วันพุธที่ 12 พฤศจิกายน พ.ศ. 2551

ความก้าวหน้าด้านนาโนเทคโนโลยีในปัจจุบัน

นาโนเทคโนโลยีถือเป็นคลื่นลูกใหม่ต่อจากเทคโนโลยีชีวภาพ และจะเปลี่ยนโฉมหน้า ของวงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทั้งหมดที่มนุษย์เคยรู้จักมา (3) ปัจจุบันนาโนเทคโนโลยีมีความก้าวหน้าเป็นอย่างมากและมีผลิตผลจากนาโนเทคโนโลยีออกสู่ตลาดในเชิงพาณิชย์มากขึ้น
1. นาโนเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์นับตั้งแต่วงการอิเล็กทรอนิกส์ที่เริ่มมาจากการประดิษฐ์หลอดรังสีคาโธด (cathod rays tube) ของเซอร์ วิลเลียม ครุกส์ (Sir William Crooks) ในปี ค.ศ. 1875 อันนำไปสู่การค้นพบรังสีเอ็กซ์โดยเรินท์เกน (William C. Roentgen) ในปี ค.ศ. 1895 และการค้นพบอิเล็กตรอนโดยทอมสัน (Joseph Thomson) ในปี ค.ศ. 1897 จนถึงในปัจจุบันนี้มีเทคโนโลยีชั้นสูง (ไมโครเทคโนโลยี) ในการผลิตแผงวงจรรวมหรือไอซี โดยใช้ซิลิกอนซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำในการทำเป็นทรานซิสเตอร์ในการผลิตชิพ ซึ่งต้องการขั้นตอนที่อาศัยความแม่นยำและความสะอาดอย่างที่สุด รวมทั้งยังต้องการความร่วมมือของผู้เชี่ยวชาญหลายสาขา เช่น นักโลหะวิทยา วิศวกร นักเคมี และนักฟิสิกส์ แต่การสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์บน solid state semiconductor ขนาดของวงจรในชิพก็มีขนาดเพียง 0.18 ไมโครเมตร และมีความพยายามที่จะย่อขนาดวงจรลงไปที่ 0.10 ไมโครเมตร และต่อไปจนถึง 0.05ไมโครเมตร ซึ่งชิพดังกล่าวจะมีราคาแพงขึ้น
จากปัญหาดังกล่าวจึงนำไปสู่การสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ด้วยโมเลกุล (molecular electronics) และอุปกรณ์แต่ละตัวจะเป็นแบบอิเล็กตรอนเดียว (single electron devices) และโมเลกุลที่ใช้ต้องมีคุณสมบัติเป็นเรคติไฟเออร์ (rectifier) ซึ่งก็คือไดโอด อันเป็นอุปกรณ์พื้นฐาน ของวงจรอิเล็กทรอนิกส์นั่นเอง อย่างไรก็ตามถึงแม้จะพบโมเลกุลที่มีคุณสมบัติเป็นเรคติไฟเออร์แล้วก็ตาม ในปัจจุบันก้ยังไม่สามารถต่อเรคติไฟเออร์ดังกล่าวเพื่อสร้างเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานอย่างสมบูรณ์ได้
นอกจากเรคติไฟเออร์แล้ว ทรานซิสเตอร์ก็เป็นหน่วยย่อยพื้นฐานหน่วยหนึ่งที่จำเป็นสำหรับการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งโมเลกุลของสารอินทรีย์และโพลิเมอร์ชนิดที่นำไฟฟ้าได้แล้ว ยังมีโมเลกุลอีกประเภทหนึ่งที่กำลังเป็นที่สนใจอย่างมากในวงการนาโนอิเล็กทรอนิกส์ เรียกว่า ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) ได้แก่โมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่ก่อรูปขึ้นมาเป็นโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายท่อ ที่นักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นชื่อ อิจิมา (Iijima) สร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1991หลังการค้นพบฟูลเลอร์รีน (fullerrene) 6 ปี ซึ่งมีลักษณะเหมือนแผ่นกราไฟต์ที่ม้วนตัวจนเกิดเป็นท่อ จึงมีแถบการนำไฟฟ้า (conduction band) ที่สามารถนำอิเล็กตรอนได้ดี ในปัจจุบันแน่ใจแล้วว่าท่อนาโนสามารถนำมาทำเป็นสายไฟระดับโมเลกุลได้ (5)
