นาโนเทคโนโลยี  หน่วยที่ 1: ประวัติวิทยาศาสตร์ระดับนาโน  คริสตศตวรรษที่ 20 (2)                                         Jame Watsons   Francis Crick   Maurice Wilkins   Rosalind Franklin           แบบจำลองดีเอ็นเอตามแบบแนวคิดของวัตสัน - คริก                     ผลงานการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญมากอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นในศตวรรษที่ 20 คือการค้นพบดีเอ็นเอ(DNA) เริ่มต้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1950 เหล่านักวิทยาศาสตร์รู้จักกับดีเอ็นเออยู่แล้วในข้อมูลที่ว่าดีเอ็นเอเป็นกรดดีออกซิไรโบส (deoxyribonucleic acid) และอาจจะเกี่ยวข้องกับการนำส่งข้อมูลทางพันธุกรรม แต่ยังไม่ทราบว่าดีเอ็นเอมีรูปร่างลักษณะอย่างไร และมีการทำงานอย่างไร                    ในปี ค.ศ. 1953 นักวิทยาศาสตร์ชื่อเจมม์ วัตสัน (Jame Watsons) และฟรานซิส คริก (Francis Crick) ได้ตีพิมพ์บทความลงในนิตยสารเนเจอร์ (Nature) โดยอธิบายลักษณะว่าดีเอ็นเอมีลักษณะโครงสร้างเป็นเกลียวคู่  และได้ชี้แนะว่าเมื่อเซลล์เกิดการแบ่งตัวนั้น เกลียวทั้งสองที่ถูกสร้างขึ้นมาเป็นเกลียวคู่อาจจะเกิดจากการแยกออกจากกัน และจะเกิดการสร้างสายเกลียวแต่ละอันขึ้นมาใหม่จนมีลักษณะเป็นเกลียวคู่เหมือนเดิม ซึ่งก็เป็นการคัดลอกเกลียวคู่ตั้นแบบนั่นเอง ดังนั้นก็หมายถึงว่าดีเอ็นเอสามารถที่จะถ่ายทอดตัวของมันเองได้  โดยปราศจากการเปลี่ยนไปในโครงสร้างเดิมของตัวมันเอง ยกเว้นในกรณีที่อาจจะเกิดการกลายพันธุ์ (mutation) ที่จะทำให้ดีเอ็นเอเกิดมีโครงสร้างที่เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม                   แต่แท้ที่จริงแล้วบุคคลที่มีบทบาทสำคัญในการค้นพบโครงสร้างเกลียวคู่ของดีเอ็นเอนี้  ประกอบไปด้วยเจมม์ วัตสัน (Jame Watsons) ฟรานซิส คริก (Francis Crick) มอริส วิลคินส์ (Maurice Wilkins) และโรสซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin) ดังนั้นแล้วต่อมาในปี ค.ศ. 1962   จึงทำให้มัวริส วิลคินส์ได้รับรางวัลโนเบลร่วมกับเจมม์ วัตสันและฟรานซิส คริกอีกคนหนึ่ง แต่สำหรับโรสซาลินด์ แฟรงคลินนั้นได้เสียชีวิตเสียก่อนเมื่อเธอมีอายุได้เพียง 37 ปีเท่านั้น ทำให้เธอไม่ได้รับรางวัลโนเบลร่วมกับอีกทั้งสามคนจากผลงานการค้นพบชิ้นนี้ จึงเป็นสาเหตุที่ทำให้เธอไม่ได้รับการสรรเสริญเท่าที่ควรในแวดวงวิทยาศาสตร์                     หลายทศวรรษที่ผ่านมา การสังเคราะห์โดยให้โมเลกุลหน่วยย่อยวางตัวเข้าด้วยกันอย่างเป็นระเบียบด้วยตนเองได้(self-assembly) ของดีเอ็นเอนี้  เป็นสิ่งกระตุ้นให้เหล่านักวิจัยและนักวิทยาศาสตร์สนใจที่จะทำการศึกษาเกี่ยวกับกลไกอันน่ามหัศจรรย์ของโครงสร้างดีเอ็นเอนี้ เพื่อที่จะใช้หลักการเดียวกันนี้ในการสังเคราะห์และพัฒนาโครงสร้างระดับนาโนอื่นๆ ต่อไป                         Leo Esaki                   นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นชื่อ ลิโอะ เอะซะกิ (Leo Esaki) เป็นนักฟิสิกส์ที่ทำงานให้กับบริษัทโซนี่ ได้ค้นพบว่าอิเล็กตรอนสามารถที่จะเกิดปรากฎการณ์ลอดผ่าน (tunnel) โลหะได้ในบริเวณที่เป็นจุดเชื่อมต่อของสารกึ่งตัวนำ  ซึ่งเป็นการพิสูจน์ให้เห็นข้ามผ่านขีดจำกัดความสามารถของสารกึ่งตัวนำ  ที่ทฤษฏีฟิสิกส์ดั้งเดิมทำนายไว้ว่าไม่สามารถที่จะเป็นไปได้ ซึ่งเป็นตัวอย่างหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่า วัสดุในระดับนาโน ถูกควบคุมการแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างออกไปจากกฎหรือหลักการเดิมอย่างไร  