นาโนเทคโนโลยี

      เราคงเคยได้ยินคำ เมตร เซนติเมตร และมิลลิเมตร ซึ่งใช้กันนานแล้วต่อมาได้มีการศึกษาสิ่งต่าง ๆ ที่มีขนาดเล็กมาก ๆ เช่น ส่วนต่าง ๆ ของเครื่องใช้ไฟฟ้า เชื้อโรค โมเลกุล ตลอดจนส่วนต่าง ๆ ภายในโมเลกุลของสิ่งที่มีชีวิตและสิ่งที่ไม่มีชีวิต เช่น ใบบัว ใบบอน ผีเสื้อ คาร์บอน เงิน ทอง จึงตั้งหน่วยสำหรับใช้เพิ่มขึ้น เช่น ไมโครเมตร นาโนเมตร
      ไมโครเมตร คือ ๑ ในพันส่วนของ ๑ มิลลิเมตร 
      นาโนเมตร คือ ๑ ในพันส่วนของ ๑ ไมโครเมตร หรือ ๑ ในพันล้านส่วนของ ๑ เมตร

ดังนั้นนาโนเมตรจึงมีขนาดเล็กมากหากเปรียบเทียบความหนาของเหรียญสลึงเป็นหน่วยนาโนเมตรแล้วหนึ่งเหรียญสลึงซึ่งหนาประมาณ ๑ มิลลิเมตร จะเท่ากับ ๑ ล้าน นาโนเมตร
      เส้นผม ๑ เส้น หนาประมาณ ๑ แสน นาโนเมตร
      แบคทีเรีย ๑ ตัว ซึ่งเรามองด้วยตาเปล่าไม่เห็น มีขนาดประมาณ ๑ พัน นาโนเมตร
      การศึกษาเกี่ยวกับวัสดุที่มีอนุภาคนาโน คือ ขนาดประมาณ ๑ - ๑๐๐ นาโนเมตรนั้น เรียกว่า นาโนศาสตร์ ซึ่งเป็นวิชาที่เน้นการจัดการกับอะตอมและโมเลกุลของสิ่งต่าง ๆ เช่น การจัดเรียงตัว การเคลื่อนย้ายตำแหน่งของอะตอมและโมเลกุลเหล่านั้น  หากเรานำเหรียญห้าบาท ๑๒ เหรียญ มาเรียงในแบบต่าง ๆ ๓ แบบ ดังภาพข้างล่างนี้อาจมองเห็นภาพการเรียงตัวของอะตอมว่ามีได้หลายแบบ

      การเรียงแบบที่ ๑ ใช้เนื้อที่มากและถ้าเรายึดเหรียญที่วางเรียงกันให้ติดกันด้วยเทปจะสามารถพับงอให้มีรูปร่างต่าง ๆ ได้ นอกจากใช้เนื้อที่มากแล้วยังมีพื้นที่ผิวมากที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับแบบอื่น พื้นที่ผิวนี้เป็นจุดประสงค์สำคัญในการสังเคราะห์วัสดุนาโนให้มีขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น ถ้านำน้ำตาลก้อนกับน้ำตาลผงในปริมาณที่เท่ากันมาละลายในน้ำจะพบว่าน้ำตาลผงมีประสิทธิภาพในการละลายมากกว่าน้ำตาลก้อนเนื่องจากมีขนาดเล็กกว่าและมีพื้นที่ผิวมากกว่า 
      แบบที่ ๒ ใช้เนื้อที่น้อยลงและสามารถจัดวางเหรียญให้มีรูปร่างต่าง ๆ ได้ 
      แบบที่ ๓ ใช้เนื้อที่วางน้อยที่สุดและถ้ายึดติดเหรียญทั้งหมดด้วยเทปจะเปลี่ยนรูปร่างได้ยากเพราะเหรียญวางซ้อนกัน 
      สิ่งที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนของการวางเหรียญทั้งสามแบบ คือ พื้นที่ผิวรอบนอกและความยาวของรอบขอบ เรานำผลการศึกษาจากนาโนศาสตร์มาใช้ผลิตวัสดุ เครื่องมือ เครื่องใช้ อุปกรณ์ที่ใช้ในชีวิตประจำวัน การเกษตร ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ และการแพทย์เพื่อให้ได้คุณสมบัติพิเศษตามที่ต้องการ เช่น มีขนาดเล็กลงแต่คุณภาพดีกว่าเดิม ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อโรคโดยเรียกวิธีการนี้ว่า นาโนเทคโนโลยี
ตัวอย่างสิ่งที่ได้จากนาโนเทคโนโลยีมีอยู่มาก เช่น