จมูกอิเล็กทรอนิกส์ ที่ผลิตได้โดยบริษัท Nanosphere สำหรับตรวจหาเชื้อแอนแทรกซ์ ที่แม่นยำและรวดเร็วที่สุดในโลก โดยใช้เทคนิคการจับคู่สายเกลียว เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของนาโนอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถนำมาใช้ได้จริงในปัจจุบัน โดยใช้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลโพลิเมอร์ที่นำไฟฟ้าได้มาเป็นกลไกในการตรวจจับ เราอาจเรียกกลไกในการตรวจจับในลักษณะนี้ว่า neural net
2. วัสดุนาโน (Nanomaterials)
นักวัสดุศาสตร์ได้ให้ความสนใจศึกษาเกี่ยวกับการศึกษาคุณสมบัติของ fullerenes โมเลกุลที่มีโครงสร้างประกอบไปด้วยอะตอมของคาร์บอน ซึ่งมีการจัดเรียงตัวของอะตอมอย่างเป็นระเบียบและมีโครงสร้างอยู่ระหว่างโครงสร้างของเพชรและแกรไฟต์ในตระกูลของคาร์บอน และเมื่อไม่นานมานี้มีการค้นพบโครงสร้างใหม่ของ fullerenes ที่มีลักษณะเป็นลูกบอลที่มีโครงสร้างเหมือนกรงปิดที่เป็นรูปทรงกลมซึ่งประกอบไปด้วย 60 อะตอมของคาร์บอนที่มีลักษณะสมมาตร(C60) ซึ่งเป็นการค้นพบการจัดเรียงตัวของคาร์บอนอะตอมแบบใหม่ที่ไม่เคยพบมาก่อน นอกจากนั้นนักวิจัยได้ทำการดัดแปลงโมเลกุลที่ค้นพบนั้นให้ขยายยาวออกไปเป็นโครงสร้างที่เป็นท่อเรียวเล็กได้สำเร็จและเรียกโครงสร้างนั้นว่า ท่อนาโนคาร์บอน(carbon nanotubes ; C1,000,000)
ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) มีรูปร่างเป็นโครงตาข่ายของคาร์บอน ม้วนเชื่อมติดกันเป็นรูปทรงกระบอก และมีเส้นผ่าศูนย์กลางเพียงไม่กี่นาโนเมตร ท่อนาโนคาร์บอน มีคุณสมบัติที่แข็งแรงและเหนียวกว่า เหล็กกล้า สามารถนำไฟฟ้า หรือ กลายเป็นฉนวน (ไม่นำไฟฟ้า)ได้ ขึ้นอยู่กับทิศทางของแนวการจัดเรียงตัว ของอะตอมคาร์บอนบนผนังท่อนาโนคาร์บอน สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวาง เช่น ใช้เป็นสายไฟจิ๋ว ในเครื่องใช้ไฟฟ้า (nanoelectronics) ใช้ทอเป็นเส้นใยที่ มีความละเอียดสูงและทนทานกว่าไทเทเนียม หรือผลิตเป็น แบตเตอรี่ที่มีอายุการใช้งานนานนับสิบปี นอกจากนี้ยังมีความแข็งแรงและมีน้ำหนักเบา เป็นต้น
โครงสร้างของท่อนาโนคาร์บอน มีโครงสร้างเป็นแบบโมเลกุลเดี่ยวที่มีลักษณะเป็นแถวยาวของคาร์บอนเรียงตัวกันเป็นแนวยาวนับล้านๆเท่าของขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อคาร์บอน โครงสร้างของท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) จะโค้งตัวม้วนเป็นแกนจากด้านหนึ่งไปบรรจบอีกด้านหนึ่ง ซึ่งนักเคมีมีแนวความคิดว่าท่อนาโนคาร์บอนนี้มีลักษณะเป็น monoelemental polymer (โพลิเมอร์ที่ประกอบไปด้วยธาตุเพียงชนิดเดียว ซึ่งแตกต่างจากโพลิเมอร์ที่พบโดยทั่วไปที่จะพบอะตอมของธาตุอื่นด้วย)
จากการทดลองและการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่า ท่อกลวงนี้มีความสามารถในการยืดหยุ่นเป็นพิเศษ มีความแข็งและมีคุณสมบัติที่ไม่ธรรมดาอีกหลายประการ ตัวอย่างเช่น สามารถหดกลับจากรูปหนึ่งไปสู่อีกรูปหนึ่งอย่างฉับพลันและสามารถสร้างเป็นเชือกที่มีความแข็งแรงมากเป็นพิเศษ นอกจากนั้นท่อนาโนคาร์บอนยังมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าจึงทำให้มีการทดลองสร้างเป็น สายโลหะนาโน (Nanowires) และตัวนำไฟฟ้าในขนาดนาโนสเกล (Nanoscale transistors) และในปัจจุบันท่อนาโนคาร์บอนสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานจริงและประสบความสำเร็จเป็นอย่างมาก ถึงแม้ว่าการผลิตโมเลกุลที่เป็นสายโลหะขนาดเล็กจะเป็นเรื่องน่าท้าทายก็ตามอนึ่งถึงแม้ว่ามีการค้นพบท่อนาโนคาร์บอนมากว่า 30 ปี โดยบริษัท NEC ของญี่ปุ่นแต่ท่อนาโนคาร์บอนที่ค้นพบในขณะนั้นก็ยังไม่สามารถนำมาใช้ได้จริง (20)
สินค้านาโนเทคโนโลยีที่ผลิตได้ในเชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน มีอยู่หลายรายการด้วยกัน เช่น สกี แวกซ์ ของ Nanogate คุณภาพสูงที่ช่วยให้สกีและเลื่อนนำแข็งลื่นไหลได้ดีและมีความแข็งแรง แจ๊กเก็ตสกีชนิดพิเศษที่ผลิตด้วยเส้นใยนาโน Franz Ziener GmbH & Co. มีคุณสมบัติกันลม กันน้ำ และกันคราบสิ่งสกปรกต่างๆ เสื้อผ้าไร้รอยยับและป้องกันรอยเปื้อนคราบสิ่งสกปรก กล้องดิจิตอลจอภาพ OLED (Organic light-emitting diodes) ของโกดักซึ่งแสดงภาพได้สว่างและคมชัดกว่าจอภาพ LCD (Liquid Crystals) แว่นกันแดดของบริษัท Nanofilm ที่ใช้โพลิเมอร์ชนิดบางพิเศษเคลือบ ลดการสะท้อนแสง ป้องกันรอยขีดข่วน และคราบสกปรกต่างๆ แร็กเก็ตที่ใช้ท่อนาโนคาร์บอน ผสมกับกราไฟต์ ของบริษัท Baborat ที่มีคุณสมบัติแข็งกว่าเหล็ก 100 เท่า แต่มีน้ำหนักเพียง 1 ใน 6 ทำให้การตีลูกมีพลังมากขึ้น ลดการเกร็งของกล้ามเนื้อ และลูกเทนนิสไฮเทคของบริษัท InMat ที่ใช้เทคนิคการผลิตแบบ Air D-Fense สามารถใช้งานได้ถึง 4 สัปดาห์ (6)
3. นาโนเทคโนโลยีชีวภาพนาโนเทคโนโลยีชีวภาพ หรือเทคโนโลยีชีวภาพซูเปอร์จิ๋ว เป็นวิทยาการแขนงใหม่ที่อาศัยความรู้ชั้นสูงของวิทยาศาสตร์ชีวภาพ เช่น ชีวเคมี ร่วมกับความรู้ด้านวิศวกรรมศาสตร์สาขาหุ่นยนต์หรือเครื่องจักรกล ซึ่งคาดได้ว่าจะเป็นเทคโนโลยีที่มีประโยชน์ในอนาคต โดยในปัจจุบันได้มีการศึกษาเทคโนโลยีชีวภาพซูเปอร์จิ๋วนี้อยู่ในหลายแห่ง
จากโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตทำให้เราทราบว่าการทำงานของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นตั้งแต่ระดับเซลล์หรือระดับที่เล็กลงไป ดังนั้นความเจ็บป่วยที่เกิดขึ้นแต่ละครั้งก็อาจเนื่องมาจากความผิดปกติที่เกิดขึ้นในโมเลกุลที่เป็นองค์ประกอบของเซลล์ เช่น ดีเอ็นเอ โปรตีน เอนไซม์ หรือความผิดปกติที่เกิดจากการทำงานของเซลล์หรือส่วนประกอบหนึ่งภายในเซลล์ เป้าหมายหนึ่งของการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพซูเปอร์จิ๋ว คือการสร้างเครื่องมือขนาดจิ๋วที่สามารถแทรกตัวเข้าไปภายในเซลล์เพื่อติดตามว่าเกิดความผิดปกติขึ้นที่จุดใดและทำการแก้ไขซ่อมแซม
