_นาโนเทคโนโลยี

นาโนเทคโนโลยี เทคโนโลยใี นศตวรรษท่ี 21 สมนึก บุญพาไสว 1. บทนา ในช่วงระยะเวลาก่อนหน้าน้ี 30 ปี (ประมาณปี พ.ศ. 2513) ขณะนั้นยังไม่มี โทรศัพท์เคลื่อนท่ี เตาไมโครเวฟ ไมโครคอมพิวเตอร์ กล้องดิจิตอล ช่วงนั้นยังเป็นยุคของการ ทาํ งานกับอุปกรณ์อะนาลอก ในระยะ 30 ปีต่อมามนุษย์เราได้มีการพัฒนาเทคโนโลยี ไมโครคอมพวิ เตอร์ดว้ ย CPU ท่ีมีขนาดเลก็ ลงเรอื่ ย ๆ แตม่ ีประสิทธภิ าพและความรวดเรว็ ในการ ทาํ งานสูงข้ึน นอกจากน้ันยังมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพ และพันธุวิศวกรรมอย่าง มากมาย นักวิทยาศาสตร์เรม่ิ พูดถงึ สิ่งทมี่ ีขนาดเลก็ มากขนึ้ ในปี พ.ศ. 2523 (ค.ศ. 1980) เร่ืองท่ี สําคัญได้เกิดข้ึนเมื่อเคร่ืองหมาย IBM สะกดโดยใช้อะตอมเพียง 35 ตัว เท่าน้ัน ส่ิงน้ีทําด้วย กล้องจุลทรรศนแ์ บบใหมซ่ ง่ึ ไมเ่ พยี งแตแ่ สดงภาพของอะตอมแต่ละตัวได้เทา่ น้นั ยงั สามารถเลื่อน อะตอมไปรอบ ๆ ได้ดว้ ย นเ่ี ปน็ ครงั้ แรกทีพ่ ิสจู น์ได้ว่ามนษุ ยส์ ามารถควบคุมและจดั การอะตอมให้ อย่ใู นตาํ แหนง่ ทเ่ี ที่ยงตรงได้ และนับเป็นการเริ่มต้นของเทคโนโลยีขนาดเล็กทีเ่ รยี กวา่ นาโน เทคโนโลยี เคร่ืองหมาย IBM ท่ีสะกดโดยใช้อะตอม 35 ตัว 2. นาโนเทคโนโลยีคอื อะไร คําว่า “นาโน” หมายถงึ เศษหนง่ึ สว่ นหนงึ่ พันล้าน นาโน เมตรหมายถึงหน่วยการวัดความยาวซง่ึ เท่ากับ เมตร หรอื 10-9 เมตร อะตอม 10 ตัวนาํ มาเรียงติดกันเป็นแถวเดี่ยวในแนวตรงจะมีความยาวเท่ากับ 1 นาโนเมตร มี ผใู้ ห้นยิ ามของนาโนเทคโนโลยีมากมายแตกตา่ งกนั ไป เชน่

 นาโนเทคโนโลยหี มายถงึ การจัดการกบั อะตอมหรอื โมเลกลุ แต่ละตัว  นาโนเทคโนโลยหี มายถงึ การศึกษาวสั ดวุ ิศวกรรม อุปกรณ์และระบบในระดบั นา โนเมตร (ประมาณ 200 นาโนเมตร ซึ่งเป็นขีดจํากัดของกลอ้ งจลุ ทรรศนท์ างแสง)  นาโนเทคโนโลยหี มายถึงการออกแบบระบบขนาดต่าง ๆ ด้วยส่วนประกอบระดบั นาโนเมตร  นาโนเทคโนโลยหี มายถงึ การใชแ้ ละการพัฒนาวัสดุชนิดใหม่บนพน้ื ฐานของ ผลลัพธด์ ้านคุณภาพ จากโครงสรา้ งอะตอมโดยธรรมชาติ นาโนเทคโนโลยีเป็นวิชาท่ีรวมเอาสาขาวิชาทางด้านวิทยาศาสตร์ และวิทยาศาสตร์ ประยุกต์เข้าไว้ด้วยกัน ถ้ากล่าวโดยกว้าง ๆ นาโนเทคโนโลยีคือ หลักของการจัดการวัสดุใน ระดับอะตอมหรือโมเลกลุ เพ่ือสร้างอุปกรณใ์ นระดบั ทไ่ี ม่สามารถมองเห็นไดด้ ้วยตาเปล่า เช่น หนุ่ ยนต์ คอมพวิ เตอร์ขนาดจิ๋ว นาโนเทคโนโลยเี ปน็ เทคโนโลยขี องการสรา้ งสงิ่ ของโดยการนาํ อะตอมมาวางต่อกนั ทลี่ ะตัวเพ่ือใหส้ งิ่ ทสี่ รา้ งขน้ึ มามลี ักษณะพเิ ศษจากวัสดธุ รรมดาทวั่ ไป นางพยาบาลนาโนตน้ แบบ หนุ่ ยนต์ขนาดจิว๋ คอมพิวเตอร์ขนาดจิ๋ว Bionanochip

