरांमध्ये उपयोग होण्यास सुरुवात झाल्यानंतर त्यांचे अनुसंधान (बारकाईने संशोधन) होत आहे व ते जादा लाभदायक असल्याचे दिसून येत आहे. तलसीमा प्रवाहात आणखी घट होणे आणि रेषा अधिक अरुंद होणे हे दोन्ही लाभ यातून झाले. पुंज बिंदूंमुळे प्रकाशकी उत्सर्जन तऱ्हा अतिशय अरुंद वर्णपटात आणखी निबद्घ करते आणि उदग्र-पोकळी पृष्ठ-उत्सर्जक लेसरमधील तत्क्षणी मिळणाऱ्या लेसिंगसाठी सर्वांत कमी तलसीमा प्रवाह घनता प्राप्त होते. प्रतिविकृत थरांच्या वाढी दरम्यान लेसरमध्ये पुंज बिंदू प्रथम समाविष्ट झाले. ते स्ट्रान्स्की-क्रास्तानोव्ह प्रक्रियेने दाखल झाले. जालक गैर मेळ प्रतिबल व वाढत असलेल्या प्रतलाचा पृष्ठताण यांच्यामुळे पुंज बिंदू उत्पन्न झाले. निष्पन्न होणाऱ्या पुंज बिंदूंना अधिक एकसारख्या एका आकारमानात अचूकपणे नियंत्रित करणाऱ्या मार्गामध्ये (पद्घतीमध्ये) करण्यात येणाऱ्या सुधारणा शोधण्यात येत आहेत.

प्रकाशकणीय स्फटिकांमुळे प्रकाशकणांचे दिशानियंत्रण आणि वापर वा हाताळणी यांचे नियमन करणारे नवीन कार्यसाधन उपलब्ध झाले. हे कार्यसाधन प्रकाशाच्या तरंगलांबीच्या पुनरावृत्त परिणामासह असलेल्या आवर्ती विद्युत् अपार्य जालकावर आधारलेले आहे. या द्रव्यांचे गुणधर्म विजातीय असू शकतात. उदा., विशिष्ट आवर्ती संरचनेवर आधारलेल्या द्रव्यामधून ठराविक तरंगलांब्यांचा प्रकाश पलीकडे जात नाही. सर्व दिक्‌स्थितींतून येणारा आपाती प्रकाश उलट परावर्तित करण्याच्या बाबतीत प्रकाशकणीय जालके तरंगलांबी-विवेचक परिपूर्ण आरसे म्हणून कार्य करू शकतात. अशा अभूतपूर्व सूक्ष्म मापांवर ही जालके प्रकाशकीय स्विचिंग (चालू-बंद क्रिया) दिशानियंत्रक व तरंगलांबी अलगीकरण यांचा मूलाधार ठरतात. या कृत्रिम स्फटिकांसाठी आवश्यक असलेल्या आवर्ती संरचना द्विमितीय व त्रिमितीय अशा दोन्ही जालकांच्या रूपात आकार घेऊ शकतात. प्रकाशकीय स्रोत, स्विचे व मार्ग तयार करणारे साधन यांच्याबाबतीत सोप्या जोडकामाचा विचार होत आहे. द्विमितीय व एकप्रतलीय भूमिती अध्ययनांकडे सर्वाधिक लक्ष देण्यात येत आहे.


सूक्ष्म विद्युत् यांत्रिक प्रणाली : (मायक्रो इलेक्ट्रोमेकॅनिकल सिस्टिम्स एमईएमएस). ही सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येची दुसरी महत्त्वाची संभाव्य अनुप्रयुक्ती आहे. या प्रयुक्तीचे आकारमान मायक्रोमीटर (मीटरच्या दशलक्षांश) पातळीवरचे आहे. या प्रणालीचा मुख्य प्रभाव प्रकाशकीय स्विचिंगमार्फत संदेशवहनावर पडण्याची दाट शक्यता आहे. भावी काळात विद्युत् यांत्रिक प्रयुक्त्यांचे आकारमान सूक्ष्मातीत होऊ शकेल. तेव्हा अधिक लहान पुंजावरील यांत्रिक कंपनांच्या उच्चतर कंप्रतांचा फायदा करून घेता येईल. लहान यांत्रिक तुळयांच्या कंपनाची नैसर्गिक (अनुस्पंदनी) कंप्रता त्यांचे आकारमान जसे कमी होत जाते, तशी वाढते. यामुळे आंदोलक म्हणून त्यांचे चालन होण्यासाठी थोड्याच शक्तीची गरज भासेल. त्यांची कार्यक्षमता Q या गुणवत्ता घटकाने मोजतात (दर्शवितात). हा घटक म्हणजे दर आवर्तनाला साठलेली ऊर्जा व दर सेकंदाला उत्सर्जित झालेली ऊर्जा यांचे गुणोत्तर असते. हा घटक जेवढा उच्चतर तेवढी आंदोलकाची निरपेक्ष कंप्रता अधिक अचूक असते. सूक्ष्म व सूक्ष्मातीत मापांच्या यांत्रिक आंदोलकांसाठी Q फार उच्च आहे आणि या प्रयुक्त्या अतिउच्च (सूक्ष्मतरंगांच्या) कंप्रतांपर्यंत पोहोचू शकतात. त्यामुळे त्या इलेक्ट्रॉनिकीवर आधारलेल्या आंदोलकांच्या व छानकांच्या कमी शक्ती वापरणाऱ्या संभाव्य पर्याय ठरू शकतील.