ในอนาคตการรักษาผู้ป่วยที่เป็นไข้หวัดด้วยการฉีดเซลล์ประดิษฐ์ขนาดจิ๋วที่เรียกว่า นาโนดีคอย (nanodecoy) ที่มีโมเลกุลของรีเซพเตอร์นับล้านโมเลกุลเกาะอยู่บนผิว ไว้สำหรับดักจับไวรัสไข้หวัด ทำให้เชื้อไวรัสมีปริมาณลดลงหรือถูกกำจัดในที่สุด แทนที่จะคิดค้นยารักษาหรือยับยั้งการแพร่ระบาดของไวรัสซึ่งทำได้ยากกว่า รวมทั้งยังอาจทำให้เกิดการดื้อยาและมีการกลายพันธุ์เกิดไวรัสสายพันธุ์ใหม่ แต่ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดในการใช้นาโนดีคอยก็คือ จะต้องทำให้ร่างกายไม่ปฏิเสธหรือต่อต้านนาโนดีคอยว่าเป็นสิ่งแปลกปลอม (5)
ที่โรงพยาบาล Singapore General ได้ใช้ยา BrachySil ที่สร้างขึ้นจากการอัดฟอสฟอรัสลงไปในรูพรุนของซิลิกอน (BioSilicon ซึ่งเป็นวัสดุในระดับนาโนที่ย่อยสลายง่ายในร่างกายในรูปของกรดซิลิซิก (Silicic acid) ซึ่งไม่เป็นอันตรายต่อร่างกาย) แล้วกระตุ้นให้เป็นสารรังสีไอโซโทป P-32 (เพื่อที่จะฆ่าเซลล์มะเร็ง) มี half-life 14 วัน ในการรักษาผู้ป่วยมะเร็งตับ 2 ราย และคาดว่ายานี้จะนำออกใช้ได้ไนปี ค.ศ.2006 (21)
ทีมวิจัยชาวญี่ปุ่นก็ได้นำ “กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม” หรือ “เอเอฟเอ็ม” (atomic force microscope : AFM) มาใช้เป็นอุปรณ์ในการผ่าตัดระดับเซลล์ ซึ่งสามารถเพิ่มหรือเคลื่อนย้ายโมเลกุลไปไว้ในตำแหน่งที่ แม่นยำโดยไม่ทำลายเซลล์ชิ้นนั้นๆ กล้องจุทรรศน์เอเอฟเอ็มมีลักษณะเหมือนแขนของเครื่องบันทึกเทป ปลายเล็กๆ บางๆ ที่ติดอยู่ส่วนล่างสุดต่อจากแขน ซึ่งรับแรงสัมผัสจากการลากผ่านพื้นผิว เครื่องมือนี้ใช้ในการสร้างแผนที่ระดับโมเลกุลสำหรับเซลล์ใหม่ ต่างจากเข็มขนาดเล็กแบบเดิม เพราะเอเอฟเอ็มสามารถรับรู้ถึงแรงที่สัมผัสกับเซลล์ ทำให้ตอบสนองได้อย่างเต็มที่
เข็มที่ใช้เป็นเข็มซิลิกอนที่ถูกเหลาจนแหลมเป็นเข็มยาวเพียง 8 ไมโครเมตร และกว้าง 200 นาโนเมตร เมื่อเข็มแยงเข้าไปในเซลล์ ผนังเซลล์แหว่งออกเพียงแค่ 1 ไมโครเมตร ซึ่งดูละเอียดและประณีตบรรจงกว่าการใช้เข็มขนาดเล็กธรรมดาที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน และหลังการผ่าตัดผนังเซลล์ก็จะกลับคืนสู่สภาพปกติอย่างรวดเร็ว และนับเป็นครั้งแรกที่ของแข็งสามารถทะลวงเข้าไปถึงนิวเคลียสในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตได้อย่างแม่นยำ
ซาล์ว เทนด์เลอร์ (Saul Tendler) มหาวิทยาลัยน็อตติงแฮมในอังกฤษ เชื่อว่าเข็มนี้จะช่วยให้นักวิจัยสามารถฉีดโมเลกุลเช่น สายดีเอ็นเอเข้าไปแทรกตัวในนิวเคลียสเพื่อทดสอบเทคนิคใหม่ทางด้านอายุรเวชเกี่ยวกับยีน (gene therapy)
ส่วนประโยชน์ที่ได้จาก nanobiotechnology ที่เห็นได้ชัดเจนและคาดว่าจะมีอิทธิพลต่อการดำรงชีวิตของเราเป็นอย่างมาก คงได้แก่เทคโนโลยีทางการแพทย์และยา เช่น การทำวิศวกรรมเนื้อเยื่อ (tissue engineering) เพื่อสร้างอวัยวะ (เนื้อเยื่อหรือกระดูก) ขึ้นมาทดแทน อวัยวะส่วนที่เสื่อมสภาพไป การผลิตยาที่สามารถทำการรักษาเฉพาะจุด (drug target) เพื่อลดปัญหาการดื้อยา และผลข้างเคียงของยา การผลิต biosensor ที่สามารถวัดปริมาณสารต่างๆ ในเลือด ในปัสสาวะ หรือในสภาพแวดล้อมได้อย่างฉับไว หรือการผลิต "ดีเอ็นเอชิพ" ซึ่งจะใช้ร่วมกับข้อมูลชีวสารสนเทศ (bioinformatics) เพื่อตรวจหายีนที่ผิดปกติซึ่งอาจก่อให้เกิดโรคในอนาคต หรือเพื่อใช้เป็นข้อมูลพันธุกรรมพื้นฐานส่วนบุคคลในการรักษาพยาบาลยามเจ็บไข้ได้ป่วย ซึ่งแพทย์จะสามารถสั่งยาที่ตอบสนองต่อร่างกายของผู้ป่วยได้อย่างถูกต้อง และมีประสิทธิภาพ (23)
