नैनोटेक्नोलॉजी: एप्लीकेशन, नैनोपार्टिकल्स, नैनोटेक्नोलॉजी यूपीएससी

नैनो

एक संरचना, उपकरण, या प्रणाली जो नैनोस्केल पर परमाणुओं और अणुओं में बदलाव करके निर्मित, उत्पादित या उपयोग की जाती है, या 100 नैनोमीटर (मिलीमीटर के 100 मिलियन वें हिस्से) या उससे कम के क्रम के एक या अधिक आयामों को नैनोटेक्नोलॉजी के रूप में संदर्भित किया जाता है। नैनोस्केल पर पदार्थ में बदलाव की अवधारणा पर पहली बार भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने 1959 में “देयर इज़ प्लेंटी ऑफ़ रूम एट द बॉटम” शीर्षक से अपने प्रसिद्ध व्याख्यान में चर्चा की थी। उन्होंने नए पदार्थों और उपकरणों को बनाने के लिए परमाणुओं और अणुओं में हेरफेर करने की संभावना की कल्पना की थी। हालांकि, यह 1980 और 1990 के दशक तक नहीं था, जिसके बाद माइक्रोस्कोपी और निर्माण तकनीकों में प्रगति के साथ नैनो तकनीक में महत्वपूर्ण सफलताएँ प्राप्त होने लगीं।

परमाणुओं और अणुओं में बदलाव करने के फेनमैन के दूरदर्शी विचारों ने नैनो तकनीक की अवधारणा की नींव रखी। उनकी अंतर्दृष्टि ने इस क्षेत्र में रुचि जगाई और आगे की खोज की। 1970 के दशक के अंत में, प्रोफेसर नोरियो तानिगुची ने नैनोस्केल पर पदार्थ में हेरफेर करने के विज्ञान और प्रौद्योगिकी का वर्णन करने के लिए “नैनो टेक्नोलॉजी” शब्द का प्रयोग किया। इस शब्द ने शोधकर्ताओं को परमाणु और आणविक स्तर पर काम करने की संभावनाओं का पता लगाने के लिए एक रूपरेखा प्रदान की। 1981 में स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप के विकास ने वैज्ञानिकों को अलग-अलग परमाणुओं का निरीक्षण और हेरफेर करने में सक्षम बनाकर नैनो तकनीक में क्रांति ला दी, जिससे क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति और खोज हुई।

नैनो टेक्नोलॉजी के मूल तत्व

नैनोटेक्नोलॉजी अणुओं और परमाणुओं की मौलिक समझ और इसमें किए जाने वाले बदलाव पर आधारित है, जो सभी पदार्थों के निर्माण के घटक हैं। नैनोस्केल पर, जो एक मीटर का एक अरबवां हिस्सा है, उल्लेखनीय गुण और व्यवहार उभर कर सामने आते हैं। यहाँ नैनो तकनीक के कुछ प्रमुख मूल सिद्धांत दिए गए हैं:

• स्केल: नैनोटेक्नोलॉजी नैनोस्केल पर काम करती है, जहां आयाम आमतौर पर एक से कुछ सौ नैनोमीटर की सीमा में होते हैं। इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, एक इंच में 25,400,000 नैनोमीटर होते हैं।
• अवलोकन और नियंत्रण: नैनोस्केल पर परमाणु और अणु पारंपरिक सूक्ष्मदर्शी से देखे जाने के लिए बहुत छोटे होते हैं। 1980 के दशक की शुरुआत में स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (STM) और एटॉमिक फोर्स माइक्रोस्कोप (AFM) जैसे उन्नत उपकरणों के आविष्कार ने वैज्ञानिकों को परमाणुओं का निरीक्षण और हेरफेर करने की अनुमति देकर नैनो तकनीक में क्रांति ला दी।
• व्यापक अनुप्रयोग: नैनो तकनीक के विभिन्न क्षेत्रों जैसे चिकित्सा, इलेक्ट्रॉनिक्स, ऊर्जा, पदार्थ विज्ञान और बहुत कुछ में अनुप्रयोग हैं। नैनो पदार्थ के हल्के वजन, उच्च शक्ति और प्रकाश के बढ़ते नियंत्रण सहित अद्वितीय गुणों का दोहन करके, वैज्ञानिक विविध चुनौतियों के लिए अभिनव समाधान विकसित कर सकते हैं।
• संवर्धित गुण: नैनोस्केल पदार्थ अक्सर अपने समकक्षों की तुलना में विभिन्न गुणों का प्रदर्शन करती है। इसमें बढ़ी हुई रासायनिक प्रतिक्रिया, बेहतर विद्युत चालकता, उन्नत ऑप्टिकल गुण और बेहतर यांत्रिक शक्ति शामिल हो सकते हैं। ऐसे गुण उन्नत सामग्री और उपकरणों को डिजाइन करने की नई संभावनाएं खोलते हैं।
• बहुविषयक प्रकृति: नैनो प्रौद्योगिकी अत्यधिक बहुविषयक है, जिसमें भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, पदार्थ विज्ञान और इंजीनियरिंग शामिल हैं। नैनोस्केल पदार्थ और प्रौद्योगिकियों की क्षमता का पूरी तरह से पता लगाने और उनका दोहन करने के लिए विभिन्न क्षेत्रों के वैज्ञानिकों और शोधकर्ताओं के बीच सहयोग की आवश्यकता है।

नैनो प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग

नैनोटेक्नोलॉजी में विभिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जो उद्योगों में क्रांति ला रही है और नवीन समाधान पेश कर रही है। यहाँ नैनो प्रौद्योगिकी के कुछ प्रमुख अनुप्रयोग हैं:

• इलेक्ट्रॉनिक्स: नैनो टेक्नोलॉजी ने छोटे, तेज और अधिक कुशल उपकरणों के विकास को सक्षम करके इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग को बदल दिया है। उदाहरणों में नैनो-रैम, कार्बन नैनोट्यूब पर आधारित एक उच्च-घनत्व मेमोरी और नैनो ऑप्टोमैकेनिकल एस-रैम शामिल हैं, जो पारंपरिक मेमोरी प्रौद्योगिकियों की तुलना में तेजी से पढ़ने/लिखने का समय प्रदान करता है।
• हेल्थकेयर और मेडिसिन: नैनोटेक्नोलॉजी हेल्थकेयर और मेडिसिन में बहुत बड़ी संभावना पैदा करता है। यह निदान, दवा वितरण और उपचार के लिए उन्नत उपकरण प्रदान करता है। अनुप्रयोगों में दिल के दौरे के लिए नैनोटेक डिटेक्टर, धमनियों में पट्टिका की जांच के लिए नैनोचिप्स, लक्षित दवा वितरण के लिए नैनोकैरियर, कैंसर सेल का पता लगाने के लिए नैनोफ्लेयर और विष अवशोषण के लिए नैनोस्पंज शामिल हैं।
• ऊर्जा: ऊर्जा से संबंधित अनुप्रयोगों में नैनो प्रौद्योगिकी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। यह सौर सेल में अधिक कुशल तत्व के विकास को सक्षम बनाता है, जैसे कि सौर/फोटोवोल्टिक पेंट, जो किसी भी सतह को ऊर्जा सृजक में बदल सकते हैं। नैनो जनरेटर गति से ऊर्जा का उपयोग करते हैं, जिससे संभावित बिजली उत्पादन की अनुमति मिलती है। नैनोबैटरी रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरी के क्षमता और जीवनकाल को बढ़ाती हैं।
• कृषि और खाद्य: नैनो प्रौद्योगिकी कृषि और खाद्य क्षेत्र में महत्वपूर्ण योगदान दे रही है। यह नैनो उर्वरकों के माध्यम से कुशल पोषक वितरण के लिए समाधान प्रदान करता है, पैकेजिंग में हाइब्रिड पॉलिमर के उपयोग के माध्यम से खराब होने को कम करता है, नैनोसेंसर के माध्यम से खाद्य जनित रोगजनकों का पता लगाता है और नैनो-इमल्शन का उपयोग करके उत्पादन में बैक्टीरिया को कम करता है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड पर आधारित नैनोकणों का उपयोग रोगाणुरोधी एजेंटों के रूप में किया जाता है।

