วันเสาร์ที่ 22 พฤศจิกายน พ.ศ. 2551

รอบรู้เรื่องเมลามีน

รอบรู้เรื่องเมลามีน

รศ.ดร.เยาวมาลย์ ค้าเจริญ  ภาควิชาสัตวศาสตร์ คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น

           

          เมลามีน คือ พลาสติกชนิดหนึ่งมีสารฟอร์มาลดีไฮด์เป็นส่วนประกอบ หรือที่เรารู้จักคุ้นเคยกันคือ ฟอร์มาลีน ส่วนใหญ่เมลานีนจะถูกนำมาผลิตพลาสติก จานเมลามีน ถุงพลาสติก พลาสติกสำหรับห่ออาหาร นอกจากนี้เมลามีนยังอยู่ในอุตลาหกรรมเม็ดสีเป็นหมึกพิมพ์สีเหลือง นอกจากนี้ยังนำไปทำน้ำยาดับเพลิงคุณภาพดี น้ำยาทำความสะอาด และปุ๋ย เพราะโครงสร้างของเมลามีนมีไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบที่ค่อนข้างสูง

 

          คุณสมบัติของเมลามีน

          เป็นเมตาโบไลท์ของไซโรมาซีน(Cyromazine)  ซึ่งเป็นยาฆ่าแมลงชนิดหนึ่งเมื่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและพืชได้รับเข้าไปในร่างกายจะสามารถเปลี่ยนไปเป็นเมลามีนได้ มีไนโตรเจน 66.67 %  คิดเป็นปริมาณโปรตีนได้ 416.66 % จัดเป็นพวก Non-Protein Nitrogen (NPN) ในสัตว์กระเพาะรวม แต่ไม่นิยมใช้เพราะการ Hydrolysis ช้าและไม่สมบูรณ์เหมือนยูเรีย ลักษณะเป็นผงสีขาว มีสูตรโครงสร้างทางเคมี C3H6 N6 (1,3,5 Triazine 2,4,6 Triamine) ละลายน้ำได้น้อย เมลามีนคุณภาพดีจะนำไปทำเม็ดพลาสติกเรียกเม็ดเลซินเมลามีน ส่วนเศษที่เหลือหรือเมลามีนที่คุณภาพเลวจะนำกลับไปทำของใช้ ซึ่งเมลานีนคุณภาพเลวนี้ขบวนการของมันไม่สมบูรณ์จึงมีราคาถูก และเกิดอนุพันธ์ของเมลามีนขึ้นหลายชนิด เรียกว่า เมลามีนอันนาล็อก ประกอบด้วย ammeline,ammelide และ cyanuric acid แม้จะเป็นอนุพันธ์ของเมลามีนแต่ก็ยังมีโปรตีนสูงถึง 224.36 %

           

            งานวิจัยกับเมลามีนในช่วงที่ผ่านมา

          จากการวิจัยในปี ค.ศ.1971 มีการนำเมลามีนมาใส่ในอาหารโค เพราะเป็นแหล่งไนโตรเจน ต่อมาในปี 1971-1976 มีการวิจัยพบว่าเมลามีนมีไนโตรเจนสูงกว่ายูเรีย แต่เมื่อสัตว์กระเพาะรวม (โคเนื้อ โคนม แพะ แกะ) กินเข้าไปแล้วไม่สามารถย่อยได้สมบูรณ์ ทำให้เกิดสารพิษตกค้างในตัวสัตว์จึงไม่นิยมใช้ จากนั้นมีการทำงานวิจัยอย่างต่อเนื่อง โดยเมลามีนที่มาจากโรงงานผลิตที่ค่อนข้างดีก็จะมีเฉพาะเมลามีนตัวเดียวออกมาไม่มีอัลนาล็อก และมีการศึกษาเมลามีนในสัตว์และคน ก็พบว่าไม่เป็นพิษจึงยอมให้มาผลิตเป็พลาสติกภาชนะใส่อาหารและใช้ห่ออาหารอีกด้วย

          จนเมื่อวันที่ 1 พฤษภาคม 2550 ที่ผ่านมา หน่วยงาน U.S.Food and Drug ออกมาตรการให้มีการสืบสวนกลุ่มผู้ผลิตอาหารสัตว์เลี้ยงจากเมืองจีน เพราะพบว่าอาหารสัตว์เลี้ยงที่ส่งไปขายในสหรัฐอเมริกาและแอฟริกาใต้ เมื่อสุนัขและแมวกินเข้าไปทำให้สัตว์เลี้ยงลัมป่วยและตายเป็นจำนวนมาก ซึ่งขณะนี้ U.S.Food and Drug ได้ประกาศระงับการนำเข้ากลูเตนที่ผลิตได้จากแป้งสาลี(wheat gluten) ของจีน รวมทั้งเรียกคืนสินค้าอาหารสัตว์เลี้ยงจากจีนรวมกว่า 60 ล้านกล่อง ครอบคลุมสินค้าอาหารสัตว์เลี้ยงประมาณ 100 ยี่ห้อ นอกจากนี้ยังมีความสงสัยเป็นอย่างยิ่งว่าคอนกลูเต้น ( corn gluten )  ที่ผลิตในอเมริกามีโปรตีนไม่ถึง 64 % ทั้ง ๆ ที่อเมริกาเป็นแหล่ง corn gluten แหล่งใหญ่ของโลกในขณะที่ผลิตภัณฑ์จากเมืองจีนมีโปรตีนสูงถึง 68 % แต่กลับราคาถูกกว่า

          นอกจากนำเข้า corn gluten จากจีนแล้ว อเมริกายังนำเข้าโปรตีนจากพืชชนิดอื่น ๆ ของจีน เช่น  wheat gluten, rice bran และ rice protein concentrate หลังจากนั้นพบว่าเมื่อนำไปใช้เลี้ยงสัตว์แล้วเกิดปัญหา เมื่อตรวจสอบก็พบว่าโปรตีนจากพืชที่นำเข้าจากจีนปนเปื้อนด้วยเมลามีน และอนุพันธ์ของเมลามีน U.S.Food and Drug  ได้ประกาศระงับการนำเข้าโปรตีนจากพืชของจีนรวมทั้งเรียกคืนอาหารสัตว์จากจีนกว่า 60 ล้านกล่อง ครอบคลุมสินค้าอาหารสัตว์เลี้ยงประมาณ 100 ยี่ห้อ

          จากจุดนี้ทำให้หน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหาร ประจำสหภาพยุโรป (European food Safety Authority : EFSA) ได้มีการกำหนดค่าในการบริโภคเมลามีนต่อวันของมนุษย์และสัตว์ ( toterable daily intake : TDI ) ในระดับไม่เกิน 0.5 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมของน้ำหนักตัวต่อวัน โดยค่ะ TDI ของเมลามีนทั้งคนและสัตว์ให้มีค่าเท่ากันเพราะยังไม่มีการวิจัยในสัตว์ออกมาส่วนค่าเมลามีนที่จะปนมากับอาหารคนและสัตว์เกินกว่า 30 มิลลิกรัม/กิโลกรัม หรือ 30 ppm. ได้

          EU และประเทศสมาชิก 27 ประเทศมีการตรวจเข้มข้น เพื่อหาการปนเปื้อนของเมลามีนในสินค้าประเภท wheat gluten,corn gluten, corn meal, soy protein, rice bran, rice protein concentrate ที่นำเข้าจากจีนและประเทศที่ 3 ซึ่งรวมถึงกลุ่มประเทศตะวันออกเฉียงใต้ทั้งนี้ให้รายงานผลการตรวจเข้าสู่ระบบเตือนภัยกลาง คือ Repid Alert System for Food and Feed

         

         

 

 

 

เมลามีนในประเทศจีน

          จีนมีโรงงานผลิตเมลามีน 3 แหล่งใหญ่ ๆ  ซึ่งร่ำรวยมาก ผลิตเมลามีนเดือนละหลายหมื่นตันในเมืองจีนเมลามีนวางขายหลากหลายยี่ห้อ และมีการับรองมาตรฐานอีกด้วย นอกจากนี้ยังมีการประกาศขายเมลามีนผ่านทางอินเตอร์เน็ตอย่างเปิดเผย ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวในเมืองจีนมีขายและใช้กันมากในการผลิตอาหารสุนัข อาหารสุกร รวมถึงแป้งที่คนกิน นอกจากจะนำมาใช้ในประเทศแล้ว จีนยังมีการส่งเมลามีนเข้าไปขายในประเทศที่ 3 ประกอบด้วย ไทย เวียดนาม มาเลเซีย อินโดนีเชีย และฟิลลิปปินส์ โดยไม่ได้นำเข้ามาใช้ในอุตสาหกรรมจานเมลามีน แต่เอามาปนเปื้อนในอาหารคนอาหารสัตว์ ซึ่งผู้ขายจากจีนจะไม่บอกว่าเป็นเมลามีนโดยบอกว่าเป็น ไบโอโปรตีน โดยเป็นเมลานีนเศษเหลือจากโรงงานพลาสติก ราคาถูก นำเข้าในราคากิโลกรัมละ 1.20 เหรียญสหรัฐ ในขณะที่เมืองจีนราคาประมาณกิโลกรัมละ 1-2 หยวนเท่านั้น

          ในตอนนั้นไม่มีใครคิดว่าสารที่เข้ามาเป็นเมลามีน เพราะไม่มีน้ำยาสำหรับตรวจสอบได้ มีแต่ตรวจเช็คการปนเปื้อนยูเรีย Non-Protein Nitrogen  คือ ปุ๋ย เป็นพวกแอมโมเนียมไนเตรท แอมโมเนียมฟอสเฟต แอมโมเนียมซัลเฟต นอกจากนั้นยังมีการตรวจการปนเปื้อนขนไก่ไฮโดรไลซ์เศษหนังเท่านั้น

 

          ความเป็นพิษของเมลามีน

          เกิดการระคายเคืองเมื่อสูดดมทำให้ตาและผิวหนังอักเสบ เมื่อกินเข้าไประบบสืบพันธุ์ถูกทำลาย เกิดนิ่วในท่อปัสสาวะและไต เกิดมะเร็งที่ท่อปัสสาวะ ในสุนัขจะขับถ่ายออกมามาก ปัสสาวะมีความถ่วงจำเพาะลดลง มีเมลามีนในปัสสาวะสูง และเห็นเกร็ดเล็ก ๆ สีขาวเกิดขึ้นที่ไตและปัสสาวะ โดยน้ำปัสสาวะจะมีสีขาวขุ่นและมีโปรตีนและเลือดถูกขับออกมาด้วย กรณีในคนจะมีปัญหาท่อปัสสาวะล้มเหลว ในปลาไร้เกล็ด(ปลาดุก) เกร็ดจะเกิดผิวสีดำ ตับและไตขนาดใหญ่(ตับแตก) และตายในที่สุด

 

          ผลของเมลามีนต่อสุกร ไก่

          อาการที่พบในสุกร ผอมซูบไม่กินอาหาร ตายแบบเฉียบพลันเพราะไตวาย ซึ่งส่วนใหญ่ก็จะเข้าว่าเป็น PRRS หรือเซอร์โคไวรัส ขี้จะแข็งเป็นเม็ดกระสุน ปัสสาวะมีกลิ่นเหม็นรุนแรง พื้นคอกสีขาวเนื่องจากการขับเมลามีนออกมากับปัสสาวะ ผิวหนังที่มีการสัมผัสเมลามีนจะเป็นมะเร็งได้ (ในสุกรจะเห็นผิวหนังเป็นจุดแดง) ถ้าสูดดมเอาเมลามีนเข้าไปจะทำให้โพรงจมูกอักเสบ และมักพบสุกรส่วนหนึ่งตายอย่างไม่ทราบสาเหตุ การแสดงอาหารป่วยจะพบ 30100 % แต่การตายจะพบ 20-80 % วิการเมื่อผ่าซากจะพบไตแข็ง มีสีเหลืองผิวเป็นเม็ดน้อยหน่า และจะพบโรคแทรกซ้อนมากมาย

          อาการที่พบในไก่เนื้อ ไตจะใหญ่กว่าปกติ 3-4 เท่า บริเวณอุ้งเท้าไก่จะเน่าเพราะมูลที่ขับถ่ายออกมาเหนียวมากจึงเกาะติดทำให้เกิดการระคายเคืองกับอุ้งเท้าไก่โดยเฉพาะในช่วง 2 สัปดาห์ก่อนขาย จึงเกิดความเสียหายขึ้นจะมาก-น้อยแตกต่างกันในแต่ละฟาร์ม

 

          เส้นทางการสืบค้นหาเมลามีนในเมืองไทย

          จากการตรวจสอบวัตถุที่นำเข้าจากจีนในช่วง 3 ปีที่ผ่านมา มีสิ่งที่เป็นข้อสงสัยเกิดขึ้นจากการค้นคว้าเจาะลึกลงไป พอดีกับที่ได้ไปงาน VIV ที่จีน พร้อมไปเป็นวิทยากรที่เมืองจีนอีกหลายครั้ง ก็ได้เห็นสินค้าหลากหลายวางขายจึงเก็บมาวิเคราะห์ก็เลยแน่ใจว่าเป็น เมลามีน โดยเมลามีนที่ตรวจพบในเมืองไทยที่ปนเปื้อนมากับวัตถุดิบอาหารมีหลากหลายชนิด ประกอบด้วย