 

यांत्रिक आंदोलक १० X १०० नॅमी. आकारमानाच्या सिलिकॉनापासून बनविले आहेत. त्यांच्यातील १० टक्क्यांहून अधिक अणू पृष्ठभागापासून एका अणूएवढ्या अंतरापेक्षा कमी अंतरावर असतात. या आकारमानांची पुष्कळ समांग द्रव्ये तयार करणे शक्य आहे (उदा., एका स्फटिकाचे सिलिकॉन दंड). सूक्ष्मातीत आकारमानाला पृष्ठभाग वाढत जाणारे कार्य करतात. पृष्ठभागावरील दोष व पृष्ठभागावर शोषलेल्या रेणूंचे प्रकार ही याची कारणे आहेत, असे अनुमान निघते.

एक गिगॅहर्ट्‌झ (दर सेकंदाला एक अब्ज आवर्तने) याहूनही अधिक उच्चतर कंप्रतांची कल्पना करणे शक्य आहे. त्यांच्यामध्ये सूक्ष्मातीत यांत्रिक प्रणालींतील अंतिम अवस्था आहे असे म्हणता येते. यांत सूक्ष्मातीत यंत्रण केलेल्या संरचना ते रेणवीय प्रणालीपर्यंत जाता येते. अनेक भित्तींच्या कार्बन सूक्ष्मातीत नलिकांचे त्यांच्या यांत्रिक गुणधर्मांसाठी चाललेले समन्वेषण हे याचे उदाहरण आहे. जेव्हा बाहेरच्या सूक्ष्मातीत नलिकेची टोके काढून टाकतात, तेव्हा आतील नलिका बाहेरच्या नलिकेपासून काही प्रमाणात ओढली जाऊ शकेल. तेथे या दोन नलिकांमधील व्हॅन डर व्हाल्स प्रेरणा पुनःस्थापक प्रेरणा पुरवतील. अशा प्रकारे आतील नलिका कंप पावू शकेल व बाहेरील नलिकेच्या आत मागे-पुढे सरकू शकेल. अशा प्रणाली स्थूल प्रणालींशी जोडणे आणि त्यांचे पृष्ठभागांच्या परिणामांपासून संरक्षण करणे या गोष्टी कधीतरी व्यावहारिक ठरतील की नाहीत, हे निश्चित नाही.

 

सूक्ष्मातीत बनावट : सूक्ष्मातीत बनावटीसाठी (जोडकाम करण्यासाठी) अगदी भिन्न असे दोन मार्ग वा पद्घती वापरता येतात. प्रचलित तंत्रविद्यांच्या सूक्ष्मीकरणाचे माथ्याकडून तळापर्यंत जाणारे (टॉप-डाउन) व्यूहतंत्र हा एक मार्ग आहे तर अणुअणूने अधिकाधिक जटिल रेणवीय प्रयुक्त्या उभारण्याचे तळापासून वरपर्यंत जाणारे (बॉटम-अप) व्यूहतंत्र हा दुसरा मार्ग आहे. दीर्घ पल्ला अनुक्रम असलेल्या संरचनांसाठी आणि स्थूलमानीय जोडण्या करण्यासाठी माथ्याकडून तळापर्यंत हे मार्ग चांगले आहेत तर जुळणीसाठी आणि सूक्ष्मातीत एककाच्या लघुपल्ल्याचे अनुक्रम प्रस्थापित करण्यासाठी तळापासून माथ्यापर्यंतचे मार्ग सर्वांत सोयीस्कर आहेत. या दोन्ही तंत्रांचे एकत्रीकरण केल्यास अखेरीस सूक्ष्मातीत बनावटीसाठीच्या साधनांचे सर्वोत्कृष्ट मिलाफ (संयोग) मिळतील, अशी अपेक्षा आहे. बनावट व मापन यांच्यासाठी सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येला नवीन साधनांची आवश्यकता आहे.

 

माथ्याकडून तळापर्यंत जाणारे व्यूहतंत्र : या पद्घतीत पुष्कळ प्रमाणात द्रव्य काढून टाकून सूक्ष्मातीत मापाच्या वस्तू तयार करतात. बनावटीच्या अशा सर्वांत सामान्य मार्गामध्ये लघु-तरंगलांबीचा प्रकाशकीय स्रोत वापरणाऱ्या शिलामुद्रणीय आकृतिबंधक्रिया (पॅटर्निंग) तंत्राचा संबंध येतो. संकलित मंडलांच्या बनावटीत उघड झालेल्या लाभाप्रमाणे माथ्याकडून तळापर्यंत या मार्गाचा कळीचा (मुख्य खुबीचा) फायदा म्हणजे भागांची आकृतिबंधनिर्मिती व उभारणी या दोन्ही गोष्टी एका जागेवरच करतात. यामुळे जुळणीच्या टप्प्यांची गरज नसते. प्रकाशकीय शिलामुद्रण हे सापेक्षतः प्रगल्भ क्षेत्र आहे. कारण सूक्ष्मइलेक्ट्रॉनिकीय चीपनिर्मितीत शोधनाची (परिष्करणाची) उच्च प्रत गाठली गेली आहे. तसेच लघु-तरंगलांबी प्रकाशकीय शिलामुद्रण तंत्रे १०० नॅमी. मापाइतकी खाली पोहोचली आहेत. टोकाचे (चरम) जंबुपार किरण व क्ष-किरण यांसारखे लघु-तरंगलांबी स्रोत विकसित होत असून त्यामुळे शिलामुद्रणीय छपाई तंत्रे १०–१०० नॅमी. मापांपर्यंत पोहोचली आहेत. इलेक्ट्रॉन शलाका शिलामुद्रणासारख्या क्रमवीक्षण शलाका तंत्रांमुळे सु. २० नॅमी. पर्यंतचे सूक्ष्म आकृतिबंध (नमुने) उपलब्ध झाले आहेत. या पद्घतीत पृष्ठभागावर सूक्ष्मपणे केंद्रित केलेली इलेक्ट्रॉन शलाका झपाट्याने नेऊन आकृतिबंधाचे लेखन होते. म्हणजे द्रव्याच्या लहान पुंजातून इलेक्ट्रॉन शलाकेने उत्कीर्णन वा कोरण केले जाते. अशी केंद्रित केलेली आयन शलाका थेट प्रक्रियणासाठी व वेफरांवर (सूक्ष्म आकाराच्या टेबलांवर) आकृतिबंध तयार करण्यासाठी वापरतात. मात्र यातील विभेदन इलेक्ट्रॉन शलाका शिलामुद्रणापेक्षा काहीसे कमी असते. पातळ थर निक्षेपित करण्यासाठी किंवा काढून टाकण्यासाठी क्रमवीक्षण एषण्या वापरतात.

सूक्ष्मातीत मापातील वरची छपाई, साचेकाम (घडवण) आणि मुद्रांकन या यांत्रिक मुद्रण तंत्रांचा व्याप २०–४० नॅमी. इतक्या सूक्ष्म मितींपर्यंत नेला आहे. या तंत्रांच्या तपशीलांत बदल होतात परंतु ही सर्व तंत्रे एकच प्रधान मुद्रांक (प्रमाण ठसा) तयार करण्यावर आधारलेली आहेत. हा मुद्रांक इलेक्ट्रॉन शलाका शिलामुद्रणासारख्या उच्च विभेदन असलेल्या तंत्राने बनवितात व नंतर हा मुद्रांक किंवा त्याच्या नंतरच्या पिढ्या आकृतिबंध निर्माण करण्यासाठी एका पृष्ठाला लावतात. एका पर्यायी पद्घतीत मुद्रांकाच्या पृष्ठभागावर द्रव्याचा (शाईचा) अतिशय पातळ थराचा लेप देतात. हे द्रव्य मुद्रांकाचा आकृतिबंध पुनर्निर्मित होण्यासाठी थेट पृष्ठभागावर निक्षेपित होऊ शकते म्हणजे शाई उमटू शकते. उदा., थायॉल कार्यकारी केलेल्या कार्बनी रेणूंची शाई सोन्याचा लेप दिलेल्या पृष्ठावर थेट उमटवितात. गंधक अंत्यगट (सल्फर एंड ग्रुप) असलेल्या रेणूंना थायॉल म्हणतात. थायॉल सोन्याला पक्के चिकटते. दुसऱ्या पद्घतीत द्रव्याच्या एका पातळ थरात आकृतिबंध दाबण्यासाठी यांत्रिक पद्घत वापरतात. हा पृष्ठीय थर नमुनेदार परंतु बहुवारिकीय द्रव्य असून ठसा उमटविण्याची क्रिया करताना ते तापवितात. त्यामुळे साचेकामाची प्रक्रिया करण्यासाठी ते लवचिक होते. नंतर ठसा उमटविलेल्या क्षेत्राच्या खाली असलेल्या आच्छादक द्रव्याचा पातळ थर काढून टाकण्यासाठी आयनद्रायू (प्लाझ्मा) कोरण म्हणून वापरता येऊ शकतो. अशा प्रकारे अवशिष्ट बहुवारिक काढून टाकतात व पृष्ठभागावर शिलामुद्रणीय आकृतिबंध मागे राहतो. आणखी एक पद्घत पुढीलप्रमाणे आहे : प्रकाशकीय किंवा इलेक्ट्रॉन शलाका शिलामुद्रणाने सिलिकॉन वेफरवर प्रकाशरोधी द्रव्यातून उठावदार आकृतिबंध निर्माण करतात. नंतर द्रवरूप पूर्वद्रव्य (उदा., पॉलिडायमिथिल सिलोक्सेन–सिलकोनाचा एक प्रकार) आकृतिबंधावर ओतून त्याचे पक्वन करतात. परिणामी रबरासारखे घनरूप द्रव्य तयार होते. ते सोलून काढता येते व मुद्रांक म्हणून वापरता येते. या मुद्रांकाला शाई लावता येते व वर वर्णन केल्याप्रमाणे छापता येते अथवा ते पृष्ठभागावर दाबता येते. नंतर केशाकर्षण क्रियेने द्रवरूप बहुवारिक आच्छादनाच्या वर आलेल्या (उठावाच्या) भागांत वाहू देतात. तेथेच त्याला पक्के होऊ देतात. येथे मुद्रांक लवचिक आहे व अशा प्रकारे पृष्ठभागावर सूक्ष्मातीत मापाच्या बाबी छापण्यासाठी तो वापरता येऊ शकतो, हे या पद्घतीचे वेगळेपण आहे.

 

सदर सूक्ष्मातीत मापाच्या मुद्रण तंत्राचे अनेक फायदे आहेत. वक्र पृष्ठभाग असणाऱ्या द्रव्यांचा अधिक व्यापक प्रकारे वापर करण्याच्या क्षमतेच्या पलीकडचे हे फायदे आहेत. विशेषतः परंपरागत मायक्रॉनपेक्षा लहान शिलामुद्रणासाठी लागणाऱ्या सामग्रीपेक्षा पुष्कळच स्वस्त सामग्री असलेल्या प्रयोगशाळांत या पद्घती वापरणे शक्य आहे माथ्यापासून तळापर्यंतच्या सर्व तंत्रांसमोर पुढील आव्हान आहे. ही तंत्रे सूक्ष्म मापांवर चांगली कार्य करतात परंतु सूक्ष्मातीत मापांवर ही तंत्रे वापरणे वाढत्या प्रमाणात अवघड होत जाते. या तंत्रांचा प्रतलीय तंत्रांशी संबंध येतो, हा त्यांचा दुसरा तोटा आहे. याचा अर्थ त्या संरचना आकृतिबंध केलेल्या स्तरांची बेरीज व वजाबाकी (निक्षेपण व कोरण) करून निर्माण होतात. म्हणून सहजपणे त्रिमितीय वस्तूंची रचना करणे अवघड होते.


तळापासून माथ्यापर्यंत जाणारे व्यूहतंत्र : या पद्घतीला स्वयंजोडणी म्हणतात. सूक्ष्मातीत मापाच्या वस्तू तयार करण्याची ही पद्घत अधिक प्रभावी ठरू शकेल. अणू वा रेणूंपासून संरचना वा प्रयुक्त्या तयार करण्यासाठी या पद्घतीत जैव किंवा रासायनिक पद्घती वापरतात. एकट्या अणूची किंवा रेणूची कौशल्यपूर्ण हाताळणी करण्यासाठी संवेदनशील एषण्या वापरून या प्रकारची जोडणी करणे शक्य झाले आहे. मात्र या कामाला खूप वेळ लागतो. निसर्गात स्वयंजोडणी ही सामान्य घटना  आहे. उदा., वंजुफल हे ओक वृक्षाचे कवचधारी फळ आहे व ते वाढून ओक वृक्ष तयार होतो. जैव किंवा कार्बनी रेणूंपासून स्वयंजोडणीद्वारे सूक्ष्मातीत संरचना तयार करण्याच्या कामाला निसर्गातील प्रक्रियांकडून मार्गदर्शन मिळू शकेल, असा विश्वास वैज्ञानिकांना वाटतो आहे. या स्वयंजोडणीच्या सूक्ष्मातीत बनावटीच्या पद्घतीत रासायनिक किंवा भौतिक प्रेरणा वापरतात. या प्रेरणा मूलभूत एककांची (घटकांची) अधिक मोठ्या संरचनांमध्ये जुळणी करण्यासाठी (एकत्रीकरणासाठी) सूक्ष्मातीत मापांवर कार्य करीत असतात. सूक्ष्मातीत बनावटीत घटकांचे आकारमान जसे कमी होत जाते, तशी तळापासून माथ्यापर्यंत जाणारे तंत्र, माथ्यापासून तळापर्यंत जाणाऱ्या तंत्रांसाठी वाढत्या प्रमाणात महत्त्वाचे घटक पुरविते. तळापासून माथ्यापर्यंत जाणाऱ्या या पद्घतींना जीवविज्ञानातील संस्थांकडून प्रेरणा मिळते. सदर जीववैज्ञानिक संस्थांमध्य जीवनासाठी आवश्यक असलेल्या सर्व संरचना निर्माण करण्यासाठी निसर्गाने रासायनिक प्रेरणांचा उपयोग करून घेतला आहे. विवक्षित अणूंचे लहान गुच्छ (गट) निर्माण करण्याच्या निसर्गाच्या क्षमतेची नक्कल करता येईल व ती क्षमता अधिक कष्टाने तयार होणाऱ्या संरचनांची स्वयंजोडणी करू शकेल, अशी संशोधकांना आशा वाटते आहे.

 

सूक्ष्मातीत कणनिर्मितीसाठी अनेक तळापासून माथ्यापर्यंत पद्घती विकसित झाल्या आहेत. या पद्घती आणवीय बाष्पांचे पृष्ठभागांवर संघनन (संद्रवण) करणे ते द्रवातील अणूंचे संमीलन करणे या पल्ल्यातील आहेत. उदा., व्युत्क्रमणी आर्द्र मृत्कणांवर (मायसेलींवर) आधारलेली द्रव प्रावस्था तंत्रे अर्धसंवाहक, चुंबकीय व इतर द्रव्यांचे निवडलेल्या आकारमानांचे सूक्ष्मातीत कण निर्माण करण्यासाठी विकसित केली आहेत [व्युत्क्रमणी आर्द्र मृत्कण म्हणजे निर्जलीय विद्रावात तरंगणारे लिपीड रेणूंचे गोलसर पुंज (गुच्छ) असून त्यामध्ये त्यांची ध्रुवीय किंवा जलस्नेही टोके आतल्या बाजूस वळलेली असून यातून पोकळ गाभा तयार होतो]. निर्मिती व संघटन या दोन्हींवर मर्यादित प्रमाणावर नियंत्रण मिळविण्यात यश आले आहे, अशा स्वयंजोडणीचे एक उदाहरण म्हणजे पुंज बिंदूंची वाढ हे होय. गॅलियम आर्सेनाइडावर (GaAs), इंडियम गॅलियम आर्सेनाइडांचे (InGaAs) पातळ थर असे वाढू देतात की, संपीडक ताणाने (प्रतिविकृतीने) या थरात निर्माण झालेल्या प्रतिसारक प्रेरणांमुळे एकाकी पुंज बिंदू निर्माण होऊ शकतात. बहुविध थरांच्या जोड्यांच्या वाढीनंतर बिंदूंमधील अंतर एकसारखे होऊ शकते. रासायनिक व तापमानविषयक परिस्थितींचा संच योग्य प्रकारचा असताना होणारी कार्बन सूक्ष्मातीत नलिकांची निर्मिती हे गुंतागुंतीच्या स्वयंजोडणीचे दुसरे उदाहरण आहे.

 

डीएनएच्या मदतीने जोडणीद्वारे संकरित विजातीय भागांचे एका प्रयुक्तीमध्ये संकलन (एकत्रीकरण) करण्याची पद्घती उपलब्ध होऊ शकेल. जीवविज्ञानात हे काम अतिशय चांगल्या प्रकारे होत असते. म्हणजे असे जीववैज्ञानिक काम होताना जेथे अधिक दुर्बल विद्युत् रासायनिक प्रेरणांचे काम महत्त्वपूर्ण असते, अशा तरल (प्रवाही) पर्यावरणात स्वयंजोडणी व स्वयंसंघटन एकत्रितपणे केले जाते. या पद्घतीमध्ये डीएनएसारखे प्रतिबोधन (ओळख) वापरून पृष्ठभागावरील रेणू द्रायूत असलेल्या पदार्थांमधील जोडण्यांना दिशा देऊ शकतील. या पद्घतीत पूरक डीएनए पेडांपासून बनविलेली बहुवारिके बुद्घिमान अभिलागी (चिकटविणारी) फीत म्हणून वापरण्यात येतील. केवळ योग्य जोडी असतानाच बहुवारिकांमध्ये या फितीने आसंजन (चिकटण्याची क्रिया) होईल. आसंजनाच्या जागांची स्थाने निश्चित करण्याला मदत व्हावी म्हणून अशी जोडणी विद्युतीय क्षेत्रांशी संयोग पावू शकेल. नंतर विद्युतीय निक्षेपण व धातुकरण यांसारख्या अधिक कायम स्वरूपी अनुसंधान पद्घती अनुसरण्यात येतील. डीएनएची मदत घेणाऱ्या पद्घतींचे अनेक फायदे आहेत. उदा., डीएनए रेणूचे मोठ्या प्रमाणात अनुक्रम लावणे व प्रतिकृती तयार करणे शक्य आहे डीएनए अनुक्रम संकेतावलीसारखे कार्य करतात आणि पूरक डीएनए पेड ओळखण्यासाठी ते वापरता येणे शक्य आहे. संकरित डीएनए पेड हे त्यांच्या पूरक अनुक्रमासाठी बळकट बंध होतात आणि भिन्न प्रयुक्त्यांना डीएनए पेड संकेत म्हणून जोडता येऊ शकतात. रेणूंच्या सूक्ष्मातीत एककांत होणाऱ्या स्वयंजोडणीच्या जोडणी मार्गांसाठी या गुणधर्मांचा शोध घेण्यात येत आहे. उदा., संयुक्त अर्धसंवाहकाच्या विशिष्ट स्फटिक पृष्ठांनाच संलग्न होणाऱ्या (चिकटणाऱ्या) डीएनए अनुक्रमांची जोडणी करण्यात आली आहे. यातून स्वयंजोडणीचा मूलाधार उपलब्ध झाला आहे. डीएनए रेणूच्या दुसऱ्या टोकाला यथायोग्य पूरक अनुक्रम असला, तर अर्धसंवाहक निर्मितीच्या लहान घटकांचे फलक (पृष्ठभाग) तयार करणे शक्य आहे. हे एकमेकांना चिकटतील किंवा दूर लोटतील. उदा., रेणूंच्या टोकांशी असणाऱ्या थायॉल गटांमुळे हे रेणू सोन्याच्या पृष्ठभागाला संलग्न होतात (जोडले जातात) तर कार्‌बॉक्सिल गट सिलिकेच्या पृष्ठभागांना जोडण्यासाठी वापरणे शक्य आहे. दिशायुक्त जोडणी हे स्वयंजोडणीचे वाढते महत्त्व असलेले भिन्न रूप आहे. येथे अर्धसमतोलाच्या परिस्थितींमध्ये घटक भाग यांत्रिक, विद्युतीय किंवा चुंबकीय रीतीने हलतात आणि हे भाग जेथे हमखास जाणे अपेक्षित आहे, तेथे ते बिनचूकपणे ठेवले जातात.

 

उपयोग : सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येत सूक्ष्मातीत स्फटिक, सूक्ष्मातीत संमिश्र द्रव्ये, सूक्ष्मातीत नलिका, सूक्ष्मातीत प्रयुक्त्या, सूक्ष्मातीत संरचना इ. बाबी येतात. त्यांचा उपयोग विविध क्षेत्रांमध्ये होऊ लागला असून भावी काळात त्यांचे असंख्य उपयोग पुढे येतील, अशी अपेक्षा आहे. या आधी काही उपयोगांचे वर्णन आले असून पुढे त्यांचे काही महत्त्वाचे उपयोग दिले आहेत : ॲल्युमिना, झिंक ऑक्साइड, मॅग्नेशियम ऑक्साइड, सिलिका, टिटॅनियम डायऑक्साइड इ. सूक्ष्मातीत कणांसाठी वापरण्यात येणारी सामान्य संयुगे आहेत. सोन्याच्या सूक्ष्मातीत कणांचा उपयोगही करण्यात येत आहे. जंबुपार किरणांच्या प्रकीर्णनासाठी (विखुरण्यासाठी), सौर पडद्यांच्या कापडांमध्ये, अन्नपदार्थ खराब होण्याचे प्रमाण कमी करण्यासाठी खाद्यपदार्थांच्या आवेष्टनांमध्ये, तसेच डाग पडण्यास प्रतिबंध करण्यासाठी व सूक्ष्मजंतू नष्ट करण्यासाठी कापडांमध्ये सूक्ष्मातीत कण वापरतात.

 

लेप किंवा मुलामा, रंगद्रव्ये, ज्योतरोधक द्रव्ये, प्रकाश उत्सर्जक द्रव्ये इत्यादींमध्येही सूक्ष्मातीत कण वापरतात. प्रकाश उत्सर्जक द्रव्यांमुळे एखाद्या रासायनिक विक्रियेची गती वाढविण्यासाठी प्रकाश वापरतात. बुरशी किंवा हवेचे प्रदूषण करणारी द्रव्ये यांसारखी विशिष्ट घातक द्रव्ये निरुपद्रवी करण्यासाठीही पुष्कळदा प्रकाश उत्सर्जक द्रव्ये वापरतात. सौंदर्यप्रसाधने, शाम्पू वगैरेंमध्ये सूक्ष्मातीत कण वापरतात.


सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येच्या मदतीने अशुद्घ पाणी अल्प खर्चात पिण्यायोग्य करणे शक्य झाले आहे. रशियाच्या व्हिक्टर पेट्रिक यांनी सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येच्या साहाय्याने पाणी शुद्घ करण्यासाठी एक विद्राव तयार केला आहे. हा विद्राव पाण्यात विशिष्ट प्रमाणात मिसळल्यास पाणी शुद्घ होते आणि सध्याच्या (२०१२ सालात) खर्चात ५०% बचत होते. शिवाय त्यामुळे यासाठी वापरण्यात येणारी वीज, रसायने व मनुष्यबळ यांच्यावर होणाऱ्या खर्चातही बचत होते. अशाच प्रकारचे प्रयोग अमेरिकेतील सिएरा (कॅलिफोर्निया) प्रयोगशाळेत होत आहेत.

 

पर्यावरण, अवकाशविज्ञान, संदेशवहन, सौर ऊर्जा, वैद्यक इ. क्षेत्रांमध्ये सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येमुळे आमूलाग्र बदल होतील, अशी अटकळ आहे. यांशिवाय मादक वा अमली पदार्थांचा शोध घेणे, बोटांच्या ठशांची तपासणी करणे, रोबॉट तयार करणे, रोगग्रस्त ऊतकांवर उपचार करणे इत्यादींमध्येही सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येचा उपयोग होऊ शकेल.

 

संगणकाची प्रक्रिया करणाऱ्या सुधारित घटकाची रचना करणे, नावीन्यपूर्ण वैज्ञानिक व वैद्यकीय उपकरणे तयार करणे, अधिक कार्यक्षम व जटिल औषधे तयार करणे, शस्त्रक्रियेच्या आधुनिक उपकरणांपेक्षा अधिक अचूक उपकरणे तयार करणे इ. गोष्टी सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येमुळे शक्य होतील. गणक यंत्र किंवा लेथ यांसारख्या परंपरागत साधनांच्या तुलनेत अंकीय संगणक व उत्पादक प्रणाली यांमध्ये भावी काळात व्यापकपणे सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येचे उपयोग होऊ शकतील, मात्र त्यांचे वर्णन करणे अवघड आहे.

अमेरिकेच्या स्टॅनफोर्ड विद्यापीठातील संजीव गंभीर व त्यांच्या सहकाऱ्यांनी सोन्याचे सूक्ष्मातीत कण व रामन वर्णपटविज्ञान यांच्या संयुक्त उपयोगाद्वारे कर्करोगाचे निदान करण्याची एक पद्घत विकसित केली आहे [→ रामन परिणाम रामन, सर चंद्रशेखर व्यंकट]. याबाबतीत उंदरावर करण्यात आलेल्या प्रयोगाला यश मिळाले आहे. त्यांनी सोन्याचे सूक्ष्मातीत कण तयार केले आणि त्यांच्या साहाय्याने आतड्याच्या कर्करोगाचे निदान करण्यात यश मिळविले. या सूक्ष्मातीत कणांचा शरीरावर कोणताही दुष्परिणाम होत नाही. तसेच कर्करोगाचे निदान करण्याच्या इतर पद्घतींनी जे निदान होऊ शकत नाही ते सुद्घा या पद्घतीने करता येते, असा या संशोधकांचा दावा आहे. सोने व सिलिका यांचे सूक्ष्मातीत कण रामन वर्णपटविज्ञानाच्या साहाय्याने कर्करोगावरील उपचारासाठी प्रभावीपणे वापरता येतील, असेही त्यांचे म्हणणे आहे. कर्करोगाचे निदान करताना रुग्णांच्या शरीरातील या दोन्ही प्रकारच्या सूक्ष्मातीत कणांचे निरीक्षण करून कोणत्या प्रकारचा कर्करोग झाला आहे, हे डॉक्टर ओळखू शकतील.

 

माणसाच्या जीवनाच्या बहुतेक अंगांशी सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येचा संबंध येत आहे. तिच्यात नवनवे संशोधन होत असून तिचे नवनवीन उपयोग पुढे येत आहेत. तिच्यामुळे मानवी जीवन अधिक समृद्घ होत आहे. सूक्ष्मातीत ही संकल्पना विज्ञानाच्या प्रत्येक क्षेत्रात प्रविष्ट होत असल्याचे दिसते. वस्त्रोद्योग, बांधकाम, वैज्ञानिक उपकरणे, आरोग्य, मोटारगाडी उद्योग, अवकाशविज्ञान, विमान उद्योग, अभियांत्रिकी, सामग्रीविज्ञान, संमिश्र द्रव्ये, उपकरणे, औषधनिर्मिती, खाद्यपदार्थ उद्योग, धातू व अधातूंचे जोडकाम, कृषी, शस्त्रनिर्मिती, सौंदर्यप्रसाधने, आनुवंशिकी, न्यायवैद्यक, वैद्यक, स्कंध कोशिकांचा विकास, सूक्ष्मातीत विषविज्ञान, सूक्ष्मातीत शक्ती (विद्युत्) तंत्रविद्या, पाण्याचे निर्लवणीकरण इ. असंख्य क्षेत्रांत सूक्ष्मातीत तंत्रविद्येमुळे मोठे व काही बाबतींत आमूलाग्र बदल होऊ शकतील, असे अनुमान केले जाते.

भारत : केंद्र सरकारच्या माहिती व तंत्रविद्या विभागाचा सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या प्रारंभिक कार्यक्रम (नॅनोटेक्नॉलॉजी इनिशिएटिव्ह प्रोग्रॅम) २००४ मध्ये सुरू झाला. तेव्हा सूक्ष्मातीत इलेक्ट्रॉनिकी हा विषय या कार्यक्रमाच्या केंद्रस्थानी होता. संस्थात्मक क्षमता उभारणे, संशोधन व विकास यांसाठीच्या मूलभूत सुविधा विकसित करणे आणि सूक्ष्मातीत इलेक्ट्रॉनिकीतील मनुष्यबळ तयार करणे या गोष्टींवर या कार्यक्रमाचे लक्ष एकवटले होते. याद्वारे या क्रांतिकारक क्षेत्रात भारताला आघाडीवर नेण्याचे उद्दिष्ट होते. या कार्यक्रमांतर्गत इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी (मुंबई) आणि इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स (बंगळुरू) या ठिकाणी सूक्ष्मातीत इलेक्ट्रॉनिकीमधील दोन वैशिष्ट्यपूर्ण व श्रेष्ठ दर्जाची केंद्रे उभारण्यात येत आहेत. या केंद्रांमध्ये पुढील क्षेत्रांसाठी सूक्ष्मातीत प्रणाली विकसित करण्यावर भर देण्यात येत आहे : आरोग्याची काळजी घेणे, पर्यावरणविषयक माहिती मिळविणे तसेच जैव व जैवबहुवारिके (प्रथिने, न्यूक्लिइक अम्ले यांसारखे जैव बृहत् रेणू) प्रयुक्त्या, गॅलियम नायट्रोजन (GaN) प्रयुक्त्या, ध्वनिकीय संवेदक, द्रव स्फटिक अनुस्पंदकांसाठी चुंबकीय द्रव्ये, कला स्थानपरिवर्तकासाठी (विरुद्घ दिशेत वाहणाऱ्या प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाहाच्या दोन मूल्यांमधील कलाविषयक संबंध बदलण्यासाठी वापरण्यात येणाऱ्या प्रयुक्तीसाठी) लोहविद्युतीय द्रव्ये वगैरे विकसित करणे. या दोन्ही ठिकाणी भारतीय सूक्ष्मातीत इलेक्ट्रॉनिकी वापरणाऱ्यांचा इंडियन नॅनोइलेक्ट्रॉनिक्स युजर्स प्रोग्रॅम हा कार्यक्रमही सुरू केला आहे. यामुळे सूक्ष्मातीत इलेक्ट्रॉनिकीमधील तज्ञता व माहिती यांची निर्मिती सुलभ होईल आणि याला पाठबळ लाभेल. या दोन्ही ठिकाणी उभारलेल्या सुविधा या संस्थांबाहेरचेही तज्ञ वापरू शकतील व या संशोधनात सहभागी होऊ शकतील. यातून वर उल्लेख केलेले अपेक्षित हेतू साध्य होतील.

जामिआ मिल्लिया इस्लामिया (दिल्ली), नॅशनल फिजिकल लॅबोरेटरी, गुरु गोविंदसिंग लॅबोरेटरी, अमृता सेंटर फॉर नॅनो सायन्स (कोची), जवाहरलाल नेहरू सेंटर फॉर ॲडव्हान्स सायन्स (बंगळुरू) वगैरे ठिकाणी सूक्ष्मातीत तंत्रविद्या व सूक्ष्मातीत विज्ञान यांच्या शिक्षणाची सोय आहे. (चित्रपत्रे).

संदर्भ : 1. Drexler, K. E. Engines of Creation, 1996.

            2. Drexler, K. E. Nanosystems : Molecular Machinery Manufacturing and Computation, 1992.

           3. Freitas, R. A. (Jr.), Basic Capabilities (1999), Vol. I and Biocompatibility (2003), Vol. II of Nanomedicine.

           4. Goddard III, W. A., Ed., Handbook of Nanoscience, Engineering and Technology, 2003.

           5. Goodsell, D. S. Bionanotechnology : Lessons from Nature, 2004.

           6. Gross, M. Travels to the Nanoworld : Miniature Machinery in Nature and Technology, 2001.

           7. Hall, J. S. Nanofuture : Who’s Next for Nanotechnology, 2005.

           8. Poole, C. P. (Jr.) Owens, F. J. Introduction to Nanotechnology, 2003.

           9. Rietman, E. A. Molecular Engineering of Nanosystems, 2001.

          10. Wilson, M. and others, Nanotechnology : Basic Science and Engineering Technologies, 2002.

          ११. गोडबोले, अच्युत ठाकूरदेसाई, माधवी, नॅनोदय, पुणे, २०११.

ठाकूर, अ. ना.


सूक्ष्मातील तंत्रविद्या

औषधदाता सूक्ष्मातील कण : हा स्तरित आर्द्र मृत्कण रोहिणी विलेपी विकारातील वसायुक्त प्लेकला (चट्ट्यांना) लक्ष्य करतो.

रासायनिक शिलामुद्रण प्रक्रियेद्वारे पूर्वरचित आकृतिबंध असलेल्या आधार द्रव्यावर स्वयंजुळणी होऊन तयार झालेला आकृतिबंध : ही प्रक्रिया संस्कारित सूक्ष्मातीत कणांची जलदपणे व अचूकपणे मांडणी करण्यासाठी वापरते येते.

सूक्ष्मातीत कणांचे आकार व प्रकारफुलरीन (बकीबॉल्स) : पूर्णतः कार्बनाचा गोलाकार रेणू.कार्बनाच्या सूक्ष्मातील नलिका.


सूक्ष्मातील तंत्रविद्या

बोटावर मावणारा छोटा रोबॉट

सूक्ष्मातीत संगणनाचा वापर करणारा सूक्ष्मातीत संगणकाचा एक प्रकार

सोन्याच्या सपाट स्तरावर फुलरिनाची (बकीबॉल्स) चाके असलेली सूक्ष्मातीत मोटारगाडी, तिचे आकारमान ३-४ नॅमी. आहे.

आभासी चावीफलक असलेला सूक्ष्मातील संगणक

लेपनातील सूक्ष्मातील कणांमुळे यांत्रिक रोधासारख्या गुणधर्मात सुधारणा होते.

औषधाच्या स्वरूपातील सूक्ष्मातीत कण कार्बन नलिकांमध्ये भरून विशिष्ट कोशिकांमध्ये अंतःक्षेपित करणारे रोबॉटसारखे साधन

Close Menu
Skip to content