ผลิตภัณฑ์สินค้าที่ผลิตด้วยนาโนเทคโนโลยี

ผลิตภัณฑ์สินค้านาโนเทคโนโลยีในปัจจุบัน ซึ่งมีทั้งที่ผลิตในประเทศไทยและต่างประเทศ ซึ่งเริ่มมีมากขึ้นทุกที ซึ่งส่วนใหญ่เป็นการใช้อนุภาคเงินนาโน (Silver Nanoparticles) มาเคลือบผลิตภัณฑ์ต่างๆ พอประมวลได้ดังต่อไปนี้ผลิตภัณฑ์เสื้อผ้าสิ่งทอ ผลิตภัณฑ์ในกลุ่มนี้ จะเห็นมากที่สุดในท้องตลาดทั่วไป สำหรับในประเทศไทยเราก็มีได้แก่เสื้อนาโน และเสื้อเหลืองที่ผลิตออกมาเนื่องในวโรกาสพิธีฉลองสิริราชสมบัติครบ 60 ปี และฉลองพระชนมายุครบ 80 พรรษา ของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว เสื้อนาโน คือ เสื้อที่ได้ประยุกต์เอาเทคโนโลยีระดับนาโนเมตร ไปช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเนื้อผ้าธรรมดาให้กลายเป็นเสื้อผ้าชนิดพิเศษ มีคุณสมบัติพิเศษเพิ่มขึ้น เสื้อเหลืองธรรมดา ราคามีตั้งแต่ 199 บาท แต่ถ้าเป็นเสื้อเหลืองนาโน จะมีราคาสูงขึ้นอีกเป็นเท่าตัวคือประมาณ 450-500 บาท
1) เสื้อกันยับ ใช้ไททาเนียมไดออกไซด์กับผ้าฝ้ายและนาโนซิลิกากับผ้าไหม เนื่องจากสารไททาเนียมไดออกไซด์ทำให้เกิดการเชื่อมต่อกับเส้นใยเซลลูโลสในเนื้อผ้าฝ้ายได้ ส่วนนาโนซิลิกาผสมกับสารกระตุ้นมาเลอิกแอนไฮดรายด์ (maleic anhydrive) สามารถป้องกันการยับในผ้าไหมได้ดี
2) เสื้อกันน้ำ อาศัยประสบการณ์คล้าย “น้ำกลิ้งบนใบบัว” คือทำให้พื้นผิวใบบัวขรุขระและเคลือบสารคล้ายขี้ผึ้งลงไปบนใบบัว ทำให้น้ำไม่ติดบนใบบัว หลักการเดียวกันด้วยการผสมผสานนาโนเทคโนโลยีทำให้พื้นผิวผ้าขรุขระและเคลือบด้วยสารที่ไม่ชอบน้ำลงไป ทำให้น้ำ น้ำชา กาแฟ ไม่สามารถหกเลอะเปื้อนได้
3) เสื้อกันแบคทีเรีย ใช้สารที่มีคุณสมบัติป้องกันเชื้อแบคทีเรียด้วยอนุภาคนาโน ที่สามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียได้ อนุภาคเหล่านี้ได้แก่อนุภาคไททาเนียมไดออกไซด์ อนุภาคซิงค์ออกไซด์ และอนุภาคเงินนาโน (Nano silver)
4) เสื้อกันรังสียูวี ใช้สาร 2 ชนิด ได้แก่ สารซิงค์ ออกไซด์ (ZnO) และไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ซึ่งสารเหล่านี้มีขนาดเล็กมากถึงระดับนาโนเมตรจนสามารถสะท้อนแสงและรังสียูวีได้ดียิ่ง
5) เสื้อกันแบคทีเรีย ใช้สารที่มีคุณสมบัติป้องกันเชื้อแบคทีเรียด้วยอนุภาคนาโน ที่สามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียได้ อนุภาคเหล่านี้ได้แก่อนุภาคไททาเนียมไดออกไซด์ อนุภาคซิงค์ออกไซด์ และอนุภาคเงินนาโน (Nano silver)

