โอโซน ฟิล์ม
Ozone Film

นาโนเทคโนโลยี ( Nanotechnology ) คือ เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ สร้าง การสังเคราะห์วัสดุ อุปกรณ์ เครื่องจักรหรือผลิตภัณฑ์ซึ่งมีขนาดเล็กมากในระดับนาโนเมตร (ประมาณ 1-100 นาโนเมตร) รวมถึงการออกแบบหรือการประดิษฐ์เครื่องมือเพื่อใช้สร้างหรือวิเคราะห์วัสดุในระดับที่เล็กมากๆ เทียบเท่ากับระดับอนุภาคของโมเลกุลหรืออะตอม เช่น การเรียงอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการ ได้อย่างแม่นยำ และถูกต้อง ทำให้โครงสร้างของวัสดุหรือสสารมีคุณสมบัติพิเศษ ไม่ว่าทางด้านฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพ ส่งให้มีผลประโยชน์ต่อผู้ใช้สอย

เล็กเท่าไรถึงจะเป็น...ขนาดนาโน

"นาโน" มีรากศัพท์มาจากภาษากรีกโบราณที่แปลว่า "แคระ" แต่ในปัจจุบันคำว่า "นาโน" มักใช้กับหน่วยวัดที่แสดงให้เห็นถึงขนาดที่เล็กเป็นพันล้านส่วน เช่น 1 นาโนเมตรมีขนาดเท่ากับหนึ่งในพันล้านส่วนของเมตร หรือมีขนาดที่เล็กกว่าเส้นผมคนเราราวหนึ่งแสนเท่า ดังนั้นขนาดนาโนจึงอยู่ในระดับอะตอม ซึ่งเล็กมากจนมองไม่เห็นด้วยตาเปล่าหรือแม้แต่กล้องจุลทรรศน์ทั่วไปก็ยังมองไม่เห็นเช่นกัน เมื่อเทียบสัดส่วนแล้ว "นาโน" จึงเริ่มตั้งแต่ขนาดของอะตอมของธาตุไฮโดรเจนขึ้นไป ซึ่งมีขนาดเล็กราว 0.1 นาโนเมตร ไปจนถึงขนาดของไวรัส ซึ่งมีขนาดราว 100 นาโนเมตร เพราะเมื่อมีขนาดที่ใหญ่เกินกว่านี้ก็มักใช้หน่วยวัดที่ใหญ่ขึ้นตามลำดับ เช่น ไมโครเมตร มิลลิเมตร เซนติเมตร และเมตร เป็นต้น

นาโนเทคโนโลยีในธรรมชาติ
เมื่อพูดถึงนาโนเทคโนโลยี คนทั่วไปได้ยินแล้วอาจจะนึกภาพไม่ออกและดูเหมือนจะไม่ได้สัมผัสกับมัน แต่จริง ๆ แล้ว นาโนเทคโนโลยนั้นมีอยู่แล้วในธรรมชาติ อยู่ในสิ่งต่าง ๆ รอบตัวเรา เพียงแต่บางคนอาจจะไม่ได้สังเกตหรือไม่ได้ให้ความสนใจ ตัวอย่างนาโนเทคโนโลยีที่มีอยู่ในธรรมชาติ ยกตัวอย่างเช่น

ตีนตุ๊กแก  สัตว์เลื้อยคลานอย่างตุ๊กแก และจิ้งจกสามารถปีนกำแพงหรือเกาะติดผนังที่ราบเรียบและลื่นได้อย่าง มั่นคงและในบางครั้งก็สามารถห้อยตัวติดเพดานอยู่ด้วย นิ้วตีนเพียงนิ้วเดียว ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะบริเวณใต้อุ้งตีน ของตุ๊กแกจะมีขนขนาดเล็กที่เรียกว่าซีเต้ (setae) จำนวนนับล้านเส้นเรียงตัวอัดแน่นอยู่ โดยที่ส่วนปลายของขน ซีเต้แต่ละเส้นนี้ก็ยังมีเส้นขนที่มีขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่าสปาตูเล่ (spatulae) ประกอบอยู่อีกหลายร้อยเส้นโดยที่ สปาตูเล่แต่ละเส้นจะมี ขนาดเล็กประมาณ 200 นาโนเมตร และที่ปลายของสปาตูเล่แต่ละเส้นจะสามารถสร้างแรง ดึงดูดทาง ไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงวานเดอวาลส์ (van der Waals force) เพื่อให้ในการยึดติดกับโมเลกุลของสสารที่ เป็นส่วน ประกอบของผนังหรือเพดานได้

