นาโนเทคโนโลยี
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
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) ศาสตราจารย์โนริโอะ ทานิงูจิ (Norio Taniguchi) แห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์โตเกียวเป็นคนแรกที่เริ่มใช้คำว่า “Nanotechnology”
ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยี
ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยีเป็นความหวังที่จะฝ่าวิกฤติปัจจุบันของมนุษยชาติได้หลากหลายอย่างดังนี้
- พบทางออกที่จะได้ใช้พลังงานราคาถูกและสะอาดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
- มีน้ำที่สะอาดเพียงพอสำหรับทุกคนในโลก
- ทำให้มนุษย์สุขภาพแข็งแรงและอายุยืนกว่าเดิม (มนุษย์อาจมีอายุเฉลี่ยถึง 200 ปี)
- สามารถเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรได้อย่างพอเพียงกับประชากรโลก
- เพิ่มศักยภาพในการติดต่อสื่อสารของผู้คนทั้งโลกอย่างทั่วถึง ทัดเทียม
- สร้างหุ่นยนต์นาโนที่สามารถซ่อมแซมความบกพร่องของเซลล์เม็ดเลือดแดง คอยทำลายเซลล์แปลกปลอมต่าง ๆ
- มีความสามารถในการประกอบตัวเอง และทำสำเนาตัวเอง
- การใช้เทคโนโลยีในเทคโนโลยีเพื่อสุขภาพ
- การใช้นาโนเทคโนโลยีในการผลิตภัณฑ์อาหารเสริมเพื่อสุขภาพและทางการแพทย์
- ในอนาคตเราอาจใช้นาโนเทคโนโลยีสร้างอวัยวะเทียม
สาขาย่อยของนาโนเทคโนโลยี
- นาโนอิเล็กทรอนิกส์ (Nanoelectronics)
- นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ (Bionanotechnology)
- นาโนเซนเซอร์ (Nanosensor)
- การแพทย์นาโน (Nanomedicine)
- ท่อนาโน (Nanotube)
- นาโนมอเตอร์ (Nanomotor)
- โรงงานนาโน (Nanofactory)
แม่แบบ:งานด้านนาโนเทคโนโลยี
- 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
- ไม้เทนนิสนาโนผสมท่อคาร์บอนนาโน เป็นตัวเสริมแรง (reinforced) ทำให้แข็งแรงขึ้น (อ่าน วัสดุผสม)
- ชุดนักเรียนปลอดเชื้อและกลิ่น อันเป็นความร่วมมือระหว่างนักวิจัย สวทช. กับบริษัท สยามชุดนักเรียน จำกัด ในการพัฒนาเทคโนโลยีการเคลือบผ้าด้วยอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งใช้แสงเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาย่อยสลาย หรือที่เรียกว่า โฟโตแคตลิสต์ (photocatalyst) โดยไทเทเนียมไดออกไซด์ที่โดนกระตุ้นด้วยแสงยูวี จะเกิดการแตกตัวและทำปฏิกิริยากับน้ำ จนได้เป็นอนุมูลอิสระซึ่งจะสามารถไปย่อยสลายโปรตีนหรือสารเคมีต่างๆ จนทำให้เชื้อแบคทีเรียและกลิ่นอับหมดไป จึงมีการนำเทคโนโลยีการเคลือบผ้าด้วยอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์นี้ไปใช้กับกระบวนการผลิตชุดนักเรียนต่อไป
อ้างอิง
- 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
- 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
- ไขปริศนา นาโนเทคโนโลยี บน วิชาการ.คอม โดย ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา
- ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (NANOTEC) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
- Nanotechnology สถาบันเทคโนโลยีแห่งเอเชีย (ภาษาอังกฤษ)
- Center of Nanoscience and Nanotechnology 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