ความก้าวหน้าด้านนาโนเทคโนโลยีในประเทศไทย

เนื่องจากนาโนเทคโนโลยีเป็นเรื่องที่ค่อนข้างใหม่สำหรับประเทศไทย ทำให้ในขณะนี้ประเทศไทยยังไม่มีผลิตภัณฑ์นาโนเทคโนโลยีออกมาจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ แต่อย่างไรก็ตาม งานวิจัยเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีในประเทศไทยก็มีความก้าวหน้ามากพอสมควรและมีแนวโน้มว่างานวิจัยที่กำลังอยู่ในระหว่างการทดลองหลายชิ้นสามารถผลิตออกมาจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ได้ในอนาคตอันใกล้นี้

นาโนเทคโนโลยีในธรรมชาติ

เมื่อพูดถึงนาโนเทคโนโลยี คนทั่วไปได้ยินแล้วอาจจะนึกภาพไม่ออกและดูเหมือนจะไม่ได้สัมผัสกับมัน แต่จริง ๆ แล้ว นาโนเทคโนโลยีนั้นมีอยู่แล้วในธรรมชาติ อยู่ในสิ่งต่าง ๆ รอบตัวเรา เพียงแต่บางคนอาจจะไม่ได้สังเกตหรือไม่ได้ให้ความสนใจ ตัวอย่างนาโนเทคโนโลยีที่มีอยู่ในธรรมชาติ ยกตัวอย่างเช่น
1. ตีนตุ๊กแกสัตว์เลื้อยคลานอย่างตุ๊กแกและจิ้งจกสามารถปีนกำแพงหรือเกาะติดผนังที่ราบเรียบและลื่นได้อย่างมั่นคง และในบางครั้งก็สามารถห้อยตัวติดเพดานอยู่ด้วยนิ้วตีนเพียงนิ้วเดียว ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะบริเวณใต้อุ้งตีนของตุ๊กแกจะมีขนขนาดเล็กที่เรียกว่าซีเต้ (setae) จำนวนนับล้านเส้นเรียงตัวอัดแน่นอยู่ โดยที่ส่วนปลายของขนซีเต้แต่ละเส้นนี้ก็ยังมีเส้นขนที่มีขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่าสปาตูเล่ (spatulae) ประกอบอยู่อีกหลายร้อยเส้น โดยที่สปาตูเล่แต่ละเส้นจะมีขนาดเล็กประมาณ 200 นาโนเมตรและที่ปลายของสปาตูเล่แต่ละเส้นจะสามารถสร้างแรงดึงดูดทางไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงวานเดอวาลส์ (van der Waals force) เพื่อให้ในการยึดติดกับโมเลกุลของสสารที่เป็นส่วนประกอบของผนังหรือเพดานได้ ถึงแม้ว่าแรงวานเดอวาลส์จะเป็นแรงยึดเหนี่ยวที่อ่อนแอมาก แต่การที่ตีนตุ๊กแกมีเส้นขนสปาตูเล่อยู่หลายล้านเส้นจึงทำให้เกิดแรงยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้าขึ้นอย่างมหาศาลจนสามารถทำให้ตีนตุ๊กแกยึดติดกับผนังได้อย่างเหนียวแน่น ด้วยหลักการนี้เองจึงทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นเทคโนโลยีแถบยึดตุ๊กแก (gecko tape) ขึ้นมาจากวัสดุสังเคราะห์ชนิดใหม่ที่มีลักษณะเป็นขนขนาดนาโน (nanoscopic hairs) เลียนแบบขนสปาตูเล่ที่อยู่บนตีนตุ๊กแกในธรรมชาติ เพื่อนำไปผลิตแถบยึดที่ปราศจากการใช้กาว และผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ อย่าง ถุงมือ ผ้าพันแผล ตลอดจนสามารถพัฒนาไปเป็นล้อของหุ่นยนต์ที่สามารถไต่ผนังหรือเคลื่อนที่ขึ้นลงในแนวดิ่งได้อีกด้วย
2. ใบบัว (สารเคลือบนาโน)
การที่ใบบัวมีคุณสมบัติที่เกลียดน้ำก็เพราะว่าพื้นผิวของใบบัวมีลักษณะคล้ายกับหนามขนาดเล็กจำนวนมหาศาลเรียงตัวกระจายอยู่อย่างเป็นระเบียบโดยที่หนามขนาดเล็กเหล่านี้ก็ยังจะมีปุ่มเล็ก ๆ ที่มีขนาดในช่วงระดับนาโนเมตรและเป็นสารที่มีคุณสมบัติคล้ายขี้ผึ้งซึ่งเกลียดน้ำเคลือบอยู่ภายนอกอีกด้วย จึงทำให้น้ำที่ตกลงมาบนใบบัวมีพื้นที่สัมผัสน้อยมาก และไม่สามารถซึมผ่านหรือกระจายตัวแผ่ขยายออกในแนวกว้างบนใบบัวได้ ดังนั้นน้ำจึงต้องม้วนตัวเป็นหยดน้ำขนาดเล็กกลิ้งไปรวมกันอยู่ที่บริเวณที่ต่ำที่สุดบนใบบัว นอกจากนี้สิ่งสกปรกทั้งหลายไม่ว่าจะเป็นผงฝุ่น เชื้อแบคทีเรีย และเชื้อรา ก็ไม่สามารถเกาะติดแน่นอยู่กับใบบัวได้เช่นเดียวกันเพราะว่ามีพื้นที่สัมผัสกับใบบัวได้แค่เพียงบริเวณปลายยอดของหนามเล็กๆ แต่ละอันเท่านั้น ดังนั้นเมื่อเวลาที่มีน้ำตกลงมาสิ่งสกปรกที่เกาะอยู่บนใบบัวก็จะหลุดติดไปกับหยดน้ำอย่างง่ายดายจึงทำให้ใบบัวสะอาดอยู่ตลอดเวลา นักวิทยาศาสตร์จึงได้นำหลักการของน้ำกลิ้งบนใบบัว (lotus effect) มาใช้ในการสังเคราะห์วัสดุชนิดใหม่เลียนแบบคุณลักษณะของใบบัว หรือการนำไปประยุกต์ใช้เป็นสีทาบ้านที่สามารถไม่เปียกน้ำและสามารถทำความสะอาดตัวเองได้ รวมไปถึงการพัฒนาเป็นเสื้อผ้ากันน้ำไร้รอยคราบสกปรก