ใบบัว (สารเคลือบนาโน)   การที่ใบบัวมีคุณสมบัติที่เกลียดน้ำก็เพราะว่าพื้นผิวของใบบัวมีลักษณะคล้ายกับ หนามขนาดเล็กจำนวนมหาศาล เรียงตัวกระจายอยู่อย่างเป็นระเบียบโดยที่หนามขนาดเล็กเหล่านี้ก็ยังจะมีปุ่ม เล็กๆ ที่มีขนาดในช่วงระดับนาโนเมตรและเป็นสารที่มีคุณสมบัติคล้ายขี้ผึ้งซึ่งเกลียดน้ำเคลือบอยู่ภายนอกอีก ด้วยจึงทำให้น้ำที่ตกลงมาบนใบบัวมีพื้นที่สัมผัสน้อยมาก และไม่สามารถซึมผ่านหรือกระจายตัวแผ่ขยายออก ในแนวกว้างบนใบบัวได้ ดังนั้นน้ำจึงต้องม้วนตัวเป็นหยดน้ำขนาดเล็กกลิ้งไปรวมกันอยู่ที่บริเวณที่ต่ำที่สุดบน   ใบบัว นอกจากนี้สิ่งสกปรกทั้งหลายไม่ว่าจะเป็นผงฝุ่น เชื้อแบคทีเรีย และเชื้อราก็ไม่สามารถเกาะติดแน่นอยู่กับ ใบบัวได้

เปลือกหอยเป๋าฮื้อ (นาโนเซรามิกส์)  สารเคมีที่เป็นองค์ประกอบหลักของเปลืยกหอยเป๋าฮื้อคือ แคลเซียม คาร์บอเนต (CaCO3) ซึ่งเป็นสารชนิดเดียวกันกับชอล์คเขียนกระดาน อย่างไรก็ตาม ลักษณะทางกายภาพและ คุณสมบัติทางเคมีของเปลือกหอย และชอล์คมีความแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง โดยที่ชอล์คจะเปราะหักง่ายเป็น ผงฝุ่นสีขาว แต่เปลือกหอยจะมีลักษณะเป็นมันวาว และมีความแข็งแรงสูงมาก ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะการจัดเรียงตัว ในระดับโมเลกุลของแคลเซียมคาร์บอเนตที่พบในชอล์ค และเปลือกหอยมีความแตกต่างกันมาก เมื่อใช้กล้อง ขยายกำลังสูงส่องดูโครงสร้างระดับโมเลกุลของ เปลือกหอยเป๋าฮื้อพบว่าการจัดเรียงตัวของ โมเลกุลแคลเซียม คาร์บอเนต มีลักษณะคล้ายเป็นกำแพงอิฐก่อที่เรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบโดยที่ก้อนอิฐขนาด นาโนแต่ละก้อน นี้จะเชื่อมติดกันด้วยกาวที่เป็น โปรตีนและพอลิแซคคาไรด์ จากโครงสร้างที่จัดเรียงกันอย่างเป็น ระเบียบนี้จึงทำให้ เปลือกหอยเป๋าฮื้อทนทานต่อแรงกระแทกมากยกตัวอย่างเช่น ให้ค้อนทุบไม่แตก เป็นต้น

