I������ P 1-4.indd 1 24/2/2554 15:57:34
ชุดความรู้ด้านเทคนิคและวิชาการ เรื่อง “ความปลอดภัยของวัสดุและผลิตภัณฑ์นาโน (Nano Safety)” ...
III คำนำ นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) ...
สารบัญ บทที่ 1	ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีและวัสดุนาโน 1 บทที่ 2	ประเภทของวัส...
1 1.1 นาโนเทคโนโลยีคืออะไร? เนืองจากนาโนเทคโนโลยีเป็นเทคโนโลยีทเกียวข้องกับวิทยาการหลาก...
ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติซงเป็นหน่วยงานส่งเสริมการวิจัยด้านนาโน ึ่ ...
3 ส่วน “ผลิตภัณฑ์นาโน (nanoproduct)” หมายถึง ผลิตภัณฑ์ที่ใช้นาโน เทคโนโลยีเป็นองค์ปร...
1.4 นาโนเทคโนโลยีทำให้เกิดคุณสมบัติพิเศษอย่างไร? ยิ่งขนาดของวัสดุมีขนาดเล็กลงเท่าใด จำนวนอะตอมที่อยู่บร...
5 รูปที่ 1-3 การเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติของทองคำ •	ความว่องไวในการเ...
โลหะทองแดงที่มีขนาดเกรนในระดับนาโนเมตรจะมีความแข็งสูงกว่าทองแดง ปกติถง 5 เท่า หรืออนุภาคระดับนาโนเมตรของอะ...
7 •	อิเล็กทรอนิกส์ทางแสง (optoelectronics) อิเล็กทรอนิคส์ทางแสงเป็นพืนฐานรองรับอุตสา...
รูปที่ 1-5 จำลองภาพระบบนำส่งยาด้วยแคปซูลนาโน เปรียบเสมือนยานอวกาศนำส่งสารสำคัญไปยังเซลล์เป้...
9 ขนาดนาโนมาใช้เพื่อช่วยวิเคราะห์ระดับโมเลกุล (molecular diagnostics) การช่วยให้การถ่ายภาพ...
รูปที่ 1-7 ตัวอย่างอาหารและบรรจุภัณฑ์ที่ใช้วัสดุนาโน •	สิ่งทอและเครื่องนุ่งห่ม (textile and garment) ...
11 •	เครื่องกีฬา (sport equipments) ในปัจจุบันเริ่มมีตัวอย่างของเครื่องกีฬาที่ใช้นาโ...
วัสดุนาโน (Nanomaterial) มีอยู่ 2 ประเภทใหญ่ คือ (1) วัสดุนาโนอนินทรีย์ เช่น โลหะ โลหะออกไซด์ เซรามิกส์ แล...
13 ยังพบว่ามีคุณสมบัติต้านสารอนุมูลอิสระได้ และยังอาจมีผลต่อการตายของ เซลล์แบบ Apoptosis อ...
คุณสมบัติทางไฟฟ้าของท่อนาโนคาร์บอน คือ สามารถเป็นได้ทั้งสารกึ่ง ตัวนำหรือเซมิคอนดัคเตอร์ (semiconductor) แ...
15 โครงสร้างของหมุดควอนตัมทีได้จากสังเคราะห์มคณสมบัตทพเศษจากการ ...
เติบโตของเซลล์ ทำลายระบบหายใจและยับยั้งการเพิ่มจำนวนและการเจริญ ของจุลินทรีย์ที่เป็นสาเหตุของการติดเชื้อ...
17 บริสทธิอยูกบสารปนเปือนจึงต้องผ่านกระบวนการทางเคมี เพือนำสารปนเปือนออก ุ ์ ่ั ...
รูปที่ 2-5 ภาพขยายของอนุภาคนาโนของไททาเนียมไดออกไซด์ 2.6 วัสดุนาโนอื่นๆ นอกจากวัสดุนาโน...
19 7 http://www.medicthai.com/admin/news_cpe_detail.php?id = 616������� P 1-56 new.ind...
สิงใดทีให้ประโยชน์มหาศาลก็มความเสียงอันตรายตามมาเช่นกัน ดังจะเห็น ่ ่ ี...
21 นอกจากนี้ สมบัตของวัสดุนาโนทีผลิตขึน (engineered nanomaterials) ...
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
Nano safety-e-book
of 61

Nano safety-e-book

หนังสือ ความปลอดภัยของวัสดุและผลิตภัณฑ์นาโน
Published on: Mar 3, 2016
Published in: Education      
Source: www.slideshare.net


Transcripts - Nano safety-e-book

  • 1. I������ P 1-4.indd 1 24/2/2554 15:57:34
  • 2. ชุดความรู้ด้านเทคนิคและวิชาการ เรื่อง “ความปลอดภัยของวัสดุและผลิตภัณฑ์นาโน (Nano Safety)” สำหรับเจ้าหน้าที่ ผู้ประกอบการ และนักวิชาการ จัดทำโดย สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา ออกแบบและพิมพ์โดย สำนักพิมพ์อักษรกราฟฟิคแอนด์ดีไซน์ พิมพ์ครั้งที่ 1 พ.ศ. 2553 จำนวน 500 เล่ม ........................... II������ P 1-4.indd 2 24/2/2554 15:57:36
  • 3. III คำนำ นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) เริ่มเข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันมากขึ้น ภาครัฐและเอกชนต่างทุ่มเทงบประมาณมหาศาลในการวิจัยและพัฒนาวัสดุนาโนและ ผลิตภัณฑ์ทใช้นาโนเทคโนโลยีเพือสร้างมูลค่าเพิมให้กบผลิตภัณฑ์ โดยในปัจจุบนมีการผลิต ี่ ่ ่ ั ั และใช้วัสดุนาโนในกระบวนการผลิต รวมทั้งมีผลิตภัณฑ์นาโนทยอยออกสู่ตลาดผู้บริโภค มากขึนเรือยๆ แต่ประเด็นความปลอดภัยของวัสดุนาโนและผลิตภัณฑ์นาโน (nanosafety) ้ ่ ยังเป็นข้อมูลทียงไม่ได้มการสือสารกันมากนักในระหว่างเจ้าหน้าที่ นักวิชาการ ผูประกอบการ ่ั ี ่ ้ รวมถึงประชาชนทัวไป ดังนันอาจส่งผลให้เกิดการใช้อย่างขาดความระมัดระวัง และนำไปสู่ ่ ้ อันตรายต่อสุขภาพและระบบนิเวศได้ จากการทบทวนเอกสารทางวิชาการและแนวปฏิบตทดในการจัดการกับวัสดุนาโนของ ั ิ ่ี ี ทังในประเทศไทยและของต่างประเทศ พบว่า ข้อสรุปทีตรงกันคือ ความรูเกียวกับความเป็น ้ ่ ้ ่ อันตรายของวัสดุนาโนและผลิตภัณฑ์นาโนต่อสุขภาพและสิงแวดล้อมยังมีนอยมาก เมือเทียบกับ ่ ้ ่ งานวิจยด้านการพัฒนาเทคโนโลยีและวัสดุนาโน ด้วยเหตุน้ี การดำเนินการใดๆ ทีเกียวข้องกับ ั ่ ่ วัสดุนาโนจึงต้องยึดหลักระวังไว้กอน (precautionary principle) และใช้มาตรการประเมินและ ่ ควบคุมความเสี่ยงจนกว่าจะมีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่ยืนยันในเรื่องความปลอดภัย สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา กองแผนงานและวิชาการ โดยศูนย์พัฒนา นโยบายแห่งชาติดานสารเคมี จึงได้พฒนาชุดความรูนเพือสร้างความรูความเข้าใจเกียวกับ ้ ั ้ ี้ ่ ้ ่ ประโยชนและความเสยงของวสดนาโนและผลตภณฑนาโนทใชในชวตประจำวน เปนชดความรู้ ์ ่ี ั ุ ิ ั ์ ่ี ้ ี ิ ั ็ ุ ทางวิชาการสำหรับเจ้าหน้าที่ ผู้ประกอบการ และนักวิชาการทั่วไป ขอขอบคุณ ดร.สุจตรา วาสนาดำรงดี จากศูนย์ความเป็นเลิศแห่งชาติดานการจัดการ ิ ้ สิงแวดล้อมและของเสียอันตรายทีเป็นกำลังสำคัญในการพัฒนาชุดความรูน้ี และขอขอบคุณใน ่ ่ ้ ความร่วมมือของหน่วยงานหลักทีเกียวข้อง โดยเฉพาะอย่างยิงศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ ่ ่ ่ (NANOTEC) และผูทรงคุณวุฒจากสถาบันการศึกษาวิจยทีเกียวข้อง สำหรับคำแนะนำและ ้ ิ ั ่ ่ ข้อคิดเห็นที่เป็นประโยชน์อย่างมาก และทำให้การพัฒนาชุดความรู้นี้สำเร็จได้ด้วยดี สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา คาดหวังว่าชุดความรูดงกล่าวจะเป็นประโยชน์ ้ั ต่อเจ้าหน้าที่ นักวิจัย และผู้ประกอบการในการออกมาตรการป้องกันอันตรายที่อาจเกิดขึ้น จากการใช้วัสดุนาโนและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งอาจเป็นข้อมูลให้แก่ประชาชนทั่วไป ในฐานะผูบริโภคได้มขอมูลประกอบการตัดสินใจในการใช้ผลิตภัณฑ์นาโนอย่างปลอดภัยต่อไป ้ ี้ สำนักงานคณะกรรมการาหารและยา ธันวาคม 2553������ P 1-4.indd 3 24/2/2554 15:57:37
  • 4. สารบัญ บทที่ 1 ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีและวัสดุนาโน 1 บทที่ 2 ประเภทของวัสดุนาโนและการประยุกต์ 12 บทที่ 3 การศึกษาความปลอดภัยของวัสดุและผลิตภัณฑ์นาโน 20 บทที่ 4 แนวทางการจัดการเพื่อความปลอดภัยของ 31 วัสดุและผลิตภัณฑ์นาโน บทที่ 5 กฎหมายและหน่วยงานที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของ 45 วัสดุและผลิตภัณฑ์นาโน แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม 50 เอกสารอ้างอิง 52 IV������ P 1-4.indd 4 24/2/2554 15:57:37
  • 5. 1 1.1 นาโนเทคโนโลยีคืออะไร? เนืองจากนาโนเทคโนโลยีเป็นเทคโนโลยีทเกียวข้องกับวิทยาการหลากหลาย ่ ่ี ่ สาขา ตั้งแต่เคมีสังเคราะห์ วัสดุศาสตร์ วิศวกรรมไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์และ วิทยาศาสตร์ชวภาพ จึงทำให้ยากต่อการระบุคำนิยามทีครอบคลุมทังหมด อย่างไรก็ดี ี ่ ้ ในปัจจุบนองค์การระหว่างประเทศว่าด้วยการมาตรฐาน (The International ั Organization for Standardization: ISO) ได้ให้คำนิยาม “นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology)” ว่าหมายถึง การประยุกต์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เพื่อ สังเคราะห์และควบคุมสสารในระดับนาโน เพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตและ ิ ปรากฏการณ์เชิงโครงสร้างทีเกิดจากอนุภาคขนาดทีเล็กมาก ทำให้มความแตกต่าง ่ ่ ี ไปจากคุณสมบัติของสสารในระดับอะตอมหรือโมเลกุลหรือวัสดุใหญ่1 ส่วน National Nanotechnology Initiative (NNI) ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ให้คำนิยาม “นาโนเทคโนโลยี” ว่าเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ใน การเข้าใจและควบคุมสสารทีมมตในระหว่าง 1 ถึง 100 นาโนเมตร ซึงคุณสมบัติ ่ีิิ ่ พิเศษของอนุภาคระดับนาโนทำให้เกิดการประยุกต์ใช้ใหม่ๆ ได้ 2 1 The application of scientific knowledge to manipulate and control matter in the nanoscale to make use of size- and structure-dependent properties and phenomena distinct from those associated with individual atoms or molecules or with bulk materials (อ้างถึง TC229 JWG 1 Terminology and Nomenclature Convener Report, ที่มา: http://www.packaginglaw.com/3052_.shtml) 2 Nanotechnology is the understanding and control of matter at dimensions between approximately 1 and 100 nanometers, where unique phenomena enable novel applications. (ที่มา: http://www.nano.gov/html/facts/whatIsNano.html)������� P 1-56 new.indd 1 24/2/2554 15:58:55
  • 6. ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติซงเป็นหน่วยงานส่งเสริมการวิจัยด้านนาโน ึ่ เทคโนโลยีของประเทศไทยได้ให้คำนิยามที่ครอบคลุมว่า “นาโนเทคโนโลยี” หมายถึง เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการจัดการ การสร้างหรือการ สังเคราะห์วัสดุ อุปกรณ์ เครื่องจักร หรือผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กมากในระดับ นาโนเมตร (ประมาณ 1-100 นาโนเมตร) รวมถึงการออกแบบหรือการใช้ เครื่องมือในการสร้างวัสดุที่มีขนาดเล็กมากหรือเรียงอะตอมและโมเลกุลใน ตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างถูกต้อง แม่นยำ ส่งผลให้โครงสร้างของวัสดุหรือ อุปกรณ์มคณสมบัตพเศษขึน ไม่วาทางด้านฟิสกส์ เคมีหรือชีวภาพ และสามารถ ีุ ิ ิ ้ ่ ิ นำไปใช้ประโยชน์ต่อผู้ใช้สอยได้ (วิวัฒน์ ตัณฑะพานิชกุล, 2550) 1.2 วัตถุนาโน วัสดุนาโน ผลิตภัณฑ์นาโน ต่างกันอย่างไร? ตามคำนิยามของ ISO “วัตถุนาโน (nano-object)” หมายถึง วัตถุที่มี ขนาดเล็กระดับนาโนโดยมีขนาดระหว่าง 1 ถึง 100 นาโนเมตร ทั้งนี้โดยอาจ เป็นวัตถุหนึ่ง สองหรือสามมิติ วัตถุนาโนอาจมีได้หลายรูปแบบ เช่น ละอองลอยนาโน (nanoaerosol) อนุภาคนาโน (nanoparticle) แผ่นนาโน (nanoplate) และเส้นใยนาโน (nanofiber) สำหรับ “วัสดุนาโน (nanomaterial)” หมายถึง วัสดุทมขนาดอย่างน้อยหนึง ี่ ี ่ มิติเป็นขนาดนาโน หรือมีโครงสร้างของพื้นผิวหรือของโพรงภายในอยู่ในระดับ นาโน กล่าวโดยย่อ วัสดุนาโนหมายถึงเนื้อวัสดุของวัตถุนาโน หรือเนื้อวัสดุที่ ประกอบด้วยโครงสร้างนาโน ทั้งนี้ วัสดุนาโนมีทั้งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เช่น อนุภาคของแร่ต่างๆ หรือที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญ เช่น อนุภาคในควันไฟหรือใน ไอเสียจากเครื่องยนต์ และวัสดุนาโนที่ผลิตขึ้น (engineered/manufactured nanomaterial) ซึ่งเป็นวัสดุที่ได้รับการออกแบบและผลิตขึนอย่างเจาะจง ให้มี ้ สมบัติเฉพาะและมีขนาดใกล้เคียงกัน ข้อห่วงกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัยของ วัสดุนาโนส่วนใหญ่จะมุ่งเน้นไปที่ความปลอดภัยของวัสดุนาโนที่มนุษย์ผลิตขึ้น 2������� P 1-56 new.indd 2 24/2/2554 15:58:55
  • 7. 3 ส่วน “ผลิตภัณฑ์นาโน (nanoproduct)” หมายถึง ผลิตภัณฑ์ที่ใช้นาโน เทคโนโลยีเป็นองค์ประกอบในกระบวนการผลิต หรือผลิตภัณฑ์ที่มีวัสดุนาโน เป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย ไม่ว่าจะฝังตัวอยู่ในเนื้อผลิตภัณฑ์หรือเคลือบอยู่ที่ผิว เช่น กรณีเส้นใยหรือสิ่งทอที่เคลือบผิวด้วยอนุภาคนาโนของสารบางชนิดเพื่อ ประโยชน์ในการกันน้ำหรือเพือฆ่าเชือแบคทีเรีย เป็นต้น3 จะเห็นได้วา วัสดุนาโน ่ ้ ่ จะเป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์นาโน 1.3 ขนาดนาโนเมตร เล็กแค่ไหน? คำว่า “นาโนเมตร” (Nanometer) หมายถึง สิบกำลังลบเก้าเมตร (10-9) หรือ 1 ส่วนพันล้านของ 1 เมตร หากเปรียบเทียบกับสิงใกล้ตว ขนาด 1 นาโนเมตร ่ ั ก็จะเล็กกว่าเส้นผมประมาณหนึ่งแสนเท่า และเล็กกว่าเซลล์เม็ดเลือดแดง ประมาณ 6,000 เท่า ดังแสดงในรูปที่ 1-1 รูปที่ 1-1 เปรียบเทียบขนาดนาโนเมตรกับสิ่งต่างๆ 3 ร่างแผนยุทธศาสตร์ด้านความปลอดภัยและจริยธรรมนาโนเทคโนโลยี ������� P 1-56 new.indd 3 24/2/2554 15:58:56
  • 8. 1.4 นาโนเทคโนโลยีทำให้เกิดคุณสมบัติพิเศษอย่างไร? ยิ่งขนาดของวัสดุมีขนาดเล็กลงเท่าใด จำนวนอะตอมที่อยู่บริเวณผิวหน้า และผิวสัมผัสของวัสดุก็จะยิ่งเพิ่มมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะส่งผลให้วัสดุที่มีขนาด ระดับนาโนมีคุณสมบัติ (ทางไฟฟ้า กายภาพ แม่เหล็ก และแสง) แตกต่างไป จากเดิมและพิเศษแปลกใหม่อย่างไม่เคยพบมาก่อน การเพิ่มขึ้นของพื้นที่ ผิวสัมผัสจะเห็นได้จากตัวอย่างการแบ่งลูกเต๋า (รูปที่ 1-2) หากเรานำลูกเต๋า ขนาด 1 ลูกบาศก์เมตร ซึงมีพนทีผว 6 ตารางเมตร มาแบ่งเป็นลูกเต๋าขนาดเล็กๆ ่ ื้ ่ ิ ขนาดนาโนเมตร เราจะได้ลูกเต๋า จำนวน 1027 ลูก (109 เท่ากับ 1 พันล้านลูก) และมีพนทีผวถึง 6,000 ตารางกิโลเมตร ้ื ่ ิ รูปที่ 1-2 การเพิ่มขึ้นของพื้นที่ผิว เมื่อวัสดุมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ แม้จะมีปริมาตรเดียวกัน ตัวอย่างคุณสมบัตพเศษบางประการของวัสดุนาโน มีดังนี้ ิ ิ • คุณลักษณะเชิงแสงที่ต่างไปจากเดิม โดยทั่วไป ทองคำแบบก้อนจะมีสีเหลืองอย่างที่เราเคยเห็นกัน แต่ถ้า เราย่อขนาดทองคำให้เล็กลงไปเรื่อยๆ จนมีขนาดอนุภาคเล็กกว่าความยาว คลื่นแสงที่มาตกกระทบมากๆ จะทำให้เกิดปรากฏการณ์เชิงแสงที่เรียกว่า เซอร์เฟซ พลาสมอน เรโซแนนซ์ (surface plasmon resonance: SPR) ซึ่งจะทำให้อนุภาคนาโนของทองคำนั้นดูดกลืนสเปคตรัมของแสงที่อยู่ในช่วง สีเขียว (ความยาวคลื่นประมาณ 520 นาโนเมตร) จึงทำให้อนุภาคนาโนของ ทองคำเห็นเป็นสีแดงทับทิม (ruby red) ดังแสดงในรูปที่ 1-3 4������� P 1-56 new.indd 4 24/2/2554 15:58:57
  • 9. 5 รูปที่ 1-3 การเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติของทองคำ • ความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่สูงขึ้น วัตถุที่มีขนาดในระดับนาโนเมตรจะมีอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ผิวต่อ ปริ ม าตรสู ง มาก เมื่ อ เปรี ย บเที ย บกั บ วั ส ดุ ช นิ ด เดี ย วกั น ที่ มี ข นาดใหญ่ ก ว่ า ด้วยเหตุนี้จึงทำให้วัตถุที่มีขนาดระดับนาโนจะมีจำนวนอะตอมที่อยู่บริเวณ ผิวหน้าสูงมาก ส่งผลให้เกิดปฏิกรยาเคมีบนพืนผิวหน้าวัสดุได้งายมากขึน และยัง ิิ ้ ่ ้ เอือต่อการเกิดปรากฎการณ์ตางๆ อันเนืองมาจากความเร็วต่อการเกิดปฏิกรยา ้ ่ ่ ิิ ทางเคมีของบริเวณผิวหน้าของวัตถุ ตัวอย่างเช่น วัสดุทมความขุน กลายเป็นใส ี่ ี ่ (ทองแดงนาโน) สารเฉื่อยที่เกิดปฏิกิริยายาก กลายเป็นสารเร่งปฏิกิริยาที่มี ความว่องไวสูง (ทองคำขาวนาโน) สารทีมความเสถียรกลับกลายเป็นติดไฟได้งาย ่ี ่ (อะลูมนมนาโน) ของแข็งกลายเป็นของเหลวทีอณหภูมหอง (ทองคำนาโน) และ ิ ั ุ่ ิ ้ สารที่เป็นฉนวนไฟฟ้ากลายเป็นสารนำไฟฟ้า (ซิลิคอนนาโน) • ความแข็งและความแข็งแรงที่ดีขึ้นกว่าเดิม วัสดุโลหะและเซรามิกทีมขนาดเกรน (grain size) ในระดับนาโนเมตร ่ ี จะมีความแข็งแรงและความทนทานต่อการแตกหักสูงมากกว่าวัสดุชนิดเดียวกัน ที่มีขนาดเกรนในระดับไมโครเมตรหรือที่ใหญ่กว่า เช่นเดียวกันกับโลหะที่มี โครงสร้างผลึกในระดับนาโนจะมีความแข็งแรงและความแข็งสูงกว่าโลหะ ที่มีขนาดผลึกใหญ่ มีสมบัติในการต้านทานกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น มีความจุ ความร้อนจำเพาะมากขึนและสามารถขยายตัวได้ดมากขึนกว่าเดิม ตัวอย่างเช่น ้ ี ้������� P 1-56 new.indd 5 24/2/2554 15:58:58
  • 10. โลหะทองแดงที่มีขนาดเกรนในระดับนาโนเมตรจะมีความแข็งสูงกว่าทองแดง ปกติถง 5 เท่า หรืออนุภาคระดับนาโนเมตรของอะลูมเนียมส่งผลให้โครงสร้าง ึ ิ ของอะลูมิเนียมนาโนมีความเหนียวและแข็งแรงมากขึ้นกว่าอะลูมิเนียมใน ขนาดปกติ 1.5 การประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยี เนื่องจากนาโนเทคโนโลยีทำให้มนุษย์สามารถจัดระเบียบโมเลกุลและ อะตอมได้ นาโนเทคโนโลยีจึงเปรียบเสมือนเทคโนโลยีที่ช่วยขับเคลื่อนการวิจัย และพัฒนาเทคโนโลยีเพือต่อยอดเป็นอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น วงจรรวม หน่วย ่ เก็บความจำของคอมพิวเตอร์ อิเล็กทรอนิกส์ทางแสง พลังงาน ยา เครืองสำอาง ่ การแพทย์ อาหาร บรรจุภัณฑ์อาหาร สิ่งทอ เครื่องนุ่งห่มและเครื่องกีฬา ตัวอย่างการประยุกต์นาโนเทคโนโลยีในด้านต่างๆ มีดังต่อไปนี4 ้ • วงจรรวม (integrated circuit) เทคนิคทางวัสดุศาสตร์ในระดับนาโน ทำให้มนุษย์สามารถสร้างชันวัสดุ ้ ทีมขนาดเล็กมากๆ ขึนเป็นส่วนประกอบของชิปสารกึงตัวนำ ส่งผลดีในการระบาย ่ี ้ ่ ความร้อน ในการลดการรัวของกระแสไฟฟ้าระหว่างเส้นตัวนำ และลดค่าความจุ ่ ทีไม่พงประสงค์อนเป็นเหตุให้สญญาณรัวไหล เป็นต้น วงจรรวมในยุคต่อไปจะมี ่ ึ ั ั ่ ความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์สูงขึ้น กินไฟน้อยลง ปล่อยความร้อนน้อยลง ในขณะที่ทำงานได้เร็วขึ้น • หน่วยเก็บความจำของคอมพิวเตอร์ (memory unit) การใช้เทคนิคทางวัสดุศาสตร์ระดับนาโนจะทำให้ฮาร์ดดิสก์ในยุคต่อไป เก็บข้อมูลได้มากขึ้น ตัวอย่างเช่น บริษัทไอบีเอ็มได้พัฒนาอุปกรณ์เก็บข้อมูล ชนิดใหม่ที่เรียกว่า Millipede Chip ซึ่งมีหัวอ่านกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Atomic Force Microscope: AFM) บรรจุอยู่ 1,000-4,000 หัว ทำงานบันทึก และอ่านข้อมูลโดยการเจาะหัวเข็มลงไป (nano-indentation) บนโพลิเมอร์ หน่วยเก็บความจำชนิดนี้ เมื่อนำไปใส่ในฮาร์ดดิสก์จะทำให้ความจุเพิ่มขึ้นเป็น ร้อยถึงเป็นพันเท่าของปัจจุบัน 4 เนื้อหาส่วนใหญ่มาจากร่างแผนยุทธศาสตร์ด้านความปลอดภัยและจริยธรรมนาโนเทคโนโลยี 6������� P 1-56 new.indd 6 24/2/2554 15:58:58
  • 11. 7 • อิเล็กทรอนิกส์ทางแสง (optoelectronics) อิเล็กทรอนิคส์ทางแสงเป็นพืนฐานรองรับอุตสาหกรรมอุปกรณ์โทรคมนาคม ้ ในยุคปัจจุบันและในอนาคตอันใกล้ นาโนเทคโนโลยีสร้างเลเซอร์ราคาถูกที่มี ความยาวคลืนตามต้องการและมีประสิทธิภาพสูงกว่าเลเซอร์ในปัจจุบน ในด้าน ่ ั จอแสดงผล นาโนเทคโนโลยีอยู่เบื้องหลังการพัฒนาจอแบนแบบงอได้ ซึ่ง สามารถดูได้ด้วยมุมกว้างมากและภาพสามารถเคลื่อนไหวได้เร็วโดยไม่ติดจอ โดยใช้ Organic Light Emitting Diode (OLED) (รูปที่ 1-4) ซึ่งเริ่มจะมี วางตลาดแล้ว รูปที่ 1-4 ตัวอย่างการพัฒนาจอ OLED ของบริษัทโซนี่ • พลังงาน (energy) Light Emitting Diode (LED) และ QCS (Quantum Caged Atoms) ทีใช้นาโนเทคโนโลยีจะช่วยลดการใช้พลังงานเพือแสงสว่าง การใช้นาโนเทคโนโลยี ่ ่ ในเซลล์แสงอาทิตย์เพือให้ดดแสงได้ในช่วงคลืนทีกว้างขึน ช่วยเพิมประสิทธิภาพ ่ ู ่ ่ ้ ่ ให้เซลล์แสงอาทิตย์ การใช้นาโนเทคโนโลยีในเซลล์เชือเพลิงช่วยเพิมประสิทธิภาพ ้ ่ ของเซลล์เชื้อเพลิงนั้น • ยา (drug) แคปซูลนาโนได้รบการออกแบบให้กกเก็บยาไว้ แล้วปล่อยออกสูอวัยวะ ั ั ่ เป้าหมายในเวลาที่พอเหมาะ (controlled release) แคปซูลนาโนมีทั้งที่ใช้ หลักการนาโนทางชีวเคมีและที่ใช้อุปกรณ์กึ่งตัวนำที่ทำเป็นมอเตอร์ขนาดเล็ก อยู่ในแคปซูลนั้นด้วยเทคโนโลยีนาโนประเภท Nano Electro-Mechanical (NEM)������� P 1-56 new.indd 7 24/2/2554 15:58:59
  • 12. รูปที่ 1-5 จำลองภาพระบบนำส่งยาด้วยแคปซูลนาโน เปรียบเสมือนยานอวกาศนำส่งสารสำคัญไปยังเซลล์เป้าหมาย • เครืองสำอาง (cosmetics) ่ ในปัจจุบนมีเครืองสำอางและเวชสำอาง ทีใช้แคปซูลนาโนกักเก็บและ ั ่ ่ ปลดปล่อยสารออกฤทธิชาๆ ในตำแหน่งทีตองการ (เช่น ในผิวหนังชันหนังกำพร้า ์้ ่้ ้ แต่ไม่ลึกถึงหนังแท้) นอกจากน้ัน อนุภาคนาโนของไททาเนียมไดออกไซด์ (titanium dioxide) ในโลชันทาผิวกันแดด สามารถสกัดกันแสงเหนือม่วงได้ ่ ้ ในขณะทีไม่มสขาวขุนเหมือนกับไททาเนียมไดออกไซด์ทมขนาดใหญ่กว่า ่ ี ี ่ ่ี ี รูปที่ 1-6 ครีมกันแดดที่มีอนุภาคนาโนของไททาเนียมไดออกไซด์จะไม่ทิ้งคราบขาวเมื่อทา • การแพทย์ (medicine) การประยุกต์นาโนเทคโนโลยีทสำคัญคือ นาโนเทคโนโลยีดานการแพทย์ ี่ ้ (nanomedicine) ซึ่งหมายถึง การนำนาโนเทคโนโลยีมาใช้เกี่ยวกับสุขภาพ ไม่วาจะเป็นการป้องกัน การคัดกรอง การเตือนล่วงหน้าและการรักษาโรคต่างๆ ่ การวิจยด้านการแพทย์นาโนนันมีความก้าวหน้าไปอย่างมาก ตังแต่การใช้อนุภาค ั ้ ้ 8������� P 1-56 new.indd 8 24/2/2554 15:59:03