3. เปลือกหอยเป๋าฮื้อ (นาโนเซรามิกส์)
สารเคมีที่เป็นองค์ประกอบหลักของเปลืยกหอยเป๋าฮื้อคือ แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ซึ่งเป็นสารชนิดเดียวกันกับชอล์คเขียนกระดาน อย่างไรก็ตาม ลักษณะทางกายภาพและคุณสมบัติทางเคมีของเปลือกหอยและชอล์คมีความแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง โดยที่ชอล์คจะเปราะ หักง่าย เป็นผงฝุ่นสีขาว แต่เปลือกหอยจะมีลักษณะเป็นมันวาวและมีความแข็งแรงสูงมาก ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะการจัดเรียงตัวในระดับโมเลกุลของแคลเซียมคาร์บอเนตที่พบในชอล์คและเปลือกหอยมีความแตกต่างกันมาก โดยเมื่อใช้กล้องขยายกำลังสูงส่องดูโครงสร้างระดับโมเลกุลของเปลือกหอยเป๋าฮื้อพบว่าการจัดเรียงตัวของโมเลกุลแคลเซียมคาร์บอเนตมีลักษณะคล้ายเป็นกำแพงอิฐก่อที่เรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบ โดยที่ก้อนอิฐขนาดนาโนแต่ละก้อนนี้จะเชื่อมติดกันด้วยกาวที่เป็นโปรตีนและพอลิแซคคาไรด์ จากโครงสร้างที่จัดเรียงกันอย่างเป็นระเบียบนี้จึงทำให้เปลือกหอยเป๋าฮื้อทนทานต่อแรงกระแทกมาก ยกตัวอย่างเช่น ให้ค้อนทุบไม่แตก เป็นต้น
เปลือกหอยเป๋าฮื้อ เป็นตัวอย่างที่ดีในการอธิบายคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของวัสดุต่างๆ ที่มีองค์ประกอบเป็นสารเคมีชนิดเดียวกันทุกประการแต่มีคุณสมบัติเปลี่ยนแปลงไปตามการจัดเรียงตัวของโครงสร้างในช่วงนาโน เช่น อะตอมและโมเลกุล ดังนั้นนักนาโนเทคโนโลยีจึงสามารถใช้ความรู้นี้ในการสร้างวัสดุใหม่ๆ ให้มีคุณสมบัติต่างไปจากเดิมได้ 4. ผีเสื้อบางชนิด (Polyommatus sp.)
สามารถดึงดูดเพศตรงข้ามหรือหลบหนีศัตรูได้โดยการเปลี่ยนสีปีก เช่นจากสีน้ำเงินไปเป็นสีน้ำตาล ซึ่งการเปลี่ยนแปลงสีปีกนี้ไม่ได้อาศัยสารมีสีชนิดต่างๆ ที่อยู่ในปีกผีเสื้อ แต่กลับอาศัยหลักการหักเหและการสะท้อนของแสงแดดที่มาตกกระทบลงบนปีก โดยถ้ามุมที่แสงตกกระทบมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย สีที่ปรากฎบนปีกผีเสื้อก็จะแตกต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าแสงแดดมาตกกระทบกับโครงสร้างที่อยู่ในปีกผีเสื้อในมุมใดมุมหนึ่งจะสะท้อนแสงสีน้ำเงินออกมา แต่ในขณะเดียวกันก็ดูดซับแสงสีอื่นๆ ไว้ทั้งหมด ทำให้เราเห็นผีเสื้อมีปีกสีน้ำเงิน เมื่อนักวิทยาศาสตร์ใช้กล้องขยายกำลังสูงส่องดูปีกผีเสื้อชนิดที่สามารถเปลี่ยนสีก็พบรูพรุนที่มีขนาดในช่วงนาโนจำนวนมหาศาลเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบซึ่งทำหน้าที่เป็นเสมือนผลึกโฟโต้นิกส์ในธรรมชาติ นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังได้ตั้งสมมุติฐานว่าการเปลี่ยนสีของปีกผีเสื้อชนิดนี้ยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิได้อีกด้วย ซึ่งจากการค้นพบนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการสร้างผลึกโฟโต้นิกส์สังเคราะห์ที่ยืดหยุ่นได้ดีและเปลี่ยนคุณสมบัติไปตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป ซึ่งสามารถนำไปใช้ผลิตเสื้อผ้าป้องกันความร้อนที่ใช้ในทะเลทรายหรือห้วงอวกาศ
5. ใยแมงมุม (เส้นใยนาโน)
แมงมุมเป็นสัตว์เพียงชนิดเดียวที่สามารถสร้างและปั่นทอเส้นใยได้ โดยที่ใยแมงมุมเป็นเส้นใยที่มีความแข็งแรงและเหนียวมาก ใยแมงมุมสามารถหยุดแมลงที่บินด้วยความเร็วสูงสุดได้โดยที่ใยแมงมุมไม่ขาด นักวิทยาศาสตร์พบว่าแมงมุมมีต่อมพิเศษที่สามารถหลั่งโปรตีนที่ละลายในน้ำได้ชนิดหนึ่งชื่อว่า ไฟโบรอิน (fibroin) โดยเมื่อแมงมุมหลั่งโปรตีนชนิดนี้ออกมาจากต่อม ดังกล่าวโปรตีนดังกล่าวจะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นของแข็ง หลังจากนั้นแมงมุมก็จะ ใช้ขาในการถักทอโปรตีนเหล่านี้เป็นเส้นใยที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งก็คือใยแมงมุมนั่นเอง บริษัทใน ต่างประเทศแห่งหนึ่งสามารถสร้างใยแมงมุมเลียนแบบแมงมุมได้โดยการตัดต่อยีนที่ควบคุมการสร้างโปรตีนไฟโบรอินจากแมงมุมแล้วนำไปใส่ไว้ในโครโมโซมของแพะ เพื่อให้นมแพะมีโปรตีนใยแมงมุม ก่อนที่จะแยกโปรตีนออกมาแล้วปั่นทอเป็นเส้นใยเพื่อใช้ในการผลิตเสื้อเกราะกันกระสุนที่แข็งแรงแต่มีน้ำหนักเบา โดยเส้นใยที่สร้างขึ้นนี้มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กถึงห้าเท่าเมื่อมีน้ำหนักเท่ากัน นอกจากนี้ยังสามารถนำใยแมงมุมไปใช้เป็นเส้นใยผ้ารักษาแผลสดได้อีกด้วย
นอกจากตัวอย่างที่กล่าวข้างต้นแล้ว อีกตัวอย่างหนึ่งของนาโนวิศวกรรมในธรรมชาติ คือ ถ่านกราไฟต์ และเพชร ซึ่งก็ล้วนประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน แต่มีการจัดเรียงโครงสร้างให้มีระเบียบต่างกัน จึงทำให้คุณสมบัติต่างกันอย่างชัดเจน หรือเอนไซม์ต่างๆ ที่จำเป็นต่อกระบวนการทำงานในร่างกายซึ่งเป็นโปรตีนอันประกอบด้วยหน่วยย่อยของแต่ละโมเลกุลของกรดอะมิโนต่อกันก็จัดเป็นเครื่องจักรระดับโมเลกุลที่มีประสิทธิภาพสูงเช่นกัน ประสิทธิภาพของของเล็กๆในธรรมชาตินี้ย่อมแสดงให้เห็นความสำคัญอย่างใหญ่หลวงของนาโนเทคโนโลยี และเมื่อธรรมชาติสร้างได้ ทำไมมนุษย์จะสร้างของเล็กๆ ที่มีประสิทธิภาพสูงพวกนี้บ้างไม่ได้