อย่างเช่นสิ่งที่เกิดขึ้นกับวัสดุระดับนาโนจะเป็นไปตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม ไม่ใช่ตามหลักการของฟิสิกส์แบบฉบับดั้งเดิม เป็นต้น และการค้นพบนี้เองก็นำมาสู่การสร้างไดโอดแบบอิเล็กตรอนลอดผ่าน (tunneling diodes) หรือบางครั้งเรียกกันว่าไดโอดเอะซะกิ (Esaki diodes) ซึ่งถูกใช้เป็นส่วนสำคัญในการศึกษาค้นคว้าทางด้านฟิสิกส์ของสถานะของแข็ง (solids - state physics) และก็เป็นครั้งแรกเช่นกันที่ใช้หลักการของปรากฎการณ์การลอดผ่านได้ของอิเล็กตรอนนี้ในการสร้างอุปกรณ์  เพื่อนำมาใช้งานจริง (ในปัจจุบันเป็นหลักการสำคัญสำหรับการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับนาโน) โดยเขาได้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับการสร้างโครงสร้างสารกึ่งตัวนำในระดับนาโน ได้แก่ สารกึ่งตัวนำที่มีระเบียบในของแข็ง (superlattice transistor) ซึ่งเป็นการบุกเบิกการนำวิธีการสร้างแบบจากเล็กไปใหญ่ (bottom-up) มาสู่การสร้างโครงสร้างนาโนเป็นครั้งแรก และเขาได้รับได้รับรางวัลโนเบลในปี ค.ศ. 1973 สำหรับผลงานการค้นพบนี้                              Richard Feynman                    นักฟิสิกส์ผู้ที่อาจกล่าวได้ว่าเป็นบิดาแห่งนาโนเทคโนโลยี คือ ศาสตราจารย์ริชาร์ด เฟยน์แมน (Richard Feynman) แห่งสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (California Institute of Technology)   โดยเขาได้กล่าวปาฐกถาเรื่อง “ยังมีทางขยับขยายอีกมากในระดับจุลภาค (There’s plenty of room at the bottom)” ซึ่งเป็นการบรรยายที่กระตุ้นแรงบันดาลใจเกี่ยวกับการทำนายความเป็นไปได้  และขีดความสามารถของเทคโนโลยีระดับนาโน  ซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ทุกคนควรจะตระหนักสนใจอย่างจริงจัง และให้ความสำคัญเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ให้มากขึ้น โดยในตอนหนึ่งของปาฐกถาได้กล่าวไว้ว่า “หลักการทางฟิสิกส์เท่าที่ข้าพเจ้ามองเห็น ไม่ได้ค้านความเป็นไปได้ที่จะทำอะไรกับสิ่งของในระดับอะตอม และการกระทำดังกล่าวก็ไม่ได้เป็นการพยายามที่จะฝืนกฎเกณฑ์ทางวิทยาศาสตร์แต่อย่างใด แต่ที่จริงแล้วเป็นสิ่งหนึ่งที่สามารถจะทำได้ในเชิงหลักการ เพียงแต่ในทางปฏิบัตินั้นยังทำไม่ได้ เป็นเพราะว่าเครื่องมือต่างๆ ที่เรามีใช้กันนั้นมีขนาดใหญ่เกินไป”                       เฟอโรฟลูอิด (ferrofluids)                     นักวิจัยขององค์การนาซ่า (NASA) พยายามที่จะศึกษาเพื่อหาวิธีการในการควบคุมของเหลวในอวกาศ พวกเขาได้ค้นพบว่าอนุภาคของธาตุเหล็กในระดับนาโนนั้นมีความเป็นแม่เหล็ก โดยอนุภาคนาโนเหล่านี้สามารถป้องกันการจับตัวรวมเข้าด้วยกันเองได้ และยังสามารถที่จะแพร่กระจายเข้าไปได้ในน้ำหรือน้ำมัน ทำให้สามารถที่จะควบคุมตำแหน่งหรือการเคลื่อนที่ของของเหลวโดยอาศัยสมบัติของการเป็นแม่เหล็กได้  ซึ่งของเหลวที่ค้นพบนี้เรียกกันว่า  เฟอโรฟลูอิด (ferrofluids)                     นอกจากการที่จะนำไปใช้ในอวกาศแล้ว  ปัจจุบันเฟอโรฟลูอิดถูกนำมาใช้ประโยชน์โดยทั่วไปแล้ว  โดยใช้ ในการประดิษฐ์หูฟัง การผลิตหน่วยความจำสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ และนำมาใช้เป็นส่วนประกอบในการผลิตสารกึ่งตัวนำ และปัจจุบันนักนาโนเทคโนโลยีมีความต้องการที่จะนำเฟอโรฟลูอิดมาใช้ในการพัฒนาเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก หรือนำมาใช้เป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ เพื่อที่จะใช้ในระบบการนำส่งยาเข้าสู่ร่างกาย ใช้ในการดูดซับสารพิษภายในร่างกาย เป็นต้น