-                   โพลียูเรียฟอร์มาลดีไฮด์ (ผงสีขาว)

-                   โพลีเมธิลคาร์บาไมล์ (ผงสีขาว)

-                   โพลียูเรียฟอร์มาลดีไฮด์ (UF) เรซิน

-                   เมลามีนฟอร์มาลดีไฮด์ (MF) เรซิน

-                   เมลามีนยูเรียฟอร์มาลดีไฮด์ (MUF) เรซิน

ซึ่งมีตั้งแต่สีเหลืองจนขาว ขาวเทา เทาและดำ เมลามีน(ผงสีขาว) และเมลามีนไซอนูเลท(เป็นรูปเกลือที่เกิดจากเมลามีนและกรดไซอนูริค) โดยเมื่อตรวจสอบเปอร์เซ็นต์โปรตีนพบสูงตั้งแต่ 160-450 %  จึงเริ่มมีการทำเทสคิดและสำเร็จในเดือนพฤษภาคม 2550 ที่ผ่านมา โดยน้ำยาสารละลาย A (ความเป็นด่างสูง) และน้ำยาสารละลาย B (ความเป็นกรมสูง)

 

ขั้นตอนในการตรวจสอลเมลามีน

1.                           ตรวจสอบโดยตรงจากกล้องจุลทรรศน์ (ต้องมีความชำนาญและฝึกอบรมการตรวจสอบคุณภาพอาหารด้วยกล้องจุลทรรศน์มาก่อน) จะสามารถเห็นสารนี้ได้ โดยจะเห็นเป็นคริสตัลแวววาวสีแตกต่างกันไปถ้าปลอมปนในโปรตีนจากพืช เช่น โปรตีนจากข้าวโพด ข้าวลาสี ถั่วเหลือง (กากถั่วเหลืองและถั่วอบ) มักจะเป็นสีเหลืองหรือขาว

2.                           หยดสารละลาย A ลงไปจะเกิดตะกอนขุ่นขาวครั้งแรก (มองจากกล้องจุลทรรศน์) และจะเปลี่ยนเป็นตะกอนขุ่นสีเทาดำเกิดขึ้น เมื่อทิ้งไว้ 5-10 นาที จะมีเมือกสีขาวเคลือบอยู่ด้านบน ส่วนด้านล่างจะมีสีดำเทาแสดงว่าเป็นพวก UF ถ้าเป็น MF จะได้สารละลายสีเหลืองและ MUF จะเป็นสีเหลืองอ่อน

3.                           ตรวจสอบจากกล้องจุลทรรศน์ เช่นเดียวกับขั้นตอนที่ 2 แต่ให้หยดสารละลาย B ลงไปจะเกิดสีชมพู-ม่วงคราม-ม่วงน้ำเงินเกิดขึ้นเป็นพวก UF สำหรับ MF จะได้สีชมพู และ MUF ต้องทิ้งไว้ 15-20 นาที จึงจะเกิดสีชมพูอ่อน

4.                           น้ำตัวอย่างอาหารที่จะทดสอบโดยละลายในน้ำกลั่น อัตราส่วนอาหารต่อน้ำ 1 : 10 แล้วคนให้เข้ากันขณะคนให้สังเกตถ้ามีสารปนเปื้อนอาหารจะจับตัวเป็นขุยก้อนเล็ก ๆ สังเกตดูน้ำที่ใช้ละลายจะไม่ใส มีสีขาวเหมือนน้ำข้าวต้ม แสดงได้ทันทีว่ามีเมลามีนผงสีเทาปนเปื้อน ทิ้งไว้ในตะกอนแล้วกรองด้วยกระดาษกรอง Whatman No.4 หรือดูดเอาน้ำไปทดสอบกับสารละลาย A และ B

 

วัตถุดิบอาหารสัตว์หลักที่ต้องระวัง

          อันดับแรกคือ ปลาป่น โปรตีนจากพืชที่นำเข้าจากต่างประเทศ เช่น corn gluten , soy bean meal, soy protein , rice bran, rice protein concentrate โปรตีนจากวุ้นเส้น DDGS จากเมืองจีนและโพลีนคลอไรด์จากเมืองจีน รำสกัดในบ้านเราก็ไม่น่าไว้วางใจ ฟลูแฟตซอยก็เช่นเดียวกัน

 

ความเสียหายที่เกิดกับอุตสาหกรรมปศุสัตว์ไทย

          ความเสียหายในฟาร์มหมูที่เกิดขึ้นเพราะที่ผ่านมารำแพง ปลาป่นแพง หาของคุณภาพได้ยาก และไม่รู้ว่ามีการปนเปื้อนเมลามีนในวัถตุดิบเหล่านี้จึงมีการทดลองใช้ DDGS และโพลีนคลอไรด์จากเมืองจีน ซึ่งโพลีนคลอไรด์ 60%  มีขายทั่วไปแต่จากเมืองจีนจะมีเพียง 20% และมีเมลามีนปนเปื้อน เป็นสิ่งที่น่าเป็นห่วงโดยเฉพาะในสูตรของพ่อแม่พันธุ์ หมูเลียรางที่ใช้ปลาป่นค่อนข้างมาก

          ประเทศไทยเป็น 1 ใน 5 ประเทศที่จีนหลอกขายเมลามีนให้ แต่เราเดือนร้อนที่สุดเพราะเราเป็นผู้ส่งออกทั้งไก่เนื้อ กุ้ง และหมูที่กำลังจะส่งออกได้ ที่ผ่านมาหมูก็จะไปไม่ไหวอยู่แล้วเพราะราคาตกต่ำแล้วยังมาเจอความเสียหายเกิดขึ้นจากวัตถุดิบปนเปื้อน ฝากให้ผู้ที่เกี่ยวข้องคิดให้มากกว่านี้ทำอะไรต้องคิดถึงประเทศชาติ ส่วนอาจารย์ก็จะเร่งเตรียมห้องแล็ปและรับตรวจสอบตัวอย่างที่สงสัย พร้อมจัดอบรมให้ความรู้กับผู้ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งที่ผ่านมาก็มีการอบรมไปแล้วจำนวนหนึ่งในส่วนของผู้ส่งออก ขณะเดียวกันก็จะปรับเปลี่ยนวิธีการวิเคราะห์เมลามีนทั้ง 4 ตัวด้วยเครื่องสเป็กโตรดฟโตมิเตอร์ และจำทำเทสคิดออกมาอีก 2 ตัวเพื่อมาตรวจสอบ A,B ให้มีความชัดเจนมากยิ่งขึ้น และถ้าเกษตรรายใดสงสัยว่าฟาร์มจะมีปัญหาจากเมลามีนต้องการให้อาจารย์ช่วยเหลือก็ติดต่อได้โดยตรง ยินดีให้ความช่วยเหลือ รศ.ดร.เยาวมาลย์ กล่าว

 ที่มา : วารสารสาส์นไก่ & สุกร ปีที่ 5 ฉบับที่ 52 เดือนกันยายน 2550

อ้างอิงจาก.... www.tlcthai.com/webboard/view_topic.php?table_id=1&cate_id=121&post_id=40943   22/11/08