ผีเสื้อบางชนิด (Polyommatus sp.)   สามารถดึงดูดเพศตรงข้ามหรือหลบหนีศัตรูได้โดยการเปลี่ยนสีปีก เช่น จากสีน้ำเงินไปเป็นสีน้ำตาล ซึ่งการเปลี่ยนแปลงสีปีกนี้ไม่ได้อาศัยสารมีสีชนิดต่างๆ ที่อยู่ในปีกผีเสื้อแต่กลับอาศัย หลักการหักเหและการสะท้อนของแสงแดดที่มาตกกระทบลงบนปีกโดยถ้ามุมที่แสงตกกระทบมีความแตกต่าง กันเพียงเล็กน้อย สีที่ปรากฎบนปีกผีเสื้อก็จะแตกต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าแสงแดดมาตกกระทบกับ โครงสร้างที่ อยู่ในปีกผีเสื้อในมุมใดมุมหนึ่งจะสะท้อนแสงสีน้ำเงินออกมา แต่ในขณะเดียวกันก็ดูดซับแสงสีอื่นๆ ไว้ทั้งหมด ทำให้เราเห็นผีเสื้อมีปีกสีน้ำเงิน เมื่อนักวิทยาศาสตร์ใช้กล้องขยายกำลังสูงส่องดูปีกผีเสื้อชนิดที่สามารถเปลี่ยนสี ก็พบรูพรุนที่มีขนาดในช่วงนาโนจำนวนมหาศาลเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบซึ่งทำหน้าที่เป็นเสมือนผลึก โฟโต้นิกส์ในธรรมชาติ นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังได้ตั้งสมมุติฐานว่าการเปลี่ยนสีของปีกผีเสื้อชนิด นี้ยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิได้อีกด้วย

ใยแมงมุม (เส้นใยนาโน)   แมงมุมเป็นสัตว์เพียงชนิดเดียวที่สามารถสร้างและปั่นทอเส้นใยได้ โดยที่ใย แมงมุมเป็นเส้นใยที่มีความแข็งแรงและเหนียวมาก ใยแมงมุมสามารถหยุดแมลงที่บินด้วยความเร็วสูงสุดได้โดย ที่ใยแมงมุมไม่ขาด นักวิทยาศาสตร์พบว่าแมงมุมมีต่อมพิเศษที่สามารถ หลั่งโปรตีนที่ละลายในน้ำได้ชนิดหนึ่ง ชื่อว่า ไฟโบรอิน (Fibroin) โดยเมื่อแมงมุมหลั่งโปรตีนชนิดนี้ออกมาจากต่อมดังกล่าวโปรตีน ดังกล่าวจะ เปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นของแข็ง หลังจากนั้นแมงมุมก็จะใช้ขาในการถักทอโปรตีนเหล่านี้เป็นเส้นใย ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งก็คือใยแมงมุมนั่นเอง นักวิทยาศาสตร์ได้เลียนแบบใยแมงมุม นำไปผลิตเป็นเสื้อเกราะกัน กระสุนที่แข็งแรงแต่มีน้ำหนักเบา โดยเส้นใยที่สร้างขึ้นนี้มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กถึงห้าเท่าเมื่อมีน้ำหนักเท่ากัน นอกจากนี้ยังสามารถนำใยแมงมุมไปใช้เป็นเส้นใยผ้ารักษาแผลสดได้อีกด้วย

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์นาโนเทคโนโลยี

ด้านฟิล์มกรองแสง
เทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตฟิล์มกรองแสงแบบนาโนมีขนาดไม่เกิน 100 นาโนเมตร มีคุณสมบัติเด่นๆดังนี้
• ไม่สะท้อนเงา
• ลดคลื่นความร้อนได้สูงกว่าแบบเก่า 1-5 เท่า
• ไม่ทึบ มองเห็นได้ชัดในเวลากลางคืน
• กัน UV 100%
• มีความทนทานมากกว่าฟิล์มทั่วไป

ด้านอุตสหกรรมรถยนต์
โดยการนำวัสดุนาโนมาทำเป็นส่วนประกอบข อบชิ้นส่วนต่างๆของรถยนต์ เครื่องยนต์ รวมถึงผลิตภัณฑ์เกี่ยวกับการดูแลรักษารถยนต์

ด้านการเกษตร
• การปรับเปลี่ยนอุณหภูมิขึ้นๆลงๆทำให้ดอกไม้นาโนมีหน้าตาอย่างที่เห็น
• ดอกไม้และต้นไม้ขนาดจิ๋วที่มีขนาดเล็กกว่าเส้นผมมนุษย์ถึง 1,000 เท่า
• พบว่าดอกไม้และต้นไม้จิ๋วปฏิเสธน้ำที่นำมาฉาบไว้ ซึ่งเจ้าสิ่งนี้จะเป็นพื้นฐานในการพัฒนาเซลล์สุริยะ
(โซลาร์เซลล์)

ด้านกีฬา
• แร็กเก็ตเทนนิส VS Nanotube Power ที่ผลิตจากกราไฟต์ ผสมกับท่อนาโนของคาร์บอน (carbon nanotubes) ทำให้แร็กเก็ตมีความทนทานสูงมากในขณะที่มีน้ำหนักเบาลง สามารถลดอาการกล้ามเนื้อเกร็งของนักกีฬาเทนนิสได้เป็นอย่างดี
• ลูกเทนนิส Air D-Fense ที่มีการเคลือบแกนในของลูกเทนนิสด้วยพอลิเมอร์นาโนคอมพอสิทที่มีความบางเพียง 1 นาโนเมตร สามารถป้องกันการรั่วซึมของอากาศภายในลูกเทนนิสได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ไม่มีผลต่อน้ำหนักลูก และสามารถเก็บได้นานกว่าลูกเทนนิสธรรมดาหลายเท่าตัว

ด้านการแพทย์
การพัฒนาไบโอเซ็นเซอร์ หรือหัวตรวจวัดสารชีวภาพและสารวินิจฉัยโรค โดยใช้วัสดุชีวโมเลกุล การปรับโครงสร้างโมเลกุลของยาที่สามารถหวังผลการมุ่งทำลายชีวโมเลกุลที่เป็นเป้าหมายเฉพาะเจาะจง เช่น เซลล์มะเร็ง ในการส่งผ่านสารบำรุงเข้าชั้นใต้ผิวหนังได้ดียิ่งขึ้น และสร้างอวัยวะเทียม เป็นต้น

ด้านเครื่องนุ่งห่ม
เป็นเสื้อผ้าที่มีการตัดเย็บจากผ้า Nano-care สามารถป้องกันไม่ให้เกิดรอยยับ ป้องกันการเกิดรอยเปื้อนชนิดต่างๆ และจากของเหลวไม่ว่าจะเป็นโซดา กาแฟ ไวน์ หรือมายองเนส

ด้านเครื่องสำอาง
• ผลิตภัณฑ์ สกีแวกซ์ (Ski Wax) ใช้นาโนเทคโนโลยีด้านเคมีเพื่อสังเคราะห์แวกซ์ที่ใช้เคลือบพื้นผิวของอุปกรณ์สกีให้มีความลื่นไหล และแข็งแรง ทำให้นักกีฬาสกีสามารถเร่งความเร็วได้สูงสุดบนพื้นหิมะหลังออกตัวได้ไม่กี่ร้อยฟุต
• ครีมกันแดด Nucelle SunSense SPF 30 ของที่มีส่วนประกอบเป็นผลึกขนาดนาโนของสารประกอบออกไซด์ของสังกะสี (ZnO2) ที่เรียกว่า Z-COTE ซึ่งสามารถป้องกันได้ทั้งรังสี UVA และ UVB ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และไม่เกิดอาการแพ้
• ครีมบำรุงผิว Plenitude Revitalift บรรจุไวตามินชนิดต่างๆ ไว้ภายในแคปซูลเล็กจิ๋วขนาด 200 นาโนเมตรที่สังเคราะห์ขึ้นมาจากพอลิเมอร์ชีวภาพที่ปลอดภัยและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ทำให้เนื้อครีมสามารถแทรกซึมเข้าไปในชั้นผิวหนังได้ลึกขึ้นกว่าครีมชนิดอื่น

ด้านการอาหาร
นาโนคอมโพสิตที่มีความสามารถในการสกัดกั้นการผ่านของก๊าซบางชนิด และไอน้ำเพื่อใช้ทำบรรจุภัณฑ์ พื่อยืดอายุความสด ของผักและผลไม้ และเพิ่มมูลค่าการส่งออก การผลิตผงนาโนฯ มาใช้ในการฆ่าเชื้อ แบคทีเรียและไวรัส หรือทำให้ไม่เปียกน้ำ เป็นต้น และผลิตภัณฑ์อาหารและเครื่องดื่มที่อยู่ในรูปของนาโนแคปซูล โดยจะช่วยให้เราสามารถควบคุมการปลดปล่อย ที่ต้องการออกมาในเวลาที่กำหนดเช่น เวลาเคี้ยวอาหาร