• กล้องถ่ายภาพนาโนที่มีขนาดเล็ก เบา และให้ภาพที่คมชัดยิ่งขึ้น
• สเปรย์นาโนที่เมื่อฉีดบนเสื้อผ้าบริเวณที่เปื้อนง่าย เช่น คอปกเสื้อทำให้สิ่งสกปรกไม่เกาะติดส่วนนั้นของเสื้อผ้า
• ท่อนาโนคาร์บอนที่เป็นรูปแบบหนึ่งของการจับตัวของอะตอมของคาร์บอนซึ่งมีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กกล้าประมาณ ๑๐๐ เท่า แต่มีน้ำหนักเบากว่ามากซึ่งในอนาคตสามารถนำไปใช้ทำส่วนประกอบของเครื่องบินเพราะเบาและแข็งกว่าโลหะอะลูมิเนียมที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน

      นอกจากนี้กำลังมีการศึกษาวิจัยอีกมากมายเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี เช่น การสร้างคอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะสูงแต่มีขนาดเล็กมากและการผลิตหุ่นยนต์ขนาดเล็กจิ๋วเพื่อนำยาเข้าไปในร่างกายเพื่อรักษาโรคร้ายต่าง ๆ เช่น โรคมะเร็ง

      ตลอดระยะเวลาที่ผ่านมามนุษย์ได้ศึกษาค้นคว้าความรู้ในด้านต่าง ๆ สำหรับความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีก็มีความเจริญก้าวหน้าขึ้นเรื่อย ๆ โดยได้ศึกษาสิ่งต่าง ๆ ทั้งในโลกและนอกโลก ขนาดและระยะทางใกล้ไกลต่างกันจึงมีหน่วยวัดขนาดต่าง ๆ กันไป หน่วยที่ใช้วัดความยาวซึ่งรู้จักกันมาก คือ กิโลเมตร เมตร เซนติเมตร มิลลิเมตร ต่อมาเมื่อเกิดความสนใจระบบที่ยิ่งเล็กลงมากขึ้น ทำให้เกิดการศึกษาหน่วยที่เล็กลงมากขึ้นด้วย คือ ไมโครเมตรหรือไมครอนซึ่งมีค่าเท่ากับ ๑ ใน ๑,๐๐๐,๐๐๐ ส่วนของ ๑ เมตรหรือ ๑๐^-๖เมตร  ในปลายคริสต์ศตวรรษที่ ๒๐ เริ่มมีการศึกษาทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเกี่ยวกับสิ่งที่มีขนาดเล็กมากเพื่อประโยชน์ในการนำไปสร้างเครื่องมือ เครื่องใช้ อุปกรณ์ต่าง ๆ ที่มีขนาดเล็กลงและมีคุณสมบัติตามที่ต้องการรวมทั้งใช้วัตถุดิบที่เป็นตัวเริ่มต้นน้อยลงเพื่อประหยัดทรัพยากรธรรมชาติซึ่งศาสตร์ที่เกี่ยวกับเรื่องดังกล่าวคือ ศาสตร์นาโนและนาโนเทคโนโลยี ดังนั้นคำว่านาโนซึ่งเป็นคำนำหน้าหน่วยวัดแสดงค่าเท่ากับ ๑๐^-๙ หรือ ๑/๑,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐ จึงเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายมากขึ้น หากนำคำว่านาโนมาใช้นำหน้าหน่วยวัด "เมตร" เป็น "นาโนเมตร" หมายถึง ปริมาณในระดับเพียงหนึ่งในหนึ่งพันล้านส่วนของเมตรหรือ

