เทคโนโลยีนาโน

นาโนเทคโนโลยี (อังกฤษ: Nanotechnology) คือ เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการจัดการ การสร้างหรือการวิเคราะห์ วัสดุ อุปกรณ์ เครื่องจักรหรือผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กมาก ๆ ในระดับนาโนเมตร (ประมาณ 1-100 นาโนเมตร) รวมถึงการออกแบบหรือการประดิษฐ์เครื่องมือ เพื่อใช้สร้างหรือวิเคราะห์วัสดุในระดับที่เล็กมาก ๆ เช่น การจัดอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างถูกต้องแม่นยำ ส่งผลให้โครงสร้างของวัสดุ หรืออุปกรณ์ มีสมบัติพิเศษขึ้นไม่ว่าทางด้านกายภาพ เคมี หรือชีวภาพ และสามารถนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์ได้

เฟืองขนาดนาโน

นาโนศาสตร์ (Nanoscience) คือ วิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการศึกษา วัสดุ อินทรีย์ อนินทรีย์ และรวมไปถึงสารชีวโมเลกุล ที่มีโครงสร้างในสามมิติ (ด้านยาว ด้านกว้าง ด้านสูง) ด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้ง 3 ด้าน มีขนาดอยู่ระหว่าง 1-100 นาโนเมตร โดยวัสดุที่มีมิติทั้งสามเล็กกว่า 100 นาโนเมตร วัสดุชนิดนั้น เรียกว่า วัสดุนาโนสามมิติ (3-D nanomaterial) ถ้ามี สองมิติ หรือ หนึ่งมิติ ที่เล็กกว่า 100 นาโนเมตร เรียกว่า วัสดุนาโนสองมิติ (2-D) และวัสดุนาโนหนึ่งมิติ (1-D) ตามลำดับ สมบัติของวัสดุนาโนจะแตกต่างจากวัสดุที่มีขนาดใหญ่ (bulk material) ไม่ว่าจะเป็นสมบัติทางกายภาพ เคมี และชีวภาพ ล้วนแล้วแต่มีสมบัติเฉพาะตัว ดังนั้น ถ้ากล่าวถึง นาโนศาสตร์ ก็จะเป็นการสร้างหรือศึกษาวัสดุที่มีโครงสร้างในระดับนาโนเมตร โดยผลลัพธ์ที่ได้ก็คือ วัสดุชนิดใหม่ หรือทราบสมบัติที่แตกต่างและน่าสนใจ โดยสมบัติเหล่านั้นสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษีทางควอนตัม (quantum theory)

ประวัติ

ริชาร์ด ไฟน์แมน (Richard Phillips Feynman) เป็นผู้ที่ได้รับการยอมรับว่า เป็นคนแรกที่แสดงความเห็นถึงความเป็นไปได้ และแนวโน้มของนาโนเทคโนโลยี ในการบรรยายเรื่อง “There’s plenty of room at the bottom” ที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย เมื่อปี ค.ศ. 1959 (พ.ศ. 2502) โดยการแสดงความเห็นถึงความเป็นไปได้ และโอกาสของประโยชน์ที่จะได้จากการจัดการในระดับอะตอม

ปี ค.ศ. 1974 (พ.ศ. 2517) ศาสตราจารย์ (Norio Taniguchi) แห่งเป็นคนแรกที่เริ่มใช้คำว่า “Nanotechnology”

ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยี

ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยีเป็นความหวังที่จะฝ่าวิกฤติปัจจุบันของมนุษยชาติได้หลากหลายอย่างดังนี้

1. พบทางออกที่จะได้ใช้พลังงานราคาถูกและสะอาดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
2. มีน้ำที่สะอาดเพียงพอสำหรับทุกคนในโลก
3. ทำให้มนุษย์สุขภาพแข็งแรงและอายุยืนกว่าเดิม (มนุษย์อาจมีอายุเฉลี่ยถึง 200 ปี)
4. สามารถเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรได้อย่างพอเพียงกับประชากรโลก
5. เพิ่มศักยภาพในการติดต่อสื่อสารของผู้คนทั้งโลกอย่างทั่วถึง ทัดเทียม
6. สร้างหุ่นยนต์นาโนที่สามารถซ่อมแซมความบกพร่องของเซลล์เม็ดเลือดแดง คอยทำลายเซลล์แปลกปลอมต่าง ๆ
7. มีความสามารถในการประกอบตัวเอง และทำสำเนาตัวเอง
8. การใช้เทคโนโลยีในเทคโนโลยีเพื่อสุขภาพ
9. การใช้นาโนเทคโนโลยีในการผลิตภัณฑ์อาหารเสริมเพื่อสุขภาพและทางการแพทย์
10. ในอนาคตเราอาจใช้นาโนเทคโนโลยีสร้างอวัยวะเทียม

สาขาย่อยของนาโนเทคโนโลยี

คาร์บอนนาโนทูบ ในโครงสร้างสามมิติ

1. นาโนอิเล็กทรอนิกส์ (Nanoelectronics)
2. (Bionanotechnology)
3. นาโนเซนเซอร์ (Nanosensor)
4. การแพทย์นาโน (Nanomedicine)
5. ท่อนาโน (Nanotube)
6. นาโนมอเตอร์ (Nanomotor)
7. โรงงานนาโน (Nanofactory)

• งานด้านวัสดุนาโนเฉพาะทางและนาโนเทคโนโลยีขั้นสูง

การพัฒนาวัสดุนาโนเฉพาะทางเพื่อให้มีคุณสมบัติพิเศษเฉพาะด้าน ที่มุ่งเน้นการประยุกต์ใช้งานด้านผลิตภัณฑ์สิ่งทอ ผลิตภัณฑ์ในครัวเรือน รวมถึงการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรธรรมชาติ เพื่อเพิ่มคุณภาพชีวิตที่ดี

• งานด้านการเกษตรนาโนและสิ่งแวดล้อม

การวิจัยและพัฒนานาโนเทคโนโลยีด้านนวัตกรรมอาหาร เกษตรและสิ่งแวดล้อม โดยการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีการดัดแปลงโครงสร้างและพื้นผิว รวมทั้งการเตรียมนาโนคอมพอสิตี เพื่อเสริมสร้างความเข้มแข็งด้านเศรษฐกิจและสังคมของประเทศไทย ร่วมกับการจัดการสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน

• งานด้านนาโนเพื่อชีวิตและสุขภาพ

การวิจัยและพัฒนานาโนเทคโนโลยีด้านการตรวจวินิจฉัยโดยการใช้โมเลกุลเป้าหมาย การพัฒนาเทคโนโลยีระบบนำส่งยาชนิดใหม่และเวชสำอางจากการใช้ประโยชน์ ด้วยสารจากธรรมชาติและสมุนไพรไทย เพื่อการประยุกต์ทางด้านการแพทย์ สาธารณสุขและเวชสำอาง

• งานด้านมาตรวิทยานาโนวิเคราะห์และวิศวกรรม

การวิจัยและพัฒนาทางด้านมาตรวิทยาและความปลอดภัยทางด้านนาโนเทคโนโลยี การให้บริการวิเคราะห์ทดสอบระดับนาโน การพัฒนาต้นแบบงานวิจัยเชิงวิศวกรรม เพื่อเป็นรากฐานในการสร้างความเชื่อมั่นให้กับภาคการผลิตสินค้าและบริการในด้าน คุณภาพและมาตรฐานต่างๆในระดับสากล

• งานด้านการพัฒนาวัสดุนาโนและวิศวกรรมระบบนาโน

การพัฒนาและออกแบบ วัสดุ โครงสร้าง และระบบในระดับนาโนด้วยวิธีการคำนวณทางเคมีคอมพิวเตอร์ผ่านการสร้างแบบจำลองและการประเมินเชิงวิศวกรรมผ่านการ สร้างต้นแบบและระบบนำร่องสำหรับการประยุกต์ใช้งานในด้านพลังงาน ตัวเร่งปฏิกิริยา ประสิทธิภาพสูงและระบบตรวจวัดแบบจำเพาะ เพื่อความยั่งยืน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ตัวอย่างผลงานจากนาโนเทคโนโลยี

• คอนกรีตชนิดหนึ่งใช้เทคโนโลยีนาโน ใช้ Biochemical ทำปฏิกิริยาย่อยสลายกับมลภาวะที่เกิดจากรถยนต์ เช่น ไนโตรเจนไดออกไซด์ ในประเทศอังกฤษได้เริ่มมีการใช้เทคโนโลยีนี้ในการสร้างถนนและอุโมงค์ต่างๆ เพื่อลดมลภาวะบนท้องถนน และขณะเดียวกันเทคโนโลยีนาโน ทำให้อนุภาคคอนกรีตมีขนาดเล็กมาก ฝุ่น และแบคทีเรีย ไม่สามารถฝังตัวในเนื้อคอนกรีตได้ ทำให้อาคารที่ใช้คอนกรีตชนิดนี้ ดูใหม่เสมอ และยังคงไม่สะสมเชื้อโรค
• เสื้อนาโน ด้วยการฝังอนุภาคนาโนเงิน (silver nanoparticle) ทำให้เกิดปฏิกิริยากับการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย หรือการใช้อนุภาคสังกะสีออกไซด์ระดับนาโนเมตรที่สามารถทำงานได้เมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสงที่ตามองเห็น หรือแสงขาวมากเคลือบเส้นใยหรือสิ่งทอ ทำให้เกิดอนุมูลอิสระที่สามารถกำจัดสารอินทรีย์ต่างๆ โดยการแตกสลายตัว ทำให้ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์และลดกลิ่นอับที่เกิดขึ้นได้ โดยมีการนำมาพัฒนาผลิตภัณฑ์เสื้อนาโนหลายรูปแบบ เช่น เสื้อกีฬานาโนยับยั้งเชิ้อจุลินทรีย์และกลิ่น
• ไม้เทนนิสนาโนผสม เป็นตัวเสริมแรง (reinforced) ทำให้แข็งแรงขึ้น (อ่าน วัสดุผสม)
• ชุดนักเรียนปลอดเชื้อและกลิ่น อันเป็นความร่วมมือระหว่างนักวิจัย สวทช. กับบริษัท สยามชุดนักเรียน จำกัด ในการพัฒนาด้วยอนุภาค ซึ่งใช้แสงเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาย่อยสลาย หรือที่เรียกว่า (photocatalyst) โดยไทเทเนียมไดออกไซด์ที่โดนกระตุ้นด้วยแสงยูวี จะเกิดการแตกตัวและทำปฏิกิริยากับน้ำ จนได้เป็นอนุมูลอิสระซึ่งจะสามารถไปย่อยสลายโปรตีนหรือสารเคมีต่างๆ จนทำให้เชื้อแบคทีเรียและกลิ่นอับหมดไป จึงมีการนำเทคโนโลยีการเคลือบผ้าด้วยอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์นี้ไปใช้กับกระบวนการผลิตชุดนักเรียนต่อไป

อ้างอิง

1. N. Taniguchi, "On the Basic Concept of 'Nano-Technology'," Proc. Intl. Conf. Prod. Eng. Tokyo, Part II, Japan Society of Precision Engineering, 1974

• History of the Nanotechnology Meme 2016-03-04 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ. ผลงานวิจัย สวทช. สู่เชิงพาณิชย์ ปี 2549-2554. ปทุมธานี : สำนักงานฯ, 2554.

ดูเพิ่ม

• ไมโครเทคโนโลยี (MEMS/MST)
• ระบบไฟฟ้าเครื่องกลจุลภาค (MEMS or Microelectromechanical Systems)
• วิศวกรรมวัสดุ - ศึกษาเกี่ยวกับการออกแบบวัสดุ เพื่อการใช้งานในอุตสาหกรรม
• วัสดุนาโน

แหล่งข้อมูลอื่น

• Nano in Thailand Blog สถานภาพความก้าวหน้าของนาโนเทคโนโลยี และ เทคโนโลยีเกิดใหม่ต่างๆ ในโลกและในประเทศไทย โดย ดร. ธีรเกียรติ์ เกิดเจริญ
• How nanotechnology will work
• นาโนเทคโนโลยี คืออะไรกันแน่ ดร.สิรพัฒ ประโทนเทพ วิชาการ.คอม 2006-06-23 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• ไขปริศนา นาโนเทคโนโลยี 2006-03-16 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน บน วิชาการ.คอม โดย ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา
• ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (NANOTEC) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
• Nanotechnology สถาบันเทคโนโลยีแห่งเอเชีย (ภาษาอังกฤษ)
• Center of Nanoscience and Nanotechnology 2007-05-27 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน มหาวิทยาลัยมหิดล
• Nanotechnology - Foresight Institute
• Asia Pacific Nanotechnology Forum เอเชียแปซิฟิก
• Institute of Nanotechnology ยุโรป
• National Nanotechnology Initiative สหรัฐอเมริกา
• Scientific American: Nanotechnology (นิตยสาร)
• Nanotechnology Now
• Nano Protective
• Nanotechnology