นาโนเทคโนโลยี  หน่วยที่ 1: ประวัติวิทยาศาสตร์ระดับนาโน  คริสตศตวรรษที่ 20 (3)                                                         คำว่า “นาโนเทคโนโลยี (nanotechnology)” ถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรก โดยนักวิทยาศาสตร์ที่ชื่อ  โนริโอะ ทานิกูชิ (Norio Taniguchi) แห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์แห่งกรุงโตเกียว (Tokyo Science University) ประเทศญี่ปุ่น เขาใช้คำว่านาโนเทคโนโลยีนี้เพื่อที่จะบรรยายถึงว่าเป็น “เทคโนโลยีการผลิตที่มีความถูกต้องแม่นยำสูงเป็นพิเศษ และก้าวข้ามพ้นมิติของเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบัน อย่างเช่น ความแม่นยำที่สุดและถูกต้องที่สุดในระดับขนาด 1 นาโนเมตร ”           Charles Morrison                     ศาสตราจารย์ชาร์ล มอริสัน และเอ็มม่า มอริสัน (Charles & Emma Morrison) ผู้เชี่ยวชาญทางด้านเคมีแห่งมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น (Northwestern University)  ประเทศสหรัฐอเมริกา   มาร์ก รัทเนอร์ (Mark A. Ratner) และแอฟแวรม (A. Aviram) แห่งบริษัทไอบีเอ็ม ทั้งสี่คนได้ร่วมกันเสนอแนวคิดเกี่ยวกับว่า  โมเลกุลเฉพาะแต่ละโมเลกุลสามารถแสดงพฤติกรรมเหมือนอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ พื้นฐานได้ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปได้ที่คอมพิวเตอร์จะถูกสร้างขึ้นมาในทิศทางของวิธีการจากเล็กไปใหญ่ (bottom - up)   โดยการประกอบกันของโมเลกุลแต่ละตัวเข้าเป็นส่วนประกอบภายในวงจรได้ จาก สมมติฐานนี้จึงนำไปสู่ทิศทางการนำไปประยุกต์ใช้ทางด้านนาโนเทคโนโลยี  จากผลงานการนำเสนอแนวคิดนี้  ทำให้มาร์ก รัทเนอร์ได้ชื่อว่าเป็นเสมือนบิดาทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ระดับโมเลกุล (molecular-scale electronics)                       Sir Chandrasekhara Venkata Raman   Richard P. Van Duyne           Surface Enhance Raman Spectroscopy : SERS                     สเปกโตรสโคปี (spectroscopy) เป็นกลุ่มหนึ่งของเทคนิคต่างๆ ซึ่งใช้ศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงกับสสาร  เพื่อใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลเกี่ยวกับคุณลักษณะของสสาร และโครงสร้างของโมเลกุล นักวิทยาศาสตร์คือเซอร์จันดราเซกฮาร่า เวนกาต้า รามาน (Chandrasekhara Venkata Raman) แห่งมหาวิทยาลัยแคลคัตตา (Calcutta University) ซึ่งเป็นผู้ที่ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ในปี ค.ศ. 1930 จากผลงานการค้นพบของเขาในปี ค.ศ. 1928 ที่เขาพบว่าหากนำตัวอย่างมาศึกษาโดยเทคนิคสเปกโตรสโคปี  ข้อมูลที่ได้จากการกระเจิงแสงของโมเลกุลของตัวอย่างนั้น สามารถที่จะนำมาใช้อธิบายเกี่ยวกับส่วนประกอบเชิงเคมีและโครงสร้างโมเลกุลของตัวอย่างได้       แต่ทว่าในตอนนั้นเครื่องมือของรามานยังไม่สามารถที่จะนำมาใช้ศึกษาในระดับนาโนเมตรได้ แต่ภายหลังในปี ค.ศ. 1960 เมื่อมีการประดิษฐ์ลำแสงเลเซอร์ขึ้นมาได้  เทคนิคนี้ก็ได้รับโอกาสในการปรับปรุงให้สามารถใช้งานได้มากยิ่งขึ้น  จนกระทั่งในปี   ค.ศ.   1977 นักวิทยาศาสตร์ชื่อริชาร์ด แวน ดายน์ (Richard P. Van Duyne)    แห่งมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น  (Northwestern University) ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ค้นพบพื้นผิวที่ช่วยทำให้เกิดสเปกโตรสโคปีของรามานได้ดีขึ้น (surface enhance raman spectroscopy : SERS) ซึ่งทำให้สามารถใช้ในการศึกษาที่ละเอียดระดับนาโนเมตรได้ โดยแวน ดายน์ได้บรรยายไว้ว่าเมื่อโมเลกุลได้สัมผัสกับพื้นผิวหนึ่งที่มีลักษณะเป็นเนินเล็กๆ  และมีช่องว่างระหว่างเนิน  โดยมีขนาดประมาณ 50 – 