วันอาทิตย์ที่ 16 พฤศจิกายน พ.ศ. 2551

มัลติมีเดียเพื่อการเรียนการสอน โดย ผศ. พัลลภ พิริยสุรวงศ์

มัลติมีเดียเข้ามามีบทบาทมากขึ้นในวงการธุรกิจและอุตสาหกรรม โดยเฉพาะได้นำมาใช้ในการฝึกอบรมและให้ความบันเทิง ส่วนในวงการศึกษามัลติมีเดียได้นำมาใช้เพื่อการเรียนการสอนในลักษณะแผ่นซีดีรอม หรืออาจใช้ในลักษณะห้องปฏิบัติการมัลติมีเดียโดยเฉพาะก็ได้ ซึ่งอาจกล่าวได้ว่า มัลติมีเดียจะกลายมาเป็นเครื่องมือที่สำคัญทางการศึกษาในอนาคต ทั้งนี้เพราะว่ามัลติมีเดียสามารถที่จะนำเสนอได้ทั้งเสียง ข้อความ ภาพเคลื่อนไหว ดนตรี กราฟิก ภาพถ่ายวัสดุตีพิมพ์ ภาพยนตร์ และวีดิทัศน์ ประกอบกับสามารถที่จะจำลองภาพของการเรียนการสอนที่ผู้เรียนสามารถเรียนรู้ได้ด้วยตนเองแบบเชิงรุก (Active Learining)
มัลติมีเดียเริ่มต้นในราว ๆ ต้นปี พ.ศ. 2534 พร้อม ๆ กับการใช้ระบบปฏิบัติการวินโดวส์ 3.0 ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการที่ใช้สำหรับเครื่องพีซี (PC) และเป็นระบบปฏิบัติการที่เรียกว่า กราฟิกยูซเซอร์อิเทอร์เฟท (Graphic User Interface) หรือที่เรียกย่อ ๆ ว่า GUI สำหรับ GUI เป็นอินเทอร์เฟทที่สามารถแสดงได้ทั้งข้อความ (Text) และกราฟิก (Graphic) ซึ่งง่ายต่อการใช้งานต่อมาในราว ๆ ต้นปี พ.ศ.2535 บริษัทไมโครซอฟต์ด้พัฒนาโปรแกรมมัลติมีเดียเวอร์ชั่น 1.0 ที่ใช้ร่วมกับระบบปฏิบัติการวินโดวส์ 3.0 ทำให้ระบบปฏิบัติการวินโดวส์มีศักยภาพเพิ่มขึ้นในเรื่องของภาพและเสียง ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของมาตรฐานมัลติมีเดียที่เรียกว่า มาตรฐานเอ็มพีซี (MPC : Multimedia Personal Computer) ซึ่งมาตรฐานนี้จะเป็นสิ่งกำหนดระบบพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับมัลติมีเดียวที่เล่นบนระบบ ปฏิบัติการวินโดวส์
การเริ่มนำเอาวินโดวส์ 3.1 เข้ามาแทนวินโดวส์ 3.0 ในราว ๆ ต้นเดือนมีนาคม พ.ศ.2536 ทำให้การใช้มัลติมีเดียกว้างขวางยิ่งขึ้น โดยเฉพาะมีศักยภาพในการเล่นไฟล์เสียง (Wave) ไฟล์มีดี (MIDI) ไฟล์ภาพเคลื่อนไหว (Animation) และภาพยนตร์จากแผ่นซีดีรอม (CD-ROM) จนกลายเป็นจุดเริ่มต้นของมัลติมีเดียที่ใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์พีซีจนถึงปัจจุบัน
ความหมายของมัลติมีเดีย
คำว่า มัลติมีเดีย มีผู้ให้ความหมายไว้ดังต่อไปนี้
มัลติมีเดีย คือ ระบบสื่อสารข้อมูลข่าวสารหลายชนิด โดยผ่านสื่อทางคอมพิวเตอร์ซึ่งประกอบด้วย ข้อความ ฐานข้อมูล ตัวเลข กราฟิก ภาพเสียง และวีดิทัศน์ (Jeffcoate. 1995)
มัลติมีเดีย คือ การใช้คอมพิวเตอร์สื่อความหมายโดยการผสมผสานสื่อหลายชนิด เช่น ข้อความ กราฟ ภาพศิลป์ (Graphic Art) เสียง ภาพเคลื่อนไหว (Animation) และวิดีทัศน์ เป็นต้น ถ้าผู้ใช้สามารถควบคุมสื่อเหล่านี้ให้แสดงออกมาตามต้องการได้ ระบบนี้จะเรียกว่า มัลติมีเดียปฏิสัมพันธ์ (Interactive Multimedia) (Vaughan. 1993)
มัลติมีเดีย คือ โปรแกรมซอฟต์แวร์ที่อาศัยคอมพิวเตอร์เป็นสื่อในการนำเสนอโปรแกรมประยุกต์ซึ่งรวมถึงการนำเสอนข้อความสีสรร ภาพกราฟิก (Graphic images) ภาพเคลื่อนไหว (Animation) เสียง (Sound) และภาพยนตร์วีดิทัศน์ (Full motion Video) ส่วนมัลติมีเดียปฏิสัมพันธ์ (Interactive Multimedia) จะเป็นโปรแกรมประยุกต์ที่รับการตอบสนองจากผู้ใช้คีย์บอร์ด (Key board) เมาส์ (Mouse) หรายของมัลติมีเดียได้ว่า มัลติมีเดีย คือ การใช้คอมือตัวชี้ (Pointer) เป็นต้น (Hall. 1996)
พิวเตอร์ร่วมกับโปรแกรมซอฟต์แวร์ในการสื่อความหมายโดยการผสมผสานสื่อหลายชนิด เช่น ข้อความ กราฟิก (Graphic) ภาพเคลื่อนไหว (Animation) เสียง (Sound) และวีดิทัศน์ (Video) เป็นต้น และถ้าผู้ใช้สามารถที่จะควบคุมสื่อให้นำเสนอออกมาตามต้องการได้จะเรียกว่า มัลติมีเดียปฏิสัมพันธ์ (Interactive Multimedia) การปฏิสัมพันธ์ของผู้ใช้สามารถจะกระทำได้โดยผ่านทางคีย์บอร์ด (Keyboard) เมาส์ (Mouse) หรือตัวชี้ (Pointer) เป็นต้น การใช้มัลติมีเดียในลักษณะปฏิสัมพันธ์ ก็เพื่อช่วนให้ผู้ใช้สามารถเรียนรู้หรือทำกิจกรรม รวมถึงดูสื่อต่าง ๆ ด้วยตัวเองได้ สื่อต่าง ๆ ที่นำมารวมไว้ในมัลติมีเดีย เช่น ภาพ เสียง วีดิทัศน์ จะช่วยให้เกิดความหลากหลายในการใช้คอมพิวเตอร์อันเป็นเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในแนวทางใหม่ที่ทำให้การใช้คอมพิวเตอร์น่าสนใจ และเร้าความสนใจเพิ่มความสนุกสานานในการเรียนรู้มากยิ่งขึ้น
คุณค่าของมัลติมีเดียเพื่อการเรียนการสอน
การใช้มัลติมีเดียทางการเรียนการสอน ก็เพื่อเพิ่มทางเลือกในการเรียน และตอบสนองรูปแบบของการเรียนของนักเรียนที่แตกต่างกัน การจำลองสภาพการณืของวิชาต่าง ๆ เป็นวิธีการเรียนรู้ที่ทำให้นักเรียนได้รับประสบการณ์ตรงก่อนการลงมือปฏิบัติจริง โดยสามารถที่จะทบทวนขั้นตอนและกรบวนการได้เป็นอย่างดี นักเรียนอาจจะเรียนหรือฝึกซ้ำได้ เช่น การใช้มัลติมีเดียในการฝึกภาษาต่างประเทศ โดยเน้นเรื่องการออกเสียงและฝึกพูด เป็นต้น
การใช้มัลติมีเดียเพื่อเป็นวัสดุทางการสอนทำให้การสอนมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้วัสดุการสอนธรรมดา และสามารถเสนอเนื้อหาได้ลึกซื้งกว่าการสอนที่สอนตามปกติ อาทิการเตรียมนำเสนอไว้อย่างเป็นขั้นเป็นตอน และใช้สื่อประเภทภาพประกอบการบรรยาย และใช้ข้อความนำเสนอในส่วนรายละเอียดพร้อมภาพเคลื่อนไหวหรือใช้วีดิทัศน์เช่นนี้แล้วก็จะทำให้การสอนมีประสิทธิภาพสูงขึ้น
แฮทฟิลด์และบิตเตอร์ (Hatfield and Bitter.1994) ได้กล่าวถึงคุณค่าของมัลติมีเดียที่ใช้ในการเรียนการสอนไว้ ดังนี้
ส่งเสริมการเรียนด้วยตนเองแบบเชิงรุก (Active) กับแบบสื่อนำเสนอการสอนแบบเชิงรับ (Passive)
สามารถเป็นแบบจำลองการนำเสนอหรือตัวอย่างที่เป็นแบบฝึก และการสอนที่ไม่มีแบบฝึก
มีภาพประกอบและมีปฏิสัมพันธ์เพื่อให้เกิดการเรียนรู้ได้ดีขึ้น
เป็นสื่อที่สามารถพัฒนาการตัดสินใจและการแก้ไขปัญหาของนักเรียนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
จัดการด้านเวลาในการเรียนได้อย่างมีประสิทธิภาพและใช้เวลาในการเรียนน้อย
ดังนั้นจึงอาจสรุปคุณค่าของมัลติมีเดียเพื่อการเรียนการสอนที่มีขอบเขตกว้างขวาง เพิ่มทางเลือกในการเรียนการสอน สามารถตอบสนองรูปแบบของการเรียนของนักเรียนที่แตกต่างกันได้สามารถจำลองสภาพการณ์ของวิชาต่าง ๆ เพื่อการเรียนรุ้ได้ นักเรียนได้รับประสบการณ์ตรงก่อนการลงมือปฏิบัติจริง สามารถที่จะทบทวนขั้นตอนและกระบวนการได้เป็นอย่างดี และนักเรียนสามารถที่จะเรียนหรือฝึกซ้ำได้ จึงกล่าวได้ว่า มัลติมีเดียมีความเหมาะสมที่จะนำมาใช้ทางการเรียนและการสอน
องค์ประกอบของมัลติมีเดีย
มัลติมีเดียที่สมบูรณ์ควรจะต้องประกอบด้วยสื่อมากกว่า 2 สื่อตามองค์ประกอบ ดังนี้ ตัวอักษร ภาพนิ่ง เสียง ภาพเคลื่อนไหว การเชื่อมโยงแบบปฏิสัมพันธ์ และวีดิทัศน์ เป็นต้น โดยที่องค์ประกอบเหล่านี้มีความสำคัญต่อการออกแบบ ดังนี้
ตัวอักษร (Text) ตัวอักษรถือว่าเป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่สำคัญในการเขียนโปรแกรมมัลติมีเดีย โปรแกรมประยุกต์โดยมากมีตัวอักษรให้ผู้เขียนเลือกได้หลาย ๆ แบบ และสามารถที่จะเลือกสีของตัวอักษรได้ตามต้องการ นอกจากนั้นยังสามารถกำหนดขนาดของตัวอักษรได้ตามต้องการ การโต้ตอบกับผู้ใช้ก็ยังนิยมใช้ตัวอักษร รวมถึงการใช้ตัวอักษรในการเชื่อโยงแบบปฏิสัมพันธ์ได้ เช่น การคลิกไปที่ตัวอักษรเพื่อเชื่อมโยงไปนำเสนอ เสียง ภาพกราฟิกหรือเล่นวีดิทัศน์ เป็นต้น นอกจากนี้ตัวอักษรยังสามารถนำมาจัดเป็นลักษณะของเมนู (Menus) เพื่อให้ผู้ใช้เลือกข้อมูลที่จะศึกษาได้ โดยคลิกไปที่บริเวณกรอบสี่เหลี่ยมของมัลติมีเดียปฏิสัมพันธ์
ภาพนิ่ง (Still Images) ภาพนิ่งเป็นภาพกราฟิกที่ไม่มีการเคลื่อนไหว เช่น ภาพถ่าย หรือภาพวาด เป็นต้น ภาพนิ่งมีบทบาทสำคัญต่อมัลติมีเดียมาก ทั้งนี้เนื่องจากภาพจะให้ผลในเชิงของการเรียนรู้ด้วยการมองเห็น ไม่ว่าจะดูโทรทัศน์ หนังสือพิมพ์ วารสาร ฯลฯ จะมีภาพเป็นองค์ประกอบเสมอ ดังคำกล่าวที่ว่า “ภาพหนึ่งภาพมีคุณค่าเท่ากับคำถึงพันคำ” ดังนั้นภาพนิ่งจึงมีบทบาทมากในการออกแบบมัลติมีเดียที่มีตัวอักษรและภาพนิ่งเป็น GUI (Graphical User Interface) ภาพนิ่งสามารถผลิตได้หลายวิธี อย่างเช่น การวาด (Drawing) การสแกนภาพ (Scanning) เป็นต้น
เสียง (Sound) เสียงในมัลติมีเดียจะจัดเก็บอยู่ในรูปของข้อมูลดิจิตอลล และสามารถเล่นซ้ำ (Replay) ได้จากเครื่องคอมพิวเตอร์พีซี การใช้เสียงในมับติมีเดียก็เพื่อนำเสนอข้อมูล หรือสร้างสภาพแวดล้อมให้น่าสนใจยิ่งขึ้ เช่น เสียงน้ำหล เสียหัวใจเต้น เป็นต้น เสียงสามารถใช้เสริมตัวอักษรหรือนำเสนอวัสดุที่ปรากฏบนจอภาพได้เป็นอย่างดี เสียงที่ใช้ร่วมกับโปรแกรมประยุกต์สามารถบันทึกเป็นข้อมูลแบบดิจิตอลจากไมโครโฟน แผ่นซีดี เสียง (CD-ROM Audio Disc) เทปเสียง และวิทยุ เป็นต้น
ภาพเคลื่อนไหว (Animaiton) ภาพเคลื่อนไหวจะหมายถึง การเคลื่อนไหวของภาพกราฟิก อาทิการเคลื่อนไหวของลูกสูบและวาล์วในระบบการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ เป็นต้น ซึ่งจะทำให้สามารถเข้าใจระบบการทำงานของเครื่องยนต์ได้เป็นอย่างดี ดังนั้นภาพเคลื่อนไหว จึงมีขอบข่ายตั้งแต่การสร้างภาพด้วยกราฟิกอย่างง่าย พร้อมทั้งการเคลื่อนไหวกราฟิกนั้น จนถึงกราฟิกที่มีรายละเอียดแสดงการเคลื่อนไหวโปรแกรมที่ใช้ในการสร้างภาพเคลื่อนไหวในวงการธุรกิจ ก็มี Autodesk Animator ซึ่งมีคุณสมบัติดีทั้งในด้านของการออกแบบกราฟิกละเอียดสำหรับใช้ในมัลติมีเดียตามต้องการ
การเชื่อมโยงแบบปฏิสัมพันธ์ (Interactive Links) การเชื่อมโยงแบบปฏิสัมพันธ์จะหมายถึงการที่ผู้ใช้มับติมีเดียสามารถเลือกข้อมูลได้ตามต้องการ โดยใช้ตัวอักษรหรือปุ่มสำหรับตัวอักษรที่จะสามารถเชื่อมโยงได้จะเป็นตัวอักษรที่มีสีแตกต่างจากอักษรตัวอื่น ๆ ส่วนปุ่มก็จะมีลักษณะคล้ายกับปุ่มเพื่อชมภาพยนตร์ หรือคลิก ลงบนปุ่มเพื่อเข้าหาข้อมูลที่ต้องการ หรือเปลี่ยนหน้าต่างของข้อมูลต่อไป
วิดีทัศน์ (Video) การใช้มัลติมีเดียในอนาคตจะเกี่ยวข้องกับการนำเอาภาพยนตร์วีดิทัศน์ ซึ่งอยู่ในรูปของดิจิตอลรวมเข้าไปกับดปรแกรมประยุตก์ที่เขียนขึ้น โดยทั่วไปของวีดิทัศน์จะนำเสนอด้วยเวลาจริงที่จำนวน 30 ภาพต่อวินาที ในลักษณะนี้จะเรียกว่าวีดิทัศน์ดิจิตอล (Digital Video) คุณภาพของวีดิทัศน์ดิจิตอลจะทัดเทียมกับคุณภาพที่เห็นจากจอโทรทัศน์ ดังนั้นทั้งวีดิทัศน์ ดิจิตอลและเสียงจึงเป็นส่วนที่ผนวกเข้าไปสู่การนำเสนอได้ทันทีด้วยจอคอมพิวเตอร์ ในขณะที่เสียงสามารถเล่นออกไปยังลำโพงภายนอกได้โดยผ่านการ์ดเสียง (Sound Card)
การรวมองค์ประกอบของมัลติมีเดีย
พื้นฐานของมัลติมีเดียจะต้องมีองค์ประกอบมากกว่า 2 องค์ประกอบเป็นอย่างน้อย เช่นใช้ตัวอักษรร่วมกับการใช้สีที่แตกต่างกัน 2-3 สี ภาพศิลป์ ภาพนิ่ง จากการวาดหรือการสแกน นอกนั้นก็อาจมีเสียงและวีดิทัศน์ร่วมอยู่ด้วยก็ได้ การใช้มัลติมีเดียที่นิยมกันมี 2 แบบ แบบแรกคือ การใช้มัลติมีเดียเพื่อการนำเสอนและแบบที่สอง คือการใช้มัลติมีเดียเพื่อการฝึกอบรม หรือการเรียนรู้ในด้านของการใช้และนำยมใช้โปรแกรมชุดนำเสนอ (Presentation Packages) และชุดประพันธ์ (Authoring Packages)
ชุดนำเสนอ (Presentation Packages)
ชุดนำเสนอเป็นโปรแกรมที่พัฒนาจากแนวคิดของการใช้เครื่องฉายภาพข้ามศีรษะมาเป็นการนำเสนอโดยคอมพิวเตอร์และโปรเจกเตอร์แทนชุดนำเสนอจะสามารถสร้างข้อความที่มีสีสรร ภาพกราฟิก แผนภูมิ แผนภาพ ภาพเคลื่อนไหว เสียง และวีดิทัศน์ เหล่านี้สามารถสร้างจากโปรแกรมไมโครซอฟต์เพาว์เวอร์พอยท์ (Microsoft’s Powerpoint) และคอมเพล (Asymmetry’s Compel)
ชุดประพันธ์ (Authoring Packages)
ชุดประพันธ์เป็นชุดที่ใช้เพื่อพัฒนาโปรแกรมด้านมัลติมีเดีย มีฟังก์ชั่น (Function) ต่าง ๆ ให้ผู้ใช้สามารถออกแบบโปรแกรมการสอนในห้องเรียนได้ตามความต้องการ ไม่ว่าจะเป็นการใช้ข้อความ ภาพ กราฟิก เสียง และวีดิทัศน์ ในการฝึกอบรมหรือการฝึกทบทวนโปรแกรมชุดประพันธ์ที่ใช้กันก็มีมัลติมีเดีย ทูลบุค (Multimedia ToolBook) ออร์เธอร์แวร์โปรเฟส ชั่นนอล (Authorware Professional) เป้นต้น ซึ่งนอกจากจะเขียนเป็นโปรแกรมฝึกอบรมหรือการสอนแล้วยังสามารถนำชุดประพันธ์มาใช้เขียนการนำเสนอแบบแรกได้อีกด้วย
องค์ประกอบด้านระบบของมัลติมีเดีย
ระบบของมัลติมีเดียโดยหลัก ๆ แล้วจะประกอบด้วย เครื่องคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ประกอบ ดังนี้
ไมโครคอมพิวเตอร์ชนิดส่วนบุคคล หรือชนิดเวิร์ดสเตชั่น (Workstation) ซึ่งมีศักยภาพในด้านของเสียงและวีดิทัศน์
วิธีการที่หลากหลายในการปฏิสัมพันธ์กับระบบ เช่น มีคีย์บอร์ด เมาส์ จอย์สติก หรือจอแบบสัมผัส (Touch Screen)
จอภาพต้องสามารถแสดงภาพที่มีความละเอียดสูงและแสดงภาพ รวมถึงแสดง ข้อความกราฟิก ภาพเคลื่อนไหว และวีดิทัศน์ได้
มีลำโพงเสียงที่มีศักยภาพในการเปล่งเสียงพูด และดนตรี
ไมโครโฟนชนิดไดนามิกหรือคอนเดนเซอร์ก็ได้
ซีดีรอม (CD-ROM) หรืออปติกคอลดิสด์ (Optical Disk)
มัลติมีเดียในอนาคต
ต่อไปในอนาคตข้างหน้า มัลติมีเดียจะเป็นนวัตกรรมตัวหนึ่งที่มีการเติบโตขึ้นทั้งด้านของซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ ราคาของมัลติมีเดียจะถูกลงอย่างมากในขณะที่ประสิทธิภาพในด้านของภาพ เสียง และวีดิทัศน์พัฒนาขึ้นจะมีคุณภาพสูง การเพิ่มศักยภาพของคอมพิวเตอร์มัลติมีเดียกระทำได้ง่ายส่วนในด้านของซอฟต์แวร์จะสามารพใช้ได้ง่ายขึ้น และประยุกต์ไปพัฒนาโปรแกรมประยุกต์ทางการศึกษา ได้อย่างง่าย ๆ รวมถึงการนำมัลติมีเดียเข้าไปเป็นส่วนหนึ่งในหลักสูตรและการสอน
ความต้องการนำมัลติมีเดียไปใช้ในการฝึกอบรมมีแนวโน้มสูงขึ้นเรื่อย ๆ ห้องเรียนมัลติมีเดีย และรายวิชามัลติมีเดียได้จัดขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของการสอนในวิทยาลัยและมหาวิทยาลัย สถาบันการศึกษาจะเป็นกลไกสำคัญในการฝึกอบรมประชาชนในการใช้มัลติมีเดียทางธุรกิจอุตสาหกรรมและการศึกษาแนวโน้มการใช้มัลติมีเดียจะมีทิศทางที่เพิ่มขึ้น โดยอาจคาดการณือนาคตได้ว่า นักเรียนจะเรียนรู้จากห้องเรียนอิเดล็กทรอนิกส์ และนั่งอยู่หน้าจอคอมพิวเตอร์ และคีย์บอร์ดเพื่อเปิดดูข้อมูลด้านการสอนของครู คอมพิวเตอร์แทนการนั่งฟังการบรรยายของครู นักเรยนจะดูการสอนของครุได้จากมัลติมีเดียที่ผลิตขึ้น
สรุป
มัลติมีเดียโดยมากจะนำมาใช้เพื่อเพิ่มทางเลือกในการเรียน และตอบสนองรูปแบบการเรียนที่แตกต่างกันของนักเรียน และด้วยการออกแบบโปรแกรมแบบปฏิสัมพันธ์เพื่อให้สามารถนำเสนอสื่อได้หลายชนิดตามความต้องการของผู้เรียน จึงตอบสนองการเรียนด้วยตนเองแบบเชิงรุกได้ ซึ่งช่วยให้นักเรียนได้รับประสบการณ์ตรงก่อนลงมือปฏิบัติจริง และสามารถที่จะทบทวนความรู้ต่าง ๆ หรือฝึกเรียนซ้ำได้ส่วนการใช้มัลติมีเดียเป็นสื่อทางการสอน จะเป็นการส่งเสริมการสอนที่มีลักษณะการสอนโดยใช้สื่อประสม ซึ่งทำให้สามารถนำเสนอเนื้อหาได้ลึกซึ้งกว่าการบรรยายปกติ จึงอาจกล่าวได้ว่า มัลติมีเดียจะกลายมาเป็นสื่อที่มีบทบาทสำคัญยิ่งต่อการเรียนการสอนในอนาคต