สำหรับการตรวจวินิจฉัยโรคในปัจจุบันเราต้องไปตรวจร่างกายที่โรงพยาบาล และจะโดนเจาะเลือดด้วยเข็มฉีดยาใส่ในหลอดแก้วและนำไปตรวจในห้องแล็บ รอประมาณ 2-3 ชั่วโมงจึงจะ รู้ผลการตรวจเบื้องต้น ถ้าตรวจละเอียดก็ต้องมารอฟังผลในวันถัดไป แต่ในอนาคตอันใกล้ เลือดเพียงหยดเดียวหรือน้อยกว่านั้น เมื่อหยดลงบนแผ่นชิพหน้าตาคล้ายแผ่นแก้วสไลด์ ก็สามารถตรวจความผิดปกติในร่างกายเราได้ในเวลาไม่กี่นาที นั่นคือเทคโนโลยีที่เราเรียกว่า ห้องปฏิบัติการบนชิพ (lab-on-a-chip) หรือชิพตรวจโรค เป็นชิพที่ย่อส่วนการทำงานในห้องแล็บเอาไว้บนชิพ
ห้องปฏิบัติการบนชิพ เป็นเทคโนโลยีที่เกิดจากการผสมผสานความรู้ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ เคมี ชีววิทยา และกลศาสตร์เข้าด้วยกัน ถือว่าเป็นสาขาหนึ่งของเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาคที่เน้นทางด้านชีวเคมี เรียกว่า ไบโอเมมส์ (BioMEMS) และมีความเกี่ยวข้องกับนาโนไบโอเทคโนโลยีอีกด้วย เนื่องจากปริมาณสิ่งที่ใช้ทดสอบหา เช่น เลือด น้ำลาย บนชิพเหล่านี้นั้นใช้ในระดับน้อยกว่านาโนลิตร หรือหนึ่งในพันล้านของลิตร กับเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค หรือเครื่องกลจิ๋วนี้เองทำให้เราสามารถสร้างท่อที่มีขนาดจิ๋ว เล็กจิ๋วยิ่งกว่าเส้นผมของเราเสียอีก
ท่อเหล่านี้ก็ทำหน้าที่เหมือนท่อหรือหลอดทดลองในห้องแล็บที่เราคุ้นเคย เราสามารถออกแบบให้ชิพซึ่งประกอบด้วยปั๊มจิ๋ว ท่อจิ๋ว และเซ็นเซอร์ทางชีวภาพที่สามารถตรวจวัดผลจากการทำปฏิกิริยาบนชิพในทันที ให้สามารถตรวจหาเชื้อโรคหรือตรวจวัดโรคที่มีอยู่ในทันที ทำให้สามารถนำไปใช้ตรวจนอกสถานที่หรือที่บ้านเองได้ เป็นชิพสามัญประจำบ้านเราได้เลย เราเรียกว่า การตรวจแบบ พอยท์ ออฟ แคร์ (point of care diagnostics) (24)
ผลิตภัณฑ์นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ ในส่วนของเครื่องสำอางนาโน ได้เริ่มมีการวางจำหน่ายแล้วเช่น ครีมบำรุงผิวพรรณที่สามารถแทรกซึมเข้าไปในผิวหนังได้ลึกยิ่งขึ้นเพื่อต่อต้านริ้วรอย Plenitude Revita-lift ของ L’Oreal Paris ใช้เทคนิคในการบรรจุวิตามินไว้ในแคปซูลอณูเล็กจิ๋ว แคปซูลนี้จะทำหน้าที่เป็นเหมือนฟองน้ำที่ซับเอาครีมไว้และจะปล่อยออกมาเมื่อชั้นแคปซูลภายนอกละลายภายใต้ผิวหนัง และครีมป้องกันแดด nanocrystalline (Nucelle Sunsense SPF 30) มีส่วนประกอบสำคัญได้แก่ (Z-COTE) ซึ่งสามารถป้องกันได้ทั้งรังสี UVA และUVB ได้อย่างมีประสิทธิภาพและไม่ทำให้เกิดอาการแพ้ ความก้าวหน้าด้านนาโนเทคโนโลยีในประเทศไทย
เนื่องจากนาโนเทคโนโลยีเป็นเรื่องที่ค่อนข้างใหม่สำหรับประเทศไทย ทำให้ในขณะนี้ประเทศไทยยังไม่มีผลิตภัณฑ์นาโนเทคโนโลยีออกมาจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ แต่อย่างไรก็ตาม งานวิจัยเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีในประเทศไทยก็มีความก้าวหน้ามากพอสมควรและมีแนวโน้มว่างานวิจัยที่กำลังอยู่ในระหว่างการทดลองหลายชิ้นสามารถผลิตออกมาจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ได้ในอนาคตอันใกล้นี้