100 นาโนเมตร จะทำให้ความเข้มของรามานถูกขยายมากขึ้นอีกเป็น 1,000,000 เท่า  ด้วยเหตุนี้ทำให้มีการใช้ SERS นี้ในเทคนิคสเปกโตรสโคปีระดับโมเลกุลกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน                      ปัจจุบัน SERS ถูกนำมาใช้ในการศึกษาปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าเคมีของโมเลกุล  การเร่งปฏิกิริยาเคมี การสังเคราะห์สาร และนำมาใช้ในทางชีวเคมี                       Gerd Binning  &  Heinrich Rohrer                     เกิร์ด บินนิง (Gerd Binning) และ เฮนริช โรห์เรอ (Heinrich Rohrer) นักวิจัยในห้องปฏิบัติการของบริษัทไอบีเอ็ม ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ ได้ประดิษฐุ์ เครื่อง STM (Scanning Tunneling Microscope) ขึ้นจนสำเร็จ    ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถที่จะเห็นภาพของโลกระดับนาโนเมตรได้เป็นผลสำเร็จ  แต่ไม่เพียงแต่สามารถมองเห็นอนุภาคระดับนาโน  โมเลกุลขนาดเล็ก  หรืออะตอมเดี่ยวได้เพียงเท่านั้น แต่ยังสามารถที่จะใช้ในการควบคุมจัดการกับอนุภาคระดับนาโน   อะตอม หรือโมเลกุลขนาดเล็กได้อีกด้วย  อย่างเช่น  การจัดเรียงอะตอมทีละอะตอมเข้าเป็นโมเลกุลหนึ่ง  เป็นต้น  และจากผลงานการประดิษฐ์เครื่องมือนี้ขึ้นมา ทำให้ทั้งสองได้รับรางวัลโนเบล ในปี ค.ศ. 1986                           Harold Kroto   Richard Smalley   Robert Curl   buckyball                     ศาสตราจารย์ฮาโรลด์ โครโต้ (Harold Kroto) แห่งมหาวิทยาลัยซัสเซก (University of Sussex) ประเทศอังกฤษ  ริชาร์ด สมอลลี่ (Richard Smalley) และ โรเบิร์ต เคิร์ล (Robert Curl) แห่งมหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University) ประเทศสหรัฐอเมริกา  ได้ค้นพบโครงสร้างโมเลกุลของคาร์บอนแบบใหม่ นั่นคือ บัคมินสเตอร์ฟลูเลอรีน (buckminsterfullerene) หรืออีกชื่อหนึ่งที่เรียกกันว่า บัคกี้บอล (buckyball) ซึ่งเป็นโครงสร้างระดับนาโนเมตรของโมเลกุลคาร์บอนที่สร้างขึ้นมาจากอะตอมของคาร์บอนจำนวน 60 อะตอมเชื่อมต่อกัน และมีรูปร่างที่สมมาตรคล้ายกับลูกฟุตบอล  โดยเป็นโครงสร้างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 1 นาโนเมตรเท่านั้น   เนื่องจากการค้นพบนี้ทำให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบล สาขาเคมี ในปี ค.ศ. 1996                     Atomic Force Microscope (AFM)                     เกิร์ด บินนิ่ง (Gerd Binning) และคณะได้ประดิษฐ์ เครื่อง AFM (Atomic Force Microscope) ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ใช้ปลายแหลมที่มีขนาดเล็กระดับเป็นอะตอมเดี่ยว (หรือมีขนาดเพียงหนึ่งอะตอมเท่านั้น)  ใช้ตรวจสอบพื้นผิวของวัตถุโดยตรงในระดับความละเอียดของช่วง 1-100 นาโนเมตรได้ และสามารถที่จะสร้างเป็นภาพในรูปแบบสามมิติ เพื่อแสดงลักษณะพื้นผิวของวัตถุที่ถูกวัดด้วยกำลังขยายที่สูงมาก (ประมาณได้ว่าเกือบ 1,000,000 เท่าของวัตถุที่ถูกวัด)           Eric Drexler                     ศาสตราจารย์อีริค  เดรกส์เลอร์ (Eric Drexler) นักวิทยาศาสตร์ผู้นำเสนอแนวคิดเทคโนโลยีการสร้างระดับนาโนแบบจากเล็กไปใหญ่ (bottom-up) ในหนังสือของเขาที่ชื่อว่า “จักรกลที่ใช้ในการสร้างสรรค์ (engines of creation)” ซึ่งเป็นหนังสือที่อธิบายเกี่ยวกับสิ่งที่จะเป็นไปได้ในการสร้างระดับนาโน  และประโยชน์ที่จะเกิดขึ้นในอนาคตจากความก้าวหน้าทางด้านนาโนเทคโนโลยีนี้  ซึ่งจากแนวคิดของศาสตราจารย์เดรกส์เลอร์นี้  ทำให้เกิดกระแสกระตุ้นความสนใจของเหล่านักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายเกี่ยวกับว่าจะสามารถทำได้จริงหรือไม่  โดยมีทั้งกลุ่มที่เห็นด้วยและไม่เห็นด้วยในแนวคิดที่เขาได้นำเสนอไว้