อ้างอิงจาก.....http://www.seameo.org/vl/pallop/multime.htm 17/11/08

วันพุธที่ 12 พฤศจิกายน พ.ศ. 2551

แนวโน้มของสื่อและเทคโนโลยีการสอนในอนาคตได้

แนวโน้มของสื่อและเทคโนโลยีการสอนในอนาคต อาจมองเห็นได้จากสภาพการณ์ปัจจุบันซึ่งจากสภาพปัจจุบัน หากเราสังเกตจะพบว่าในครึ่งหลังของศตวรรษนี้ ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารอยู่ 2 ลักษณะคือ
1) การพัฒนาสื่อให้มีขนาดเล็กลง 2) ระบบการสื่อสารด้านอิเล็กทรอนิกส์มีมากขึ้นเป็นลำดับ
ในลักษณะแรก การสื่อสารมีขนาดเล็กลงมากนี้ ทำให้สามารถนำสื่อมาใช้ได้อย่างคล่องตัวสะดวกสบายและมีราคาถูลง ทำให้โอกาสนำสื่อการสอนมาใช้ทั้งในระบบและนอกระบบโรงเรียนมากขึ้น จะเห็นว่าเครื่องฉายและเครื่องเสียงต่างๆมีขนาดเล็กลงมาก บางชนิดทำแบบกระเป๋าหิ้วซึ่งนำเอาวงจรแบบพิมพ์ ( Print Circuit ) และ IC ( Integrated Circuit ) มาใช้ก็ยิ่งทำให้เราเข้าสู่ยุคของ Mini และ Micro กันอย่างจริงจัง
วีดีโอมีขนาดเล็กลง ดังจะเห็นได้จากการโฆษณาด้านนี้ว่า มีวีดีโอ Hand Cam ซึ่งเป็นระบบวีดีโอ ที่รวมเอากล้องถ่ายรูปและบันทึกเทปอยู่ในชุดเดียวกันมีขนาดเล็กมากใช้ม้วนเท
ปขนาดครึ่งนิ้ว และมีน้ำหนักเพียง 2 กิโลกรัมเท่านั้น ในปัจจุบันได้มีการนำเอา Laser Vedeodisc มาเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ทำให้เกิดระบบสื่อที่กล่าวถึงกันมาก Interactive Videodisc
การทำสื่อให้เล็กลงที่เรียกว่า Miniaturization นี้มีผลต่อสื่อสิ่งพิมพ์ด้วยการย่อส่วนทำให้เกิด Microfiche นำมาใช้กับสิ่งพิมพ์ Microfiche เพียงแผ่นเดียวสามารถบรรจุข้อมูลหนังสือได้หลายร้อนหน้าเช่น Encyclopaedia Britanica ทั้งชุดใหญ่สามรถบรรจุลงใน Microfiche เป็นแผ่นโปร่งใสที่มีขนาด 4x6 นิ้วซึ่งสามารถบรรจุภาพหรือสไลด์สีได้ถึง 96 ภาพ ง่ายต่อการเก็บรักษาและราคาถูก
ความก้าวหน้าของ Microchip ที่นำมาใช้เป็นส่วนประกอบของเครื่องคอมพิวเตอร์ ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์มีราคาถูกลง มีการพัฒนา IC ให้มีขนาดเล็กนี้จนใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอิเล็กตรอน ( Electron Microscope ) ส่งดูจึงมองเห็นได้ซึ่ง IC ขนาดเล็กนี้ทำด้วย Silicon โดยใช้ระบบการพิมพ์แบบ Optical Lithography นอกจากนี้ยังได้นำเทคนิคทางวิศวกรรมพันธุกรรมมาประยุกต์ใช้เพื่อสร้าง " Biochip " หรือ " Biological Microprocessors of Protien " ขึ้น Biolchip มีขนาดเล็กมากคือ มีขนาดเพียง 10 หรือ 25 Nanometer ซึ่งเล็กกว่า Silicon chip มากมายกล่าวได้ว่าวงจรโปรตีนมีขนาดเล็กเท่ากับ 1 โมเลกุลเท่านั้น
นวัตกรรมอีกลักษณะหนึ่งคือ การใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ในการถ่ายทอดการสอนกล่าวคือใน อดีตครูมีบทบาทในการถ่ายทอดความรู้ไปสู่ผู้เรียน แต่ในปัจจุบันเรามีการสอนผ่านทางโทรทัศน์ วิทยุ โดยเฉพาะทางด้านโทรทัศน์นั้นจะมีบทบาทมากขึ้นเรื่อยๆเพราะระบบการแพร่ภาพมีรัศมีส่งผ่านไกลมาก ทั้งแบบสายเคเบิล ไมโครเวฟ และดาวเทียม ทำให้การรับโทรทัศน์ทำได้ทุกแห่งสถานศึกษาตั้งอยู่แม้อยู่ในบ้านที่มีอุปกรณ์รับสัญญาณและเสียง ในปัจจุบันเรามีการสอนผ่านทางโทรทัศน์ วิทยุ โดยเฉพาะด้านโทรทัศน์นั้นจะมีบทบาทมากขึ้นเรื่อย ๆ เพราะระบบการแพร่ภาพมีรัศมีการส่งไกลมาก ทั้งแบบ สายเคเบิล ไมโครเวฟ และดาวเทียม ทำให้การรับโทรทัศน์ทำได้ทุกแห่งที่สถานศึกษาตั้งอยู่หรือแม้แต่ในบ้านที่มีอุปกรณ์รับสัญญาณภาพและเสียง ในปัจจุบันสัญญาณภาพและเสียงผ่านดาวเทียมยังสามารถรับและส่งผ่านระบบโทรทัศน์ที่ประกอบด้วยใยแสง ( Optical Fiber ) ซึ่งจะส่งข่าวสารหลายร้อยช่องภาพได้ในเวลาเดียวกัน
ความสำเร็จในด้านกระสวยอวกาศ ช่วยในการการซ่อมแซมและสับเปลี่ยนดาวเทียมที่ใช้ในการสื่อสาร ทำให้ค่าใช้จ่ายด้านการสื่อสารถูกลงมากและยังครอบคลุมพื้นที่ของโลกได้มากขึ้น กระสวยอวกาศมีความสามารถในการนำดาวเทียมขึ้นไปได้ทีละดวง ค่าใช้จ่ายเกี่ยวกับการบำรุงรักษาและสับเปลี่ยนดาวเทียมก็ลดลงไปได้หลายเท่าตัว ระบบการสื่อสารจึงพัฒนาการก้าวหน้ามากขึ้น
เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ก็มีส่วนทำให้ค่าใช้จ่ายในการถ่ายทอดความรู้และการสอนกว้างขวางออกไป ได้มีการจัดตั้งศูนย์คอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า Centralized Computer ซึ่งผู้เรียนจะอยู่ที่ใดก็ได้ ถ้ามีอุปกรณ์ที่เชื่อมโยงกับศูนย์คอมพิวเตอร์ก็สามารถเรียกได้ทันที หรืออาจเรียกเก็บข้อมูลไว้ เพื่อใช้ประกอบการเรียนการสอนเมื่อต้องการในเวลาใดก็ได้ ระบบการหมุนเวียนแบบเล็กทรอนิกส์ของคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมโยงกับศูนย์กลางนี้ ทำให้เกิดวิธีการที่เรียกว่า การประชุมทางไกล ( Teleconference ) ทำให้ผู้สอนแลผู้เรียนโต้ตอบกันได้ เป็นการสื่อสารสองทาง โดยผู้สอนอาจอยู่ในบ้านหรือที่ทำงานไม่ต้องมาปรากฏตัวต่อหน้าผู้เรียน หลังจากผู้เรียนได้เรียนแล้วก็อาจจะโทรศัพท์ไต่ถามสนทนากับผู้สอนก็ได้ Teleconference จะช่วยประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายในการเดินทางและการมีเวลาไม่เพียงพอสำหรับผู้สอนด้วย
การรวมตัวกันของช่องทางต่าง ๆ ที่ถ่ายทอดข่าวสารด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะมีมากขึ้นเป็นลำดับ จากเดิมที่มีการแยกกันระหว่างโทรทัศน์ โทรศัพท์ คอมพิวเตอร์และสื่อสารการพิมพ์ก็จะกลายเป็นการผสมผสานกันเรียกว่า Videotex และ Teletex ซึ่ง Video tex นั้นเป็นการสื่อสารสองทางโดยการส่งข้อมูลข่าวสารเป็นสิ่งพิมพ์ผ่านสายโทรศัพท์ หรือสายเคเบิล ส่วน Teletex เป็นการส่งข้อมูลผ่านสัญญาณออกอากาศโดยใช้ " Vertical Blanking Interval " ซึ่งไม่ว่าจะเป็นวิธีใดก็สามารถจะทำงานได้ผลต่อผู้รับเหมือนกัน
อ้างอิงจาก...http://www.msw.ac.th/mswnamo/Juladis/media/unit1/unit1.htm 13/11/08

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

กลศาสตร์ควอนตั้มและแนวคิดควอนตั้ม

ก่อนหน้าศตวรรษที่ 20 หลักการทางฟิสิกส์เกี่ยวกับสสารและวัตถุยึดถือตามแนวคิดและสูตรของนิวตั้น ซึ่งเป็นพื้นฐานของทฤษฎีกลศาสตร์คลาสสิก กฎเหล่านี้สามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุได้อย่างแม่นยำ ไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนที่ของรถยนต์ วิถีของลูกฟุตบอลหรือผลจากแรงโน้มถ่วงที่มีต่อดวงดาว แต่เมื่อนักฟิสิกส์ศึกษาโครงสร้างในระดับที่เล็กลงในระดับนาโนหรือเล็กกว่า ทฤษฎีคลาสสิกไม่สามารถอธิบายได้ อะตอมไม่ได้มีอิทธิพลเหมือนดวงดาวในระบบสุริยะ และอิเล็กตรอนมีคุณสมบัติที่แปลกประหลาดโดยเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค จากการค้นพบและความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นในระยะหลังทำให้เกิดทฤษฎีใหม่เข้าแทนที่หลักการบางด้านของทฤษฎีคลาสสิก เรียกว่ากลศาสตร์ควอนตั้ม
กลศาสตร์ควอนตั้มเป็นแนวคิดที่ครอบคลุมหลายสิ่งที่น่าสนใจ อลังการ และท้าทาย โดยเฉพาะในระดับที่เล็กจิ๋ว พลังงานและประจุที่สสารได้รับไม่ได้มีลักษณะเป็นกระแสที่ต่อเนื่องไม่มีที่สิ้นสุด แต่การรับพลังงานเป็นไปในลักษณะเป็นก้อนคงที่ทีละก้อน ทีละก้อน ก้อนพลังงานเหล่านี้เรียกกันว่า ควอนต้า (quanta พหูพจน์ของควอนตั้ม) ถ้าเกี่ยวข้องกับพลังงาน และจะเรียกเป็นหน่วยประจุไฟฟ้าถ้าเกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้า ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงประจุของอิออนจะทำได้โดยการเพิ่มหรือลดอิเล็กตรอนทีละตัว เป็นไปไม่ได้ที่จะเพิ่มหรือลดอีเล็กตรอนทีละครึ่งตัว ความหมายอย่างง่ายของ ควอนตั้ม ก็คือ จำนวนที่นับได้นั่นเอง เพราะสารในโลกอะตอมเราจะนับเป็นจำนวนอะตอมๆ ไป จะเป็นไปไม่ได้ว่าจะมาขอกันครึ่งอะตอม
วิถีแห่งควอนตั้มไม่ใช่วิถีปกติของโลกที่เรารู้จักคุ้นเคย ตามปกติเราจะคิดถึงไฟฟ้าเป็นกระแสที่ต่อเนื่อง เราคิดถึงแรงที่กระทบลูกบอลหรือลูกบิลเลียดเป็นลักษณะหนักหรือเบา เป็นความแรงที่ต่อเนื่อง ยิ่งถ้าเราใช้แรงกระแทกมาก ลูกบอลหรือลูกบิลเลียดก็ยิ่งพุ่งออกไปเร็วขึ้น อย่างไรก็ตามมีบางตัวอย่างในชีวิตประจำวันที่เปรียบได้กับวิถีแห่งควอนตั้ม นั่นคือปริมาณเงิน โดยทั่วไปเรานับเงินเป็นหน่วยๆ เสมอ ไม่ว่าจะเป็นหน่วยใหญ่หรือหน่วยเล็กก็ตาม เราไม่สามารถแยกสลายหน่วยเงินลงเป็นกระแสที่ไม่มีปริมาณคงที่
หลักการควอนตั้มถูกนำไปใช้เป็นหลักการพื้นฐานในการอธิบายพฤติกรรม/คุณสมบัติของโครงสร้างนาโนหลายๆ ด้าน ตัวอย่างเช่น การกำหนดว่าสายส่งกระแสจะมีขนาดเล็กสุดแค่ไหน โดยที่ยังสามารถส่งประจุไฟฟ้าได้ หรือจะให้พลังงานแก่โมเลกุลได้มากสักเท่าใด โดยไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะของประจุ หรือสถานะที่เป็นหน่วยความจำ
กลศาสตร์ควอนตั้มมีความสำคัญต่อนาโนเทคโนโลยีหลายๆ ด้าน รวมทั้งการทำความเข้าใจในแง่มุมทางออพติกส์ (optics) ซึ่งได้แก่การที่แสงมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีชื่อว่า phthalocyanine เป็นตัวทำให้เกิดสีน้ำเงินในกางเกงยีน เมื่อเปลี่ยนโครงสร้างเลขาคณิตหรือโครงสร้างทางเคมีจะทำให้กลายเป็นสีเขียวหรือสีม่วง การเปลี่ยนแปลงสีเกิดจากขนาดของควอนต้าแสงที่มีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลที่เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลต่อการรับภาพสีของสายตาเช่นเดียวกับการเปล่งสีเขียวหรือเหลืองของหลอดฟลูออเรสเซนต์ ซึ่งขึ้นอยู่กับโมเลกุลหรือโครงสร้างนาโนที่ตัวหลอด ดังนั้นเราจึงเห็นทองมีสีเปลี่ยนแปลงไปเมื่อมีขนาดเล็กลงในระดับจิ๋ว เครื่องมือที่ใช้ในงานนาโนเทคโนโลยี
1. เครื่อง Scanning Tunneling Microscope (STM) อย่างที่ทราบกันดีแล้วว่านาโนเทคโนโลยี เกี่ยวกับการจัดเรียงตัวของอนุภาคขนาดเล็ก เช่น อะตอมหรือ โมเลกุลเข้าด้วยกัน ดังนั้นเครื่องมือที่ใช้จึงต้องมีความสามรถในการมองเห็นอะตอมได้ ซึ่ง ดร. เกิร์ด บินนิก (Gerd Binnig) และ ดร. ไฮริกช์ รอเรอร์ (Heinrich Rohrer) เป็นผู้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดพิเศษขึ้นมาที่เรียกว่า Scanning Tunneling Microscope หรือที่เรียกย่อว่า STM ซึ่งสามารถให้เราได้เห็นภาพของอะตอมเป็นครั้งแรก ในปี ค.ศ. 1981 และได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานนี้ในปี ค.ศ. 1986
กล้องนี้ทำงานด้วยการใช้ความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้าบังคับปลายเข็มที่แหลมมาก หัวเข็มนี้เป็นหัวอ่านขนาดจิ๋วที่ใช้ส่องกวาด (สแกน) บนพื้นผิวของโลหะที่เป็นตัวนำไฟฟ้าและวัดกระแสไฟฟ้าแล้วส่งสัญญาณไฟฟ้าเพื่อมาสร้างเป็นภาพของพื้นผิวนั้นได้ ซึ่งก็เป็นวิธีการคล้ายกับการทำงานของเครื่องเล่นแผ่นเสียงที่แปลงข้อมูลที่ฝังอยู่บนแผ่นมาเป็นสัญญาณไฟฟ้าและเป็นเสียงหรือภาพในที่สุด
นอกจาก STM จะทำให้เราสามารถมองเห็นอะตอมได้เป็นครั้งแรกแล้ว เครื่องมือนี้ยังสามารถนำมาใช้เคลื่อนย้ายและจัดเรียงอะตอมให้อยู่บนพื้นผิวตามตำแหน่งที่ต้องการ ซึ่งในปี ค.ศ. 1989 ดร. ดอน ไอเกลอร์ (Don Eigler) นักฟิสิกส์จากบริษัท ไอบีเอ็ม จำกัด เป็นผู้แรกที่สาธิตการนำอะตอม 35 อะตอม ของก๊าซซีนอน (xenon) มาเรียงบนผิวของโลหะนิเกิล (nickel) เป็นตัวอักษร IBM ที่เล็กที่สุดในโลกอีกทั้ง ดร.ไอเกลอร์ และทีมงานยังสามารถสร้างกับดักอิเล็กตรอนที่เรียกว่า “ปะการังควอนตัม” (quantum corral) ทำให้เห็นภาพปฏิกิริยาตอบสนองของคลื่นอิเล็กตรอนและคุณสมบัติทางควอนตัมได้เป็นครั้งแรกโดยการวางอะตอมของธาตุเหล็ก 48 อะตอม เป็นรูปวงกลมบนแผ่นผิวโลหะของธาตุทองแดง อะตอมของธาตุเหล็ก 48 อะตอม
หลักการและขั้นตอนในการใช้เครื่อง STM แบ่งเป็น 2 วิธีการหลักกล่าวคือ 1. การสแกนภาพอะตอม (Atom Imaging Mode) วิธีนี้เป็นการใช้หัวเข็ม STM ที่แหลมมากในการสแกนไปบนพื้นผิวของโลหะที่มีอะตอมวางอยู่ การบังคับปลายเข็มทำได้โดยใช้ความ ต่างศักย์และกระแสไฟฟ้าในการกระตุ้นผลึกเซรามิกส์ที่ยึดติดกับหัวเข็มให้หดหรือคลายตัว โปรแกรมคอมพิวเตอร์สามารถนำมาใช้ในการใส่ข้อมูลหรือตัวแปรที่ต้องการควบคุม ตัวอย่างเช่น พื้นที่ในการสแกน ค่าความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้า เป็นต้น ในขณะการสแกน สัญญาณไฟฟ้าจะถูกนำมาสร้างเป็นภาพจำลองของพื้นผิวนั้นได้ 2. การเคลื่อนย้ายอะตอม (Atom Manipulation Mode) วิธีนี้จะใช้หัวเข็มในการหยิบอะตอมและเคลื่อนย้ายไปวาง ณ จุดที่ต้องการ การเคลื่อนย้ายอะตอมทำได้โดยโดยควบคุมความ ต่างศักย์และกระแสไฟฟ้าควบคุมปลายหัวเข็มของ STM นำไป “ผลัก” และเคลื่อนย้ายอะตอมไปวาง ณ จุดที่ต้องการแล้วจำลองหลักการการจัดเรียงอะตอม
ปัจจัยที่จะนำไปสู่ความสำเร็จในการเคลื่อนย้ายอะตอมมีอยู่หลายปัจจัยด้วยกัน ตัวอย่างเช่น ปลายหัวเข็มอุปกรณ์เครื่องมือที่ใช้ต้องมีความแหลมคมอย่างยิ่งยวด ผิวโลหะที่วางอะตอมต้องมีความสะอาดสูงปราศจากสิ่งปนเปื้อน เป็นต้น
เมื่อไม่นานมานี้ทางทีมนักวิจัยของ ดร. ดอน ไอเกลอร์ที่ IBM Almaden Research Center ได้ร่วมมือกับนักวิจัยไทยจากศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) ใช้นาโนเทคโนโลยีในการจัดเรียงตัวคาร์บอนมอน็อกไซด์ (CO) จำนวน 50 โมเลกุล เขียนลงบนผิวของโลหะทองแดง (Cu) เป็นพระภรมาภิไทยย่อ ภ.ป.ร. เพื่อเทิดพระเกียรติพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวฯ ในฐานะที่เป็นพระบิดาแห่งเทคโนโลยีไทย ซึ่งนับเป็นครั้งแรกของประวัติศาสตร์โลกที่อักษรไทยได้ถูกจารึกไว้ในระดับอะตอม พระภรมาภิไทยย่อ ภ.ป.ร. นี้มีขนาดความยาว 14 นาโนเมตร และความสูง 7 นาโนเมตร ตัวอักษร “ภ” เขียนด้วยคาร์บอนมอน็อกไซด์ 17 โมเลกุล ตัวอักษร “ป” เขียนด้วยคาร์บอนมอน็อกไซด์ 18 โมเลกุล และ ตัวอักษร “ร” เขียนด้วยคาร์บอนมอน็อกไซด์ 15 โมเลกุล (19)
แม้ว่าการจัดเรียงอะตอมโดยเครื่อง STM นี้ยังอยู่เพียงแค่ขั้นการวิจัยและพัฒนา ยังไม่สามารถใช้ได้ในเชิงอุตสาหกรรม แต่ได้แสดงให้เห็นถึงก้าวแรกของนาโนเทคโนโลยี ที่ใปถึงจุด มุ่งหมายสูงสุด นั่นคือ การที่เราสามารถนำอะตอมหรือโมเลกุลมาจัดเรียงในตำแหน่งที่ต้องการอย่างแม่นยำและถูกต้อง ส่งผลต่อการควบคุมโครงสร้างของวัสดุหรือสสารให้มีคุณสมบัติพิเศษทางด้านฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพ ก่อให้เกิดเป็นนวัตกรรมที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์ได้มากมายมหาศาล ความสามารถในการจัดเรียงอะตอมของคาร์บอนมอน็อกไซด์บนผิวของโลหะทองแดงนี้ได้ถูกนำมาสร้างเป็นวงจรขนาดจิ๋วที่ใช้ในการคำนวณได้จริง และในอนาคตอาจจะนำไปใช้สร้างเป็นคอมพิวเตอร์จิ๋วจากอะตอมที่มีประสิทธิภาพยิ่งยวด
2. กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม หรือ เอเอฟเอ็ม (Atomic Force Microscope : AFM) หลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์ชนิดนี้คือ การใช้อุปกรณ์ตรวจหรือโพรบ (probe) ที่มีปลายแหลมเล็กซึ่งติดอยู่กับคานที่มีการโก่งงอตัวได้ แม้ว่าแรงกระทำที่ปลายจะมีขนาดน้อยมากในระดับอะตอม เมื่อปลายแหลมนี้ถูกลากไปบนพื้นผิวของวัสดุที่ต้องการศึกษา แรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวที่เกิดขึ้นกับปลายแหลมจะทำให้คานโก่งงอตัว และสามารถระบุให้ทราบถึงลักษณะพื้นผิวของวัสดุนั้นๆ ว่ามีหลุมมีเนินในบริเวณใดบ้าง เมื่อนำเอาแรงที่เกิดขึ้นที่จุดต่างๆ นี้มาประกอบกันก็จะได้เป็นภาพรวมของพื้นผิวของวัสดุที่เราศึกษานั่นเอง ด้วยหลักการนี้ หากสามารถควบคุมปลายแหลมของอุปกรณ์ของเอเอฟเอ็มในการสัมผัสพื้นผิวได้ ก็ควรที่จะสามารถใช้ปลายนี้ในการสร้างแรงผลักเพื่อเคลื่อนย้ายอะตอมของวัสดุได้เช่นกัน
โดยทั่วไปวิธีการทำงานของเอเอฟเอ็ม แบ่งเป็น 2 วิธีคือ การสัมผัสแบบต่อเนื่อง ได้แก่ การสัมผัสพื้นผิวพร้อมกับการลากปลายแหลมไปบนพื้นผิวนั้นๆ ข้อเสียของวิธีนี้คือ จะทำให้เกิดแรงต้านขึ้นในแนวของการเคลื่อนที่ซึ่งขนานกับพื้นผิว อันอาจทำให้คานของโพรบที่ใช้วัดเกิดการโก่งงอตัว โดยที่มิได้เกิดจากแรงกระทำที่ปลายเนื่องจากแรงในแนวตั้งฉากเพียงอย่างเดียว จึงทำให้ข้อมูลความสูงของพื้นผิวที่วัดได้นั้นผิดไปจากความสูงที่แท้จริง ส่วนอีกวิธีเป็นการสัมผัสแบบไม่ต่อเนื่องโดยให้สัมผัสกับพื้นผิวเป็นระยะเวลาสั้นๆ ในแนวตั้งฉากกับพื้นผิว คล้ายกับการใช้ปลายนิ้วเคาะโต๊ะเป็นจังหวะๆ นั่นเอง ด้วยลักษณะการสัมผัสแบบนี้แรงต้านในแนวตั้งฉากจะไม่เกิดขึ้น แต่เนื่องจากปลายแหลมสัมผัสพื้นผิวเป็นระยะสั้นๆ จึงทำให้เกิดการสั่นของคาน ซึ่งส่งผลให้ค่าสัญญาณวัดได้นั้นไม่คงที่
เนื่องจากการใช้เอเอฟเอ็มเพื่อแสดงพิกัดความสูงของพื้นผิวจากแรงที่วัดได้เพียงอย่างเดียวนั้นอาจไม่เพียงพอต่อการสร้างความเข้าใจให้แก่นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุในระดับอะตอม เทคโนโลยีความจริงเสมือน (Virtual Reality Technology) จึงได้เข้ามามีบทบาทในการศึกษาในระดับอะตอม เทคโนโลยีความจริงเสมือน ได้แก่ การสร้างภาพสามมิติ และการสร้างแรงสัมผัสให้ผู้ใช้อุปกรณ์ได้รู้สึกเสมือนว่ากำลังอยู่ภายในสิ่งแวดล้อมหนึ่งๆ ซึ่งในที่นี้ก็คือการได้เข้าไปเห็นภาพและจับต้องสัมผัสวัสดุในระดับอะตอมนั่นเอง (5)
อ้างอิงจาก...http://www.dmsc.moph.go.th/webroot/SamutSongkhram/km-nano.htm 13/11/08