อย่างไรก็ตามท่านนายกรัฐมนตรี พ.ต.ท.ทักษิณ ชินวัตร ได้ประกาศสนับสนุนการวิจัยทาง นาโนเทคโนโลยีเพื่อให้ประเทศไทยพัฒนาแบบก้าวกระโดด และนำหน้าประเทศในภูมิภาคนี้เมื่อเดือนธันวาคม 2545 และล่าสุดเมื่อวันที่ 23 ธันวาคม 2546 ท่านนายกรัฐมนตรีก็ได้มอบนโยบายให้แก่คณะรัฐมนตรีอีกครั้งในการพัฒนานาโนเทคโนโลยี โดยมุ่งมั่นจะนำมาใช้เพิ่มผลผลิตของประเทศ ให้ได้ในอนาคต (11)
ตัวอย่างงานวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยีที่กำลังดำเนินการอยู่ในประเทศไทย
อุปกรณ์นาโนที่สังเคราะห์จากสารกึ่งตัวนำ (semiconductor devices) : เช่น จุดควอนตั้ม (quantum dot) เซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงชนิดใหม่ อุปกรณ์นำแสงและออพติกส์และทรานซิสเตอร์โมเลกุล ซึ่งดำเนินการอยู่ที่ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย การสังเคราะห์ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) และจอสารอินทรีย์เรืองแสง (organic light emitting diode) และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดนาโนอีกหลายชนิด ซึ่งดำเนินการอยู่ที่ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล การสังเคราะห์สารตัวเร่ง (catalysts) ชนิดใหม่เพื่อใช้ในทางอุตสาหกรรมปิโตรเลียม การสังเคราะห์และการประยุกต์ใช้ท่อ นาโนคาร์บอน ซึ่งดำเนินการอยู่ที่วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย สารประกอบแต่งนาโน (nanocomposites) โดยใช้โพลิเมอร์ผสมกับแร่เคลย์ โดยมีจุดประสงค์ในการนำไปผลิตพลาสติกแบบใหม่ที่ใช้ทำบรรจุภัณฑ์อาหาร ดำเนินการอยู่ที่ศูนย์เทคโนโลยีวัสดุและโลหะแห่งชาติ (MTEC) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ไบโอเซ็นเซอร์ (biosensor) และห้องปฎิบัติการบนแผ่นชิพ (lab on a chip) ที่เน้นการประยุกต์ใช้ในด้านการแพทย์และสาธารณสุข ดำเนินการอยู่ ณ ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (NECTEC) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) การเพิ่มคุณค่ายารักษาโรคเขตร้อน และโรคอื่นๆ โดยใช้นาโนเทคโนโลยี รวมทั้งการผลิตถุงมือยางเคลือบอนุภาคนาโนสำหรับแพทย์และพยาบาล ซึ่งส่วนใหญ่ดำเนินการอยู่ที่คณะเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล อื่นๆ เช่นงานวิจัยของมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ มหาวิทยาลัยสุรนารี สถาบันเทคโนโลยีลาดกระบัง สถาบันเทคโนโลยีธนบุรี ศูนย์ซินโครตรอนแห่งชาติ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ซึ่งงานวิจัยส่วนใหญ่จะคล้ายคลึงกับงานวิจัยที่ได้กล่าวมาแล้ว (25)
ปัจจุบันนักวิจัยไทยกำลังพัฒนาชิพตรวจโรคต่างๆ โดยไม่น้อยหน้าประเทศอื่นๆ หรือใช้ตรวจวัดคุณภาพอาหารและสิ่งแวดล้อม เช่น ชิพสำหรับตรวจเชื้อโรคประเภท E. Coli และอหิวาตกโรคที่อาจปนเปื้อนในอาหาร ชิพสำหรับตรวจสอบการปนเปื้อนของยาฆ่าแมลงหรือโลหะหนักในน้ำดื่ม ชิพสำหรับการตรวจหาไวรัสในฟาร์มกุ้ง เป็นต้น