3. หลักการพ้นื ฐานของนาโนเทคโนโลยี ในพ.ศ. 2502 (ค.ศ. 1959) ริชาร์ด ฟายน์แมน นักฟิสิกส์ได้กล่าวปาฐกถาเรื่อง “There’s Plenty of Room at the Bottom” ซ่ึงเก่ียวกับปัญหาการจัดการและควบคุมส่ิงที่มี ขนาดเล็ก เขาไม่ได้พูดเกี่ยวกับการจัดการแต่ได้อธิบายถึงรายละเอียดที่อาจจะทําได้ สิ่งแรกที่ ฟายนแ์ มนแนะนําคอื เราอาจจดั การกบั อะตอมเพ่อื สร้างวงจรเลก็ ๆ ที่สมบูรณ์โดยใชอ้ ะตอม 7 ตวั หรอื เพ่อื สาํ เนาตัวเอง (Replicate) คาํ พดู ของฟายน์แมนเปน็ การเร่มิ ตน้ จดุ ประกายความคิดใน การสร้างอปุ กรณใ์ นระดับโมเลกุลทสี่ ามารถ คํานวณ สําเนาตวั เอง และประดษิ ฐไ์ ด้ จากการศกึ ษาท่ีผา่ นมา เราทราบว่าสสารทงั้ หลายต่างก็ประกอบขึน้ จากอะตอมของธาตุ ต่าง ๆ ดว้ ยการจดั เรียงตวั ของอะตอมในรปู แบบที่ต่างกนั ทําให้สามารถแยกแยะสงิ่ ตา่ ง ๆ ออก จากกันได้ การจัดเรียงอะตอมแบบหนึ่งอาจได้น้ํา อากาศ หรือดิน ขณะที่การจัดเรียงอะตอม อีกแบบหน่ึงอาจได้กล้วย ข้าวหรือ มะละกอ การจัดเรียงตัวแบบหนึ่งอาจทําให้เป็นต้นไม้ และ อากาศทีส่ ดช่นื ในขณะทีก่ ารจัดเรียงตัวอกี แบบหน่งึ จะทาํ ให้เกดิ ขี้เถา้ และเขม่าควนั ความสามารถ ในการจดั เรียงอะตอมของมนษุ ยเ์ ราเป็นสง่ิ ทีว่ างรากฐานของเทคโนโลยี จากอารยะธรรมของ มนุษยพ์ บว่าเทคโนโลยที ี่มนษุ ยไ์ ด้พฒั นามาอาจแบ่งออกได้เปน็ 2 แบบคือ 1. เทคโนโลยแี บบหยาบ (Bulk technology) เป็นเทคโนโลยีทใ่ี ช้กนั มาตั้งแตส่ มยั โบราณ เปน็ การจัดการกบั อะตอมและโมเลกุลในลกั ษณะท่เี ป็นกอ้ นดว้ ยวธิ ที างกล เชน่ การตัดกลึง ดัด ตี ขน้ึ รูป และอืน่ ๆ ตัวอยา่ งเชน่ การทํามีดเราข้นึ รูปด้วยการเผาเหลก็ ให้รอ้ นแล้วตีขนึ้ รปู จากน้ัน นาํ ไปเจียระไนหรอื ลบั ใหค้ ม ในปัจจบุ ันได้มีการพฒั นาการจัดการอะตอมและโมเลกุลในระดบั ขนาดเล็กลง เชน่ การอปุ กรณ์ไมโครเล็กทรอนิกสท์ ีม่ ีขนาดเล็ก แต่อุปกรณเ์ หลา่ นยี้ งั คง ประกอบดว้ ยอะตอมเป็นลา้ น ๆ ตัว และยงั คงมองเหน็ ไดด้ ้วยตาเปลา่ ถึงแม้อุปกรณเ์ หลา่ นจ้ี ะทาํ ใหค้ อมพิวเตอรม์ ขี นาดเลก็ ลงและมีประสิทธภิ าพสงู ขน้ึ แตก่ ารใชเ้ ทคโนโลยีแบบหยาบมาสร้างสง่ิ ทม่ี ขี นาดเล็กย่อมขาดความเทีย่ งตรง และมีความบกพร่องสูง 2. นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) หรือเทคโนโลยีระดับโมเลกุล (Molecular technology) เป็นเทคโนโลยใี หม่ทสี่ ามารถจัดการกับอะตอมหรอื โมเลกุลแตล่ ะตวั ได้อยา่ งเทยี่ งตรง เป็นเทคโนโลยีที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า การจัดการกับส่ิงต่าง ๆ หรือผลิตสิ่งต่าง ๆ สามารถทาํ ได้โดยการนาํ อะตอมหรอื โมเลกุล มาวางในตําแหน่งท่ตี ้องการได้อย่างแม่นยาํ ส่งิ ทผ่ี ลติ ข้ึนมาจะมขี นาดเล็กหรอื ใหญก่ ็ได้ นาโนเทคโนโลยีมีรากฐานอยู่บนการผลิตในระดับโมเลกุลที่ต้องการ เป็นการรวมเอา หลักการทางเคมีและทางกลศาสตร์มาประยุกต์ใช้งานที่แปลกใหม่ ในทางเคมีโดยท่ัวไปโมเลกุล เคลือ่ นทีโ่ ดยการแพร่ และชนกันของโมเลกุลในทุกตาแหน่งและในทุกทิศทางที่เป็นไปได้ ผลของ ปฏิกิริยาเคมีเป็นส่ิงที่ยากจะควบคุม ในทางตรงกันข้ามการสร้างโมเลกุลสามารถใช้ประโยชน์ ของการสงเคราะห์ทางกล คือใช้อุปกรณ์ทางกลเพื่อนาการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่ทาปฏิกิริยา โดยประยุกต์ใช้หลักการทางกลศาสตร์ของการยึดและกาหนดตาแหน่งเข้ากับการทาปฏิกิริยา

