नैनोडायमंड

नैनोडायमंड्स या हीरे के नैनोकण 100 नैनोमीटर से कम आकार वाले हीरे हैं। वे किसी विस्फोट या उल्कापिंड के प्रभाव जैसी प्रभावकारी घटनाओं से उत्पन्न हो सकते हैं। उनके सस्ते, बड़े पैमाने पर संश्लेषण, सतह क्रियाशीलता की क्षमता और उच्च जैव अनुकूलता के कारण, नैनोडायमंड्स को जैविक और इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों और क्वांटम इंजीनियरिंग में एक संभावित सामग्री के रूप में व्यापक रूप से जांचा जाता है।

इतिहास
1963 में, ऑल-यूनियन रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्निकल फिजिक्स के सोवियत वैज्ञानिकों ने देखा कि नैनोडायमंड्स परमाणु विस्फोटों द्वारा बनाए गए थे जो कार्बन-आधारित ट्रिगर विस्फोटकों का उपयोग करते थे।

संरचना और रचना
हीरे के नैनोकणों की संरचना में तीन मुख्य पहलू हैं जिन्हें समग्र आकार, कोर और सतह माना जाता है। कई विवर्तन प्रयोगों के माध्यम से, यह निर्धारित किया गया है कि हीरे के नैनोकणों का समग्र आकार या तो गोलाकार या अण्डाकार है। हीरे के नैनोकणों के मूल में एक हीरे का पिंजरा होता है, जो मुख्य रूप से कार्बन से बना होता है।[6] जबकि कोर हीरे की संरचना से काफी मिलता जुलता है, हीरे के नैनोकणों की सतह वास्तव में ग्रेफाइट की संरचना से मिलती जुलती है। एक हालिया अध्ययन से पता चलता है कि सतह में मुख्य रूप से कार्बन होते हैं, जिनमें उच्च मात्रा में फिनोल, पायरोन और सल्फोनिक एसिड होते हैं, साथ ही कार्बोक्जिलिक एसिड समूह, हाइड्रॉक्सिल समूह और एपॉक्साइड समूह भी होते हैं, हालांकि कम मात्रा में। कभी-कभी, हीरे के नैनोकणों की संरचना में नाइट्रोजन-रिक्ति केंद्र जैसे दोष पाए जा सकते हैं। 15एन एनएमआर अनुसंधान ऐसे दोषों की उपस्थिति की पुष्टि करता है। एक हालिया अध्ययन से पता चलता है कि हीरे के नैनोकणों के आकार के साथ नाइट्रोजन-रिक्ति केंद्रों की आवृत्ति कम हो जाती है।

उत्पादन विधियाँ
विस्फोटों के अतिरिक्त, संश्लेषण के तरीकों में हाइड्रोथर्मल संश्लेषण, आयन बमबारी, लेजर बमबारी, माइक्रोवेव प्लाज्मा रासायनिक वाष्प जमाव तकनीक, अल्ट्रासाउंड संश्लेषण, और विद्युत रासायनिक संश्लेषण शामिल हैं। इसके अतिरिक्त, उच्च दबाव और उच्च तापमान के तहत ग्रेफाइटिक C3N4 के अपघटन से बड़ी मात्रा में उच्च शुद्धता वाले हीरे के नैनोकण प्राप्त होते हैं। हालाँकि, नैनोडायमंड्स का विस्फोट संश्लेषण नैनोडायमंड्स के व्यावसायिक उत्पादन में उद्योग मानक बन गया है: सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला विस्फोटक ट्रिनिट्रोटोलुइन और हेक्सोजेन या ऑक्टोजन का मिश्रण है। विस्फोट अक्सर एक सीलबंद, ऑक्सीजन मुक्त, स्टेनलेस स्टील कक्ष में किया जाता है और 5 एनएम औसत नैनोडायमंड्स और अन्य ग्रेफाइटिक यौगिकों का मिश्रण प्राप्त होता है। विस्फोट संश्लेषण में, हीरे के नैनोकणों के ऑक्सीकरण को रोकने के लिए ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में 15 GPa से अधिक दबाव और 3000K से अधिक तापमान पर नैनोडायमंड बनते हैं। सिस्टम के तेजी से ठंडा होने से नैनोडायमंड की पैदावार बढ़ जाती है क्योंकि ऐसी परिस्थितियों में हीरा सबसे स्थिर चरण रहता है। विस्फोट संश्लेषण में गैस-आधारित और तरल-आधारित शीतलक जैसे आर्गन और पानी, पानी-आधारित फोम और बर्फ का उपयोग किया जाता है। क्योंकि विस्फोट संश्लेषण के परिणामस्वरूप नैनोडायमंड कणों और अन्य ग्रेफाइटिक कार्बन रूपों का मिश्रण होता है, अशुद्धियों के मिश्रण से छुटकारा पाने के लिए व्यापक सफाई विधियों को नियोजित किया जाना चाहिए। सामान्य तौर पर, गैसीय ओजोन उपचार या समाधान-चरण नाइट्रिक एसिड ऑक्सीकरण का उपयोग एसपी2 कार्बन और धातु की अशुद्धियों को दूर करने के लिए किया जाता है। नैनोडायमंड भी इथेनॉल वाष्प के पृथक्करण और इथेनॉल में अल्ट्राफास्ट लेजर फिलामेंटेशन के माध्यम से बनते हैं।