  • 13. 9 ขนาดนาโนมาใช้เพื่อช่วยวิเคราะห์ระดับโมเลกุล (molecular diagnostics) การช่วยให้การถ่ายภาพอวัยวะต่างๆ มีรายละเอียดของข้อมูลมากขึ้น รวมถึง การรักษา ซึงอาจจะซับซ้อนและสามารถทำการรักษาในระดับเซลล์ การแพทย์ ่ แบบนาโน ในปัจจุบนสามารถแบ่งออกเป็นสาขาหลักๆ ได้ 3 สาขา ได้แก่ การ ั ตรวจวิเคราะห์ ระดับนาโน (nanodiagnostics and imaging) การนำส่งยา และการควบคุมการปล่อยยา (targeted drug delivery and controlled release) และการแพทย์แบบรักษาตัวเอง โดยการซ่อมแซม หรือทดแทนอวัยวะ หรือเซลล์ที่ทำงานผิดปกติ (regenerative medicine) ความก้าวหน้าด้านการตรวจวิเคราะห์ภายในร่างกายเราในปัจจุบน เช่น ั การส่องกล้องเพื่อถ่ายภาพและรักษา การผ่าตัดแบบมีแผลเล็ก การฝังอุปกรณ์ เข้าไปในร่างกายล้วนแล้วแต่สามารถใช้นาโนเทคโนโลยีมาช่วยได้ การตรวจหา มะเร็งซึงเป็นโรคทีรายแรงและมีอตราการตายสูง ซึงเกิดจากเซลล์ของร่างกายมี ่ ่้ ั ่ ความผิดปกติทสารพันธุกรรมจนเกิดเป็นเซลล์มะเร็งทีแบ่งขยายตัวอย่างรวดเร็ว ่ี ่ จนเป็นเนือร้ายนันก็สามารถใช้นาโนเทคโนโลยีมาตรวจหาได้ เช่น การใช้หมุดควอนตัม ้ ้ (Quantum Dot) ซึ่งเป็นอนุภาคเล็กขนาดนาโนที่เปล่งแสงสีต่างๆ ตามขนาด และการจับรวมตัวของอนุภาคทีตางกัน ให้สแตกต่างกัน สามารถช่วยแยกแยะ ่่ ี เนือดีและเนือร้ายด้วยอุปกรณ์ทางรังสี เช่น X-ray หรือ MRI ให้ได้ผลทีดยงขึน ้ ้ ่ ี ิ่ ้ นอกจากนี้ การพัฒนากล้องขนาดเล็ก (Nanoprobe) เพือสอดเข้าไปในร่างกายและ ่ วิเคราะห์เนื้อเยื่อต่างๆ ก็เป็นการแพทย์แบบนาโนที่กำลังพัฒนากันอยู่ทั่วโลก5 • อาหารและบรรจุภัณฑ์อาหาร (food and food packaging) นาโนเทคโนโลยีมทใช้ทงในการผลิตอาหาร การถนอมอาหาร และการบรรจุ ี ่ี ้ั หีบห่อ เป็นต้นว่า การห่อหุ้มกลิ่นรสธรรมชาติไว้ในอนุภาคนาโนเพื่อให้กลิ่นรส อยู่ในอาหารได้นานขึ้น (เช่น คุกกี้) ขนมปังแซนวิชที่เติมโอเมก้า 3 ด้วยการใช้ นาโนแคปซูลห่อหุมน้ำมันปลาทูนาเพือไม่ให้ขนมปังมีกลินคาวปลา นอกจากนัน ้ ่ ่ ่ ้ บรรจุภณฑ์ทเป็น nanocomposite อาจช่วยยืดอายุของอาหาร ด้วยการควบคุม ั ี่ การแพร่ของก๊าซแต่ละชนิด และอาจจะเปลียนสี เพือเตือนผูบริโภคว่าอาหารนี้ ่ ่ ้ ถูกปนเปือนด้วยสารพิษหรือเชือโรค หรือผลิตขวดเบียร์ทสามารถใช้ขวดพลาสติก ้ ้ ่ี เคลือบด้วยนาโนเคลย์ (nano clay) แทนขวดแก้ว เป็นต้น 5 http://www.whatgroupthai.com/whatelec/37/nanomedicine.html������� P 1-56 new.indd 9 24/2/2554 15:59:04
  • 14. รูปที่ 1-7 ตัวอย่างอาหารและบรรจุภัณฑ์ที่ใช้วัสดุนาโน • สิ่งทอและเครื่องนุ่งห่ม (textile and garment) ในปั จ จุ บั น มี ผ ลิ ต ภั ณ ฑ์ ใ นท้ อ งตลาดหลายรายการที่ ผ ลิ ต ด้ ว ยนาโน เทคโนโลยี หรือใช้วสดุนาโนเป็นส่วนประกอบ เช่น ผ้าเคลือบสารกันน้ำ (เคลือบ ั ด้วยอนุภาคนาโนของเทฟลอน) กันเปือน กันกลิน กันเชือแบคทีเรีย (ด้วยอนุภาค ้ ่ ้ เงินนาโน) ผ้าฝ้ายทีปรับผิวของเส้นใยเพือกันยับ (ด้วยไททาเนียมไดออกไซด์นาโน) ่ ่ และผ้าผสมอนุภาคตัวนำไฟฟ้า (เช่น ไททาเนียมไดออกไซด์นาโน ซิงค์ออกไซด์นาโน) ทำให้ไม่เก็บประจุไฟฟ้าสถิต ก. ข. ก. คุณสมบัติกันน้ำของเส้นใยเลียนแบบปรากฏการณ์น้ำกลิ้งบนใบบัว ข. เสื้อนาโน รูปที่ 1-8 ตัวอย่างเสื้อนาโน 10������� P 1-56 new.indd 10 24/2/2554 15:59:05
  • 15. 11 • เครื่องกีฬา (sport equipments) ในปัจจุบันเริ่มมีตัวอย่างของเครื่องกีฬาที่ใช้นาโนเทคโนโลยีบ้างแล้ว เช่น high performance ski wax ทีผสมด้วยวัสดุนาโนสำหรับเคลือบพืนล่าง ่ ้ ของสกีที่สัมผัสกับหิมะให้ไถลได้รวดเร็วขึ้น ไม้เทนนิสที่ผสมท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) เพิมความแข็งแรงได้มากกว่าเดิม และลูกเทนนิสทีเคลือบ ่ ่ ภายในแกนด้วย clay polymer nanocomposite สามารถใช้เล่นได้นานกว่า ลูกเทนนิสปกติเท่าตัว เป็นต้น รูปที่ 1-9 นักเทนนิส (Roger Federer) ใช้ไม้เทนนิสที่ผสมท่อนาโนคาร์บอน แม้ปจจุบนจะมีผลิตภัณฑ์นาโนออกสูตลาด แต่ผลิตภัณฑ์เหล่านีเป็นเพียง ั ั ่ ้ แค่ผลผลิตของการพัฒนานาโนเทคโนโลยีในยุคเริมต้นเท่านันนันคือเป็นเทคโนโลยี ่ ้ ่ ในการเติมอนุภาคนาโนลงในผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการผลิต เช่น การเคลือบ อนุภาคนาโนของเงินเพื่อกำจัดแบคทีเรีย การเติมท่อนาโนคาร์บอนเพื่อเพิ่ม ความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ แต่ในอนาคตอีก 5-10 ปีข้างหน้าเราจะเห็นการ สังเคราะห์และการประกอบวัสดุและโครงสร้างระดับนาโนเมตรที่ซับซ้อน มากยิงขึน โดยอาศัยเทคโนโลยีตรวจวัด (sensor) เทคโนโลยีหนยนต์ (robotics) ่ ้ ุ่ และการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เข้ากับโครงข่ายประสาท และในอนาคตข้างหน้า นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าจะมีการพัฒนาหุ่นยนต์นาโนที่มีความสามารถ ประกอบตัวเองได้ (self-assembly) และมีความสามารถจำลองตัวเองได้ (replication)������� P 1-56 new.indd 11 24/2/2554 15:59:06
  • 16. วัสดุนาโน (Nanomaterial) มีอยู่ 2 ประเภทใหญ่ คือ (1) วัสดุนาโนอนินทรีย์ เช่น โลหะ โลหะออกไซด์ เซรามิกส์ และ (2) วัสดุนาโนอินทรีย์ เช่น โพลีไวนิล คลอไรด์ ลาเท็กซ์ นอกจากนี้ ยังสามารถแบ่งประเภทวัสดุนาโนตามมิติการ เรียงตัวของอะตอม ได้แก่ วัสดุนาโน 1 มิติ เช่น ฟิลม์นาโน (nanofilm) วัสดุนาโน 2 มิติ เช่น สายนาโน (nanowire) เส้นใยนาโน (nanofiber) และวัสดุนาโน 3 มิติ เช่น ท่อนาโนคาร์บอน หมุดควอนตัม ในทีนจะอธิบายลักษณะ คุณสมบัติ และการประยุกต์วสดุนาโน 5 ประเภท ่ ี้ ั ที่มีความสำคัญและกำลังได้รับความนิยมอย่างมากในปัจจุบัน ได้แก่ 1. ฟูลเลอรีน 2. ท่อนาโนคาร์บอน 3. หมุดควอนตัม 4. อนุภาคนาโนของเงิน (ตัวอย่างของกลุ่มโลหะ) 5. อนุภาคนาโนของไททาเนียมไดออกไซด์ (ตัวอย่างของกลุมโลหะออกไซด์) ่ 2.1 ฟูลเลอรีน (Fullerene) ฟูลเลอรีนเป็นอัญรูปหนึ่งของคาร์บอนที่เพิ่งค้นพบ ประกอบด้วยโมเลกุล ของธาตุคาร์บอนทังหมด มีรปทรงเป็นทรงกลม กลวง ทรงรี หรือท่อ ฟูลเลอรีน ้ ู ทรงกลมนั้นบางครั้งเรียกว่า “บักกี้บอล” (buckyball) ด้วยลักษณะที่คล้าย ลูกฟุตบอลทำให้โครงสร้างของฟูลเลอรีนมีความสมมาตรสูงจึงเป็นโครงสร้างที่ มีความแข็งแรงมาก สามารถรองรับและถ่ายเทแรงภายในโครงสร้างได้เป็นอย่างดี ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ สามารถใช้ฟูลเลอรีนเป็นตัวนำส่งยา ต้านเชื้อไวรัสเอชไอวี (HIV) เชื้อแบคทีเรีย รวมทั้งเซลล์มะเร็งได้ นอกจากนี้ 12������� P 1-56 new.indd 12 24/2/2554 15:59:07
  • 17. 13 ยังพบว่ามีคุณสมบัติต้านสารอนุมูลอิสระได้ และยังอาจมีผลต่อการตายของ เซลล์แบบ Apoptosis อีกด้วยซึ่งนักวิทยาศาสตร์กำลังเร่งศึกษา เพื่อนำมาใช้ จริงในการรักษาโรคต่อไป นอกจากนี้ ยังมีการใช้ฟูลเลอรีนในการพัฒนานาโน อิเล็กทรอนิกส์ (nanoelectronics) เนื่องจากบัคกี้บอลมีคุณสมบัติเป็นสารกึ่ง ตัวนำ (semiconductor) หากนำโครงสร้างโมเลกุลมาประกอบร่วมกับอะตอม ของโลหะอัลคาไลน์จะทำให้กลุ่มโมเลกุลบัคกี้บอลมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้า ยิ่งยวด (superconductor) ได้ รูปที่ 2-1 ภาพตัวอย่างฟูลเลอรีน 2.2 ท่อนาโนคาร์บอน (Carbon nanotube) ท่อนาโนคาร์บอนเป็นวัสดุนาโนจากการสังเคราะห์ที่ได้รับความสนใจ อย่างมาก เนืองจากมีลกษณะโครงสร้างพิเศษทีแตกต่างไปจากอัญรูปทัง 3 แบบ ่ ั ่ ้ ของธาตุคาร์บอน (เพชร แกรไฟต์ และฟูลเลอรีน) ท่อนาโนคาร์บอนเกิดขึน ้ จากอะตอมคาร์บอนที่จัดเรียงตัวกันเป็นแผ่นซึ่งมีความลื่นไหลสูง (เหมือนกับ โครงสร้างของแกรไฟต์) อะตอมคาร์บอนเหล่านีเชือมโยงกันเป็นตาข่ายทีมรรป ้ ่ ่ ีูู หกเหลี่ยม แต่มีลักษณะที่ม้วนตัวเข้าหากันเป็นท่อหรือเป็นหลอด จึงทำให้ โครงสร้างนาโนนี้มีคุณสมบัติที่พิเศษหลายประการ เช่น มีความแข็งแกร่ง น้ำหนักเบาและมีความยืดหยุนอย่างมาก กล่าวคือ ท่อนาโนคาร์บอนเป็นโครงสร้าง ่ ทีมความแข็งแกร่งมากกว่าเหล็ก 60 เท่า และสามารถทนต่อแรงดึงได้มากกว่า ่ ี เหล็กถึง 20 เท่า จึงได้มีการนำมาใช้เป็นวัสดุเสริมแรงในผลิตภัณฑ์หลายชนิด เช่น อุปกรณ์กฬากอล์ฟและเทนนิส และมีแนวโน้มในการใช้ผลิตเป็นโครงสร้าง ี ของเครื่องบินอีกด้วย������� P 1-56 new.indd 13 24/2/2554 15:59:09
  • 18. คุณสมบัติทางไฟฟ้าของท่อนาโนคาร์บอน คือ สามารถเป็นได้ทั้งสารกึ่ง ตัวนำหรือเซมิคอนดัคเตอร์ (semiconductor) และเป็นตัวนำไฟฟ้ายิงยวดหรือ ่ ซูเปอร์คอนดัคเตอร์ (คือ ตัวนำที่ไม่มีแรงต้านไฟฟ้าเลย) มีการนำมาใช้งาน ในการผลิตเป็นทรานซิสเตอร์ทมความเร็วสูงและมีความต้านทานต่ำมากและมี ี่ ี การนำมาพัฒนาในการสร้างเกทพื้นฐานเชิงตรรกะ (logic gate) ซึงจะนำไปสู่ ่ การสร้างระบบของคอมพิวเตอร์นาโน รวมทั้งมีการพัฒนาเพื่อใช้แทนโลหะ ในส่วนที่เป็นขั้วในตัวหลอดของจอภาพแบบรังสีแคโทดที่ใช้ในจอทีวีหรือจอ คอมพิวเตอร์ รูปที่ 2-2 ภาพตัวอย่างท่อนาโนคาร์บอน 2.3 หมุดควอนตัม (Quantum dot) หมุดควอนตัมหรือควอนตัมดอท (Quantum dot) เป็นโครงสร้างทีมลกษณะ ่ีั เป็นผลึกนาโน (nanocrystal) ของสารประกอบที่มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) เช่น แคดเมียมเซลิไนด์ (CdSe) เลดซัลไฟด์ (PbS) ประกอบ ด้วยอิเล็กตรอนจำนวนระหว่าง 100-1,000 อิเล็กตรอน และเป็นโครงสร้าง นาโนที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางระหว่าง 2-10 นาโนเมตร (หรือประกอบด้วย อะตอมจำนวนประมาณ 10-50 อะตอม) หมุดควอนตัมมีขนาดของโครงสร้าง ที่เล็กมาก โดยความยาว 2 เซนติเมตร สามารถจัดเรียงโครงสร้างของหมุด ควอนตัมได้ทั้งสิ้นประมาณ 4,000,000 ดอทด้วยกัน 14������� P 1-56 new.indd 14 24/2/2554 15:59:10