พัฒนาการของนาโนเทคโนโลยี

เทคโนโลยีที่อารยธรรมของมนุษย์ได้พัฒนาขึ้นมามี 2 แบบ คือ1. เทคโนโลยีแบบหยาบ (Bulk Technology) คือเทคโนโลยีที่ใช้จัดการกับสิ่งต่างๆ หรือผลิตสิ่งต่างๆ โดยอาศัยวิธีกล เช่น ตัด กลึง บีบ อัด ต่อ งอและอื่นๆ หรืออาจใช้วิธีทางเคมีโดยการผสมให้ทำปฏิกิริยา โดยพยายามควบคุมสภาวะต่างๆ ให้เหมาะสม แล้วปล่อยให้สสารทำปฏิกิริยากันเอง เทคโนโลยีแบบนี้สามารถใช้สร้างสิ่งเล็กๆ ได้ก็จริง แต่ขาดความแม่นยำและมีความ บกพร่องสูง การนำเทคโนโลยีแบบหยาบไปสร้างสิ่งเล็กๆ เช่น ไมโครชิพ เราเรียกว่าเป็นการใช้เทคโนโลยีแบบบนลงล่าง (top-down technology) ซึ่งมีขีดจำกัดสูง ซึ่งอุตสาหกรรมผลิตไมโครชิพก็กำลังเผชิญปัญหาในการผลิตวงจรที่ระดับ 0.2 - 0.3 ไมครอนอยู่ แม้ว่าวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ ทั้งหลายจะภูมิใจกับความแม่นยำในระดับนี้ แต่ความเป็นจริงก็คือ ทรานซิสเตอร์ที่ผลิตได้ในระดับนี้ก็ยังมีจำนวนอะตอมอยู่ระดับล้านล้านอะตอม เราคงเรียกเทคโนโลยีในปัจจุบันของมนุษย์ แม้กระทั่งเทคโนโลยีที่ใช้ผลิตคอมพิวเตอร์ซึ่งใครๆ ต่างเข้าใจว่า เป็นเทคโนโลยีไฮเทคนี้ว่า เทคโนโลยีแบบหยาบ
2. เทคโนโลยีระดับโมเลกุล (Molecular Technology) คือเทคโนโลยีที่ใช้จัดการกับ สิ่งต่างๆ หรือผลิตสิ่งต่างๆ โดยการนำอะตอมหรือโมเลกุลมาจัดเรียง ณ ตำแหน่งที่ต้องการอย่างแม่นยำ สิ่งที่ผลิตขึ้นมาอาจเป็นสิ่งเล็กๆ หรือเป็นสิ่งใหญ่ก็ได้ การนำเอาเทคโนโลยีระดับโมเลกุลไปสร้างสิ่งที่ใหญ่ขึ้นมา (เช่น พืชสร้างผนังเซลล์จากการนำเอาโมเลกุลน้ำตาลมาต่อกัน) นี้ว่าใช้เทคโนโลยีแบบล่างขึ้นบน (bottom-up technology) เทคโนโลยีระดับโมเลกุลนี้เองที่เป็นนาโนเทคโนโลยี
จริงๆ แล้วนาโนเทคโนโลยีไม่ใช่ของใหม่ แต่มีกำเนิดมาในโลกนี้แล้วเมื่อประมาณ 3,500 ล้านปี โดยสิ่งมีชีวิตเซลล์แรกได้ถือกำเนิดขึ้น เซลล์ดังกล่าวถือได้ว่าเป็นจักรกลชีวภาพ (biomachines) ที่มีขนาดอยู่ในช่วงของนาโน โดยสามารถเพิ่มจำนวนตนเองและหาแหล่งพลังงานเพื่อใช้ในการดำรงชีวิตของตนเองได้ หลังจากที่ อัลเบิร์ต ไอสไตน์ (Albert Einstein) ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยที่ค้นพบว่าโมเลกุลของน้ำตาลมีขนาดประมาณ 1 นาโนเมตร ในปี ค.ศ. 1905 คำว่า “นาโน” ก็เป็นที่รู้จักกันในวงการวิทยาศาสตร์ แต่ผู้เป็นบิดาแห่งนาโนเทคโนโลยีตัวจริง คือ ริชาร์ด ฟายน์แมน ที่ได้กล่าวถึงการศึกษาทางด้านนาโนเทคโนโลยีเป็นครั้งแรกในการปาฐกถาเรื่อง There is Plenty of Room at the Bottom ที่กล่าวว่าข้างล่างยังมีที่ว่างอีกเยอะ ในปี ค.ศ. 1959 ซึ่งนำไปสู่การศึกษาเกี่ยวกับการจัดการในระดับของอะตอมและโมเลกุลของสสารในเวลาต่อมา ถึงแม้ว่าในสมัยนั้น นาโนเทคโนโลยีในทัศนะของฟาย์นแมนคือ การสร้างเครื่องมือที่มีขนาดใหญ่เพื่อนำไปสร้างเครื่องมือที่มีขนาดเล็กลงไปเรื่อยๆ จนกระทั่งได้เครื่องมือที่เล็กมากจนสามารถใช้สร้างสิ่งที่มีขนาดในระดับนาโน (nanostructure) แต่นาโนเทคโนโลยีในความหมายของนักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันคือ การสร้างโดยเริ่มจากสิ่งที่เล็กที่สุด ระดับอะตอมหรือโมเลกุลขึ้นไป มาจัดเรียงกันทีละอะตอมหรือทีละโมเลกุล แล้วทำให้ได้สิ่งที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและมีโครงสร้างเป็นระเบียบตามที่ต้องการ
ฟิสิกส์ของอะตอม และ กลศาสตร์ควอนตั้มเป็นจุดเปลี่ยนเทคโนโลยีแบบหยาบ ไปสู่เทคโนโลยีระดับโมเลกุล ระหว่างปี ค.ศ. 1900-1950 เป็น 50 ปีแห่งการพัฒนาทฤษฎีควอนตั้ม กลศาสตร์ควอนตั้มไม่จำกัดอยู่เฉพาะสาขาวิชาฟิสิกส์เท่านั้น แต่ยังเป็นพื้นฐานของวิชาเคมีด้วย กล่าวได้ว่าหากไม่มีกลศาสตร์ควอนตั้มก็ไม่มีเคมี เพราะเราไม่อาจอธิบายสมบัติในระดับอะตอมและโมเลกุล และได้ขยายผลไปสู่สาขาชีววิทยา และ ชีววิทยาระดับโมเลกุลด้วย ทำให้ปัจจุบันเรามีความเข้าใจต่อกลไก มีผลไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพที่ช่วยทำให้ความเป็นอยู่ของมนุษย์ดีขึ้น

นาโนเทคโนโลยี มี 3 สาขาหลัก

1. นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ (Nanobiotechnology) เป็นการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีศาสตร์ ด้านชีวภาพ เช่น การพัฒนานาโนไบโอเซนเซอร์ หรือ หัวตรวจวัดสารชีวภาพ และสารวินิจฉัยโรค โดยใช้วัสดุชีวโมเลกุล การปรับโครงสร้างระดับโมเลกุลของยา ที่สามารถหวังผลการมุ่งทำลาย ชีวโมเลกุลที่เป็นเป้าหมายเฉพาะเจาะจง เช่น เซลส์มะเร็ง การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง ในการส่งผ่านสารบำรุงเข้าชั้นใต้ผิวหนังได้ดียิ่งขึ้น เป็นต้น
2. นาโนอิเล็กทรอนิกส์ (Nanoelectronics) เป็นการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีศาสตร์ด้านนาโนอิเล็กทรอนิกส์ (ไฮเทค) เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพและทำงานด้วยประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่น การพัฒนาระบบไฟฟ้าเครื่องกลซูปเบอร์จิ๋ว การผลิตเซลส์แสงอาทิตย์ การพัฒนานาโนซิป ทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง การพัฒนา High density probe storage device เป็นต้น
3. วัสดุนาโน (Nanomaterials) การประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีศาสตร์ด้านวัสดุนาโน เช่น การเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรม การพัฒนาฟิล์มพลาสติกนาโนคอมโพสิทที่มีความสามารถในการสกัดกั้นการผ่านของก๊าซบางชนิดและไอน้ำ เพื่อใช้ทำบรรจุภัณฑ์เพื่อยืดอายุความสดของผักและผลไม้และเพิ่มมูลค่าการส่งออก การผลิตผลอนุภาคนาโนมาใช้ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ไวรัส หรือทำให้ไม่เปียกน้ำ เป็นต้น

นาโนเทคโนโลยีช่วยอะไรเราได้บ้าง

ความหวังที่จะฝ่าวิกฤติปัจจุบันของมนุษยชาติจากนาโนเทคโนโลยีมีดังนี้
1. พบทางออกที่จะได้ใช้พลังงานราคาถูกและสะอาดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
2. มีน้ำที่สะอาดเพียงพอสำหรับทุกคนในโลก
3. ทำให้มนุษย์สุขภาพแข็งแรงและอายุยืนกว่าเดิม (มนุษย์อาจมีอายุเฉลี่ยถึง 200 ปี)
4. สามารถเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรได้อย่างพอเพียงกับประชากรโลก
5. เพิ่มศักยภาพในการติดต่อสื่อสารของผู้คนทั้งโลกอย่างทั่วถึง ทัดเทียม และพอเพียง
6. เพิ่มศักยภาพในการสำรวจอวกาศมากขึ้น

นาโนเทคโนโลยี คืออะไร

นาโนเทคโนโลยีถือกำเนิดมาจากแนวความคิดที่ว่า วัตถุในโลกที่เห็นด้วยตาเปล่านั้นประกอบมาจากอะตอมและโมเลกุล ดังนั้นการผลิตสิ่งต่างๆ จึงน่าที่จะทำในลักษณะสร้างสิ่งใหญ่ขึ้นมาจากสิ่งเล็ก (Bottom-UP Manufacturing) มากกว่าพยายามทำสิ่งต่างๆ ให้เล็กลง (Top-Down Technology) โดยใช้เครื่องมือที่หยาบอย่างเช่นปัจจุบัน เทคโนโลยีแบบหยาบ (Bulk Technology) ที่เราใช้ในการผลิตขณะนี้กำลังจะถึงจุดอิ่มตัว ทุกวันนี้เราสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากสารเคมีโดยวิธีผสมกันแล้วปล่อยให้ทำปฏิกิริยากันแบบสุ่ม ผลก็คือเราได้ผลิตผลพลอยได้ (By-Products) มากมายที่ไม่ต้องการ ซึ่งเป็นภัยต่อสิ่งแวดล้อม และต้นทุนที่ใช้ก็สูงเกินความเป็นจริง การผลิตชิพคอมพิวเตอร์ก็กำลังจะถึงขีดจำกัดของเครื่องมือ เราไม่สามารถใช้เครื่องมือของเทคโนโลยีปัจจุบันเพื่อผลิต อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเดียวกับโมเลกุล (molecular electronic devices) ลองจินตนาการดูว่า ถ้าเราสามารถผลิตชิ้นส่วน หรือสิ่งใดก็ได้ โดยมีค่าใช้จ่ายถูกแสนถูก ซึ่งสามารถประกอบตัวกันขึ้นมาเป็นรูปเป็นร่าง เหมือนกับการนำความต่างศักย์ทางไฟฟ้าในรูป ของบิต (bit) มาประกอบกันเป็นข้อมูลด้านต่างๆ จนกลายเป็นคอมพิวเตอร์ในยุคปัจจุบันได้ แล้วอะไรจะเกิดขึ้น การผสมผสานกันของเทคโนโลยีด้านเคมีวิทยา และวิศวกรรมศาสตร์ ทำให้เกิดเทคโนโลยีใหม่ ที่สามารถเปลี่ยนแปลงโลกในอนาคตเป็นอีกรูปแบบได้ เรียกว่า "นาโนเทคโนโลยี" การสร้างสิ่งต่างๆจากหน่วยของอะตอมนาโนเทคโนโลยี จึงเป็นอุตสาหกรรมระดับโมเลกุล (โมเลกุล คือการประกอบกันของอะตอมเพื่อ หน้าที่อย่างใดอย่างหนึ่ง) หรือการสร้างสิ่งต่างๆจากอะตอมในหน่วยวัดระดับนาโนเมตร

ความหมายของนาโนเทคโนโลยี

คำว่า นาโน (Nano) แปลว่าคนแคระในภาษากรีก ซึ่งเรียกย่อมาจากคำว่า นาโนเมตร (Nanometre) ซึ่งหมายถึง สิบยกกำลังลบเก้าเมตร หรือ 1 ส่วนพันล้านของ 1 เมตร ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าเส้นผมประมาณหนึ่งแสนเท่า และใหญ่กว่าไฮโดรเจนอะตอมประมาณ 10 เท่า ดังแสดงในรูปที่ 2 คำนิยามโดยสังเขป ของ นาโนศาสตร์ (Nanoscience) คือการศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของวัตถุที่มีขนาดในช่วงนาโนเมตร (ประมาณ 1-100 นาโนเมตร) ส่วนนาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) จะหมายถึงการสร้างวัตถุนาโนและประยุกต์นาโนศาสตร์ให้เป็นประโยชน์ จุดมุ่งหมายสูงสุดของนาโนเทคโนโลยีคือความสามารถที่จะสร้างและจัดเรียงอนุภาคต่างๆได้ตามความต้องการ เพื่อสร้างสสารหรือโครงสร้างของสารในแบบใหม่ๆที่ให้คุณสมบัติพิเศษที่อาจจะไม่เคยมีก่อนมาสู่ในชีวิตประจำวัน(www.sidipan.net)

ความเป็นมา

นาโนเทคโนโลยีเป็นกระแสใหม่ของการพัฒนาเทคโนโลยีในศตวรรษที่21 ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการสร้าง สังเคราะห์วัสดุ หรือ ผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กมากในระดับ 0.1 ถึง 100 นาโนเมตร นาโนเทคโนโลยีจะทำให้วัสดุมีสมบัติพิเศษที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ เป็นประตูสู่นวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทุกแขนง ซึ่งจะช่วยยกระดับคุณภาพชีวิตประชาชนไทย ตลอดจนเพิ่มขีดความสามารถของอุตสาหกรรมไทยในเวทีโลกให้ทัดเทียมอารยประเทศ ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) เป็นองค์กรในกำกับของรัฐ ภายใต้สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ก่อตั้งขึ้นเมื่อ วันที่ 13 สิงหาคม 2546 มีภารกิจหลักที่ต้องรับผิดชอบในการสร้าง สนับสนุน และส่งเสริม ศักยภาพของนาโนเทคโนโลยี ตลอดจนเผยแพร่ความรู้ให้กับสังคม ถ่ายทอดเทคโนโลยีสู่ภาคอุตสาหกรรม และสร้างความตระหนัก ความรู้ ความเข้าใจให้กับประชาชนในประเทศให้มีความพร้อมในการรับข่าวสารข้อมูลนาโน เทคโนโลยีทั้งในปัจจุบันและอนาคต ทั้งนี้เพื่อบรรลุวัตถุประสงค์และเป้าหมายของการพัฒนาประเทศตามแผนพัฒนา เศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับปัจจุบัน