การประยุกต์ใช้อนุภาคนาโน (Nanoparticles and application)

เผยแพร่เมื่อ: 09/07/2563....,
เขียนโดย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ เกียรติศักดิ์ บัตรสูงเนิน 
สาขาวิชาอาชีวอนามัยและความปลอดภัย สำนักวิชาสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี
Meet the Academic: Nano Safety for JorPor series...,

  การประยุกต์ใช้อนุภาคนาโน (Nanoparticles and application)

          จากซีรีส์ 1 ที่ผ่านมา ผู้เขียนได้ให้นิยามและคำจัดกัดความของคำว่า นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) อนุภาคนาโน (Nano particle) รวมถึงลักษณะจับตัวของอนุภาคนาโน ไปแล้วนั้น ผมคิดว่าผู้อ่านคงอยากทราบว่านาโนเทคโนโลยีนี้เข้ามามีบทบาทต่อชีวิตประจำวันเราอย่างไร รวมทั้งเราอาจจะเคยใช้ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากวัสดุนาโนโดยที่เราอาจคาดไม่ถึง ดังนั้นผมได้สรุปการประยุกต์ใช้อนุภาคนาโนไว้กว้างๆ ดังนี้ ครับ

          ปัจจุบันนี้มีการนำนาโนเทคโนโลยีมาใช้ในอุตสาหกรรม ทำให้เกิดประโยชน์อย่างมากมายมหาศาล ไม่เพียงแต่ด้านการพัฒนาคุณสมบัติของวัสดุ ยังรวมถึงการอนุรักษ์พลังงานงาน เช่น ใช้เป็นฉนวนกันความร้อน ความเย็น กักเก็บพลังงาน เพิ่มการสะท้อนแสง เป็นต้น ในประเทศสหรัฐอเมริกาพลังงาน 41% พลังงานถูกใช้ในอาคาร ที่อยู่อาศัย สำนักงาน โดยพลังงานส่วนใหญ่สูญเสียไปกับความร้อน แสงสว่างและเครื่องปรับอากาศ (Nano werk, 2015)เมื่อมีการนำนาโนเทคโนโลยีมาใช้ก็จะสามารถลดปัญหาการใช้พลังงานได้อย่างมาก ตัวอย่างการประยุกต์ใช้อนุภาคนาโนในด้านต่าง ๆ เช่น ด้านอุตสาหกรรมก่อสร้าง ด้านการแพทย์ ส่วนผสมในสินค้า ผลิตภัณฑ์อาหาร เครื่องสำอาง ทางด้านการทหาร ตัวเร่งปฏิกิริยา และด้านการบิน อวกาศและอุตสาหกรรมยานยนต์ เป็นต้น แสดงดังรูปที่ 3

รูปที่3: การประยุกต์ใช้อนุภาคนาโน (Nanoparticles and application)

2.1 อุตสาหกรรมก่อสร้าง (Construction)

          เมื่อนำนาโนเทคโนโลยีมาใช้ในการก่อสร้าง ไม่ว่าจะเป็นการสร้างอาคาร บ้านเรือน โครงสร้างพื้นฐาน (infrastructure) จะทำให้วัสดุมีความแข็งแรงมากขึ้น เมื่อวัสดุมีความแข็งแรงมากขึ้นก็จะทำให้ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมสิ่งก่อสร้างลดลง รวมทั้งทำให้ขยะที่เกิดจากการก่อสร้างลดลงอีกด้วย (Surinder Mann, 2006)(“Industrial Applications of Nanotechnology,” 2015) มากไปกว่านั้นผลิตภัณฑ์ที่ทำจากอนุภาคนาโนยังมีคุณสมบัติพิเศษในการเป็นฉนวนกันความร้อน กักเก็บพลังงาน ทำความสะอาดตัวเองและฆ่าเชื้อโรคได้อีกด้วย (Lee et al., 2010) (Zhi Ge & Zhili Gao, 2008) (Li, 2004) (Lan et al., 2013) ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ในงานก่อสร้างที่มีการผสมอนุภาคนาโน เช่น ปูนซีเมนต์ เหล็กกล้า ไม้ กระจก สี แผงโซล่าเซลล์ หน้าต่าง และเซรามิค เป็นต้น

รูปที่4: Misericordia church, Rome, Italy(Michael Chusid, 2017)

2.2 ด้านการแพทย์ (Medical System)

          ในด้านการแพทย์นิยมใช้อนุภาคนาโนเป็นตัวนำยา (Drug carrier) โดยอนุภาคนาโนนี้สามารถนำยาไปยังอวัยวะเป้าหมายที่สำคัญ รวดเร็วและเฉพาะเจาะจงถึงตำแหน่งที่ต้องการนำยาได้ รวมถึงมีการพัฒนาอนุภาคนาโนไปเป็นอุปกรณ์เครื่องมือแพทย์ต่าง ๆ (Medical tools) ด้วยคุณสมบัติที่เบาของวัสดุนาโน

2.3 ส่วนผสมในสินค้า (Customer goods)

          ในสินค้าบางประเภทผสมอนุภาคนาโนเข้าไปเพื่อเคลือบผิว (Surfaces and coatings) เพื่อให้วัสดุมีคุณสมบัติต่าง ๆ เช่น มีพื้นที่ผิวที่สม่ำเสมอ (Smoothness) ต้านทานความร้อน (Heat resistance) เพิ่มความแข็งแรงของวัสดุ เป็นต้น ตัวอย่างสินค้าที่มีการประยุกต์ใช้อนุภาคนาโน เช่น สิ่งทอต่าง ๆ และในอุปกรณ์กีฬา เป็นต้น

รูปที่ 5: สินค้าที่มีส่วนผสมของอนุภาคนาโน (Alibaba, 2017)(Nano bicycles, 2016)

2.4 อาหาร (Foods)

          ในอุตสาหกรรมอาหารบางประเภท โดยเฉพาะอาหารเสริม มีการเติมอนุภาคนาโนเข้าไปในอาหาร เพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อจุลชีพ เพื่อให้สามารถเก็บอาหารได้นานขึ้น รวมถึงการใช้งานอนุภาคนาโนในการเป็นตัวนำแร่ธาตุ วิตามิน และการปรับปรุงรสชาติและคุณสมบัติของอาหาร ตัวอย่างเช่น Nanotea ช่วยเพิ่มการทำงานของซีลีเนียม (Selenium) 10 เท่า Nanoceutical Slim Shake Chocolate ที่ใช้เทคนิค Nanoclusters ที่ช่วยให้มีรสชาติดีโดยปราศจากการเติมน้ำตาล กำลังเป็นที่สนใจของผู้ที่ต้องการลดและควบคุมน้ำหนัก เป็นต้น

2.5 เครื่องสำอาง (Cosmetics)

          ในเครื่องสำอางบางประเภทมีการเติมอนุภาคนาโนเข้าไปเพื่อเพิ่มคุณสมบัติในการป้องกันแสงแดดและรังสียูวี (Sunscreens and UV protection) และเพิ่มความขาว (Whitening) ให้กับผิวหนัง อนุภาคนาโนชนิดนี้ คือ Titanium dioxide nanoparticle (TiO₂) และ Zink dioxide nanoparticle (ZnO)

รูปที่ 6: เครื่องสำอางที่มีส่วนผสมของอนุภาคนาโน (Melbourne Dermatology Skin Care, 2016)(Viva Woman, 2008)

2.6 ด้านการทหาร (Military)

          ในด้านการทหารมีการนำอนุภาคนาโนเข้ามาพัฒนาขีดความสามารถของกองทัพ เช่น Biological sensor ช่วยในการตรวจจับอาวุธชีวภาพ พัฒนาในวัสดุทำเครื่องแบบทหาร (Uniform material) เพื่อให้เครื่องทหารแบบมีคุณสมบัติพิเศษในการป้องกันอุณหภูมิ ที่ร้อนหรือเย็นจัด ป้องกันสารเคมี และรังสี เป็นต้น การพัฒนาทางด้านการทหารรวมถึงการสื่อสาร (Communication method) และการพัฒนาด้านอาวุธ (Weapons) เพื่อใช้ในการต่อสู้

2.7 ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst)

          การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้อนุภาคนาโนถูกพัฒนาอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเชื้อเพลิงและปิโตรเลี่ยม โดยอาศัยคุณสมบัติของวัสดุนาโนที่มีพื้นที่ผิวมากจะสามารถทำปฏิกิริยาเคมีได้ดี ส่งผลให้ลดปริมาณการใช้งานของเชื้อเพลิงได้ รวมถึงส่งผลถึงการเผาไหม้ที่สมบูรณ์และสม่ำเสมอของเครื่องยนต์ เป็นต้น

2.8 การบิน อวกาศและอุตสาหกรรมยานยนต์ (Aerospace and vehicle manufacturers)

          ด้วยคุณสมบัติของอนุภาคนาโนมีน้ำหนักเบาแต่มีความแข็งแรงสูง เช่น Aluminium nanoparticle ถูกพัฒนาให้เป็นชิ้นส่วนของยานอวกาศ เครื่องบิน และยานพาหนะที่ต้องการความเร็วสูง เมื่อยานพาหนะมีน้ำหนักเบาจะส่งผลต่อการประหยัดเชื้อเพลิงในการขับเคลื่อนมากขึ้น

รูปที่ 7: Aluminium nanoparticle ที่ผสมในชิ้นส่วนของยานอวกาศและเครื่องบิน(Gupta, 2016)