พัฒนาการของนาโนเทคโนโลยี

เทคโนโลยีที่อารยธรรมของมนุษย์ได้พัฒนาขึ้นมามี 2 แบบ (17) คือ
1. 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 ถึงแม้ว่าในสมัยนั้นนาโนเทคโนโลยีในทัศนะของฟาย์นแมนคือ 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 (18)
อ้างอิงจาก... http://www.dmsc.moph.go.th/webroot/SamutSongkhram/km-nano.htm 13/11/08

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี


บทสรุปสำหรับผู้บริหาร
นาโนเทคโนโลยีเป็นเทคโนโลยีในการประกอบ และผลิตสิ่งต่างๆ ขึ้นมาจากการจัดเรียงอะตอม หรือโมเลกุลเข้าด้วยกัน ด้วยความแม่นยำ และถูกต้องในระดับนาโนเมตร (1/1,000,000,000 เมตร) ความรู้ทางกลศาสตร์ควอนตั้ม มิได้ปฏิเสธความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีนี้ ทั้งยังกลับเป็นประโยชน์ในการช่วยพัฒนา เทคโนโลยีนี้ให้เกิดขึ้นอีกด้วย คำถามที่ว่า เทคโนโลยีจะเกิดขึ้นหรือไม่ จึงมีคำตอบแล้วว่า ต้องเกิดขึ้นอย่างแน่นอน หากแต่เมื่อไหร่เท่านั้น รูปแบบของนาโนเทคโนโลยีที่จะเกิดขึ้นในอนาคต เป็นสิ่งที่ยากจะทำนาย เนื่องจากความที่เทคโนโลยีมีลักษณะของการพัฒนา คล้ายพัฒนาการของสิ่งมีชีวิต คือ มีวิวัฒนาการ (evolution) อย่างไรก็ตาม เราอาจจะยึดแนวทางของนาโนเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ เป็นตัวนำทาง เพื่อนำไปสู่นาโนเทคโนโลยีฝีมือมนุษย์ ที่มีประสิทธิภาพ เพื่อสนองความต้องการของเรา คือ ความกินดีอยู่ดี ในท้ายที่สุด
นาโนเทคโนโลยีจะเป็นเทคโนโลยีแห่งอนาคตที่จะเข้ามามีบทบาทสำคัญต่อการพัฒนา อุตสาหกรรมระดับโลก เพราะการพัฒนาโดยเทคโนโลยีปัจจุบัน (ไมโครเทคโนโลยี) ได้มาถึง ทางตันแล้ว ในอนาคตเราอาจได้พบเห็นสิ่งที่ไม่สามารถพบเห็นได้ในปัจจุบันเช่น สินค้าที่สร้าง ตัวเองได้ คอมพิวเตอร์เร็วขึ้นล้านเท่า การไขปริศนาโรคภัยไข้เจ็บ รวมถึงความเป็นอมตะ การสร้างอาหารที่ไม่มีวันหมด การเพาะพันธุ์สัตว์ที่สูญพันธุ์ขึ้นใหม่ การใช้พลังงานแสงอาทิตย์อย่างเต็มที่ และสิ่งประดิษฐ์ใหม่ๆ อีกมากมาย ตามแต่มนุษย์จะจินตนาการไปถึง
คุณสมบัติของการผลิตที่ใช้นาโนเทคโนโลยีนั้นจะมีลักษณะดังต่อไปนี้
1. สามารถจัดเรียงอะตอมได้ตรงตำแหน่งที่ต้องการ ซึ่งจะทำให้กำหนดคุณสมบัติของวัตถุได้ตามที่เราต้องการ
2. เป็นการผลิตแบบ down-top คือผลิตจากหน่วยย่อยไปสู่หน่วยใหญ่ จากเดิมที่ผลิตแบบtop-down ซึ่งจะใช้ในการสร้างเครื่องมือขึ้นมาเพื่อสร้างวัสดุที่ต้องการอีกชั้นหนึ่ง
3. สามารถออกแบบโครงสร้างเกือบทุกอย่างให้สอดคล้องกับกฎของฟิสิกส์ได้ถึงระดับโมเลกุล
4. ต้นทุนการผลิตต่ำกว่าต้นทุนของวัตถุดิบ
5. พลังงานที่ใช้ในการผลิตลดลง
แนวทางการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีดังกล่าวแนวทางหนึ่งคงหนีไม่พ้นการที่จะทำให้คนมีสุขภาพดี สามารถรักษาโรคได้หรือแม้แต่สามารถทำนายได้ว่าโอกาสและความเสี่ยงในการเกิดโรคของคนเราจะเป็นเท่าใด