เคมี การสังเคราะห์ทางกลสามารถสร้างความพิเศษที่ทาให้โมเลกุลเปลี่ยนแปลงไปเกิดใน ตาแหน่งที่เท่ียงตรง และในลาดับที่เท่ียงตรง ตาแหน่งท่ีเชื่อถือได้เป็นสิ่งท่ีต้องการสาหรับการ สังเคราะห์ทางกลเพ่ือสร้างวัตถุด้วยการจัดเรียงอะตอมจานวนล้านถึงพันล้านอะตอมอย่าง เท่ียงตรง 4. การประยุกต์ใชน้ าโนเทคโนโลยี ในการผลติ หรือสรา้ งวัตถทุ ่ีมขี นาดเลก็ ระดบั นาโนเมตรมวี ธิ ีการพน้ื ฐานอยู่ 2 วธิ ีคือ 1. เทคโนโลยีแบบบนลงลา่ ง (Top down technology) 2. เทคโนโลยแี บบล่างขน้ึ บน (Bottom up technology) เทคโนโลยแี บบบนลงล่าง หมายถงึ การทําโครงสร้างขนาดนาโนเมตรโดยใชเ้ ทคโนโลยแี บบ หยาบ ตัวอยา่ งของเทคโนโลยแี บบบนลงล่างเชน่ - โฟโตลิโทกราฟี (Photo lithography) เปน็ เทคโนโลยีท่ีใชผ้ ลิตชิปคอมพวิ เตอร์ และ ระบบไมโครอิเล็กทรอนกิ สอ์ นื่ ๆ สามารถทาํ โครงสร้างทมี่ ีขนาดเล็กกวา่ 100 นาโนเมตร แตท่ ําได้ ยากมาก ราคาแพงและไมส่ ะดวก โฟโตลิโทกราฟเี ป็นเทคโนโลยีที่มีพ้ืนฐานมาจากการถา่ ยรูป ขั้นตอนของโฟโตลิโทกรา ฟีมี 2 ขั้นตอน คือ 1. สร้างรูปแบบของสว่ นของวงจรไมโครชิปบนแกว้ ทีเ่ คลือบด้วยชั้นของโครเมียมโดยใช้ แสงเลเซอร์ ซึ่งมลี ักษณะเหมือนฟิล์มเนกะตฟี เรยี กวา่ มาสค์ (Mask) ขัน้ ตอนท่ี 1 ใชแ้ สงเลเซอร์เขยี นรปู แบบวงจรสาหรับไมโครชิป 2. ใช้รูปแบบสว่ นของวงจรไมโครชปิ ท่สี รา้ งในขน้ั ตอนท่ี 1 ผลิตรูปแบบวงจรบนแผน่ ซลิ ิกอนโดยใชแ้ สงอลุ ตราไวโอเลต

ขั้นตอนท่ี 2 ผลติ วงจรไมโครชิปบนแผน่ ซิลกิ อน เทคโนโลยีโฟโตลโิ ทกราฟยี งั มีขอ้ จํากัดอันเน่ืองมาจากแสงอุลตราไวโอเลต การปรบั ปรงุ เทคโนโลยโี ฟโตลโิ ทกราฟยี งั คงมกี ารทาํ วจิ ัยอย่างตอ่ เน่ือง เพอ่ื ใหส้ ามารถสรา้ งโครงสร้างทมี่ ี ขนาดเลก็ ลง ทํางานไดเ้ รว็ ขน้ึ และราคาถูก การนําลาํ อเิ ลก็ ตรอน และรงั สเี อกซม์ าใชใ้ น กระบวนการโฟโตลโิ ทกราฟกี ็เปน็ อกี หนทางเลือกหนงึ่ ทกี่ ําลงั ศึกษาและวิจยั กนั อยู่ - ท่อนาโนคารบ์ อน (Carbon nanotube) ทอ่ นาโนคาร์บอนเปน็ วสั ดทุ สี่ ามารถนํา กระแสไฟฟ้าได้เหมือนกับเปน็ แท่งโลหะ หรือสามารถทาํ หนา้ ที่เป็นสารก่งึ ตัวนํา หรืออปุ กรณ์ อิเลก็ ทรอนกิ สป์ ระเภทไดโอด ซง่ึ ขน้ึ อยกู่ ับขนาดเส้นผ่านศูนยก์ ลางของทอ่ นาโนคาร์บอนท่อนาโน คารบ์ อนสามรถทําไดจ้ ากการใหค้ วามรอ้ นกับคารบ์ อนบริสุทธจ์ิ นกระทงั่ ระเหยเปน็ ไอ แลว้ ปล่อย

ใหค้ วบแน่นในสญุ ญากาศหรอื กา๊ ซเฉอ่ื ย จะไดแ้ ผน่ คาร์บอนบรสิ ุทธ์ทิ ีป่ ระกอบด้วยอะตอมของ คาร์บอนเพยี งชนั้ เดยี ว จากแผ่นคาร์บอนบรสิ ทุ ธิเ์ มื่อนาํ มามว้ นเปน็ ท่อทมี่ ขี นาดเล็กกวา่ เสน้ ผม ของมนุษย์ 50,000 เทา่ จะไดท้ อ่ นาโนคาร์บอน เมื่อสามารถสร้างท่อนาโนคาร์บอนได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ก็สามารถสร้างได้ จากทอ่ นาโนคารบ์ อน รวมถึงคอมพิวเตอร์ท่อนาโน ท่อนาโนคารบ์ อน Nano rheostat - วสั ดุนาโน (Nano material) วัสดนุ าโนเป็นคาํ ทัว่ ๆ ไปหมายถงึ วสั ดทุ ป่ี ระกอบด้วย อนภุ าคทม่ี ีขนาดโดยเฉล่ยี น้อยกวา่ 100 นาโนเมตร และมขี นาดเล็กกว่าขนาดของอนภุ าคทั่ว ๆ ไป 10,000 เท่า สมบัติของวัสดุนาโนขึ้นอยู่กับการกระทําระหว่างกันของอะตอมท่ีต่อกันบนผิวของ อนุภาคหรือขอบของอนุภาคท่ีรวมกันเป็นวัสดุนาโน ซึ่งทาํ ให้วัสดุนาโนแสดงสมบัติทางกล เคมี ไฟฟ้า แสง และแม่เหล็ก ผิดปกติไปจากเดิม

วัสดุนาโนมีศักยภาพในการนําไปทําเป็นช้ินส่วนที่มีความแข็งแรง มีอายุการใช้งานที่ นานกว่า เช่น ชิ้นส่วนเคร่ืองบิน รถยนต์ นอกจากนน้ั ยังสามารถนาํ ไปประยุกต์ใช้งานประเภท มีดตัด ดอกสว่าน วัสดุเช่ือมต่อเซรามิกส์ ตลับลูกปืนสมรรถนะสูง วงจรรวม แม่เหลก็ อํานาจสูง สําหรับเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ เทคโนโลยีแบบล่างข้ึนบน หมายถงึ การทาํ โครงสรา้ งหรอื ผลติ สงิ่ ของโดยการนาํ อะตอม/ โมเลกุล มาจัดเรียงหรอื ประกอบกันทีละอะตอม/โมเลกลุ เทคโนโลยแี บบลา่ งขน้ึ บนก็คอื เทคโนโลยี ระดบั โมเลกลุ หรอื นาโนเทคโนโลยนี น่ั เอง ตัวอย่างของเทคโนโลยีแบบลา่ งข้ึนบน - เคร่อื งมือระดับนาโน (Nano tools) เป็นเคร่ืองมือทใี่ ชไ้ ด้ในระดับนาโนเมตรเครอื่ งมือนี้ คอื AFM (Atomic Force Microscopy) และ STM (Scanning Tunneling Microscopy) AFM เปน็ อุปกรณท์ ใ่ี ชส้ ังเกตและจดั การเคล่อื นย้ายวัสดุขนาดนาโนเมตรได้ ทั้งวัสดุทเี่ ป็น ตวั นาํ และฉนวน สามารถใชง้ านได้ทงั้ ในสงิ่ แวดล้อมท่เี ปน็ สุญญากาศ อากาศ กา๊ ซและของเหลว สว่ นประกอบท่ีสาํ คญั ของ AFM คือ คานยืน่ ทท่ี ําจากวัสดทุ ส่ี ามารถเปลี่ยนแปลงประจไุ ด้เมอ่ื ถกู แรงกระทาํ ทป่ี ลายคานจะมเี ขม็ ท่ปี ระกอบดว้ ยอะตอม 1 ตัว เม่ือเลือ่ นคานให้ปลายเข็มอยหู่ า่ งจาก ผิววสั ดุระหวา่ ง 0 - 100 นาโนเมตร แรงกระทาํ ระหวา่ งอะตอมจะดงึ คานและสามารถวัดระยะหรือ ใช้เคล่ือนยา้ ยอะตอมทีละตัว แผนภาพวงจรการทาํ งานของ AFM

คานย่ืนและเข็มทปี่ ลายคาน การเบย่ี งเบนของปลายคานทาให้แสงเลเซอรท์ ีส่ ะท้อนไปยงั ตวั รบั แสง มกี ารเบี่ยงเบน จึงสามารถวัดขนาดหรือระยะได้ STM มสี ่วนประกอบคลา้ ยกับ AFM เข็มของ STM เป็นตวั นาํ ไฟฟ้า มีการป้อนแรงดัน ระหว่างปลายเข็มและวัสดตุ ัวอย่าง ทป่ี ลายเขม็ มีประจุเพียงเลก็ น้อย เมื่อเล่ือนปลายเข็มเขา้ หาผวิ ของวัสดุตวั อย่างในระยะประมาณ 1 นาโนเมตร อเิ ลก็ ตรอนจะกระโดดขา้ มช่องวา่ งระหวา่ งปลาย เข็มกับวสั ดุตัวอยา่ งทําใหส้ ามารถวดั กระแสและสรา้ งภาพของพ้นื ผวิ ได้ STM ใช้ไดก้ บั วัสดทุ ่ีเป็น ตวั นาํ ไฟฟ้า วงจรการทํางานของ STM

- หุน่ ยนตน์ าโน (Nano robot) คือหนุ่ ยนตห์ รอื เคร่ืองจักรกลในระดับนาโนเมตร ซึ่งอาจ สามารถจัดการกับอะตอมหรอื โมเลกุลแตล่ ะตวั รวมขอ้ มลู และทําวัสดใุ หมห่ รือสาํ เนาตัวเอง โปรตีนเป็นเคร่ืองจักรกลนาโนหรือหุ่นยนต์นาโนที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรนาโนได้ให้ ความสนใจเปน็ พเิ ศษ เพราะโปรตนี เปน็ โมเลกลุ ท่มี ีชวี ิตอยู่ในสงิ่ มชี วี ติ ทกุ ชนิด ตงั้ แตช่ ่วยกนั สงั เคราะหโ์ ปรตนี ดว้ ยกนั เอง ควบคุมปฏกิ ิริยาตา่ ง ๆ ท่ีเกดิ ขึน้ เชน่ การเผาผลาญอาหาร การ กาํ จดั ส่ิงแปลกปลอม เปน็ ตน้ ความนา่ สนใจอกี อยา่ งหน่งึ ของโปรตนี คือความสามารถในการ ประกอบตัวเองได้ (Self assembly) ไดม้ ผี ทู้ ดลองแยกไรโบโซม (ribosome) ซ่ึงเปน็ อวยั วะหนึ่งใน เซลลท์ ําหน้าทผี่ ลติ โปรตีนออกเป็นโมเลกลุ ย่อย ๆ ซึ่งประกอบด้วยโปรตนี ถงึ 50 ชนดิ แล้วนาํ มา ผสมรวมกนั ใหมใ่ นหลอดทดลอง ผลทไ่ี ดค้ ือ โมเลกุลยอ่ ย ๆ เหล่านัน้ รวมกันเองจนกลายเป็นไรโบ โซมเหมอื นเดมิ ความสามารถในการประกอบตวั เองนเ้ี ปน็ สงิ่ สําคัญทน่ี าโนเทคโนโลยที ส่ี ร้างโดย มนษุ ย์จะตอ้ งมี เพราะเปน็ พ้นื ฐานสาํ คญั ท่ที าํ ใหห้ ุน่ ยนต/์ เครอื่ งจักรกลนาโนมีราคาถูกในการผลติ นอกจากความสามารถในการประกอบตัวเองไดแ้ ลว้ ความสามารถในการสําเนาตัวเอง (Self replication) หรือขยายพนั ธเุ์ ป็นส่งิ ทห่ี นุ่ ยนต์นาโนสามารถทําได้ ไดม้ ผี ูล้ องแยก RNA ออก จากเซลลใ์ สใ่ นหลอดทดลอง แล้วใสว่ ตั ถดุ บิ ทจี่ ําเป็นตอ่ การสร้าง RNA ลงไป จากนั้นนําเอนไซมท์ ี่ ชว่ ยในการสร้าง RNA ลงไปด้วย ผลกค็ อื RNA ทจี่ ับคู่กนั อยู่เริ่มแยกออกจากกันและเอนไซมท์ ใี่ ส่ ลงไปจะค่อย ๆ นําเอาวัตถุดบิ มาสร้างคขู่ อง RNA ท่ีอยู่โดดเด่ยี วข้ึนมาใหม่เม่อื ได้ RNA ทีเ่ ปน็ คู่ กันแล้วมันจะแยกออกจากกนั อีก แล้วเอ็นไซม์ก็จะนําวัตถุดิบมาสรา้ งคู่ของมันอกี ทําซ้าํ อยู่อยา่ งนี้ จนกระทงั่ วัตถุดบิ ท่ีใช้ในการสร้าง RNA หมด จะเหน็ วา่ การสําเนาตวั เองหรอื การขยายพันธุ์ สามารถเกดิ ขนึ้ ไดน้ อกเซลลข์ องสิ่งมชี วี ิต และเป็นกลไกท่ีมนษุ ย์สามารถออกแบบใหเ้ กิดขึน้ กับ นาโนเทคโนโลยไี ด้ ในแง่ของนาโนเทคโนโลยโี ปรตีนเปน็ หนุ่ ยนตน์ าโนทไ่ี ดร้ บั คาํ สง่ั ให้ทาํ งานตามที่มอบหมาย โดยมรี ะบบพันธุกรรม หรือ DNA เป็นตัวควบคมุ การทํางาน นักนาโนเทคโนโลยจี งึ มคี วามสนใจท่ี จะสรา้ งระบบควบคมุ ท่คี ลา้ ย ๆ กบั DNA เพ่ือควบคุมห่นุ ยนต์นาโนทม่ี นษุ ยส์ ร้างข้ึน ซ่ึงรจู้ ักกันใน นาม นาโนคอมพวิ เตอร์ (nano computer) โดยนาโนคอมพิวเตอรจ์ ะเป็นส่วนสมองของหุ่นยนต์นา โนทม่ี นษุ ย์สร้างขึ้น ควบคุมการทาํ งานของหุ่นยนตน์ าโน หุน่ ยนตน์ าโนกาํ ลังซอ่ มแซมปลายประสาท DNA ทาํ หนา้ ทีเ่ ป็น Software ของส่งิ มชี วี ติ

- ควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computer) เปน็ เครอ่ื งคอมพิวเตอรท์ ใ่ี ชป้ ฏกิ ริ ิยา ทางกลศาสตรค์ วอนตัมในการเขา้ ประมวลรหสั ข้อมูลในอะตอม ถึงแม้ในปจั จบุ นั นจ้ี ะยงั ไมม่ ี ควอนตมั คอมพิวเตอร์ แต่แบบจาํ ลองของควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่เสนอไว้สามารถประมวลผล ข้อมูลเร็วกว่าซปุ เปอรค์ อมพิวเตอร์ทม่ี อี ย่ใู นปจั จุบนั เปน็ พนั ล้านเท่า 5. ผลกระทบของนาโนเทคโนโลยี ศกั ยภาพของนาโนเทคโนโลยีมคี รอบคลุมในทกุ สาขาวิชาทางวทิ ยาศาสตรแ์ ละ วทิ ยาศาสตร์ประยุกต์ ซง่ึ จะส่งผลโดยตรงตอ่ การดําเนนิ ชีวติ ของมนษุ ยใ์ นอนาคต เราอาจพิจารณา ผลกระทบของนาโนเทคโนโลยใี นดา้ นต่าง ๆ ดังน้ี 1. เทคโนโลยีสารสนเทศ สมาคมอุตสาหกรรมสารกึ่งตัวนํา (Semiconductor Industry Association, SIA) ได้พัฒนาแผนการส่งเสริมอย่างต่อเนื่องในการผลิตช้ินส่วนขนาดเล็กเพื่อเพ่ิม อัตราเร็วและลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์ประมวลผลข้อมูลตัวรับรู้สําหรับการวัดสัญญาณ อุปกรณ์ตรรกะสาํ หรับการประมวลผล หนว่ ยความจาํ และจอภาพประมาณปี 2010 โครงสร้างของ อุปกรณจ์ ะมขี นาด 0.1 µm (100 nm) ซ่ึงจะสง่ ผลตอ่ เทคโนโลยสี ารสนเทศในดา้ นต่าง ๆ เช่น

- การปรับปรุงการจัดขนาดในไมโครโปรเซสเซอร์-ทรานซิสเตอร์โครงสร้างนาโนจะมี แนวโน้มที่ราคาต่อตัวตํ่าลง ใช้พลังงานน้อยลงทาํ ให้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของ คอมพิวเตอร์ได้ดีกว่าเดิมถึง 1,000,000เทา่ - การเปลย่ี นแปลงรปู แบบการส่ือสารดว้ ยความถสี่ ูง (อัตราเรว็ สงู ) มชี ว่ งกวา้ งมากกวา่ 10 เท่า - ขยายอุปกรณ์เก็บข้อมลู ข่าวสารขนาดเล็กให้มีความจมุ ากกว่าปัจจุบันกว่า 100 เท่า - ระบบตัวรับรู้รวม ทําหน้าท่ีเก็บข้อมูลโดยใช้พลังงาน เนื้อที่ และมีนา้ํ หนักน้อยท่ีสุด - สามารถจัดให้มีสถานีที่มีสภาพการแท้จริง เพ่ือจัดการช่วยสอนแต่ละบุคคลหรือเพื่อ ความบันเทิง - มีความสามารถในการคํานวณเพียงพอ เพื่อควบคุมยานสู้รบท่ีไม่มีคนขับและยาน ขนส่งในเมืองใหญ่ - ความสามารถในการติดต่อส่ือสาร ซงึ่ ลดการเดินทางในการติดต่อธุรกิจ (รวมถึงการ ติดต่อไปยังที่ทาํ งาน) ในยุคที่เชื้อเพลิงสาํ หรับการเดินทางมีราคาแพง 2. การแพทย์และสาธารณสุข จากการศึกษาวจิ ัยพบว่าพฤตกิ รรมระดับโมเลกุล ที่สเกล นาโนเมตรเป็นตัวควบคุมระบบของส่ิงมีชีวิต นักวิทยาศาสตร์ในสาขาวิชาชีววิทยา เคมี ฟิสิกส์ และคอมพิวเตอร์ได้ร่วมกนั คน้ ควา้ วจิ ยั ทําให้เทคโนโลยชี วี ภาพระดับนาโน (nanobiotechnology) มคี วามก้าวหนา้ แบบก้าวกระโดด ความสําเรจ็ ทางดา้ นการแพทยแ์ ละสาธารณะสขุ มีมากกว่า 10 ปี ท่ผี า่ นมา มีการสร้างหุ่นยนต์นาโนจากโปรตีนที่สามารถติดตามอาการผิดปกติของเซลล์ และใช้ เคร่ืองมือดงั กล่าวในการรักษาโรคในระดบั เซลล์หรือโมเลกุล การใช้หุ่นยนต์นาโนในการป้องกัน เช้ือโรค ซ่อมแซมผนังเซลล์ รักษาอาการไขมันอุดตันในเส้นเลือดหรือการสร้างหุ่นยนต์นาโนที่ สามารถเคลอ่ื นทใ่ี นกระแสเลือดเพื่อเข้าทําลายเช้ือโรคหรือเซลล์มะเร็งในร่างกายโดยที่ไม่ต้องมี การผ่าตดั ทเี่ สี่ยงอนั ตราย นอกจากนั้นยังสามารถสรา้ งอวัยวะขึน้ มาทดแทนได้ง่ายข้ึน Surgeon nanobot เอาก้อนเลือดออกจากเสน้ เลือดท่ีอุดตนั

Stinger nanorobot เข้าทําการผ่าตัดเนือ้ งอก นอกเหนือจากการรกั ษาโรคแล้ว นาโนเทคโนโลยียังมกี ารพัฒนา ดเี อน็ เอชปิ (DNA chip) ซ่งึ เป็นไมโครชิปชนิดหนึง่ ท่ใี ชค้ น้ หายนี ของสง่ิ มชี วี ิต สรา้ งข้ึนมาโดยใชก้ ระบวนการทใ่ี กล้เคียงกบั การสร้างไมโครชิปคอมพิวเตอร์ บนผวิ ของ ดเี อ็นเอชิป แต่ละแผน่ จะฉาบดว้ ย ดีเอน็ เอสังเคราะหท์ ่ี เปน็ สายเดียวและมลี กั ษณะเหมือนกับ ดีเอน็ เอ สภาพปกติ ดีเอ็นเอชปิ นีใ้ ช้สาํ หรบั วเิ คราะหข์ ้อมูล ทางพันธุกรรมทาํ ให้สามารถทาํ นายการเกิดโรคของบุคคลหนงึ่ ๆ กอ่ นทอี่ าการของโรคจะปรากฏ นอกจากน้ันยังใชเ้ พอ่ื หาการตอบสนองตอ่ ยาของผปู้ ่วย เพ่อื คน้ หายนี ท่ีอาจกอ่ ให้เกิดโรคใน อนาคต ความก้าวหน้าทางนาโนเทคโนโลยีจะทาํ ให้มีผลต่อการแพทย์และสาธารณสุขในด้าน ตา่ ง ๆ ดงั นี้ - การรกั ษาโรคทําได้รวดเรว็ ข้ึน โดยประสทิ ธิภาพของ ดีเอน็ เอชิป - รูปแบบการให้ยาแบบใหมจ่ ะเพิ่มศกั ยภาพในการรกั ษา โดยการใหย้ าในรูปแบบใหม่ สามารถส่งขาเขา้ ไปในรา่ งกายไปในบรเิ วณทใ่ี นปจั จุบันยงั ไมส่ ามารถเขา้ ถงึ ได้ - มกี ารพฒั นาอวยั วะประดิษฐ์จากวัสดุท่สี ามารถอยรู่ ่วมกับเนือ้ เยื่อได้ทําใหม้ คี วามทนทาน และไมถ่ กู ปฏิเสธหรือตอ่ ตา้ นจากรา่ งกาย - ระบบการรับรู้จะมกี ารตรวจจบั เชื้อโรคทปี่ รากฏขึ้นในรา่ งกายส่งิ มชี ีวิต และเปลย่ี นจาก การรกั ษาเยยี วยามาเป็นการตรวจพบและป้องกนั ตงั้ แตเ่ ร่ิมต้น 3. วสั ดุและการผลติ นาโนเทคโนโลยีเป็นรากฐานที่แท้จริงของการเปล่ียนแปลงวิธีการ ผลิตของวัสดุและอปุ กรณใ์ นอนาคต รวมทัง้ เซรามกิ โลหะ พอลเิ มอร์ และวสั ดุผสม ความสามารถ ในการสังเคราะหบ์ ล็อกวสั ดุในระดับนาโนเมตรด้วยการควบคุมขนาดได้อย่างเท่ียงตรงแล้วนาํ มา ประกอบเปน็ โครงสรา้ งทใี่ หญก่ วา่ พรอ้ มกับสมบตั แิ ละฟังก์ชนั พเิ ศษจะปฏวิ ัติอุตสาหกรรมการผลิต วสั ดุ

ในปจั จุบันเราได้รับคําแนะนําแตเ่ พยี งข้อดีของโครงสร้างนาโนเช่น เบากว่า แข็งแรงกว่า วัสดุสามารถโปรแกรมได้ ราคาถกู ช่วงอายุการใชง้ านยาวข้ึน และอตั ราการเสียหายน้อยกว่า อปุ กรณใ์ หม่ ๆ มพี ื้นฐานอยบู่ นสถาปตั ยกรรมและหลกั การใหม่ และใชก้ ารผลติ เชงิ โมเลกุลหรือ เป็นกอ้ น การผลิตเชงิ โมเลกุลมคี วามไดเ้ ปรยี บในดา้ นการประกอบท่ีระดบั นาโนสเกลสําหรบั วัตถปุ ระสงคท์ ี่กาํ หนดไวแ้ ลว้ โครงสร้างที่ไมเ่ คยเหน็ มากอ่ นในธรรมชาติ สามารถพัฒนาข้ึนมาได้ รวมถึงความท้าทายทางด้านการสงั เคราะห์วัสดุ โดยการออกแบบพัฒนาชวี วสั ดุ (bio-material) และวสั ดทุ ี่เกิดจากการกระต้นุ โดยสง่ิ มีชีวติ พฒั นาทางดา้ นเทคนิค การผลติ ในสเกลทส่ี ามารถทํา ไดแ้ ละราคาท่เี หมาะสม และการหาสาเหตขุ องความล้มเหลวของวสั ดุระดบั นาโน ในการ ประยกุ ต์ใช้งานจะรวมถงึ - การผลิตรูปรา่ งตาข่ายของโลหะและเซรามกิ โครงสร้างนาโน - การปรับปรุงการพมิ พ์โดยอนภุ าคระดับนาโนเมตรซงึ่ มสี มบัติดที ี่สดุ ทง้ั สยี อ้ มและเม็ดสี - การชุบเคลือบระดับนาโนสําหรับการประยุกต์ใช้ในงาน เครื่องมือตัดขึ้นรูปโลหะ อเิ ล็กทรอนกิ สเ์ คมีและโครงสร้าง - การประกอบในระดับนาโนบนชปิ ท่ีมีความซบั ซอ้ นและมีฟงั ก์ชนั การทาํ งานระดบั สงู 4. มนษุ ย์อวกาศและการสารวจอวกาศ การสง่ มนษุ ย์อวกาศและยานอวกาศสู่วงโคจร ของโลกและการตดั สินใจส่งยานอวกาศห่างไกลออกไปจากดวงอาทติ ย์ (พลังงานทไ่ี ด้รับจากดวง อาทิตย์ลดลง) เพ่อื ขยายภาระหน้าที่ เป็นสงิ่ ผลักดันใหม้ กี ารลดขนาดน้ําหนกั และการใชพ้ ลังงาน ของนา้ํ หนกั บรรทุกวสั ดุโครงสร้างนาโนเปน็ วสั ดุทส่ี ามารถทําใหม้ ีน้าํ หนักเบา มคี วามแขง็ แรงสงู เป็นวัสดทุ ่ีเสถียรตอ่ ความรอ้ น สําหรับใชก้ ับเครอ่ื งยนต์จรวด สถานอี วกาศ และสถานีสํารวจอวกาศพเนจร เป็นสถานที่ที่สภาพแวดลอ้ มมีแรงโน้มถว่ ง น้อย และมคี วามดนั สญุ ญากาศ อาจช่วยพัฒนาโครงสร้างนาโนและประกอบโครงสรา้ งนาโนทไ่ี ม่ สามารถทาํ บนโลกไดซ้ ึ่งอาจนํามาประยกุ ตใ์ ชง้ านกบั - คอมพวิ เตอรป์ ระสทิ ธิภาพสงู ใชพ้ ลังงานต่าํ แผ่รงั สนี ้อย น้อยมาก - การพัฒนาเครือ่ งมอื วดั นาโมสําหรับยานอวกาศไมโคร - อุปกรณไ์ ฟฟา้ อเิ ล็กทรอนกิ สส์ าํ หรับการบนิ - การเคลือบโครงสร้างนาโนเพื่อต้านทานความร้อนและการสึกหรอ 5. พลังงานและส่ิงแวดล้อม นาโนเทคโนโลยีมีศักยภาพที่ส่งผลกระทบที่สําคัญต่อ ประสิทธิภาพ การเก็บสะสม และการผลิตพลังงาน และนาโนเทคโนโลยียังสามารถใช้เพ่ือคอย ตรวจและแก้ไขปัญหาส่ิงแวดล้อมเช่น ปรับปรุงการควบคุมการปล่อยอากาศพิษจากแหล่งต่าง ๆ ได้ และพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนสะอาดข้ึนใหม่ ซ่ึงจะลดการเกิดผลิตผลพลอยได้ที่ไม่ต้องการ ผลกระทบต่อการควบคุมอุตสาหกรรม และกระบวนการผลิตจะออกมาในรูปของการประหยัด พลังงาน และผลผลิตที่ออกมาจะไม่เป็นปัญหาต่อสิ่งแวดล้อม รวมถึงการใช้หุ่นยนต์นาโนและ ระบบอจั ฉริยะสําหรบั การจัดการกากนิวเคลียรแ์ ละสิ่งแวดล้อม

6. ความม่ันคงของชาติ ในอนาคตเมือ่ การสรา้ งโครงสรา้ งนาโนเปน็ ผลสาํ เรจ็ จะทําให้มี การเปลี่ยนแปลงในทางด้านการทหารในด้านต่าง ๆ ดังนี้ - ขอ้ มลู ข่าวสารที่ถกู ต้องรวดเร็วสําหรับของทพั จะขนึ้ อยกู่ บั นาโนเทคโนโลยี - อุปกรณอ์ เิ ล็กทรอนิกสจ์ ากโครงสรา้ งนาโนจะทําให้สามารถจดั การฝึกทหารไดเ้ สมือนจรงิ และมปี ระสิทธผิ ล - การลดกําลังทหารสามารถทาํ ได้โดยการเพิม่ การใช้โครงสร้างนาโนในการสร้างหุ่นยนต์ และระบบอตั โนมตั ิ - โครงสร้างนาโนจะชว่ ยเพิ่มสมรรถนะของยุทโธปกรณ์ทาํ ใหม้ คี วามแข็งแรงนํ้าหนกั เบา 7. การศึกษาและวทิ ยาศาสตร์ การศกึ ษาทางด้านวิทยาศาสตร์ วศิ วกรรมศาสตร์และ เทคโนโลยี สาํ หรับนาโนเทคโนโลยีตอ้ งการโครงสรา้ งที่ทําให้ง่าย และมีความก้าวหน้าของ สาขาวิชา ฟสิ ิกส์ เคมี ชวี วทิ ยา คณติ ศาสตร์ และวศิ วกรรมศาสตร์ ในความกา้ วหนา้ ของแตล่ ะ สาขาวชิ า ท้ังหมดต้องพจิ ารณาตัวเองพรอ้ ม ๆ กนั ว่าพรอ้ มทีจ่ ะบรรจุเรอ่ื งนาโนเทคโนโลยี หรือ โครงสร้างนาโนเขา้ ไปอยา่ งมีประสทิ ธผิ ล สงิ่ นจี้ ะเปิดโอกาสใหม้ ีความเกี่ยวเน่อื งกนั ในการศกึ ษา วิชาฟิสิกส์ เคมี ชวี วทิ ยา คณติ ศาสตร์ และวศิ วกรรมศาสตร์ และยังทําใหม้ ีการเปลี่ยนแปลง หอ้ งปฏบิ ัตกิ าร บคุ คลากร และสิง่ อํานวยความสะดวกในมหาวิทยาลยั และในการศึกษาของอาชีพ นกั นาโนเทคโนโลยโี ดยเฉพาะอยา่ งยิง่ ในอตุ สาหกรรม 6. สรปุ นาโนเทคโนโลยีเป็นเทคโนโลยที ม่ี ศี ักยภาพสงู ในการสร้างผลิตภณั ฑ์หลากหลายชนิด ซึ่ง ไม่สามารถทําได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน นาโนเทคโนโลยีมีความสามารถในสร้างสรรค์ส่ิงที่ เป็นไปได้ในโลกจํานวนมากมายซ่ึงจะถูกจํากัดด้วยความสามารถในการคิดและจินตนาการของ มนษุ ย์เท่านนั้ อย่างไรก็ตามสิง่ ท่เี ราต้องพึงระลึกไว้กค็ อื ในการใชน้ าโนเทคโนโลยมี ีความเป็นไปได้ ท่จี ะทาํ ให้เกิดทงั้ การสร้างสรรค์และความเสี่ยง ปัญหาท่ีสําคัญคือจะลดความเสี่ยงให้น้อยที่สุดได้ อยา่ งไร สิ่งน้ีเปน็ สงิ่ ที่ทาํ ได้คอ่ นขา้ งยาก เอกสารอา้ งองิ 1. Richard P. Feynman, Handbook of Nanoscience, Engineering, and Technology: There’s Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics, CRC Pres LLC, 2003. 2. K. Eric Drexler, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology http://www.foresight.org/EOC/Engines.pdf 3. Henrik Bruus, Introduction to Nanotechnology, Mikroelektronik Centret Technical University of Denmark, 2003. 4. Marko Uplaznik, Introduction to Nanotechnology – Soft Lithography, University of Ljubljana, 2002. 5. Hiroyuki Fujita, Hiroshi Toshiyoshi, Gen Hashigushi, and Yasuo Wada, Micromachined Tools for Nano Technology, RIKEN Review, No.36, 2001.

6. Nanotechnology http://www.wildirisdesign.com/nano/ 7. Nanotechnology, Prepared Written Statement and Supplemental Material of R.E. Smalley, Rice University, 1999. 8. Nanotechnology the Manufacturing of 21st Century http://www.engin.swarthmore.edu/~manzivino/Nanotechnology1.htm 9. Safe Use of Nanotechnology http://crnano.org/safe.htm