  • 19. 15 โครงสร้างของหมุดควอนตัมทีได้จากสังเคราะห์มคณสมบัตทพเศษจากการ ่ ีุ ิ ่ี ิ ที่อิเล็กตรอนที่อยู่ภายในถูกจำกัดบริเวณการเคลื่อนที่ทั้งสามมิติไว้ (Quantum confinement) การถูกกักขังนี้จึงส่งผลให้เกิดระดับการส่งผ่านพลังงานที่ไม่ ต่อเนื่องหรือเกิดเป็นพลังงานแบบควอนตัม หมุดควอนตัมที่มีขนาดใหญ่จะ มีสีสันที่แสดงออกมาอยู่ในขอบเขตของสีแดง และควอนตัมที่มีขนาดที่เล็กลง ลดหลันกันลงมาจะมีสสนอยูในขอบเขตของสีนำเงิน จากคุณสมบัตพเศษดังกล่าว ่ ีั ่ ้ ิ ิ จึงมีการนำหมุดควอนตัมไปใช้ในทางการแพทย์สำหรับช่วยในการพิมพ์ภาพทาง ชีวภาพ (bioimaging) เพื่อระบุตำแหน่งและติดตามศึกษาเซลล์หรือโมเลกุล ชีวภาพ ภายในร่างกายได้ง่ายและมีประสิทธิภาพมากขึ้น และนำมาใช้สำหรับ เป็นเครื่องมือตรวจวัดทางชีวภาพ (biological sensors) รูปที่ 2-3 หมุดควอนตัมหรือควอนตัมดอท 2.4 อนุภาคนาโนของเงิน (Silver nanoparticles) คุณสมบัติทางเคมีของโลหะซิลเวอร์หรือเงิน (silver, Ag) นั้นเป็นธาตุที่ มีอิเล็กตรอนวงนอกสุดแค่เพียงตัวเดียว เมื่อทำให้เล็กลงในระดับนาโนเมตร โลหะเงินจะแตกตัวทำให้เกิดเป็นประจุเงินแขวนลอย (silver colloid) อนุภาค นาโนของเงินจึงสามารถแทรกซึมเข้าไปสู่ผนังของแบคทีเรียโดยจะเข้าไปจับ กับหมู่ sulphydryl (-SH) ของเอนไซม์ในแบคทีเรียและทำให้แบคทีเรีย ตายลงในที่สุด ในทางวิทยาศาสตร์พบว่าอนุภาคเงินสามารถฆ่าแบคทีเรีย ได้มากถึง 600 กว่าชนิด นอกจากนี้อนุภาคนาโนของเงินมีปฏิกิริยาตอบโต้ อย่างมากกับโปรตีน ซึงเป็นองค์ประกอบหลักของจุลนทรีย์ เมือจุลนทรียสมผัส ่ ิ ่ ิ ์ ั กับอนุภาคนาโนของเงินจะมีผลต่อระบบเมทาโบลิซึม เกิดการยับยั้งการเจริญ ������� P 1-56 new.indd 15 24/2/2554 15:59:11
  • 20. เติบโตของเซลล์ ทำลายระบบหายใจและยับยั้งการเพิ่มจำนวนและการเจริญ ของจุลินทรีย์ที่เป็นสาเหตุของการติดเชื้อ กลิ่น อาการคัน และการเกิดแผล เทคโนโลยีนาโนของเงินถูกนำมาประยุกต์อย่างกว้างขวาง ไม่ว่าจะเป็น ผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค อุปกรณ์ทางการแพทย์ และเครื่องใช้ไฟฟ้า ตัวอย่าง การทีใช้อนุภาคนาโนของเงิน เช่น การป้องกันกลินอันไม่พงประสงค์ทเกิดขึนได้ ่ ่ ึ ่ี ้ ในเสือผ้าทีสวมใส่ จากงานวิจยพบว่า การผสมเงินนาโนลงไปในเนือผ้า เมือมีการ ้ ่ ั ้ ่ ใช้งานอนุภาคนาโนของเงินจะมีฤทธิ์ยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์ จำพวก E.coli และ Staphylococcus aureus ได้ถง 100% นอกจากนีในกลุมสิงทอยังนิยมนำอนุภาค ึ ้ ่ ่ นาโนของเงินไปประยุกต์ในการผลิตผ้ากันน้ำ ในการผสมอนุภาคนาโนของเงิน ลงในเส้นใยผ้ามักจะใช้อตราส่วนนาโนเงิน 1 ส่วนต่อเส้นใยผ้า 1 ล้านส่วนเพือ ั ่ หยุดยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรียและจุลินทรีย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยระงับกลิ่นเหงื่อ นอกจากนี้ มีการนำอนุภาคนาโนของเงินมาใช้ในการ ผลิตตู้เย็น เนื่องจากพบว่าสามารถช่วยรักษาความเย็นและยังช่วยยืดอายุของ อาหารทีเก็บไว้ในตูเย็น รวมทังมีการนำเทคโนโลยีนาโนของเงินมาใช้ในการผลิต ่ ้ ้ เครื่องซักผ้าด้วย รูปที่ 2-4 ภาพขยายของอนุภาคนาโนของเงิน ขนาดเล็กกว่า 100 นาโนเมตร 2.5 อนุภาคนาโนของไททาเนียมไดออกไซด์ (Titanium dioxide nanoparticles) ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นสารเก่าแก่ชนิดหนึงและเป็นหนึงใน 50 ชนิดของ ่ ่ สารทีผลิตมากทีสดทัวโลก ลักษณะทัวไปมีสขาว ทึบแสง เกิดเองตามธรรมชาติ ่ ่ ุ ่ ่ ี มี 2 รูปแบบใหญ่ๆ คือ รูไทล์และอนาเทส ทัง 2 รูปแบบมีไททาเนียมไดออกไซด์ ้ 16������� P 1-56 new.indd 16 24/2/2554 15:59:12
  • 21. 17 บริสทธิอยูกบสารปนเปือนจึงต้องผ่านกระบวนการทางเคมี เพือนำสารปนเปือนออก ุ ์ ่ั ้ ่ ้ ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นสารทีมสขาวมีประโยชน์สำหรับการใช้งานได้หลากหลาย ่ีี เนื่องจากไม่มีกลิ่นและมีความสามารถในการดูดซับ แร่ชนิดนี้พบได้ในหลาย ผลิตภัณฑ์ตงแต่สทาบ้าน อาหารและเครืองสำอาง โดยใช้เป็นตัวป้องกันแสงแดด ั้ ี ่ ด้วยความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยี ทำให้มการผลิตแร่ ไททาเนียมให้มอนุภาค ี ี ขนาดนาโนเมตรเพื่อเพิ่มคุณสมบัติหรือประสิทธิภาพของแร่ชนิดนี้ ปัจจุบัน มีการนำอนุภาคนาโนของไททาเนียมไดออกไซด์มาใช้ประโยชน์ อย่างกว้างขวาง ยกตัวอย่างเช่น ความสามารถในการต้านแบคทีเรีย อนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ ทีผสมลงในสีสามารถฆ่าแบคทีเรีย และกำจัดฝุนละอองได้ เมือได้รบการกระตุน ่ ่ ่ ั ้ ด้วยรังสีอลตร้าไวโอเลตจากแสงอาทิตย์ ทำให้พนผิวทีทาสีมคณสมบัตในการทำ ุ ้ื ่ ีุ ิ ความสะอาดตัวเองได้โดยสามารถกำจัดแบคทีเรียได้ด้วยความยาวคลื่นแสงที่ อยูภายในอาคาร เช่น แสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ สามารถนำไปใช้ได้ในสถานที่ ่ ต่างๆ โดยเฉพาะในโรงพยาบาลและสถานประกอบการ ความสามารถด้านการกำจัดกลิน ไฮดรอกซีทเี่ กิดจากไททาเนียมไดออกไซด์ ่ สามารถกำจัดโมเลกุลของสารอินทรียระเหยง่าย (Volatile Organic Compounds ์ หรือ VOCs) อันเป็นสาเหตุของกลินไม่พงประสงค์ได้ เช่น กลินของบุหรี่ ยาสูบ ่ ึ ่ อุจจาระ น้ำมันเชือเพลิง และสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอีกหลายชนิดในอากาศ ้ โดยการทำลายพันธะระหว่างโมเลกุลของสารเหล่านัน ด้วยวิธการนีจะทำให้สาร ้ ี ้ อินทรียทระเหยอยูในอากาศแตกออกเป็นโมเลกุลเดียว จึงไม่สามารถทำอันตราย ์ ่ี ่ ่ หรือส่งผลต่อร่างกายมนุษย์ได้ ความสามารถในการฟอกอากาศ ไททาเนียมไดออกไซด์ทถกเร่งปฏิกรยา ี่ ู ิิ ด้วยแสงจะสามารถกำจัดสารทีกอให้เกิดมลภาวะทางอากาศได้ เช่น สารประกอบ ่่ ไนโตรเจนออกไซด์ ควันบุหรี่ รวมถึงสารระเหยต่างๆ นอกจากนี้ ยังช่วยป้องกันเขม่า และคราบดำต่างๆ ทีจะเกาะผนังบ้าน รวมทังช่วยกำจัดสารทำลายชันบรรยากาศ ่ ้ ้ เช่น ก๊าซคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) และก๊าซเรือนกระจกอื่น ความสามารถป้องกันการเกิดหยดน้ำและคราบต่างๆ รวมทั้งทำให้เกิด สมบัตการทำความสะอาดตัวเอง โดยเฉพาะการนำมาใช้เป็นส่วนผสมของสีทา ิ ผนังของอาคารทำให้ผนังตึกดูสะอาดและใหม่อยู่เสมอ������� P 1-56 new.indd 17 24/2/2554 15:59:13
  • 22. รูปที่ 2-5 ภาพขยายของอนุภาคนาโนของไททาเนียมไดออกไซด์ 2.6 วัสดุนาโนอื่นๆ นอกจากวัสดุนาโนทั้ง 5 ประเภทที่กล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีวัสดุนาโนอื่นๆ ที่เริ่มมีการผลิตและจำหน่ายเชิงพาณิชย์ สามารถสรุปได้ดังนี้ 6 ข้อมูลสมบัตและการประยุกต์ทงหมดได้จากวารสารนาโนเทคอินโฟ ปีท่ี 2 ฉบับที่ 2 กุมภาพันธ์ 2549 ิ ้ั http://www.nanotec.or.th/th/doc/88n8zQFC3nanotec_info_feb_2006.pdf 18������� P 1-56 new.indd 18 24/2/2554 15:59:14
  • 23. 19 7 http://www.medicthai.com/admin/news_cpe_detail.php?id = 616������� P 1-56 new.indd 19 24/2/2554 15:59:15
  • 24. สิงใดทีให้ประโยชน์มหาศาลก็มความเสียงอันตรายตามมาเช่นกัน ดังจะเห็น ่ ่ ี ่ ได้จากประสบการณ์ในอดีตทีพนักงานโรงงานทอผ้าป่วยเป็นโรคปอดสืบเนืองจาก ่ ่ การสัมผัสกับแร่ใยหิน (asbestos) จากบทเรียนของการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่อาจก่อให้เกิดผลกระทบทางลบที่คาดไม่ถึงในช่วงแรก ทำให้นานาประเทศได้ เริมให้ความสำคัญกับการศึกษาวิจยความปลอดภัยของวัสดุนาโนและผลิตภัณฑ์ ่ ั นาโนมากขึ้นเรื่อยๆ ข้อห่วงกังวลเกี่ยวกับวัสดุนาโนเกิดจากคุณสมบัติพิเศษที่แตกต่างไปจาก วัสดุขนาดใหญ่ กล่าวคือ ด้วยขนาดทีเล็กมากของวัสดุนาโนจึงมีขอห่วงกังวลว่า ่ ้ อนุภาคนาโนจะสามารถเข้าไปยังทีทอนุภาคขนาดใหญ่ไม่สามารถเข้าถึงได้ เช่น ่ ี่ ถุงลมขนาดเล็กในปอด เส้นโลหิตฝอย รวมทั้งความสามารถในการเคลื่อนย้าย (translocation) จากเนื้อเยื่อชนิดหนึ่งไปยังเนื้อเยื่ออีกชนิดหนึ่งได้ง่าย เช่น จากปอดเข้าสูกระแสโลหิตแล้วเข้าสูสมอง เป็นต้น นอกจากนี้ พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้น ่ ่ อย่างมหาศาลของอนุภาคในระดับนาโน อาจส่งผลให้เกิดความไวต่อการเกิด ปฏิกิริยาเคมีและการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลง สมบัตทางชีวภาพทีอาจนำไปสูการเพิมขึนของความเป็นพิษได้ เช่น ธาตุคาร์บอน ิ ่ ่ ่ ้ ปกติจะไม่นำไฟฟ้าแต่กลับนำไฟฟ้าได้ดี เมื่อออกแบบโครงสร้างหรือปั่นเป็น เส้นใยนาโนทีมเส้นผ่าศูนย์กลาง 3-2 นาโนเมตร ส่วนธาตุทองจะไม่ทำปฏิกรยา ่ ี ิิ กับสารประกอบรอบๆ แต่อนุภาคนาโนของทองจะทำลายแบคทีเรียและ เซลล์สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ได้ ส่วนโลหะเงินโดยปกตินั้นสามารถฆ่าจุลชีพได้ แต่จะมี ประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้นเมื่ออยู่ในลักษณะอนุภาคนาโน เป็นต้น 20������� P 1-56 new.indd 20 24/2/2554 15:59:16
  • 25. 21 นอกจากนี้ สมบัตของวัสดุนาโนทีผลิตขึน (engineered nanomaterials) ิ ่ ้ จะไม่ขนอยูกบโครงสร้างทางเคมีอย่างเดียว เพราะขนาด รูปร่าง พืนทีผวสัมผัส ึ้ ่ ั ้ ่ิ และลักษณะการเคลือบผิว (surface coating) จะส่งผลต่อการทำงานของวัสดุ นาโนดังกล่าว วัสดุนาโนสามารถผ่านเข้าสูอวัยวะต่างๆ ของร่างกายทางกระแสเลือด ่ ยิงไปกว่านัน เนืองจากวัสดุนาโนมีความคงทนสูงกว่าวัสดุแบบดังเดิมจึงทำให้มี ่ ้ ่ ้ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมยาวนานกว่า เมื่อหมดอายุการใช้งานกลายเป็นขยะ นาโน ในอนาคตหากมีการสะสมของขยะจากผลิตภัณฑ์นาโนเพิ่มขึ้นอย่างมาก ก็อาจก่อให้เกิดความเปลียนแปลงความสมดุลของระบบนิเวศได้ ยกตัวอย่างเช่น ่ การสะสมของอนุภาคนาโนของเงิน (silver nanomaterials) ซึงมีฤทธิตานเชือจุลชีพ ่ ์้ ้ อาจส่งผลเสียต่อเชือจุลชีพทีมประโยชน์ในสิงแวดล้อมได้ ซึงถ้าส่วนล่างสุดของห่วงโซ่ ้ ่ี ่ ่ อาหารได้รับความกระทบกระเทือนก็จะส่งผลถึงด้านบนสุดของห่วงโซ่อาหารก็ คือมนุษย์ได้ ดังแสดงในรูปที่ 3-1 รูปที่ 3-1 เส้นทางของวัสดุนาโนตลอดวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ (life-cycle perspective)������� P 1-56 new.indd 21 24/2/2554 15:59:17