भारत में नैनो तकनीक

नैनोटेक्नोलॉजी पर अनुसंधान एवं विकास कार्य भारत में 2001 में नैनोसाइंस एंड टेक्नोलॉजी इनिशिएटिव के साथ 60 करोड़ रुपये के प्रारंभिक वित्त पोषण के साथ शुरू हुआ। 2007 में, भारत सरकार ने 1,000 करोड़ रुपये के बजट के आवंटन के साथ नैनो मिशन नामक 5 साल का कार्यक्रम शुरू किया। इसके उद्देश्यों का व्यापक दायरा था और बहुत अधिक धन था। मिशन में शामिल क्षेत्र थे: बुनियादी अनुसंधान, बुनियादी ढांचा विकास, मानव संसाधन विकास और वैश्विक सहयोग।

आईटी विभाग जैसे कई संस्थान,डीआरडीओ,जैव प्रौद्योगिकी, वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुसंधान परिषद (सीएसआईआर) आदि को इस कार्य के लिए अनुबंधित किया गया था। IIT बॉम्बे और IISc बैंगलोर में नैनो फैब्रिकेशन और नैनो इलेक्ट्रॉनिक के लिए राष्ट्रीय केंद्र स्थापित किए गए थे।

भारत में नैनो प्रौद्योगिकी के संबंध में चिंताएं

भारत में नैनो प्रौद्योगिकी कई प्रमुख चिंताओं का सामना करती है जिन्हें इसके सफल विकास और कार्यान्वयन के लिए संबोधित करने की आवश्यकता है:

• वित्त: संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन और जापान जैसे प्रमुख देशों की तुलना में नैनो प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास में भारत का निवेश काफी कम है। सीमित वित्तीय संसाधन भारत में नैनोटेक्नोलॉजी की पहल के विकास और प्रगति में बाधा डालते हैं, बुनियादी ढांचे के विकास, अनुसंधान सुविधाओं और नवीन परियोजनाओं के लिए धन को प्रभावित करते हैं।
• अनुसंधान की गुणवत्ता: भारत में नैनो टेक्नोलॉजी में बड़ी संख्या में शोध पत्र हैं, तथापि उनमें से केवल एक अंश वैश्विक प्रकाशनों के शीर्ष 1% में स्थान पाता है। क्षेत्र में एक मजबूत प्रतिष्ठा स्थापित करने और सहयोग तथा निवेश को आकर्षित करने के लिए उच्च गुणवत्ता वाले अनुसंधान आउटपुट को बनाए रखना महत्वपूर्ण है।
• पेटेंट: अमेरिकी पेटेंट कार्यालय में भारतीय शोधकर्ताओं द्वारा दायर नैनो-प्रौद्योगिकी से संबंधित पेटेंट की संख्या अपेक्षाकृत कम है, जो कुल का केवल 0.2% है। सीमित पेटेंट फाइलिंग अनुसंधान परिणामों को बौद्धिक संपदा अधिकारों में परिवर्तित करने में एक संभावित अंतर का संकेत देती है, जो व्यावसायीकरण के अवसरों को प्रतिबंधित कर सकती है और तकनीकी प्रगति को बाधित कर सकती है।
• जनशक्ति: नैनो टेक्नोलॉजी के क्षेत्र में कुशल शोधकर्ताओं और पेशेवरों की आवश्यकता होती है। हालांकि, नैनो टेक्नोलॉजी को करियर विकल्प के रूप में अपनाने वाले छात्रों की कमी है। मानव संसाधन विकास मंत्रालय (HRD) ने प्रतिवर्ष नैनो टेक्नोलॉजी में 10,000 पीएचडी करने का महत्वाकांक्षी लक्ष्य निर्धारित किया है। कुशल जनशक्ति की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए इस क्षेत्र में प्रतिभाशाली व्यक्तियों को आकर्षित करने और प्रशिक्षित करने के प्रयासों की आवश्यकता है।
• सीमित निजी क्षेत्र का योगदान: नैनो टेक्नोलॉजी की अपार संभावना के बावजूद, भारत में निजी क्षेत्र की भागीदारी न्यूनतम बनी हुई है। निजी उद्योग से अधिक भागीदारी और निवेश अनुसंधान के परिणामों को व्यावहारिक अनुप्रयोगों में बदलने, प्रौद्योगिकी हस्तांतरण को बढ़ावा देने और आर्थिक विकास को चलाने के लिए आवश्यक है।

नैनोटेक्नोलॉजी में विकास

नैनोटेक्नोलॉजी ने विभिन्न क्षेत्रों में महत्वपूर्ण विकास देखा है, जिससे पदार्थ, इलेक्ट्रॉनिक्स, चिकित्सा, ऊर्जा और बहुत कुछ में प्रगति हुई है। नैनोटेक्नोलॉजी में कुछ उल्लेखनीय विकासों में शामिल हैं:

• नैनो सामग्री: नवीन नैनो पदार्थ के विकास ने इलेक्ट्रॉनिक्स, एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव जैसे उद्योगों में क्रांति ला दी है। कार्बन नैनोट्यूब, ग्राफीन और क्वांटम डॉट्स नैनोमैटेरियल्स के उदाहरण हैं जिनमें उच्च शक्ति, चालकता और ऑप्टिकल विशेषताओं सहित असाधारण गुण होते हैं।
• इलेक्ट्रॉनिक्स और कम्प्यूटिंग: नैनो टेक्नोलॉजी ने छोटे और अधिक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए मार्ग प्रशस्त किया है। नैनोस्केल ट्रांजिस्टर, नैनोरोबोटिक्स और नैनोसेंसर ने इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लघुकरण में योगदान दिया है, जिससे तेज और अधिक कुशल कंप्यूटिंग सिस्टम सक्षम हो गए हैं।
• मेडिसिन और हेल्थकेयर: नैनोटेक्नोलॉजी का चिकित्सा क्षेत्र पर गहरा प्रभाव पड़ा है, जो डायग्नोस्टिक्स, ड्रग डिलीवरी और रोग उपचार के लिए अभिनव समाधान पेश करती है। नैनोकणों का उपयोग विशिष्ट कोशिकाओं या ऊतकों को लक्षित करने के लिए किया जाता है, दवाओं को सटीक रूप से वितरित करने और दुष्प्रभावों को कम करने के लिए। नैनोसेंसर प्रारंभिक रोग का पता लगाने में सहायता करते हैं, और नैनो-प्रौद्योगिकी-आधारित चिकित्सा उपकरणों ने इमेजिंग और सर्जिकल तकनीकों में सुधार किया है।
• ऊर्जा और पर्यावरण: नैनो प्रौद्योगिकी में ऊर्जा और पर्यावरणीय चुनौतियों का समाधान करने की क्षमता है। इसने ऊर्जा-कुशल वाहनों के लिए अधिक कुशल सौर कोशिकाओं, ऊर्जा भंडारण उपकरणों (जैसे नैनोबैटरी और सुपरकैपेसिटर), और हल्के, उच्च-शक्ति सामग्री के विकास के लिए प्रेरित किया है। नैनोकणों का उपयोग पर्यावरणीय उपचार, जल शोधन और प्रदूषण नियंत्रण में भी किया जाता है।
• कृषि और भोजन: नैनो तकनीक कृषि में अभिनव समाधान प्रदान करती है, जैसे कि नैनो फर्टिलाइजर जो फसल की निगरानी के लिए पौधों और नैनोसेंसरों द्वारा पोषक तत्वों की खपत को बढ़ाते हैं। खाद्य उद्योग में, नैनो टेक्नोलॉजी खाद्य पैकेजिंग में सुधार करने, शेल्फ लाइफ बढ़ाने और दूषित पदार्थों का पता लगाने में भूमिका निभाती है।
• जल उपचार: नैनो तकनीक ने जल शोधन और विलवणीकरण प्रक्रियाओं में आशा दिखाई है। ग्राफीन ऑक्साइड मेम्ब्रेन और नैनोफिल्टरेशन सिस्टम जैसे नैनोमटेरियल में दूषित पदार्थों को हटाकर और पानी को खपत के लिए उपयुक्त बनाकर पानी की कमी के मुद्दों को दूर करने की क्षमता है।