          ปัจจุบันนี้อนุภาคนาโนถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย ตัวอย่างเช่น ไทเทเนี่ยมไดออกไซด์ (TiO₂) คาร์บอนนาโนทิวบ์ (Carbon nanotube: CNT)  ไอรอนออกไซด์ (FeO) คอปเปอร์ออกไซด์ (CuO) ซิลเวอร์ออกไซด์ (AuO) ซิงค์ออกไซด์ (ZnO) และ ควอนตัมดอท (Quantum dot) เป็นต้น (Nano werk, 2015) (“Industrial Applications of Nanotechnology,” 2015) (Lee et al., 2010)(Yank Keles, 2009) (Broekhuizen et al., 2011)

          ถึงแม้ว่าอนุภาคนาโนจะมีประโยชน์อย่างมากต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมและธุรกิจ แต่อย่างไรก็ตามอนุภาคนาโนนี้ก็มีความเสี่ยงสูงต่อผู้ที่สัมผัส ในขณะที่การศึกษาเกี่ยวกับความเป็นพิษและความเป็นอันตรายของอนุภาคนาโนต่อสุขภาพยังมีจำกัดและไม่เพียงพอ มีเพียงงานวิจัยบางส่วนเท่านั้นที่ยืนยันว่าอนุภาคนาโนมีผลต่อสุขภาพของสัตว์ทดลองและสุขภาพของมนุษย์ ดังนั้นผู้ที่มีโอกาสสัมผัสอนุภาคนาโน ควรตระหนักถึงอันตรายที่อาจเกิดขึ้น รวมทั้งหามาตรการในการป้องกันควบคุมอันตรายจากอนุภาคนาโน ก่อนส่งผลเสียต่อสุขภาพและชีวิต

บรรณานุกรม

Alibaba. (2017). Nano Titanium New Adult Tennis Racket. Alibaba.Com. https://guide.alibaba.com/shop/head-nano-titanium-ti-conquest-new-adult-tennis-racket-rrp5_4034599.html

Broekhuizen, P. van, Broekhuizen, F. van, Cornelissen, R., & Reijnders, L. (2011). Use of nanomaterials in the European construction industry and some occupational health aspects thereof. Journal of Nanoparticle Research, 13(2), 447–462. https://doi.org/10.1007/s11051-010-0195-9

Gupta, A. (2016, June 29). Aluminium-Aluminum Nanoparticles Highly pure. Nanoshel a Nanotechnology Company. https://www.nanoshel.com/aluminium-aluminum-nanoparticles/

Industrial applications of nanotechnology. (2015). In Wikipedia, the free encyclopedia. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Industrial_applications_of_nanotechnology&oldid=675879569

Lan, Y., Lu, Y., & Ren, Z. (2013). Mini review on photocatalysis of titanium dioxide nanoparticles and their solar applications. Nano Energy, 2(5), 1031–1045. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2013.04.002

Lee, J., Mahendra, S., & Alvarez, P. J. J. (2010). Nanomaterials in the Construction Industry: A Review of Their Applications and Environmental Health and Safety Considerations. ACS Nano, 4(7), 3580–3590. https://doi.org/10.1021/nn100866w

Li, G. (2004). Properties of high-volume fly ash concrete incorporating nano-SiO2. Cement and Concrete Research, 34(6), 1043–1049. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2003.11.013

Melbourne Dermatology Skin Care. (2016). Safety of Micronized Zinc Sunscreens. http://www.treatment-skincare.com/Sunscreens/Micronized-Safety.html

Michael Chusid. (2017). Self-Cleaning Concrete. Concrete Decor. http://www.concretedecor.net/index.cfm/decorativeconcretearticles/vol-5-no-4-augustseptember-2005/self-cleaning-concrete/

Nano bicycles. (2016). Nano bicycles: Specialized Roubaix SL4 Sport 2016. http://www.nanobicycles.com/Specialized-Roubaix-SL4-2016/index.php/

Nano werk. (2015). Nanotechnology in the Construction Industry. http://www.nanowerk.com/nanotechnology-in-construction-industry.php

Surinder Mann. (2006). Nanotechnology and Construction (p. 55) [Nano forum report]. Institute of Nanotechnology. http://nanotech.law.asu.edu/Documents/2009/10/Nanotech%20and%20Construction%20Nanoforum%20report_259_9089.pdf

Viva Woman. (2008). Does your sunscreen contain nanoparticles? http://www.vivawoman.net/2008/11/does-your-sunscreen-contain-nanoparticles/

Yank Keles. (2009). ObservatoryNano Economical Assessment / Construction sector. http://www.nanowerk.com/nanotechnology/reports/reportpdf/report162.pdf

Zhi Ge, & Zhili Gao. (2008). Applications of Nanotechnology and Nanomaterials in Construction. First International Conference on Construction In Developing Countries (ICCIDC–I). http://www.neduet.edu.pk/Civil/ICCIDC-I/Conference%20Proceedings/Papers/025.pdf