๑๐-๙ เมตรเท่านั้น ลองศึกษาขนาดของสิ่งต่าง ๆ เพื่อให้นึกภาพขนาดของ ๑ นาโนเมตร ได้ชัดเจนดีขึ้น ดังต่อไปนี้

     เด็กคนหนึ่งสูง ๑ เมตร เท่ากับความสูง ๑๐๙ นาโนเมตรหรือหนึ่งพันล้านนาโนเมตร
     เซลล์เม็ดเลือดแดง มีขนาดประมาณ ๑๐-๕เมตร เท่ากับ ๑๐๔ นาโนเมตร หรือ ๑๐,๐๐๐ นาโนเมตร
     ไวรัส ๑ ตัว มีขนาดประมาณ ๑๐-๗ เมตร เท่ากับ ๑๐๒ นาโนเมตร หรือ ๑๐๐ นาโนเมตร
     คลื่นรังสีเอกซ์ที่เราใช้เอกซเรย์ปอดและอื่นๆ ยาวประมาณ ๑๐-๙ - ๑๐-๘ เมตร หรือ ๑ - ๑๐ นาโนเมตร
     อะตอมของธาตุ เช่น ออกซิเจน มีขนาดประมาณ ๑๐-๑๐ เมตร เท่ากับ ๑๐-๑ นาโนเมตร หรือ ๑ ใน ๑๐ ของ ๑ นาโนเมตร

      ศาสตร์นาโนเป็นการศึกษาเกี่ยวกับสมบัติของสิ่งต่าง ๆ ในขนาดประมาณ ๑ - ๑๐๐ นาโนเมตร ที่เน้นการจัดการเกี่ยวกับอะตอมและโมเลกุล เช่น การจัดเรียงตัว การเคลื่อนย้ายตำแหน่ง การเกิดปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันของอะตอมและโมเลกุลเหล่านั้น ส่วนนาโนเทคโนโลยี คือ การนำความรู้จากศาสตร์นาโนไปสร้างเครื่องมือ เครื่องใช้ อุปกรณ์ และวิธีการต่าง ๆ เพื่อใช้ในชีวิตประจำวันในด้านการแพทย์ การเกษตรและอื่น ๆ

ตัวอย่างผลงานที่สำเร็จแล้ว ได้แก่  

• การผลิตชุดป้องกันอาวุธเคมีหรืออาวุธชีวภาพที่ใช้ในเกี่ยวกับการทหารและความมั่นคงของชาติ 
• การผลิตสินค้าที่ใช้ในการพาณิชย์ เช่น เครื่องสำอาง เสื้อผ้าที่ไม่ติดคราบสกปรก รวมทั้งเสื้อผ้าที่ปรับเปลี่ยนสภาวะไปตามสิ่งแวดล้อมทั้งในด้านของสี ความร้อน ความเย็น และสามารถป้องกันเชื้อโรคได้
• การลดปัญหามลพิษโดยการลดของเสียเหลือใช้และการแปรรูปปรับสภาพเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่