संभावित अनुप्रयोग
एन-वी केंद्र दोष में हीरे की जाली संरचना के भीतर एक रिक्त स्थान (परमाणु के बजाय खाली स्थान) के बगल में कार्बन परमाणु के स्थान पर एक नाइट्रोजन परमाणु होता है। एनवी का उपयोग करके क्वांटम सेंसिंग अनुप्रयोगों में नैनोडायमंड्स के क्षेत्र में हालिया प्रगति (2019 तक) को निम्नलिखित समीक्षा में संक्षेपित किया गया है।

ऐसे दोष पर माइक्रोवेव पल्स लगाने से इसके इलेक्ट्रॉन स्पिन की दिशा बदल जाती है। ऐसे दालों की एक श्रृंखला (वॉल्श डिकॉउलिंग अनुक्रम) को लागू करने से वे फिल्टर के रूप में कार्य करने लगते हैं। एक श्रृंखला में दालों की संख्या को अलग-अलग करने से स्पिन की दिशा अलग-अलग बार बदल जाती है। वे विसंगति को दबाते हुए कुशलतापूर्वक वर्णक्रमीय गुणांक निकालते हैं, जिससे संवेदनशीलता में सुधार होता है। संपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र के पुनर्निर्माण के लिए सिग्नल-प्रोसेसिंग तकनीकों का उपयोग किया गया था।

प्रोटोटाइप में 3 मिमी-व्यास वर्ग हीरे का उपयोग किया गया था, लेकिन तकनीक को दसियों नैनोमीटर तक छोटा किया जा सकता है।

सूक्ष्म-अपघर्षक
नैनोडायमंड दृश्यमान हीरे की कठोरता और रासायनिक स्थिरता को साझा करते हैं, जिससे वे बेहतर स्नेहन के लिए पॉलिश और इंजन ऑयल एडिटिव्स जैसे अनुप्रयोगों के लिए उम्मीदवार बन जाते हैं।

चिकित्सा
हीरे के नैनोकणों में असंख्य जैविक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने की क्षमता है और जड़ता और कठोरता जैसे उनके अद्वितीय गुणों के कारण, नैनोडायमंड पारंपरिक नैनोमटेरियल्स का एक बेहतर विकल्प साबित हो सकता है जो वर्तमान में दवाओं, कोट प्रत्यारोपण योग्य सामग्रियों को ले जाने और बायोसेंसर को संश्लेषित करने के लिए उपयोग किया जाता है। बायोमेडिकल रोबोट.हीरे के नैनोकणों की कम साइटोटोक्सिसिटी जैविक रूप से संगत सामग्री के रूप में उनके उपयोग की पुष्टि करती है।

कोशिकाओं में हीरे के नैनोकणों के फैलाव की खोज करने वाले इन विट्रो अध्ययनों से पता चला है कि अधिकांश हीरे के नैनोकण प्रतिदीप्ति प्रदर्शित करते हैं और समान रूप से वितरित होते हैं। हीलियम आयनों के साथ हीरे के नैनोक्रिस्टलाइट्स को विकिरणित करके फ्लोरोसेंट नैनोडायमंड कणों का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है। फ्लोरोसेंट नैनोडायमंड फोटोस्टेबल, रासायनिक रूप से निष्क्रिय है, और इसने फ्लोरोसेंट जीवनकाल बढ़ाया है, जिससे यह कई जैविक अनुप्रयोगों के लिए एक महान उम्मीदवार बन गया है। अध्ययनों से पता चला है कि छोटे फोटोल्यूमिनसेंट हीरे के नैनोकण जो साइटोसोल में मुक्त रहते हैं, बायोमोलेक्यूल्स के परिवहन के लिए उत्कृष्ट दावेदार हैं।

इन-विट्रो डायग्नोस्टिक्स
नाइट्रोजन-रिक्ति दोष वाले नैनोडायमंड्स का उपयोग इन विट्रो डायग्नोस्टिक्स के लिए एक अल्ट्रासेंसिटिव लेबल के रूप में किया गया है, जो पृष्ठभूमि ऑटोफ्लोरेसेंस से सिग्नल को अलग करने के लिए उत्सर्जन तीव्रता और आवृत्ति-डोमेन विश्लेषण को नियंत्रित करने के लिए माइक्रोवेव क्षेत्र का उपयोग करता है। रीकॉम्बिनेज़ पोलीमरेज़ एम्प्लीफिकेशन के साथ मिलकर, नैनोडायमंड्स कम लागत वाले पार्श्व प्रवाह परीक्षण प्रारूप पर एचआईवी -1 आरएनए की एकल-प्रतिलिपि का पता लगाने में सक्षम बनाता है।

दवा वितरण
~5 एनएम आकार के हीरे के नैनोकण एक बड़ी सुलभ सतह और अनुरूप सतह रसायन विज्ञान प्रदान करते हैं। उनके पास अद्वितीय ऑप्टिकल, मैकेनिकल और थर्मल गुण हैं और वे गैर विषैले हैं। दवा वितरण में नैनोडायमंड की क्षमता का प्रदर्शन किया गया है, नैनोडायमंड पर दवा सोखने के मूलभूत तंत्र, थर्मोडायनामिक्स और कैनेटीक्स को कम समझा गया है। महत्वपूर्ण कारकों में शुद्धता, सतह रसायन विज्ञान, फैलाव गुणवत्ता, तापमान और आयनिक संरचना शामिल हैं।

नैनोडायमंड्स (संलग्न अणुओं के साथ) रक्त-मस्तिष्क बाधा को भेदने में सक्षम हैं जो मस्तिष्क को अधिकांश अपमानों से अलग करता है। 2013 में डॉक्सोरूबिसिन अणुओं (एक लोकप्रिय कैंसर-नाशक दवा) को नैनोडायमंड सतहों से जोड़ा गया, जिससे दवा एनडी-डीओएक्स का निर्माण हुआ। परीक्षणों से पता चला कि ट्यूमर यौगिक को बाहर निकालने में असमर्थ थे, जिससे ट्यूमर पर प्रभाव डालने की दवा की क्षमता बढ़ गई और दुष्प्रभाव कम हो गए।

बड़े नैनोडायमंड्स, अपनी "उच्च ग्रहण क्षमता" के कारण, सेलुलर लेबल के रूप में काम करने की क्षमता रखते हैं। अध्ययनों ने निष्कर्ष निकाला है कि हीरे के नैनोकण कार्बन नैनोट्यूब के समान होते हैं और सर्फेक्टेंट के साथ इलाज करने पर, समाधान में कार्बन नैनोट्यूब और नैनोडायमंड दोनों की स्थिरता और जैव-अनुकूलता काफी बढ़ जाती है। इसके अतिरिक्त, छोटे व्यास के नैनोडायमंड्स को सतह पर क्रियाशील करने की क्षमता हीरे के नैनोकणों को संभावित रूप से कम साइटोटॉक्सिसिटी के साथ बायोलेबल के रूप में उपयोग करने की विभिन्न संभावनाएं प्रदान करती है।

कैटलिसिस
कणों के आकार को कम करने और उनकी सतहों को क्रियाशील बनाने से ऐसे सतह-संशोधित हीरे के नैनोकणों को प्रोटीन वितरित करने की अनुमति मिल सकती है, जो पारंपरिक उत्प्रेरक का विकल्प प्रदान कर सकते हैं।

त्वचा की देखभाल
नैनोडायमंड्स मानव त्वचा द्वारा अच्छी तरह से अवशोषित होते हैं। वे त्वचा देखभाल उत्पादों में त्वचा की तुलना में अधिक सामग्री को अवशोषित करते हैं। इस प्रकार वे अधिक अवयवों को त्वचा की गहरी परतों में घुसने का कारण बनते हैं। नैनोडायमंड्स पानी के साथ मजबूत बंधन भी बनाते हैं, जिससे त्वचा को हाइड्रेट करने में मदद मिलती है।

सर्जरी
जबड़े और दांत की मरम्मत के ऑपरेशन के दौरान, डॉक्टर आमतौर पर प्रभावित क्षेत्र के पास हड्डी-विकास-उत्तेजक प्रोटीन युक्त स्पंज चिपकाने के लिए आक्रामक सर्जरी का उपयोग करते हैं। हालाँकि, नैनोडायमंड्स हड्डी मॉर्फोजेनेटिक प्रोटीन और फ़ाइब्रोब्लास्ट वृद्धि कारक दोनों से बंधते हैं, जो दोनों हड्डी और उपास्थि को पुनर्निर्माण के लिए प्रोत्साहित करते हैं और मौखिक रूप से वितरित किए जा सकते हैं। नैनोडायमंड को रूट कैनाल थेरेपी में गुट्टा पर्चा में भी सफलतापूर्वक शामिल किया गया है।

रक्त परीक्षण
दोषपूर्ण नैनोडायमंड बाहरी क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉन स्पिन के अभिविन्यास को माप सकते हैं और इस प्रकार उनकी ताकत को माप सकते हैं। वे हीरे की सतह पर फ़ेरिटिन प्रोटीन को इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से अवशोषित कर सकते हैं जहां उनकी संख्या सीधे तौर पर मापी जा सकती है और साथ ही प्रोटीन बनाने वाले लौह परमाणुओं (लगभग 4,500) की संख्या भी मापी जा सकती है।

सेंसर
नैनोडायमंड्स में प्राकृतिक रूप से होने वाले दोष, जिन्हें नाइट्रोजन-रिक्ति (एन-वी) केंद्र कहा जाता है, का उपयोग कमजोर चुंबकीय क्षेत्रों में समय के साथ होने वाले परिवर्तनों को मापने के लिए किया गया है, ठीक उसी तरह जैसे एक कंपास पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ करता है। पाओला कैपेलारो का कहना है कि सेंसर का उपयोग कमरे के तापमान पर किया जा सकता है, और चूंकि वे पूरी तरह से कार्बन से बने होते हैं, इसलिए उन्हें जीवित कोशिकाओं में बिना कोई नुकसान पहुंचाए इंजेक्ट किया जा सकता है।

नैनोमैकेनिकल सेंसर और नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एनईएमएस)
हाल के अध्ययनों से पता चला है कि नैनोस्केल हीरे को 9% से अधिक स्थानीय अधिकतम तन्यता लोचदार तनाव में मोड़ा जा सकता है जिसके अनुरूप अधिकतम तन्यता तनाव ~100 गीगापास्कल तक पहुंच जाता है, जो उन्हें उच्च-प्रदर्शन नैनोमैकेनिकल सेंसर और एनईएमएस अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है।

ऑप्टिकल कंप्यूटिंग
नैनोडायमंड्स ऑप्टिकल कंप्यूटिंग के लिए फोटोनिक मेटामटेरियल्स का एक विकल्प प्रदान करते हैं। वही एकल-दोष वाले नैनोडायमंड जिनका उपयोग चुंबकीय क्षेत्र को समझने के लिए किया जा सकता है, वे प्रकाश संचरण को सक्षम/बाधित करने के लिए हरे और अवरक्त प्रकाश के संयोजन का भी उपयोग कर सकते हैं, जिससे ट्रांजिस्टर और अन्य तार्किक तत्वों का निर्माण संभव हो सकता है।

क्वांटम कम्प्यूटिंग
एनवी केंद्रों वाले नैनोडायमंड कमरे के तापमान क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए फंसे हुए आयनों के लिए एक ठोस-अवस्था विकल्प के रूप में काम कर सकते हैं।

इमेजिंग
फ्लोरोसेंट नैनोडायमंड्स फ्लोरोसेंस और मल्टीहार्मोनिक इमेजिंग सिस्टम में गुणवत्ता नियंत्रण उद्देश्यों के लिए एक स्थिर संदर्भ प्रदान करते हैं।

पुरस्कार और पुरस्कार

 * आईजी नोबेल पुरस्कार विजेताओं की सूची#2012: पुराने रूसी गोला-बारूद को नए हीरों में बदलने के लिए एसकेएन कंपनी
 * 2015 में ऑस्ट्रेलिया के मुख्य कार्यकारी कार्यालय (ओसीई), राष्ट्रमंडल वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुसंधान संगठन (सीएसआईआरओ) के विज्ञान नेता अमांडा बरनार्ड को नैनो टेक्नोलॉजी के लिए दूरदर्शिता संस्थानों के फेनमैन अवॉर्ड्स में थ्योरी पुरस्कार प्राप्त हुआ। सैद्धांतिक और कम्प्यूटेशनल तरीकों का उपयोग करते हुए, अमांडा बर्नार्ड ने कार्बन नैनोस्ट्रक्चर की संरचना और स्थिरता और विभिन्न परिस्थितियों में गुणों और इंटरैक्शन को स्थापित करने में आकार की भूमिका की समझ बढ़ाई। घोषित पुरस्कार हीरे के नैनोकणों (नैनोडायमंड्स) पर उनके काम पर केंद्रित है।

यह भी देखें

 * एकत्रित हीरा नैनोरोड, हीरे का एक नैनोक्रिस्टलाइन रूप जिसे नैनोडायमंड या हाइपरडायमंड के रूप में भी जाना जाता है।
 * डेटोनेशन नैनोडायमंड