नैनो टेक्नोलॉजी यूपीएससी

नैनोटेक्नोलॉजी यूपीएससी पाठ्यक्रम के विज्ञान और प्रौद्योगिकी खंड के तहत एक अनिवार्य विषय है। हाल के विकास और नए निष्कर्षों के साथ, विषय खबरों में बना रहता है और यह UPSC CSE के सामयिकी परिप्रेक्ष्य में भी बहुत महत्वपूर्ण है।

परीक्षा के लिए प्रभावी ढंग से तैयारी करने के लिए, उम्मीदवारों को सलाह दी जाती है कि वे नैनोटेक्नोलॉजी के मूल सिद्धांतों, अनुप्रयोगों और चिंताओं का अध्ययन करें। इसके अतिरिक्त, विज्ञान और प्रौद्योगिकी यूपीएससी नोट्स विषय के बारे में जिक्र करते हुए विस्तृत जानकारी को समझने में बहुत मदद कर सकता है।

नैनो प्रौद्योगिकी यूपीएससी प्रश्न

नैनोटेक्नोलॉजी और भारत में इसके अनुप्रयोग यूपीएससी परीक्षा में सबसे अधिक पूछे जाने वाले विषयों में से एक रहे हैं। उम्मीदवार यूपीएससी पिछले वर्ष के प्रश्न पत्र प्रारंभिक और मुख्य परीक्षा के दौरान अनुसरण किए जाने वाले प्रश्न पैटर्न को समझने के लिए इसका उल्लेख कर सकते हैं।

प्रश्न: नैनो टेक्नोलॉजी शब्द का प्रयोग सबसे पहले किसने और कब किया था? (a) रिचर्ड फेनमैन, 1959, (b) नोरियो तानिगुची, 1974, (c) एरिक ड्रेक्सलर, 1986, (d) सुमियो इजिमा, 1991

उत्तर: (a) रिचर्ड फेनमैन, 1959

प्रश्न: नैनो टेक्नोलॉजी का उपयोग करके कौन से उपभोक्ता उत्पाद पहले से ही बनाए जा रहे हैं? (a) मछली पकड़ने का लालच, (b) गोल्फ बॉल, (c) सनस्क्रीन लोशन, (d) उपरोक्त सभी

उत्तर: (d) उपरोक्त सभी

मुख्य परीक्षा के लिए प्रश्न: नैनो तकनीक इक्कीसवीं सदी के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीक क्यों है? नैनो विज्ञान और प्रौद्योगिकी पर भारत सरकार के मिशन के प्रमुख घटकों और राष्ट्र के विकास में इसके उपयोग की सीमा का वर्णन करें।

मुख्य परीक्षा के लिए प्रश्न: चिकित्सा के क्षेत्र में नैनो तकनीक से जुड़े संभावित अनुप्रयोगों और चुनौतियों पर चर्चा करें। नैनोटेक्नोलॉजी स्वास्थ्य सेवा में क्रांति कैसे ला सकती है और इसके कार्यान्वयन में शामिल नैतिक मुद्दे क्या हैं?