เนื่องจากนาโนเทคโนโลยีมีขอบเขตกว้างขวางครอบคลุมเกือบทุกสาขาวิชาทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วมาก ซึ่งแม้ว่าการวิจัยและพัฒนาทางด้าน นาโนเทคโนโลยีของไทยได้เกิดขึ้นแล้วในหลายสถาบัน แต่ทุกสถาบันยังไม่มีการแลกเปลี่ยนความคิดเห็นซึ่งกันและกัน การแก้ไขนี้ควรดำเนินการเช่นเดียวกับโครงการ National Nanotechnology Institute (NNI) กล่าวคือ ควรรวบรวมนักวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่อจัดทำโครงการพัฒนา นาโนเทคโนโลยีของไทยแบบบูรณาการร่วมกัน ในการนี้ควรดำเนินการโดยใช้หน่วยงานเดิมที่มีอยู่แล้ว เช่น สภาวิจัย หรือ สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย และในการพัฒนาการศึกษาวิจัยในด้านนี้ให้ได้ผลิตผล ประเทศไทยจะต้องมีองค์ประกอบทั้งสี่ประการกล่าวคือ ต้องมีนักควอนตั้มฟิสิกส์ ซึ่งเป็นนักทฤษฎีที่เข้าใจและออกแบบได้ เพราะตราบใดที่เรายังไม่มีตรงนี้ เรายังต้องไปเอาไอเดียคนอื่นมา ข้อที่สองต้องมีเครื่องไม้เครื่องมือที่ใช้ผลิต ข้อที่สาม เมื่อทำสำเร็จแล้วต้องวัดได้ด้วย ซึ่งต้องอาศัยเครื่องมือ STM หรือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน และประการที่สี่ต้องมีไอเดียว่าจะนำไปใช้อะไร บทสรุป
นาโนเทคโนโลยีเป็นสหสาขาวิชาใหม่ (multidisciplinary area) ที่ต้องอาศัยความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีจากหลากหลายสาขารวมเข้าด้วยกัน ทั้งเคมี ฟิสิกส์ ชีววิทยา อิเล็กทรอนิกส์ และอื่นๆ โดยเฉพาะสาขาคอมพิวเตอร์ (ระดับการใช้หุ่นยนต์แทนแรงงานมนุษย์) สำหรับการประกอบและผลิตสิ่งต่างๆ ขึ้นจากการจัดเรียงตัวของอนุภาคขนาดเล็ก เช่น อะตอมหรือ โมเลกุลเข้าด้วยกันด้วยความแม่นยำในระดับนาโนเมตร และอุตสาหกรรมในอนาคตจะเป็น อุตสาหกรรมระดับโมเลกุล โดยโรงงานจะเป็นโรงงานนาโนที่ประกอบด้วยหุ่นยนต์นาโนนับล้านๆ ตัว ทำหน้าที่จัดเรียงอนุภาคอะตอมจนได้ผลผลิตตามความต้องการ
ด้านการแพทย์ การบำบัดรักษาจะใช้หุ่นยนต์และกลไกที่มีขนาดจิ๋วในระดับโมเลกุลส่งเข้าไปในร่างกายเพื่อตรวจลักษณะอาการและระบบการทำงานต่างๆ รวมทั้งกระตุ้นให้ร่างกาย ดูดซับยาบางชนิดได้อย่างรวดเร็วและกระตุ้นร่างกายในส่วนที่ตัวยาไม่อาจเข้าถึงให้สามารถรับ ตัวยาได้ ทำให้ตัวยามีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหุ่นนาโนจะมีศักยภาพสูงขึ้นเรื่อยๆ สามารถทำหน้าที่ได้หลากหลาย หุ่นนาโนจะทำการผ่าตัดในระดับเซลล์และโมเลกุลทำให้กรรมวิธีในการผ่าตัดในปัจจุบันไม่มีความจำเป็นอีกต่อไป การศัลยกรรมความงามจะไม่มีความ จำเป็นอีกเนื่องจากหุ่นนาโนสามารถปรับเปลี่ยนรูปร่างโดยไม่ต้องใช้การผ่าตัด ซึ่งในปัจจุบันก็มีอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ผู้ป่วยสามารถกลืนเข้าไปเพื่อตรวจสภาพในร่างกายได้
ด้านอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ จะสามารถสร้างวงจรและคอมพิวเตอร์ขนาดจิ๋วในระดับโมเลกุลได้ วัสดุจากนาโนจะมีความบริสุทธิ์สูงสามารถนำไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ อายุการใช้งานยาวนาน ใช้พลังงานน้อยลง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะมีขนาดเล็กลงพกพาได้สะดวก หรืออาจฝังเข้าไปในร่างกายได้ มีความชาญฉลาดสามารถรับข้อมูลและปรับเปลี่ยนโครงสร้าง ตลอดจนสำเนาตัวเองขึ้นมาใหม่ได้
ด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม จะทำให้การใช้พลังงานมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ไม่กระทบต่อสิ่งแวดล้อม จะมีการใช้ทรัพยากรธรรมชาติน้อยลง นาโนเทคโนโลยีจะช่วยสร้างเทคโนโลยีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เช่น การสร้างกระดาษขึ้นจากวัสดุสังเคราะห์ที่ไม่ทำให้ต้องตัดไม้ทำลายป่า และหุ่นนาโนสามารถดูแลและแก้ไขสภาพแวดล้อมที่เสื่อมโทรมให้กลับคืนสู่สภาพเดิม กำจัดและสลายมลพิษต่างๆ
ด้านเทคโนโลยีอวกาศ นาโนเทคโนโลยีจะขจัดปัญหาในด้านพลังงานเชื้อเพลิง ขนาดและน้ำหนักของยานให้น้อยลงเนื่องจากวัสดุอุปกรณ์นาโนจะมีน้ำหนักเบาแต่มีความแข็งแรงทนทานสูง นอกจากนี้ ในสภาพที่แรงโน้มถ่วงที่มีกำลังอ่อนจะสะดวกต่อการสร้างและพัฒนาโครงสร้างของวัสดุและกลไกนาโนที่ไม่สามารถทำบนพื้นผิวโลกได้ และเทคโนโลยีอวกาศจะเชื่อมโยงไปสู่การสร้างคอมพิวเตอร์จิ๋วประสิทธิภาพสูง ยานสำรวจอวกาศจิ๋ว ชุดนักบินอวกาศต่อไป (26)
ที่จริงแล้วนาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีไม่ใช่ของใหม่เสียทีเดียว ทางโลกตะวันตกได้รู้จักการใช้ประโยชน์ของอนุภาคนาโน (nanoparticles) หลายร้อยปีแล้ว อย่างไม่รู้ตัวเช่น ช่างทำกระจกสีเพื่อใช้ประดับในโบสถ์ ใช้โลหะ เช่น ทองแดง ทองคำ หลอมผสมกับแก้วเป็นสีต่าง ๆ ซึ่งก็ได้มีการคาดคะเนทางทฤษฎีมาเมื่อประมาณร้อยปีก่อนนี้แล้วว่า สีเหล่านี้เกิดขึ้นจากอนุภาคนาโนของโลหะที่อยู่ในกระจก และปัจจุบันนาโนศาสตร์ก็ได้มาช่วยยืนยันสมมุติฐานดังกล่าวว่าเป็นเพราะคุณสมบัติดูดซับแสงของอนุภาคโลหะขนาดช่วงนาโนเมตรที่จะดูดซับแสงสีต่างๆในสัดส่วนที่ไม่เท่ากัน จึงทำให้แสงที่ทะลุผ่านกระจกได้ไม่เหมือนกันและเห็นเป็นสีของกระจกต่างกันไป (7)สรุปนาโนเทคโนโลยีที่ใช้ในระดับอุตสาหกรรมเรียบร้อยแล้วได้แก่ ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางแป้งที่มีอนุภาคนาโน ทำให้แป้งไม่สะท้อนแสงช่วยให้ใบหน้าดูอ่อนเยาว์ขึ้น ผลิตภัณฑ์ครีมบำรุงผิวอนุภาคนาโนที่ดูดซึมเข้าสู่ผิวหนังดีขึ้น เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของครีม สำหรับ นาโนเทคโนโลยีที่จะใช้ได้จริงในอีก 5-6 ปีข้างหน้าได้แก่ ระบบบนชิพ เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน ตัวเซนเซอร์ทางการแพทย์ ชิ้นส่วนต่างๆ ของหุ่นยนต์ และนาโนเทคโนโลยีที่จะนำมาใช้ในอีก 20 ปีข้างหน้าได้แก่ เซนเซอร์นาโนติดรถยนต์ อวัยวะเทียม กระดูกเทียมที่มีอนุภาคในระดับนาโนสำหรับผู้พิการ

อ้างอิงจาก....http://www.dmsc.moph.go.th/webroot/SamutSongkhram/km-nano.htm 13/11/08

0 ความคิดเห็น: