कोरोनासारखी जागतिक महासाथ आली की जनमानसात भीती पसरते. हे लक्षात घेऊन पेनसिल्व्हेनिया युनिव्हर्सिटीमधील संशोधकांनी अभिनव पद्धतीने विषाणूचा एम-आरएनए (मेसेंजर- आरएनए)चा छोटासा तुकडा वापरून सुरक्षित, प्रभावी आणि त्वरित लस तयार करण्याची पद्धत शोधून काढली. यंदाच्या वैद्यकशास्त्रातील ‘नोबेल’चे मानकरी ते ठरले आहेत. इतरही विषयातही निवडसमितीने लोकोपयोगी संशोधनांचा विचार प्रामुख्याने केल्याचे दिसते.

साथीच्या रोगांसाठी लस तयार करण्याच्या काही ठरीव साचा असलेल्या पद्धती आहेत. आत्तापर्यंत अनेक सुरक्षित लशी तयार केल्या आहेत. पण त्यासाठी वाजवीपेक्षा जास्त वेळ लागलेला आहे. विशेषतः कोविडसारखी जागतिक प्राणघातक साथ आली की वित्तहानी आणि प्राणहानी होते. जनमानसात सतत चिंतेचे, भीतीचे वातावरण पसरते.

हे लक्षात घेऊन पेनसिल्व्हेनिया युनिव्हर्सिटीमधील कॅटालिन कॅरिको आणि ड्रयू वाइझमन यांनी अभिनव पद्धतीने विषाणूचा एम-आरएनए (मेसेंजर- आरएनए)चा छोटासा तुकडा वापरून सुरक्षित, प्रभावी आणि लवकर लस तयार करण्याची पद्धत शोधून काढली आहे. याबद्दल दोन्ही अमेरिकन/हंगेरियन शास्त्रज्ञांना २०२३चा वैद्यकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार जाहीर झालाय. पण लस म्हणजे नक्की काय?

एखादा घातक रोग पसण्याची शक्यता असते तेव्हा तो होऊ नये म्हणून खबरदारी घेण्यासाठी लस टोचून घेतली जाते. लस म्हणजे त्या रोगाचे मेलेले (‘विकलांग’ केलेले) जीवाणू किंवा विषाणू असतात. ते सबळ/प्रबळ नसल्यामुळे त्यापासून रोग होत नाही; पण शरीराला त्या रोगजंतूंशी लढण्याचा अनुभव प्राप्त होतो. कारण जंतूंना नेस्तनाबूद करणारी प्रतिप्रथिने (अँटीबॉडीज्) तयार असतात. रोगप्रतिकारशक्ती निर्माण करण्याच्या शास्त्राला इम्युनॉलॉजी म्हणतात.

कोविड-१९ची महाघातक साथ जगभर पसरली, तेव्हा ती आटोक्यात आणण्यासाठी अनेक संशोधक प्रतिबंधक लस तयार करण्यासाठी अहोरात्र झटत होते. भारतात कोव्हिशिल्ड आणि कोव्हॅक्सिन या प्रभावी आणि प्रचलित लशींचा उपयोग करण्यात आला. अमेरिकेसह काही देशांमध्ये कॅटलिन कॅरिको आणि ड्रयू वाइसमन यांनी घडवलेल्या ‘एम-आरएनए’ आधारित लसीचा वापर करण्यात आला.

एम-आरएनए याचे कार्य म्हणजे डीएनएकडून मिळालेल्या संदेशानुसार विशिष्ट प्रथिन तयार करणे. कॅरिको आणि वाईझमन यांनी प्रत्यक्ष विषाणू न वापरता त्याच्याशी संबंधित असलेला एम-आरएनएच्या क्रमवारीचा छोटा तुकडा वापरलेला होता. असा एम-आरएनए (पेशीच्या आत गेल्या नंतर) संबंधित प्रथिन तयार करतो.

हे प्रथिन म्हणजे ‘बाह्यहल्ला’ असल्याचे पेशीला तत्काळ समजते. लागलीच प्रतिकारशक्ती जागृत होऊन त्या प्रथिनांचा नाश करणारी प्रतिप्रथिने तयार केली जातात. तथापि कॅरिको आणि ड्रयू यांनी प्रयोगशाळेत परीक्षानळीच्या आत ही पद्धत वापरल्यावर एक मोठी अडचण आली. ती म्हणजे एम-आरएनएच्या (लशीच्या) तुकड्यालाच बाह्यहल्ला असं समजून पेशीने त्याचे तुकडे करून नाश केला.

यावर उपाय म्हणून जो एम-आरएनए लस म्हणून वापरायचा आहे, त्यात किंचित बदल केला गेला. यामुळे शरीरातील पेशींची एक प्रकारे फसगत झाली. त्यांना या बाह्यहल्ल्याची कल्पना आली नाही! हा ‘किंचित’ केलेला बदल म्हणजे एम-आरएनए ‘युरीडीन’ या बेस (अल्कली) ऐवजी बदललेले ‘स्युडो (छद्मी) युरीडीन’ करून ते लस म्हणून वापरले. हा बदल पेशीला कळला नाही, म्हणून लस पेशीने स्वीकारली.

हा बदल ‘नोबेल विनिंग’ ठरला आहे. याचे कारण त्यामुळे जगाला लस लवकर तयार करण्याची सुरक्षित पद्धत मिळाली. लसीचे उत्पादन करण्यासाठीदेखील ही पद्धती सुलभ ठरणार आहे. एवढंच नव्हे तर ‘झिका’ किंवा अन्य अनेक व्याधींसाठी नवीन पद्धत जगाला उपयुक्त ठरणार आहे.

सूक्ष्मातिसूक्ष्म काळाचा वेध

हमिंग बर्ड पक्ष्याला गुंजन पक्षी किंवा हेलिकॉप्टर बर्ड म्हणतात. हा चिमुकला पक्षी नाजूक लांब चोचीने फुलांच्या आतील मध शोषून घेत असतो. ते करताना त्याला हेलिकॉप्टरप्रमाणे हवेत अधांतरी तरंगत प्रतिसेकंदाला ८० वेळा पंख हलवावे लागतात. आपल्या डोळ्यांना अतिवेगाने हालचाल करणारे पंख दिसत नाहीत; मात्र भिरभिर करणारा आवाज मात्र ऐकू येतो.

त्याच्या पंखांची हालचाल लक्षात घ्यायची असेल तर सेकंदाला बरेच फोटो घेणारा हायस्पीड कॅमेरा पाहिजे. जोडीला ‘स्ट्रोब लायटिंग’ म्हणजे झपाट्याने प्रकाशझोत फेकणारा दिवा पाहिजे. यामुळे पंखांच्या तपशीलवार बारीकसारीक हालचालींचे निरीक्षण करून अभ्यास करता येईल.

भौतिकीशास्त्राचे संशोधन करताना काही प्रयोगांमध्ये फारच वेगाने हालचाल करत असलेल्या अणू घटकांचे निरीक्षण करायचे असते. त्यासाठी प्रतिसेकंदाला अब्जावधी प्रकाशाचे झोत फेकणारी यंत्रणा लागते. एक अब्जांश सेकंदाचा एक भाग घ्यायचा आणि परत त्या अब्जांश क्षणाचा एक अब्जांश भाग घेऊन प्रकाशाचे ‘पल्स’ (झोत) प्रक्षेपित करायचे. या प्रमाणाला एक ‘आटो सेकंद’ असे म्हणतात.

एखाद्या खोलीमधील भिंतीजवळ बसून आपण जर टॉर्चच्या साह्याने समोरच्या भिंतीवर उजेड पडला तर त्याला एक हजार कोटी ‘आटो सेकंद’ एवढा वेळ लागतो. यावरून ‘आटो सेकंदा’चा काळ किती छोटा आहे, हे लक्षात येईल. एक हजार आटो सेकंद म्हणजे एक फेम्टो सेकंद. याआधी संशोधक मोठ्या मुश्किलीने फेम्टो सेकंद कालावधीपर्यंत पोचले होते.

अणू-रेणू-प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन आणि न्यूट्रॉन यांची हालचाल अतिद्रुतगती असते. प्रति आटो सेकंदात त्यांच्या हालचालींचा मागोवा घेता आला, तर इलेक्ट्रॉनच्या आणि अन्य अणू/अणूउपकण यांच्या कार्यपद्धतीचे संशोधन करता येईल. ही प्रायोगिक पद्धत शोधून काढणाऱ्या पियरे अगोस्टिनी, फेरेंक क्राऊझ आणि ऍन ल''हुलीअर यांना २०२३ चा भौतिकीशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार जाहीर झालाय.

‘आटो सेकंद फिजिक्स’ची एक अभिनव शाखा त्यांच्यापासून सुरु होतीये. या तंत्राचा उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्सपासून वैद्यकशास्त्रापर्यंत अनेक शाखांना होईल. सर्व रासायनिक प्रक्रियांमध्ये इलेक्ट्रॉनचा सहभाग असतो आणि त्याच्या हालचालींना वरून बरीच माहिती गोळा होते.

या शास्त्रज्ञांनी एका लेसर किरणांच्या दोन शलाकांचा वापर केलाय. त्यातील एक प्रतिआटो सेकंद प्रकाशाचा झोत प्रक्षेपित करते. प्रत्यक्ष प्रयोग करताना दुसरी शलाका पहिल्या शलाकेत मिसळून आवश्यक तो प्रयोग केला जातो.

भौतिकीशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार १९०१ पासून ऍन ल''हुलीअरसह फक्त पाच महिलांना मिळालाय. त्या मूळ फ्रान्सच्या असल्या तरी सध्या स्वीडनमधील लुन्ड युनिव्हर्सिटीत आहेत. फेरेंक क्राऊझ जर्मनीतील मॅक्स प्लॅन्क इन्स्टिट्यूट ऑफ क्वांटम ऑप्टिक्समध्ये असतात. तर पियरे अगोस्टिनी अमेरिकेतील ओहायओ युनिव्हर्सिटीमध्ये संशोधन करतात.

सोन्याच्या नॅनोकणांचे उपयोग

रसायनशास्त्रातील नोबेल तीन अमेरिकी शास्त्रज्ञांना जाहीर झाले आहे. मानकरी आहेत :- मॉंगी बावेंडी (मॅसाच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी), लुईस ब्रूस (कोलंबिया युनिव्हर्सिटी) आणि अलेक्सि एकिमोव्ह (नॅनोक्रिस्टल टेक्नॉलॉजी, न्यूयॉर्क). त्यांनी ‘क्वांटम डॉट्‍स’ संबंधी संशोधन केले आहे.

‘क्वांटम डॉट्स’ म्हणजे अर्धसंवाहक (सेमीकंडक्टर) असतात, मात्र त्याचे स्वरूप नॅनोकणांप्रमाणे सूक्ष्म स्फटिकरूप असते. एखाद्या अणूच्या गुणधर्माचा डोलारा त्याच्यात इलेक्ट्रॉन किती आहेत, यावर उभारलेला असतो. विशिष्ट मूलद्रव्यांनी घडलेला पदार्थ जेव्हा सूक्ष्म होत जातो, किंवा एक ते शंभर अब्जांश मीटर एवढा लहान होतो, तेव्हा त्याचे गुणधर्म आपण चक्रावून जाऊ इतके बदलतात.

पिवळे चमकदार असणारे सोने जांभळट लालसर रंग धारण करेल. सोन्याचे रासायनिक, प्रकाशीय, इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म बदलतील. पण सोन्याच्या नॅनोकणांचे अनेक क्षेत्रात उपयोग होतील. एलईडी लॅम्प, मोबाईल, टीव्ही याच्या स्क्रीनवर जे आपण पाहतो, वाचतो ते दिसण्यामागे नॅनोकणांची किमया असते.

भावीकाळात क्वांटम डॉट्समुळे सूक्ष्म सेन्सर (संवेदक), सौर पॅनल, औषधे, वैद्यकीय चिकित्सा करणारी यंत्रे तयार होतील, सर्जन ट्युमरचे ऑपरेशन सुलभतेने करतील. याचा उपयोग क्वांटम क्रिप्टोग्राफीसाठी होईल. यात फोटॉनचा समावेश असल्याने कोणताही संदेश ‘हॅक’ होणार नाही.

(लेखक विज्ञानाचे अभ्यासक आहेत.)