บทนำ
วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนำความเปลี่ยนแปลงมาสู่โลกมาสู่ชีวิตของเราอยู่เสมอ ทุกวันนี้เราต้องอยู่ในโลกที่คนรุ่นปู่ย่าตายายไม่คุ้นเคย แม้แต่คนรุ่นพ่อแม่ก็ไม่ชิน โทรศัพท์มือถือ อินเทอร์เน็ต ยาไวอากร้า โคลนนิ่ง เหล่านี้เป็นสิ่งที่สังคมไม่เคยรู้จัก จนเมื่อเร็วๆ นี้ ในศตวรรษที่ผ่านมา เราได้เห็นอิทธิพลของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทั้งในทางที่ดีและร้ายอันเป็นผลสืบเนื่องมาจากความก้าวหน้าทางวิชาการที่สำคัญ การล่วงรู้ความลับของโครงสร้างอะตอม นำไปสู่ความสามารถในการนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ แต่ก็นำมาใช้ประหัตประหารกันได้ด้วย ความรู้เรื่องสารเคมีได้นำไปสู่อุตสาหกรรมเคมีและโพลิเมอร์ ทำให้คนทั่วไปได้มีเครื่องอุปโภคใหม่ๆ ในราคาไม่แพง แม้จะก่อปัญหาเรื่องมลพิษของสารเคมีตกค้างจากการเกษตรและอุตสาหกรรมในขณะเดียวกันด้วย ความรู้ในเรื่องของอิเล็กทรอนิกส์ได้นำมาสู่การประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยี สารสนเทศอย่างกว้างขวาง ความรู้เรื่องพันธุกรรมนำมาสู่การพัฒนายาและพันธุ์พืช พันธุ์สัตว์ใหม่ๆ แม้จะมีความเป็นห่วงกันอยู่ในด้านผลลบของเทคโนโลยีใหม่ๆ เหล่านี้อยู่บ้างก็ตาม
ท่ามกลางความเปลี่ยนแปลงที่มาจากวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเหล่านี้ มีความเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่กำลังเกิดขึ้นและมีทีท่าว่าจะเป็นความเปลี่ยนแปลงที่สำคัญมากของศตวรรษใหม่ ซึ่งอาจจะสำคัญยิ่งกว่าความเปลี่ยนแปลงที่แล้วๆ มาที่ก็จัดว่ายิ่งใหญ่มากอยู่แล้ว ความเปลี่ยนแปลงใหม่นี้เกิดจากการที่วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความก้าวหน้ามาถึงจุดที่จะสามารถออกแบบและสร้างวัสดุ และเครื่องมือเครื่องใช้ที่มีขนาดจิ๋วมาก จิ๋วจนวัดขนาดไม่ใช่ระดับมิลลิเมตร (หนึ่งในพันเมตร) ไม่ใช่ระดับไมโครเมตร (หนึ่งในล้านเมตร) แต่เป็นระดับนาโนเมตร (หนึ่งในพันล้านเมตร) ระดับนาโนเมตรเป็นระดับขนาดของโมเลกุลและอะตอม ดังนั้น วัสดุเครื่องมือเครื่องใช้ดังกล่าว จะมีขนาดเท่ากับโมเลกุลหรืออะตอมเท่านั้น เทคโนโลยีใหม่นี้เรียกว่า นาโนเทคโนโลยี (nanotechnology) เป็นเทคโนโลยีของการทำวัสดุ เครื่องมือและเครื่องใช้ขนาดจิ๋ว คำถามคือ จิ๋วดีอย่างไร คำตอบคือ ดีตรงที่สามารถทำงานได้ในระดับละเอียดสุดยอด ดีตรงที่ใช้เนื้อที่น้อย ดีตรงที่สามารถทำงานที่เดิมไม่เคยคาดฝันว่าจะทำได้ เคมีจิ๋ว วัสดุจิ๋ว อิเล็กทรอนิกส์ระดับจิ๋ว โฟตอนิกส์ระดับจิ๋ว (คล้ายอิเล็กทรอนิกส์ แต่ใช้อิเล็กตรอน) ทั้งหมดล้วนเป็นเรื่องจิ๋วที่ "ยิ่งใหญ่" ทั้งสิ้น (1)
ธรรมชาติได้พัฒนา และใช้งานนาโนเทคโนโลยี เพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตต่างๆ ขึ้นมาทั้งสิ้น เมื่อเซลล์สเปิร์มปฏิสนธิกับไข่ในครรภ์มารดา เกิดเป็นเซลล์เดี่ยวที่แบ่งตัว และพัฒนาจนกลายเป็นทารกที่มีอวัยวะอันซับซ้อน พัฒนาการต่างๆ เหล่านั้น เกิดขึ้นโดยมีรูปแบบที่ค่อนข้างแน่นอน มีระบบควบคุม ทำให้อะตอม และโมเลกุลต่างๆ จัดเรียงตัว ณ ตำแหน่งที่เหมาะสม นับตั้งแต่โมเลกุล DNA อันเปรียบเสมือนเป็นหน่วยความจำ ROM (Read Only Memory) ของเซลล์ ได้ถ่ายทอดข้อมูลและสารสนเทศไปยัง RNA เพื่อให้ RNA นำคำสั่งเหล่านี้ไปสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งเป็นเครื่องจักรที่ทำหน้าที่สร้างสิ่งต่างๆ ในเซลล์ และนอกเซลล์ ดังนั้น จักรกลนาโน (nanomachines) เหล่านี้ มีอยู่แล้วในธรรมชาติ มีความสามารถในการสร้างสิ่งต่างๆ ด้วยความแม่นยำ ในระดับอะตอม (2)
นาโนเทคโนโลยีอาจดูเหมือนเรื่องไกลตัว และสามารถพบเห็นได้เพียงแต่ในภาพยนตร์ ฮอลีวูดเท่านั้น แต่ถ้าเราลองย้อนกลับมามองสิ่งต่างๆ ที่เกิดขึ้นรอบตัวเพียง 10 ปีที่ผ่านมา ก็จะพบว่าสิ่งที่เราไม่เคยนึกเคยฝันมาก่อนได้เกิดขึ้นมากมายไม่ว่าจะเป็นเทคโนโลยีสารสนเทศ (information technology) ซึ่งทำให้เราสามารถย่อโลกมาไว้ในมือ สื่อสารกันได้อย่างไร้พรมแดน อีกทั้งยังมี ยีนเทคโนโลยี และเทคโนโลยีชีวสารสนเทศ (bioinformatics) ที่ช่วยทำให้เราเข้าใจองค์ประกอบของชีวิตมากขึ้น โดยการถอดรหัสพันธุกรรมซึ่งเปรียบเสมือน “พิมพ์เขียว” ของสิ่งมีชีวิต ความรู้ที่ได้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ทางการแพทย์ และทางการเกษตรได้อย่างกว้างขวาง ดังนั้น นาโนเทคโนโลยี และ เทคโนโลยี DNA chip จึงไม่ใช่สิ่งที่ไกลตัวอีกต่อไป อย่างไรก็ตามเราควรพึงระลึกอยู่เสมอว่าไม่ว่าความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีจะก้าวไกลเพียงไร ต่างก็เป็นเพียงสิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นเพื่อที่จะเลียนแบบระบบในธรรมชาติเท่านั้น เทคโนโลยีเหล่านี้คงจะเป็นบันทึกอีกหน้าหนึ่งในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติที่เราต้องเผชิญในอนาคตอันใกล้ (3)
คำว่า “นาโน” มีรากศัพท์มาจากภาษากรีก แปลว่า “คนแคระ” หมายถึง หนึ่งในพันล้านหน่วย หรือหนึ่งในพันล้านส่วน (4,5,6) แต่ที่นิยมเรียกกันจนติดปาก คือ นาโนเมตร (nanometre) ซึ่งหมายถึงสิบกำลังลบเก้าเมตร หรือ 1 ส่วนพันล้านของ 1 เมตร (7) หรือเรียกในอีกชื่อหนึ่งว่า แองสตรอม ยูนิต (angstrom unit) (8) ดังนั้น “นาโนเทคโนโลยี” คือ วิทยาการประยุกต์แขนงใหม่ที่ว่าด้วยเรื่องของเทคโนโลยีในการประกอบและผลิตสิ่งต่างๆ ขึ้นมาจากการจัดเรียงอะตอม หรือโมเลกุลเข้าด้วยกันด้วยความแม่นยำและถูกต้องในระดับนาโนเมตรหรือขนาด 1 ในพันล้านส่วนของ 1 เมตร โดยเป็นการผสมผสานของวิทยาศาสตร์หลายแขนง เช่น ชีววิทยา ฟิสิกส์ ชีวเคมี วิศวกรรมศาสตร์สาขา หุ่นยนต์ และเครื่องจักรกล (3,4,10)
นาโนศาสตร์ (nanoscience) หมายถึง การศึกษาหลักการพื้นฐานของโมเลกุลและ โครงสร้างขนาด 1 ถึง 100 นาโนเมตร (อักษรย่อ น.ม. –nm) โครงสร้างเหล่านี้เรียกโดยรวมว่า “โครงสร้างนาโน (nanostrutures)” โครงสร้างนาโนไม่เพียงเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีขนาดเล็กกว่าสิ่งใดๆ ที่มนุษย์เคยประดิษฐ์ขึ้นมาก่อนหน้านี้ แต่ยังเป็นสิ่งที่เล็กจิ๋วที่สุดที่เราสามารถสร้างขึ้นมาได้ ถ้าอยากรู้ว่า 1 น.ม. จิ๋วขนาดไหน ก็ลองเปรียบเทียบกับผมของคนเราดูจะพบว่า 1 น.ม. มีขนาดประมาณ 1/50,000 ส่วนของเส้นผมของคนเรา หรือเส้นผมมีขนาดประมาณ 50,000 น.ม. หรือเท่ากับอะตอมของไฮโดรเจน 10 ตัวรวมกัน ซึ่งสิ่งเล็กจิ๋วที่สุดที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้โดยไม่ต้องมีเครื่องช่วยมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 10,000 น.ม. (5)
ในอาณาจักรนาโน คุณสมบัติต่างๆ ของสสารที่เราเคยรู้จักคุ้นเคยในชีวิตประจำวัน เช่น ความสามารถในการเป็นสื่อนำไฟฟ้า ความแข็ง หรือจุดหลอมเหลว ถูกสั่นคลอนด้วยคุณสมบัติอันแปลกประหลาดในอาณาจักรของอะตอมและโมเลกุล อาทิ ภาวะทวิภาคของคลื่นกับอนุภาค และหลักความไม่แน่นอนทางควอนตั้ม สิ่งสำคัญที่สุด คือ ในระดับนาโน คุณสมบัติพื้นฐานของวัตถุและกลไกต่าง ๆ แตกต่างไปจากที่เราพบเห็นในระดับใหญ่ขึ้นมา ตัวอย่างเช่น สายหรือวงจรในระดับนาโนไม่จำเป็นต้องเป็นไปตามกฎของโอห์ม (Ohm’s law) สมการที่เป็นรากฐานสำคัญของ วงการอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ กฎของโอห์มเกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้าของ ต้นกำเนิดไฟฟ้าและความต้านทานไฟฟ้า แต่หัวใจสำคัญของกฎของโอห์ม มีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่ว่า อิเล็กตรอนไหลผ่านไปตามสายเหมือนกระแสน้ำในแม่น้ำ แต่ในอาณาจักรนาโน อิเล็กตรอนจะไหลเช่นนั้นไม่ได้ ถ้าหากสายมีความกว้างเพียง 1 อะตอม และอิเล็กตรอนจะต้องไหลจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง คุณสมบัติพื้นฐานที่สุดของสสารทั้งทางเคมี ไฟฟ้า และฟิสิกส์ เป็นหัวใจสำคัญของศาสตร์แห่งนาโนทุกสาขา ดังนั้นในปี ค.ศ. 2001 มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (National Science Foundation) ได้ให้คำจำกัดความที่สั้นและกระชับเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติพิเศษในระดับนาโนว่า ศาสตร์และวิศวกรรมในระดับนาโนหมายถึง ความเข้าใจพื้นฐานและความก้าวหน้าด้านเทคโนโลยีที่เป็นผลมาจากการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติใหม่ ๆ ทางฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยาของระบบที่อยู่กึ่งกลางระหว่างอะตอม โมเลกุล กับวัตถุขนาดใหญ่ โดยสามารถควบคุมคุณสมบัติเหล่านั้นได้ (5)
ศาสตราจารย์ริชาร์ด ฟายน์แมน (Richard Feynman ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ในปี ค.ศ. 1965) ผู้เปิดศักราชของนาโนเทคโนโลยี ได้กล่าวไว้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1959 ในการบรรยายเรื่อง There is Plenty of Room at the Bottom ว่า "สักวันหนึ่ง เราจะสามารถประกอบสิ่งต่างๆ ผลิต สิ่งต่างๆ ขึ้นมาจากการจัดเรียงอะตอมด้วยความแม่นยำ และเท่าที่ข้าพเจ้ารู้ ไม่มีกฎทางฟิสิกส์ใดๆ แม้แต่หลักแห่งความไม่แน่นอน (Uncertainty Principle) ที่จะมาขัดขวางความเป็นไปได้นี้” ซึ่งในช่วงที่เขาบรรยายในปีนั้น วิวัฒนาการของไมโครชิพ ไมโครทรานซิสเตอร์ ยังอยู่ในระยะเริ่มแรกและโลกก็ยังไม่รู้จักไมโครคอมพิวเตอร์ด้วยซ้ำไป (4,5)
"นาโนเทคโนโลยี" กำลังกลายมาเป็นโครงการศึกษา และวิจัยในระดับชาติของหลายประเทศ เช่น ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ให้การสนับสนุนการค้นคว้าวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้านนาโนเทคโนโลยีมาหลายปีแล้ว โดยมีงบประมาณถึง 116 ล้านเหรียญดอลลาร์ในปี ค.ศ. 1997 และเพิ่มเป็น 260 ล้านเรียญดอลลาร์ในปี ค.ศ. 1999 แต่การตื่นตัวในเรื่องนี้เพิ่งเห็นได้ชัดเจนอย่างยิ่งเมื่อต้นปี ค.ศ. 2000 ที่ประธานาธิบดีบิล คลินตันได้ออกมากล่าวถึงความสำคัญของนาโนเทคโนโลยีด้วยตนเอง และระบุว่ารัฐบาลทุ่มทุนให้การสนับสนุนวิจัยและพัฒนาในเรื่องดังกล่าวถึง 422 ล้านเหรียญดอลลาร์ (18.5 พันล้านบาท) และจะเพิ่มอีกเป็น 519 ล้านเหรียญดอลลาร์ (กว่า 20,000 ล้านบาท) ในปี ค.ศ. 2001 ส่วนในไต้หวัน สถาบัน The Industrial Technology Research Institute (ITRI) ก็ได้จัดตั้งศูนย์วิจัยนาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology Research Center) เมื่อวันที่ 16 มกราคม ค.ศ. 2002 โดยจัดสรรเงินประเดิมสำหรับการวิจัยในเวลา 6 ปี เป็นจำนวน 300 ล้านเหรียญดอลลาร์ แนวโน้มดังกล่าวเกิดขึ้นในทำนองเดียวกันกันในวงการวิจัยของประเทศญี่ปุ่น จีน และประเทศในทวีปยุโรป โดยสหภาพยุโรปได้ทุ่มเงินกว่า 1 หมื่น 3 พันล้านยูโรในการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้านนาโนเทคโนโลยี ประมาณกันว่าทั่วโลกมีการใช้เงินไปในโครงการวิจัย นาโนเทคโนโลยีไปแล้วกว่า 4 พันล้านดอลลาร์ (5)
ในส่วนของรัฐบาลไทย สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติหรือ สวทช. ได้เสนอกรอบยุทธศาสตร์การพัฒนานาโนเทคโนโลยี 10 ปี (พ.ศ. 2547–2556) เข้าสู่วาระแห่งชาติให้กับคณะกรรมการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือ กวทช. เพื่อพิจารณาในปลายเดือนพฤษภาคม 2547 เพื่อเสนอให้กับคณะรัฐมนตรีพิจารณาต่อไป และขณะเดียวกันมีการตั้งคณะกรรมการนโยบายนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ โดยมี พ.ต.ท.ทักษิณ ชินวัตร นายกรัฐมนตรี เป็นประธาน
สำหรับสาระสำคัญของแผนแม่บทแบ่งเป็น 4 สาขา ได้แก่ วัสดุนาโนเทคโนโลยี (nanomaterial) นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ (nanobiotechnology) นาโนอิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์ (Nanoelectronics & photonic) การศึกษาและการพัฒนาทรัพยากรบุคคล (nanoeducation/HRD) โดยมีเป้าหมายหลักในการสร้างนักวิจัยที่มีความรู้ด้านนาโนเทคโนโลยีทั้งภาครัฐและเอกชน ไม่น้อยกว่า 2,500 คนในปี 2556 รวมทั้งสร้างบัณฑิตตั้งแต่ระดับปริญญาตรี-ปริญญาเอก ให้มีความรู้พื้นฐานด้านนาโนเทคโนโลยีอีก 6,000 คน ในปี 2556 และจัดสอนหลักสูตรนาโนเทคโนโลยีในระดับปริญญาให้ครบ 5 หลักสูตรภายใน 10 ปี โดยในปัจจุบันนี้ประเทศไทยมีผู้เชี่ยวชาญและ ผู้ศึกษาด้านเทคโนโลยีนาโนรวม 130 คน และมีห้องวิจัย 23 แห่ง ซึ่งนับว่ายังไม่เพียงพอ จึงจะใช้ศูนย์นาโนเทคโนโลยีที่เพิ่งตั้งขึ้นเมื่อเดือนสิงหาคม 2546 เป็นศูนย์กลางที่มีโครงสร้างพื้นฐานพร้อมสำหรับการเป็นแหล่งบ่มเพาะทางด้านนาโนเทคโนโลยีของประเทศไทย (11)
ในด้านธุรกิจ สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติของสหรัฐประมาณการว่า ปี 2005 คาดกันว่าตลาดสินค้าที่ผลิตด้วยนาโนเทคโนโลยีจะมีมูลค่าประมาณ 1 หมื่น 8 พันล้านดอลลาร์ ขณะที่ใน ปี 2015 สินค้าที่ผลิตด้วยนาโนเทคโนโลยีจะครอ บครองตลาดทั่วโลกคิดเป็นมูลค่าถึง 1 ล้านล้านดอลลาร์ (5)
นาโนเทคโนโลยี มี 3 สาขาหลัก (12) คือ1. นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ (Nanobiotechnology) เป็นการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีศาสตร์ ด้านชีวภาพ เช่น การพัฒนานาโนไบโอเซนเซอร์ หรือ หัวตรวจวัดสารชีวภาพ และสารวินิจฉัยโรคโดยใช้วัสดุชีวโมเลกุล การปรับโครงสร้างระดับโมเลกุลของยา ที่สามารถหวังผลการมุ่งทำลายชีวโมเลกุลที่เป็นเป้าหมายเฉพาะเจาะจง เช่น เซลส์มะเร็ง การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง ในการส่งผ่านสารบำรุงเข้าชั้นใต้ผิวหนังได้ดียิ่งขึ้น เป็นต้น2. นาโนอิเล็กทรอนิกส์ (Nanoelectronics) เป็นการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีศาสตร์ด้านนาโนอิเล็กทรอนิกส์ (ไฮเทค) เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพและทำงานด้วยประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่น การพัฒนาระบบไฟฟ้าเครื่องกลซูปเบอร์จิ๋ว การผลิตเซลส์แสงอาทิตย์ การพัฒนา นาโนซิป ทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง การพัฒนา High density probe storage device เป็นต้น 3. วัสดุนาโน (Nanomaterials) การประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีศาสตร์ด้านวัสดุนาโน เช่น การเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรม การพัฒนาฟิล์มพลาสติกนาโนคอมโพสิทที่มีความสามารถในการสกัดกั้นการผ่านของก๊าซบางชนิดและไอน้ำ เพื่อใช้ทำบรรจุภัณฑ์เพื่อยืดอายุความสดของผักและผลไม้และเพิ่มมูลค่าการส่งออก การผลิตผลอนุภาคนาโนมาใช้ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ไวรัส หรือทำให้ไม่เปียกน้ำ เป็นต้น
ขั้นตอนที่สำคัญในการนำ “นาโนเทคโนโลยี” ไปสู่การผลิตสินค้ามีทั้งหมด 3 ขั้นตอน คือ 1. การพัฒนาการจัดการอะตอมเดี่ยว (manipulate individual atoms) 2. การพัฒนาเครื่องจักรนาโน (assemblers) เพื่อเป็นเครื่องมือในการควบคุมการจัดการอะตอม หรือโมเลกุล3. การสร้างหรือจำลองเครื่องจักรนาโน (replicators) เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์จำนวนมากเพียงพอต่อความต้องการ
นาโนเทคโนโลยีมีผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมเป็นอย่างมากโดยเฉพาะอุตสาหกรรมทางการแพทย์ ในอนาคตการผ่าตัดแบบดั้งเดิม อาจเปลี่ยนไปเป็นการผ่าตัดระดับนาโน (nanosurgeons) โดยการควบคุมหุ่นยนต์นาโน (nanorobots) เข้าไปตรวจจับและทำลายเซลล์มะเร็ง หรือไวรัสที่ต้องการโดยไม่เป็นอันตรายต่อเซลล์อื่น สำหรับอุตสาหกรรมอื่นๆ เช่น อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ ผลิตภัณฑ์จะมีขนาดเล็กลง สามารถบรรจุข้อมูลได้ถึงล้านล้านล้านตัวอักษรในขนาดเท่าก้อนน้ำตาล (14)
ปัจจุบันนาโนเทคโนโลยีได้ครอบคลุม ความหมายไปถึงเทคโนโลยีที่สามารถกำหนดถึงระดับอะตอมให้มีโครงสร้างอย่างที่ต้องการได้ โดยไม่ต้องอาศัยการผ่านเป็น สารมัธยันตร์ (intermediate) ในกระบวนการผลิต จึงไม่เกิดผลพลอยได้ รวมทั้งของเสีย ยกตัวอย่างเช่น ถ้าต้องการผลิตพลาสติก กระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม สารเคมีที่ทำปฏิกริยาจะถูกรวมเข้าด้วยกันผ่านหลากหลายขั้นตอนภายใต้สภาวะที่จำเพาะ เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ตามที่ต้องการ ซึ่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นไม่สามารถเปลี่ยนแปลงสารเคมีได้ทั้งหมดให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์เพียงอย่างเดียวได้ แต่จะมีผลิตผลพลอยได้และของเสียเกิดขึ้นควบคู่กันไปด้วย ในทางที่ต่างกัน ถ้าผลิตพลาสติกโดยใช้ นาโนเทคโนโลยี การผลิตจะกระทำได้โดยการป้อนสารซึ่งเป็นอะตอมของธาตุบริสุทธิ์ เช่น คาร์บอน, ไฮโดรเจนและออกซิเจนเข้าไป และกำหนดให้แต่ละอะตอมก่อพันธะเคมีต่อกัน ผลลัพธ์ที่ได้จะปราศจากสารมัธยันตร์ ไม่มีผลิตผลพลอยได้ และของเสียใดๆ เกิดขึ้นและสามารถสร้างผลิตภัณฑ์สุดท้ายเป็นพลาสติกตามที่ต้องการได้โดยทุกอณูของตัวทำปฏิกริยาจะกลายเป็นผลิตภัณฑ์ สุดท้ายได้ทั้งหมด (15)
ยังมีความท้าทายอีกหลายด้านที่นักวิทยาศาสตร์ด้านนาโนจะต้องเผชิญ ซึ่งถ้าหากสามารถฟันฝ่าไปได้สำเร็จ ความก้าวหน้าจะเกิดขึ้นทั้งในด้านเศรษฐกิจ สังคม การแพทย์ และคุณภาพชีวิต การสานต่อพัฒนาการทางเทคโนโลยีตามแนวทางเดิมคงดำเนินไปได้ไม่นานนัก อุปสรรคขวางกั้นเริ่มปรากฎขึ้นบ้างแล้ว และเครื่องมือที่จะช่วยให้ก้าวผ่านข้อจำกัดต่างๆ ได้แก่ นาโนเทคโนโลยี แม้บางคนจะคิดว่าความคาดหวังหลายอย่างดูจะไกลสุดเอื้อม แต่พวกเขาต่างยอมรับว่าศักยภาพอันน่ามหัศจรรย์ของนาโนเป็นสิ่งที่ไม่ควรมองข้าม (6)
นาโนเทคโนโลยีในธรรมชาติ
เมื่อพูดถึงนาโนเทคโนโลยี คนทั่วไปได้ยินแล้วอาจจะนึกภาพไม่ออกและดูเหมือนจะไม่ได้สัมผัสกับมัน แต่จริง ๆ แล้ว นาโนเทคโนโลยนั้นมีอยู่แล้วในธรรมชาติ อยู่ในสิ่งต่าง ๆ รอบตัวเรา เพียงแต่บางคนอาจจะไม่ได้สังเกตหรือไม่ได้ให้ความสนใจ ตัวอย่างนาโนเทคโนโลยีที่มีอยู่ในธรรมชาติ (16) 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)การที่ใบบัวมีคุณสมบัติที่เกลียดน้ำก็เพราะว่าพื้นผิวของใบบัวมีลักษณะคล้ายกับหนามขนาดเล็กจำนวนมหาศาลเรียงตัวกระจายอยู่อย่างเป็นระเบียบโดยที่หนามขนาดเล็กเหล่านี้ก็ยังจะมีปุ่มเล็กๆ 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 หลังจากนั้นแมงมุมก็จะใช้ขาในการถักทอโปรตีนเหล่านี้เป็นเส้นใยที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งก็คือใยแมงมุมนั่นเอง บริษัทใน ต่างประเทศแห่งหนึ่งสามารถสร้างใยแมงมุมเลียนแบบแมงมุมได้โดยการตัดต่อยีนที่ควบคุมการสร้างโปรตีนไฟโบรอินจากแมงมุมแล้วนำไปใส่ไว้ในโครโมโซมของแพะ เพื่อให้นมแพะมีโปรตีนใยแมงมุม ก่อนที่จะแยกโปรตีนออกมาแล้วปั่นทอเป็นเส้นใยเพื่อใช้ในการผลิตเสื้อเกราะกันกระสุนที่แข็งแรงแต่มีน้ำหนักเบา โดยเส้นใยที่สร้างขึ้นนี้มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กถึงห้าเท่าเมื่อมีน้ำหนักเท่ากัน นอกจากนี้ยังสามารถนำใยแมงมุมไปใช้เป็นเส้นใยผ้ารักษาแผลสดได้อีกด้วย
นอกจากตัวอย่างที่กล่าวข้างต้นแล้ว อีกตัวอย่างหนึ่งของนาโนวิศวกรรมในธรรมชาติ คือ ถ่าน กราไฟต์ และเพชร ซึ่งก็ล้วนประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน แต่มีการจัดเรียงโครงสร้างให้มีระเบียบต่างกัน จึงทำให้คุณสมบัติต่างกันอย่างชัดเจน หรือเอนไซม์ต่างๆ ที่จำเป็นต่อกระบวนการทำงานในร่างกายซึ่งเป็นโปรตีนอันประกอบด้วยหน่วยย่อยของแต่ละโมเลกุลของกรดอะมิโนต่อกันก็จัดเป็นเครื่องจักรระดับโมเลกุลที่มีประสิทธิภาพสูงเช่นกัน ประสิทธิภาพของของเล็กๆในธรรมชาตินี้ย่อมแสดงให้เห็นความสำคัญอย่างใหญ่หลวงของนาโนเทคโนโลยี และเมื่อธรรมชาติสร้างได้ ทำไมมนุษย์จะสร้างของเล็กๆ ที่มีประสิทธิภาพสูงพวกนี้บ้างไม่ได้ (5)
อ้างอิงจาก ... http://www.dmsc.moph.go.th/webroot/SamutSongkhram/km-nano.htm 13/11/08