      นอกจากนี้ยังมีผลงานที่กำลังอยู่ระหว่างการศึกษาวิจัย เช่น การตัดต่อและการสังเคราะห์โปรตีน การทำเครื่องจักรนาโนเพื่อใช้กับตัวรับรู้ทางชีววิทยา การสร้างตัวขนส่งยานาโน การสร้างคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงที่มีขนาดเล็กเท่าฝ่ามือหรือหัวแม่มือ ศาสตราจารย์ริชาร์ด ฟิลลิปส์ ไฟยน์แมน นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลผู้ที่ได้รับการยกย่องให้เป็น "บิดาแห่งนาโนเทคโนโลยี" ได้ให้แนวคิด เกี่ยวกับความเป็นไปได้ของนาโนเทคโนโลยีเมื่อวันที่ ๒๙ ธันวาคม พ.ศ. ๒๕๐๒ ว่า การจัดเรียงอะตอมให้อยู่ในตำแหน่งที่ต้องการอย่างแม่นยำและมีเสถียรภาพจะสามารถทำให้ประดิษฐ์สิ่งเล็กจิ๋ว ต่าง ๆ ได้ ต่อมามีนักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่งซึ่งเป็นผู้ที่ลงมือบุกเบิกแนวคิดนาโนเทคโนโลยีและทุ่มเทการค้นคว้าวิจัยอย่างจริงจัง คือ คิม อีริก เดรกซ์เลอร์ ได้พิมพ์หนังสือเกี่ยวกับเรื่องนี้เป็นครั้งแรกเมื่อ พ.ศ. ๒๕๒๙ มีใจความสำคัญตอนหนึ่งว่าเราสามารถสร้างหรือประกอบชิ้นส่วนวัสดุขึ้นจากการควบคุมจัดเรียงอะตอมด้วยความเที่ยงตรงเป็นผลให้ไม่มีของเสียเหลือทิ้งที่อาจก่อให้เกิดมลพิษ หรือการใช้พลังงานเกินจำเป็น

      ประเทศไทยได้จัดตั้ง "ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ" ในสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ กระทรวงวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีและสิ่งแวดล้อมเมื่อ พ.ศ. ๒๕๔๖ เพื่อเป็นหน่วยงานกลางเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี นอกจากนี้ยังได้มีการศึกษาวิจัยและพัฒนาศาสตร์นาโนและนาโนเทคโนโลยีในสถาบันอุดมศึกษาต่าง ๆ เช่น จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยมีการดำเนินการที่ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าในคณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาฟิสิกส์และภาควิชาเคมีในคณะวิทยาศาสตร์และวิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี มหาวิทยาลัยมหิดลมีการดำเนินงานที่ภาควิชาเคมีคณะวิทยาศาสตร์รวมทั้งในคณะเภสัชศาสตร์ด้วย  ที่มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบังก็มีงานวิจัยเกี่ยวกับศาสตร์นาโนและนาโนเทคโนโลยีเช่นกัน 

      ปัจจุบัน (พ.ศ. ๒๕๕๐) ได้มีผลิตภัณฑ์นาโนออกมาจำหน่ายในเชิงพาณิชย์แล้ว เช่น ผลิตภัณฑ์สิ่งทอ เครื่องสำอาง บางสถาบันสามารถสังเคราะห์วัสดุนาโนและท่อนาโนคาร์บอนได้เองและจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ สถาบันดังกล่าวคือ ศูนย์เชี่ยวชาญเฉพาะด้านเทคโนโลยีอนุภาค คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง และภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ นอกจากนี้มีภาคเอกชนบางราย เช่น บริษัทนาโนบิซ จำกัด ที่ผลิตและจำหน่ายสินค้าด้านนาโนเทคโนโลยี อาทิ สเปรย์กันน้ำกันเปื้อนสำหรับสิ่งทอทุกชนิดและแคปซูลน้ำหอมนาโนที่ใช้กับเสื้อผ้า เก้าอี้โซฟา ชุดชั้นใน  อย่างไรก็ตามในปัจจุบันเรายังมีความเข้าใจไม่แน่ชัดเกี่ยวกับผลเสียหรือผลข้างเคียงของการใช้สิ่งต่าง ๆ จากนาโนเทคโนโลยีถึงแม้ว่าในพ.ศ. ๒๕๔๗ ได้มีรายงานการค้นพบว่าอนุภาคนาโนคาร์บอนซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ ๓๕ นาโนเมตร สามารถเคลื่อนผ่านเข้าไปยังระบบประสาทที่สมองของหนูทดลอง แต่เรายังรู้น้อยมากเกี่ยวกับผลกระทบของอนุภาคนาโนคาร์บอนถ้าเคลื่อนที่ไปที่สมองของคน ดังนั้นเราจึงควรตระหนักว่าทุกสิ่งทุกอย่างล้วนมีทั้งคุณประโยชน์และโทษจึงควรศึกษาวิจัยผลิตและใช้ด้วยความระมัดระวัง