นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) คืออะไร
นาโนเทคโนโลยี (อังกฤษ: Nanotechnology) คือ เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการจัดการ
การสร้างหรือการวิเคราะห์ วัสดุ อุปกรณ์ เครื่องจักรหรือผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กมาก
ๆ ในระดับนาโนเมตร (ประมาณ 1-100 นาโนเมตร)
รวมถึงการออกแบบหรือการประดิษฐ์เครื่องมือเพื่อใช้สร้างหรือวิเคราะห์วัสดุในระดับที่เล็กมากๆ
เช่น การจัดอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างถูกต้องแม่นยำ
ส่งผลให้โครงสร้างของวัสดุหรืออุปกรณ์มีคุณสมบัติพิเศษขึ้นไม่ว่าทางด้านฟิสิกส์
เคมี หรือชีวภาพ และสามารถนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์ได้
นาโนศาสตร์ (Nanoscience) คือ
วิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการศึกษา วัสดุ อินทรีย์ อนินทรีย์
และรวมไปถึงสารชีวโมเลกุล ที่มีโครงสร้างสามมิติ ยาว กว้าง สูง
ด้านใดด้านหนึ่งอยู่ระหว่าง 1-100 นาโนเมตร
โดยวัสดุชนิดใดก็ตาม ถ้ามีมิติทั้งสามเล็กกว่า 100 นาโนเมตร
วัสดุชนิดนั้นก็จะถูกเรียกว่า สาม-ดี วัสดุนาโน (3-D nanomaterial) ถ้ามีแค่ สอง หรือ หนึ่งมิติ ที่เล็กกว่า 100 นาโนเมตร
ก็จะถูกเรียกว่าวัสดุ สอง-ดี (2-D) และ หนึ่ง-ดี (1-D)
ตามลำดับ คุณสมบัติของวัสดุนาโนจะแตกต่างจากวัสดุขนาดใหญ่ (bulk
materials) ไม่ว่าจะเป็นคุณสมบัติ ทางฟิสิกส์ เคมี และชีวภาพ
ล้วนแล้วแต่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว ดังนั้นถ้าพูดถึง นาโนศาสตร์
ก็จะเป็นการสร้างหรือศึกษาวัสดุที่มีโครงสร้างในระดับนาโนเมตร
โดยผลลัพธ์ที่ได้ก็คือ จะได้วัสดุชนิดใหม่หรือรู้คุณสมบัติที่แตกต่าง และน่าสนใจ
โดยคุณสมบัติเหล่านั้นจะถูกอธิบายด้วยทฤษฏีทางควอนตัม (quantum theory)
ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยี
ความหวังที่จะฝ่าวิกฤติปัจจุบันของมนุษยชาติจากนาโนเทคโนโลยี มีดังนี้
- พบทางออกที่จะได้ใช้พลังงานราคาถูกและสะอาดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
- มีน้ำที่สะอาดเพียงพอสำหรับทุกคนในโลก
- ทำให้มนุษย์สุขภาพแข็งแรงและอายุยืนกว่าเดิม
(มนุษย์อาจมีอายุเฉลี่ยถึง 200
ปี)
- สามารถเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรได้อย่างพอเพียงกับประชากรโลก
- เพิ่มศักยภาพในการติดต่อสื่อสารของผู้คนทั้งโลกอย่างทั่วถึง
ทัดเทียม และพอเพียง
- เพิ่มศักยภาพในการสำรวจอวกาศมากขึ้น
สาขาย่อยของนาโนเทคโนโลยี
- นาโนอิเล็กทรอนิกส์ (Nanoelectronics)
- นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ (Bionanotechnology)
- นาโนเซนเซอร์ (Nanosensor)
- การแพทย์นาโน (Nanomedicine)
- ท่อนาโน (Nanotube)
- นาโนมอเตอร์ (Nanomotor)
- โรงงานนาโน (Nanofactory)
ตัวอย่างผลงานจากนาโนเทคโนโลยี
- คอนกรีตชนิดหนึ่งใช้เทคโนโลยีนาโน ใช้ Biochemical ทำปฏิกิริยาย่อยสลายกับมลภาวะที่เกิดจากรถยนต์
เช่น ไนโตรเจนไดออกไซด์ ในประเทศอังกฤษได้เริ่มมีการใช้เทคโนโลยีนี้ในการสร้างถนนและอุโมงค์ต่างๆ
เพื่อลดมลภาวะบนท้องถนน และขณะเดียวกันเทคโนโลยีนาโน
ทำให้อนุภาคคอนกรีตมีขนาดเล็กมาก ฝุ่น และแบคทีเรีย ไม่สามารถฝังตัวในเนื้อคอนกรีตได้
ทำให้อาคารที่ใช้คอนกรีตชนิดนี้ ดูใหม่เสมอ
และยังคงไม่สะสมเชื้อโรค
- เสื้อนาโน ด้วยการฝัง
อนุภาคนาโนเงิน (silver
nanoparticle) ทำให้เกิดปฏิกิริยากับการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย
- ไม้เทนนิสนาโน ผสม ท่อคาร์บอนนาโน เป็นตัวเสริมแรง ทำให้แข็งแรงขึ้น
ท่านผู้อ่านคงเคยได้ยินคำว่านาโนเทคโนโลยีบ่อยๆ
นาโนเทคโนโลยีเป็นกระแสใหม่ของการพัฒนาเทคโนโลยีในศตวรรษที่ 21 ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการสร้าง การออกแบบวัสดุ
หรือผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กมากในระดับ 0.1 ถึง 100 นาโนเมตร เทียบเท่ากับระดับอนุภาคของโมเลกุลหรืออะตอม ซึ่ง 1 นาโนเมตร มีค่าเท่ากับ 1 ในพันล้านส่วนของเมตร
นอกจากนี้นาโนเทคโนโลยียังรวมถึงการจัดเรียงอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างแม่นยำและถูกต้อง ทำให้ได้โครงสร้างของวัสดุหรือสสารที่มีคุณสมบัติพิเศษไปจากเดิม ไม่ว่าทางด้านฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพ ส่งผลประโยชน์ต่อผู้ใช้สอย ถ้าเปรียบแล้วคงเหมือนกับ "การเล่นแร่แปรธาตุ" ในสมัยก่อนที่มีการพยายามเปลี่ยนตะกั่วให้เป็นทอง โดยการใช้สารเคมีและความร้อนมาช่วยในการเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุล สมัยก่อนนักเคมีทดลองโดยขาดความรู้ว่าสสารต่างๆมีการจัดเรียงตัวอย่างไร และธาตุบริสุทธ์มีองค์ประกอบทางเคมีอย่างไร แต่เมื่อเราสามารถทราบถึงการจัดเรียงตัวของอะตอมที่ก่อให้เกิดเป็นธาตุต่างๆและสามารถบังคับควบคุมการจัดเรียงตัวของอะตอมให้เป็นไปตามที่ต้องการ การเปลี่ยนตะกั่วให้เป็นทองหรือการเปลี่ยนถ่านให้เป็นเพชรก็คงไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป
นอกจากนี้นาโนเทคโนโลยียังรวมถึงการจัดเรียงอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างแม่นยำและถูกต้อง ทำให้ได้โครงสร้างของวัสดุหรือสสารที่มีคุณสมบัติพิเศษไปจากเดิม ไม่ว่าทางด้านฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพ ส่งผลประโยชน์ต่อผู้ใช้สอย ถ้าเปรียบแล้วคงเหมือนกับ "การเล่นแร่แปรธาตุ" ในสมัยก่อนที่มีการพยายามเปลี่ยนตะกั่วให้เป็นทอง โดยการใช้สารเคมีและความร้อนมาช่วยในการเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุล สมัยก่อนนักเคมีทดลองโดยขาดความรู้ว่าสสารต่างๆมีการจัดเรียงตัวอย่างไร และธาตุบริสุทธ์มีองค์ประกอบทางเคมีอย่างไร แต่เมื่อเราสามารถทราบถึงการจัดเรียงตัวของอะตอมที่ก่อให้เกิดเป็นธาตุต่างๆและสามารถบังคับควบคุมการจัดเรียงตัวของอะตอมให้เป็นไปตามที่ต้องการ การเปลี่ยนตะกั่วให้เป็นทองหรือการเปลี่ยนถ่านให้เป็นเพชรก็คงไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป
นาโนเทคโนโลยีเข้ามาเกี่ยวข้องในชีวิตประจำวันของเรามากขึ้นเรื่อยๆ
ตัวอย่างเช่นผลิตภัณฑ์สิ่งทอเสื้อนาโนซึ่งเริ่มมีการจำหน่ายในบ้านเรา
โดยเป็นเสื้อที่ได้ประยุกต์เอาเทคโนโลยีระดับนาโนมาเพิ่มประสิทธิภาพของเนื้อผ้าธรรมดาให้มีคุณสมบัติที่มีประโยชน์หลายประการมากขึ้น
เช่นประการแรกคือคุณสมบัติกันน้ำ โดยการเคลือบด้วยสารบางชนิดที่ไม่ชอบน้ำ
คุณสมบัติข้อต่อมาคือ กันรังสียูวี โดยเคลือบด้วยซิงค์ออกไซด์ (zinc oxide,
ZnO) และไททาเนียมไดออกไซด์ (titanium dioxide, TiO2) ซึ่งสามารถสะท้อนแสงและรังสียูวีได้ดี
คุณสมบัติอย่างที่สามคือกันแบคทีเรียโดยเคลือบด้วยอนุภาคเงินนาโนหรือนาโนซิลเวอร์
ซึ่งอนุภาคเงินนี้เมื่อทำปฏิกิริยากับแบคทีเรีย
จะขัดขวางการแบ่งตัวของดีเอ็นเอของเซลล์แบคทีเรียและทำให้แบคทีเรียตายลง
อีกวิธีหนึ่งคือเคลือบด้วยซิงค์ออกไซด์หรือไททาเนียมไดออกไซด์
ซึ่งมีความสามารถอีกอย่างหนึ่งคือฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้เมื่อมีแสงและกำจัดกลิ่นได้
ประการที่สี่คือกันไฟฟ้าสถิตย์
โดยเพิ่มสารที่เพิ่มความชื้นกับเนื้อผ้าและสารที่มีสมบัตินำไฟฟ้า ประการที่ห้าคือ
กันยับ ซึ่งหลายคนคงชอบเพราะจะได้ไม่ต้องเสียเวลาในการรีดผ้า
โดยเฉพาะผ้าฝ้ายและผ้าไหม โดยมีการพัฒนาใช้ไททาเนียมไดออกไซด์ในผ้าฝ้ายและนาโนซิลิก้าผสมมาเลอิกแอนไฮดรายด์
(maleic anhydride) ในผ้าไหมซึ่งสามารถป้องกันการยับได้
เสื้อนาโนนี้ยังถูกพัฒนาให้ใช้ได้กับข้าราชการตำรวจจราจร โดยทำเป็นชุดตำรวจที่เคลือบเส้นใยด้วยนาโนซิลเวอร์ ที่สามารถป้องกันกลิ่นอับชื้น สวมใส่สบาย เคลื่อนไหวสะดวกและคงทนแข็งแรง ผลิตภัณฑ์ สิ่งทออื่นที่มีนักวิจัยคิดค้นขึ้น คือเสื้อกันฝนซึ่งสามารถกันน้ำและแห้งได้ตลอดเวลา โดยผลิตจากเส้นใย โพลีเอสเตอร์ ที่เคลือบด้วยเส้นใยซิลิกอน (silicon) เล็กๆ เป็นจำนวนนับล้านเส้น ที่มีขนาดระดับนาโน (10-9 m) ที่มีความสามารถในการช่วยป้องกันหยดน้ำจากภายนอกไม่ให้ซึมผ่านเข้าไปในเส้นใยผ้าได้ แม้จะนำผืนผ้านี้ไปแช่ในน้ำนานถึง 2 เดือน เมื่อนำขึ้นมาจากน้ำแล้วผิวสัมผัสยังแห้งสนิท
นอกจากผลิตภัณฑ์สิ่งทอที่นาโนเทคโนโลยีเข้าไปเกี่ยวข้องแล้ว วัสดุที่ใช้ในครัวเรือนเช่นกระจก ก็ยังมีการนำเอานาโนเทคโนโลยีไปพัฒนาให้เป็นกระจกทำความสะอาดตัวเอง (Self-cleaning glass) เป็นการนำ คุณสมบัติของอนุภาคนาโนบางชนิดมาประยุกต์ทำให้ไม่ต้องใช้สารเคมีในการทำความสะอาด นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นกระจกทำความสะอาดตัวเองโดยกระจกนี้ทำจากกระจกธรรมดาแต่นำมาเคลือบผิวด้วยฟิล์มบาง 2 ชั้น ชั้นแรกเป็นสารที่มีคาร์บอนอะตอมต่อเป็นสายโซ่ยาว ปลายข้างหนึ่งยึดติดอยู่กับผิวของกระจก ส่วนปลายอีกข้างหนึ่งออกสู่ภายนอกเป็นหมู่ที่จับกับน้ำได้ดี เมื่อมีน้ำเกาะที่ผิวชั้นนี้จะทำให้โมเลกุลของน้ำกระจายไปทั่วแผ่นกระจกและระเหยไปได้อย่างรวดเร็ว ไม่ทิ้งคราบไว้บนกระจก ส่วนฟิล์มชั้นที่สองเป็นฟิล์มบางของสารไททาเนียมไดออกไซด์ ที่ช่วยย่อยสลายโมเลกุลของสิ่งสกปรกซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่เกาะบนผิวกระจกให้เป็นโมเลกุลเล็กลงและหลุดออกไปจากผิวกระจกเมื่อโดนแสงยูวี และเมื่อโดนน้ำก็ถูกชะล้างออกไปได้ง่ายดาย เมื่อใช้กระจกเหล่านี้กับรถยนต์จะช่วยทำให้มองเห็นการจราจรได้ชัดเจนขณะฝนตก กระจกทำความสะอาดตัวเอง สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ไม่ว่าจะเป็น หน้าต่างประตูของอาคารบ้านเรือน สัญญาณไฟจราจร กระจกในห้องน้ำ รถยนต์ จอคอมพิวเตอร์ รวมถึงเลนส์กล้องถ่ายรูป และเลนส์แว่นตาอีกด้วย
นาโนเทคโนโลยี ยังถูกใช้ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์อีกมากมายทั้งเครื่องสำอาง
ผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีทางการแพทย์และยา อุตสาหกรรมเครื่องกลและคอมพิวเตอร์
ที่ล้วนแล้วแต่มีประโยชน์และเกี่ยวข้องอยู่ในชีวิตประจำวันของเราทุกคนและจะมีอิทธิพลต่อการดำรงชีวิตต่อไปของเราเป็นอย่างมาก
อย่างไรก็ตามสิ่งที่มีประโยชน์ก็อาจมีโทษตามมาได้
ได้มีการศึกษาถึงความปลอดภัยของการใช้นาโนเทคโนโลยีและพบตัวอย่างงานวิจัยด้านพิษวิทยาที่แสดงให้เห็นว่าหากอนุภาคนาโนเข้าสู่ร่างกาย
เช่น จากการหายใจ การรับประทาน หรือผ่านทางผิวหนัง อนุภาคเหล่านั้นก่อให้เกิดความเป็นพิษต่อสัตว์ทดลองได้
ดังนั้นเพื่อความปลอดภัยในการใช้นาโนเทคโนโลยี
การสร้างมาตรฐานความปลอดภัยจึงควรดำเนินไปพร้อมๆ
กับการวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยีเพื่อไม่ก่อให้เกิดโทษตามมาในภายหลัง
ข้อมูลงานวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยี
งานวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยีในประเทศไทยขณะนี้อยู่ระหว่างการวิจัยและพัฒนา
ซึ่งมีหลายโครงการ เช่น การผลิต NANO-Clay Membrane สำหรับกระบวนการบำบัดน้ำ
, การประดิษฐ์ต้นแบบเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดที่ใช้อนุภาคนาโนเป็นตัวรับอิเล็กตรอน
, การควบคุมการปลดปล่อยโปรตีนจากอนุภาคนาโนไคโตซาน เป็นต้น
และในปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์ที่ใช้เทคโนโลยีนาโนว่างจำหน่ายมีหลากหลาย เช่น
ครีมบำรุงผิว ของบริษัทลอรีอัล ปารีส ประเทศฝรั่งเศส , แร็กเก็ตเทนนิส
ของบริษัท Babolat ประเทศฝรั่งเศสที่ผลิตจากกราไฟต์
ผสมกับท่อนาโนของคาร์บอน , ลูกเทนนิส ของบริษัท Inmat
ในนิวเจอร์ซี สหรัฐฯ
ที่มีการเคลือบแกนในของลูกเทนนิสด้วยพอลิเมอร์นาโนคอมพอสิทที่ เป็นต้น
สำหรับในประเทศไทย ซึ่งขณะนี้งานวิจัยทางด้านนาโนเทคโนโลยีหลายสาขากำลังอยู่ในช่วงของการทดลอง
ในห้องปฏิบัติการณ์ตามมหาวิทยาลัยชั้นนำและ สวทช.
โดยงานวิจัยเหล่านี้ครอบคลุมทั้งทางด้าน นาโนอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุนาโน
และนาโนเทคโนโลยีทางชีวภาพ
สามารถหาข้อมูลได้ที่ Website : http://www.nanotec.or.th/
สามารถหาข้อมูลได้ที่ Website : http://www.nanotec.or.th/