स्वास्थ्य पर प्रभाव न्यूनतम दिखने के कारण ग्राफीन-आधारित समाधान का विकास अधिक संभावित

ग्राफीन, अपनी विशाल संभावनाओं के साथ, सामग्री विज्ञान में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है। कार्बन के क्रिस्टलीय रूप ग्रेफाइट से निकाला गया, ग्राफीन एक उल्लेखनीय महत्वपूर्ण सामग्री है, न कि एक तत्व। आप इसे आमतौर पर पेंसिल की सीसा में पाएँगे।

केवल एक परमाणु मोटाई वाला सबसे पतला पदार्थ होने के कारण, ग्राफीन अपनी हल्केपन, लोच और मजबूती से अलग पहचान बनाता है। यह स्टील से 200 गुना अधिक प्रतिरोध और मानव बाल से हजार गुना कम मोटाई का दावा करता है।

यह अनोखी सामग्री एल्युमिनियम से पाँच गुना हल्की है, जो स्वयं स्टील से तीन गुना हल्का है, और विविध गुणों से युक्त है। इनमें प्रकाश को अवशोषित करने की क्षमता और उच्च विद्युत तथा तापीय चालकता शामिल है, जो विभिन्न क्षेत्रों में नवाचारों का मार्ग प्रशस्त करती है।

इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में, ग्राफीन की उच्च चालकता बैटरियों की उपयोगी आयु को काफी बढ़ाती है और चार्जिंग समय को कम करती है, जिससे ऊर्जा दक्षता और उपकरण की टिकाऊपन में सुधार होता है तथा ओवरहीटिंग से बचाव होता है। इसकी हल्केपन ड्रोन की एक प्रमुख सीमा—ऊर्जा भंडारण के लिए भारी बैटरियों के निर्माण—को दूर करती है।

ग्राफीन की लचीलापन और न्यूनतम प्रकाश को अवशोषित करने की क्षमता इसे विभिन्न उपकरणों के लिए टिकाऊ स्क्रीन बनाने में आदर्श बनाती है। वहीं, इसका प्रतिरोध प्रकाश क्षेत्र में प्रगति के लिए एक महत्वपूर्ण घटक बनाता है।

निर्माण में, ग्राफीन इमारत की इन्सुलेशन को सुधारता है और नमी, जंग और आग के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है, जिससे घरों में बेहतर थर्मल नियमन में योगदान मिलता है। इसलिए, यह नवीकरणीय ऊर्जा क्षेत्र में वास्तव में लाभदायक हो सकता है क्योंकि यह वर्तमान उत्पादन से अधिक ऊर्जा उत्पन्न करेगा। वहीं, स्वास्थ्य देखभाल में, यह हल्के सुनने वाले उपकरण और सर्जिकल ऑपरेशनों के माध्यम से हड्डियों और मांसपेशियों को बनाने में मदद कर सकता है।

ग्राफीन के संभावित अनुप्रयोगों में ट्रांज़िस्टर, एंटीना, कंप्यूटर चिप, सुपरकैपेसिटर, डीएनए अनुक्रमण, जल फ़िल्टर और सौर कोशिकाएँ शामिल हैं।

ग्राफीन के विविध गुणों और कई विभिन्न क्षेत्रों में क्रांति लाने की इसकी संभावनाओं को देखते हुए, वैज्ञानिक समुदाय ग्राफीन पर करीबी नज़र रख रहा है। विश्व भर के शोधकर्ता और कंपनियाँ इस सामग्री का अध्ययन और प्रयोग कर रही हैं।

सिर्फ इस सप्ताह, MIT के भौतिकविदों द्वारा किया गया एक अध्ययन ने ग्राफीन में “फ्रैक्शनल क्वांटम एनॉमलस हॉल प्रभाव” पाया। फ्रैक्शनल क्वांटम हॉल प्रभाव एक अत्यंत दुर्लभ घटना है जो, यदि नियंत्रित किया जाए, तो त्रुटि-प्रतिरोधी क्वांटम कंप्यूटर बनाने में मदद कर सकता है।

यह प्रभाव केवल कुछ ही बार देखा गया है, और वह भी मुख्यतः बहुत उच्च, सावधानीपूर्वक बनाए गए चुंबकीय क्षेत्रों में। लेकिन इस बार, यह प्रभाव एक ऐसी सामग्री में देखा गया जिस पर वैज्ञानिक इसे अपेक्षित नहीं थे और इसके अलावा, यह बिना किसी चुंबकीय क्षेत्र के हुआ। यह खोज मौलिक भौतिकी के क्षेत्र में महत्वपूर्ण निहितार्थ रखती है। यह संभवतः एक नई प्रकार की क्वांटम कंप्यूटिंग का मार्ग प्रशस्त करेगी जो व्यवधानों के प्रति काफी अधिक प्रतिरोधी होगी।

एक अध्ययन द्वारा MIT के भौतिकविदों ने ग्राफीन में “फ्रैक्शनल क्वांटम एनॉमलस हॉल प्रभाव” पाया। फ्रैक्शनल क्वांटम हॉल प्रभाव एक अत्यंत दुर्लभ घटना है जो, यदि नियंत्रित किया जाए, तो त्रुटि-प्रतिरोधी क्वांटम कंप्यूटर बनाने में मदद कर सकता है।

ग्राफीन ऑक्साइड (GO) को घोलकों में घुलनशील बनाने की एक नई विधि को एक अन्य अध्ययन में शोधकर्ताओं ने उजागर किया, जो घोलकों में विसरित हो सकती है। नई विधि ने हंबर विधि से एसिड और ब्रॉडी विधि से ऑक्सिडेंट को मिलाकर GO को सरल तरीके से लेकिन कम दोषों के साथ उत्पन्न किया।

हालांकि, ग्राफीन में विशाल अनुप्रयोग संभावनाएँ हैं, यह अभी तक व्यापक रूप से उपयोग नहीं हुआ है और अभी भी खोजा जा रहा है। सीमित उत्पादन मात्रा, उच्च लागत, और स्वास्थ्य जोखिम ग्राफीन के अपनाने को सीमित करने वाले प्रमुख कारक हैं। फिर भी, इन कारकों में से एक शायद इतना सीमित नहीं हो सकता।

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मानव परीक्षण दर्शाता है कि ग्राफीन का इनहेल करना सुरक्षित है

ग्राफीन को पहली बार वैज्ञानिकों एंड्रे गीम और कॉन्स्टैंटिन नोवोसेलोव ने 2004 में अलग किया था, जिसके लिए उन्हें 2010 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला। ‘वंडर मटेरियल’ के रूप में प्रशंसित, ग्राफीन को विश्व भर में, स्वास्थ्य देखभाल क्षेत्र सहित, इम्प्लांटेबल डिवाइस और सेंसर के माध्यम से खोजा गया है।

स्वास्थ्य देखभाल में, इस सामग्री की कैंसर जैसी स्थितियों के खिलाफ लक्षित उपचारों के संदर्भ में भी जांच की जा रही है। लेकिन, बेशक, इस सामग्री को चिकित्सा उद्देश्यों के लिए उपयोग करने से पहले, इसे संभावित प्रतिकूल प्रभावों के लिए परीक्षण किया जाना चाहिए। और एक हालिया अध्ययन सुझाव देता है कि ग्राफीन का एक विशिष्ट प्रकार बिना किसी तीव्र जोखिम के मानव स्वास्थ्य के लिए इनहेल किया जा सकता है।

इस क्लिनिकल परीक्षण, जिसमें पहली नियंत्रित एक्सपोजर शामिल थी, ने सामग्री के एक पतले, अल्ट्रा-शुद्ध जल-संगत रूप — ग्राफीन ऑक्साइड (GO) — का उपयोग किया।

ग्राफीन एक 2D नैनोमैटेरियल है जिसमें एक या कुछ परतों का कार्बन लैटिस होता है, और इसका ऑक्सिडाइज़्ड रूप बायोमेडिकल विज्ञान में रक्त कोशिकाओं के साथ संगतता, जलविलयन, रासायनिक कार्यात्मकता के लिए उच्च सतह क्षेत्र, और जैविक रूप से प्रासंगिक घोलों में उचित कोलॉइडल स्थिरता के कारण आशाजनक दिखाया गया है। विशेष रूप से, परतदार ग्राफीन ऑक्साइड सामग्री को झिल्ली अनुप्रयोगों के लिए अध्ययन किया जाता है। हालांकि, ग्राफीन ऑक्साइड के लिए विषाक्तता डेटा सीमित और असंगत है।

व्यापक अनुप्रयोगों के लिए विकसित होते हुए, अध्ययन ने बताया कि ग्राफीन ऑक्साइड नैनोमैटेरियल मानव स्वास्थ्य के लिए संभावित सुरक्षा चिंताओं से जुड़ा है। परिणामस्वरूप, टीम ने एक डबल-ब्लाइंड, रैंडमाइज़्ड कंट्रोल्ड ट्रायल किया ताकि यह पता चल सके कि इस सामग्री को इनहेल करने से हमारे फेफड़ों और रक्त वाहिकाओं के तीव्र कार्यों पर कितना प्रभाव पड़ता है।

उच्च शुद्ध, पतले, और धातु एवं एंडोटॉक्सिन-रहित GO सामग्री को संशोधित हंबर विधि से संश्लेषित किया गया। GO नैनोशीट (1 से 100 नैनोमीटर मोटाई वाली 2D नैनोस्ट्रक्चर) का आकार सटीक रूप से परिभाषित था और इसमें कोई तत्वीय संदूषण नहीं था। अध्ययन ने दो लैटरल डाइमेंशन उपयोग किए: छोटा GO (s-GO) और अल्ट्रास्मॉल GO (us-GO)।

एक दर्जन से अधिक स्वयंसेवकों ने अध्ययन में भाग लिया, जहाँ उन्हें सावधानीपूर्वक नियंत्रित एक्सपोजर दिया गया, जिसमें सामग्री को फेस मास्क के माध्यम से साँस लेना शामिल था। प्रतिभागियों ने दो घंटे तक ग्राफीन ऑक्साइड को साँस में लिया जबकि वे विशेष रूप से डिजाइन किए गए मोबाइल एक्सपोजर चेम्बर में साइकिल चला रहे थे। स्वयंसेवकों को कुछ हफ्तों बाद दोबारा नियंत्रित एक्सपोजर के लिए बुलाया गया। इस बार, शोध ने विभिन्न आकारों के ग्राफीन ऑक्साइड कणों के साथ प्रयोग करने पर ध्यान केंद्रित किया।

इस प्रकार, 14 युवा, स्वस्थ स्वयंसेवकों ने दोहराए गए दौरे में 200 μg m−3 (वायु के घन मीटर में माइक्रोग्राम) की सांद्रता के साथ छोटे और अत्यंत छोटे GO नैनोशीट दोनों को इनहेल किया। s-GO की वास्तविक सांद्रता 214 ± 23 μg m−3 थी, और us-GO की 224 ± 17 μg m−3, जिसे दो घंटे के दौरान स्थिर स्तर पर बनाए रखा गया।

नैनोटेक्नोलॉजी का अधिकतम उपयोग

अध्ययन ने एक्सपोजर से पहले और दो घंटे के अंतराल पर फेफड़े की कार्यक्षमता, रक्त थक्के बनना, रक्तचाप और रक्त में सूजन पर सामग्री के प्रभावों को मापा।

शोधकर्ताओं ने पाया कि सामग्री का रक्तचाप या फेफड़े की कार्यक्षमता पर कोई प्रतिकूल प्रभाव नहीं पड़ा। अन्य जैविक पैरामीटरों में भी कोई अनुकूल नहीं प्रतिक्रिया नहीं देखी गई। हालांकि, उन्होंने नोट किया कि ग्राफीन ऑक्साइड इनहेल करने से रक्त के थक्के बनने के तरीके पर थोड़ा प्रभाव पड़ सकता है, लेकिन इस प्रभाव को बहुत छोटा बताया गया।

उच्च समृद्ध रक्त प्रोटिओमिक्स के विश्लेषण में बहुत कम अंतरात्मक प्लाज़्मा प्रोटीन दिखे, जबकि धमनियों की चोट के एक्स-वीवो मॉडल में थ्रोम्बस निर्माण केवल हल्का बढ़ा।

यह अध्ययन, प्रोफेसर कोस्टास कोस्टारेलोस, यूनिवर्सिटी ऑफ़ मैनचेस्टर, और बार्सिलोना के कैटलन इंस्टीट्यूट ऑफ़ नैनोसाइंस एंड नैनोटेक्नोलॉजी (ICN2) के अनुसार, यह दर्शाता है कि शुद्ध ग्राफीन ऑक्साइड रूपों को आगे विकसित किया जा सकता है जबकि मानव स्वास्थ्य के जोखिम को न्यूनतम रखा जा सकता है। उन्होंने कहा:

“यह हमें दस से अधिक वर्षों से इस शोध को करने के लिए आवश्यक ज्ञान विकसित करने में लगा है, सामग्री और जैविक विज्ञान के दृष्टिकोण से, साथ ही इस तरह के नियंत्रित अध्ययनों को सुरक्षित रूप से करने की क्लिनिकल क्षमता से भी।”

अध्ययन एडिनबरो और मैनचेस्टर विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं द्वारा किया गया और यूकेआरआई EPSRC और ब्रिटिश हार्ट फाउंडेशन द्वारा वित्तपोषित किया गया। शोधकर्ताओं के अनुसार, यह निर्धारित करने के लिए आगे का काम आवश्यक है कि ग्राफीन के विभिन्न रूपों की उच्च खुराक का स्वास्थ्य पर अलग प्रभाव पड़ता है या नहीं। शोध टीम यह भी जानने में रुचि रखती है कि ग्राफीन ऑक्साइड के दीर्घकालिक एक्सपोजर से अतिरिक्त स्वास्थ्य जोखिम उत्पन्न होते हैं या नहीं।

जबकि ग्राफीन जैसी नैनोमैटेरियल बड़ी संभावनाएँ रखती हैं, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि “वे सुरक्षित तरीके से निर्मित हों इससे पहले कि वे हमारे जीवन में अधिक व्यापक रूप से उपयोग किए जा सकें,” डॉ. मार्क मिलर (BSc, PhD), यूनिवर्सिटी ऑफ़ एडिनबरो के सेंटर फॉर कार्डियोवस्कुलर साइंस के वरिष्ठ शोध सहयोगी ने कहा। मानव में ग्राफीन की सुरक्षा का अन्वेषण हमें समझने में मदद करेगा कि यह अनूठी सामग्री शरीर को कैसे प्रभावित कर सकती है, और “सावधानीपूर्वक डिजाइन के साथ, हम नैनोटेक्नोलॉजी का सुरक्षित रूप से अधिकतम उपयोग कर सकते हैं,” उन्होंने जोड़ा।

अध्ययन की सीमाओं के संबंध में, शोधकर्ताओं ने नोट किया कि उन्होंने केवल डीजल निकास नैनोपार्टिकल्स पर अपने पूर्व कार्य के आधार पर जैविक पैरामीटरों में परिवर्तन का पता लगाया, और प्रतिभागी संख्या संभवतः GO इनहेल के अधिक सूक्ष्म प्रभावों को पहचानने के लिए अपर्याप्त हो सकती है।

इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने स्पष्ट शारीरिक प्रभावों को रोकने के लिए खुराक को विशेष रूप से चुना, जिससे यह सुझाव मिलता है कि GO की उच्च सांद्रता या लंबी एक्सपोजर अवधि उन प्रभावों को उजागर कर सकती है जो इस अध्ययन में नहीं देखे गए। अतिरिक्त रूप से, अध्ययन को 6 घंटे से अधिक बढ़ाने में असमर्थता का मतलब है कि संभवतः कुछ सूजन मार्गों को पकड़ना छूट गया।

इन सबके बाद, अध्ययन स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि अल्ट्रा-शुद्ध और पतले ग्राफीन ऑक्साइड नैनोशीट, जो नैनोमीटर आकार के हैं, स्वस्थ मानवों को प्रभावित नहीं करते। इस प्रकार, यह मानवों में अन्य दो-आयामी नैनोमैटेरियल (समतल, गैर-गोलाकार पदार्थ जिनका एक आयाम <100 nm) के प्रभावों की जांच के लिए आधार स्थापित करता है।

यह अध्ययन रोगों के उपचार के लिए नई दवा वितरण विधियों के विकास का द्वार खोलता है। अनुकूलित दवा वितरण प्रणाली डिजाइन करते समय, लक्ष्य यह है कि चिकित्सीय एजेंट को नियंत्रित तरीके से ले जाया जाए जबकि स्वस्थ ऊतक पर साइड इफेक्ट को न्यूनतम किया जाए।

यह निश्चित रूप से ग्राफीन और 2D नैनोमैटेरियल की व्यापक जोखिम मूल्यांकन की दिशा में एक बड़ा कदम है, जिनमें कई वैश्विक चुनौतियों को संबोधित करने की क्षमता है, और सुरक्षित-डिज़ाइन दृष्टिकोण अपनाकर इस अनूठी सामग्री की वास्तविक क्षमता को harness करने की आवश्यकता है।

ग्राफीन का अन्वेषण करने वाली कंपनियाँ

ग्राफीन-आधारित समाधान कई उद्योगों और टन कंपनियों जैसे टेस्ला, सैमसंग, लॉकहीड मार्टिन, फोर्ड, इंटेल, और 3M को बहुत लाभ पहुंचा सकते हैं। अब, चलिए उन कंपनियों को देखते हैं जो ग्राफीन का अन्वेषण कर रही हैं और सामग्री पर आधारित समाधान विकसित कर रही हैं:

#1. Graphenea

ग्राफीन-आधारित सामग्री के प्रमुख निर्माता, Graphenea अनुसंधान और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उच्च गुणवत्ता वाला ग्राफीन प्रदान करता है। कंपनी के पोर्टफोलियो में ग्राफीन ऑक्साइड, ग्राफीन फ़ील्ड-इफ़ेक्ट-ट्रांज़िस्टर चिप्स (GFETs), CVD ग्राफीन फ़िल्में, और ग्राफीन फाउंड्री सेवाएँ (GFAB) शामिल हैं।

Graphenea की उत्पाद सूची में ग्राफीन कार्ड और mGFET-4D तथा mGEFD-4P सेंसर अनुप्रयोगों के लिए शामिल हैं। कंपनी Graphene Flagship की साझेदार है, जिसे यूरोप में समन्वित प्रयासों के साथ सबसे बड़े शोध पहल के रूप में €1 बिलियन के बजट के साथ गर्व किया जाता है।

#2. Haydale Graphene Industries

यह वैश्विक प्रौद्योगिकी कंपनी विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए ग्राफीन सहित अन्य नैनोमैटेरियल की प्रोसेसिंग में विशेषज्ञता रखती है। 4.44 मिलियन के मार्केट कैप के साथ, Haydale Graphene Industries (HAYD-GB: लंदन स्टॉक एक्सचेंज) के शेयर 0.45 पर ट्रेड हो रहे हैं, जो वर्ष-से-आज (YTD) में 5.26% गिरावट दर्शाते हैं। कंपनी का EPS (TTM) -0.85 और P/E (TTM) -0.53 है।

(TSLA ) (LMT ) (INTC )

कंपनी की वार्षिक शुद्ध आय 28.20% गिरकर 6.17 मिलियन का नुकसान हो गई है, जबकि राजस्व में 48% से अधिक वृद्धि होकर 4.30 मिलियन हो गया है, जो बिक्री के प्रतिशत के रूप में वस्तु लागत में वृद्धि के कारण है। पिछले वर्ष के दूसरे आधे में, Haydale ने 0.5 पेंस प्रति शेयर की सदस्यता से £5 मिलियन जुटाए और व्यक्तिगत निवेशकों के लिए £1 मिलियन तक की रिटेल ऑफर प्रदान की।

कंपनी ने हाल ही में PETRONAS Ventures, मलयेशिया की तेल और गैस कंपनी Petroliam Nasional Berhad की तकनीकी व्यावसायीकरण शाखा, के साथ साझेदारी की है ताकि ग्राफीन को उत्पाद अनुप्रयोगों के लिए कार्यात्मक बनाया जा सके। यह सहयोग विभिन्न उद्योगों में ग्राफीन-आधारित उत्पादों के बड़े पैमाने पर उत्पादन को आगे बढ़ाने का प्रयास था।

दिसंबर 2023 में, वेल्श सरकार ने कंपनी को SMART फंडिंग दी ताकि वह जल-आधारित हीट ट्रांसफर फ्लूइड निर्माता Hydratech के साथ साझेदारी में ग्राफीन-इन्फ्यूज़्ड हीट ट्रांसफर फ्लूइड विकसित कर सके।

#3. IBM

यह तकनीकी दिग्गज इलेक्ट्रॉनिक्स में ग्राफीन की खोज कर रहा है। लगभग एक दशक पहले, IBM ने एक ग्राफीन चिप बनाई जो पिछले ग्राफीन ICs से 10,000 गुना तेज थी। फिर, कई वर्षों बाद, IBM ने ग्राफीन की अनूठी विशेषताओं का उपयोग करके निर्माण तकनीकों को विकसित किया, जिससे सिलिकॉन वेफर पर 7 नैनोमीटर से छोटे फीचर आकार वाले अर्धचालक उपकरणों का स्केलिंग संभव हुआ।

यह अर्धचालक प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण छलांग का प्रतिनिधित्व करता है, जो मिनीएचराइजेशन और प्रदर्शन की सीमाओं को आगे बढ़ाता है। IBM ने नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स के भविष्य में, जिसमें ग्राफीन का उपयोग भी शामिल है, बहुत समय और अरबों डॉलर निवेश किए हैं।

$164 बिलियन के मार्केट कैप के साथ, कंपनी के शेयर (IBM: NYSE) $181.20 पर ट्रेड हो रहे हैं, जो YTD में 9.87% वृद्धि दर्शाते हैं। IBM ने $61.86 बिलियन की राजस्व (TTM) दर्ज की है और EPS (TTM) 8.03, P/E (TTM) 22.37, और ROE (TTM) 33.36% है। कंपनी 3.70% का डिविडेंड यील्ड भी देती है।

निष्कर्ष

ग्राफीन, एक अत्यंत विविध सामग्री, ऊर्जा, इलेक्ट्रॉनिक्स और निर्माण क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग पाती है। प्रौद्योगिकी क्षेत्र में, यह सामग्री हमारे तकनीक के साथ इंटरैक्शन को पूरी तरह बदल सकती है। यह अध्ययन यह भी दर्शाता है कि चिकित्सा क्षेत्र इस अनूठी सामग्री का सुरक्षित रूप से उपयोग कर सकता है बिना मानव स्वास्थ्य और शरीर पर किसी हानिकारक प्रभाव के। हालांकि, ग्राफीन के पूर्ण लाभ प्राप्त करने के लिए कम लागत पर बड़े पैमाने पर उत्पादन आवश्यक है, जो अभी तक हासिल नहीं हुआ है।

फिर भी, यह इनकार नहीं किया जा सकता कि ग्राफीन ‘भविष्य की सामग्री’ है, और यह सही है। यह दुनिया की सबसे पतली, सबसे लचीली और सबसे मजबूत सामग्री होने के नाते, एक वास्तविक क्रांति का संकेत देता है जो दुनिया को बदल सकती है।

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