นาโนเทคโนโลยี พลังอนุภาคจิ๋ว พลิกโฉมอุตสาหกรรม เสริมแกร่งการเกษตรไทย

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เรามักได้ยินคำว่า ‘นาโนเทคโนโลยี’ กันบ่อยๆ โดยนำมาอ้างอิงเป็นคุณสมบัติของการผลิต หรือสินค้าที่มีคุณภาพ เพราะเป็นการใช้เทคโนโลยียุคใหม่ซึ่งเป็นการพัฒนาอีกขั้นของเทคโนโลยีในระดับอะตอม หรือโมเลกุลที่มีขนาดเล็กถึงเศษหนึ่งส่วนพันล้านส่วนของหน่วยวัด ซึ่งการสร้างหรือผลิตสารที่มีขนาด 1-100 นาโนเมตร ทำให้สารนั้นออกฤทธิ์ได้อย่างเข้าถึง และทั่วถึงเสริมประสิทธิภาพยิ่งขึ้น โดยใช้ร่วมกับหลักการประกอบ การออกแบบ หรือการใช้เครื่องมือสร้างวัตถุที่อยู่ในระดับที่เล็กมาก รวมถึงการเรียงอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ ทำให้โครงสร้างของวัตถุหรือสสารมีคุณสมบัติพิเศษ

นาโนเทคโนโลยีจึงมีบทบาทสำคัญในการเกื้อหนุนอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย ทั้งอุตสาหกรรมเคมี รถยนต์ ก่อสร้าง อิเล็กทรอนิกส์ การแพทย์ การเกษตร พลังงานและสิ่งแวดล้อม ตลอดจนการนำเทคโนโลยีนาโนไปใช้ในการผลิตวัคซีนป้องกันโควิด ดังเช่น วัคซีนชนิดสารพันธุกรรม mRNA ที่ทั่วโลกยอมรับว่าเป็นวัคซีนที่มีประสิทธิภาพ สามารถกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ดี ที่อาศัยนาโนพาร์ทิเคิล (Nanoparticle) เป็นตัวส่ง mRNA เข้าสู่เซลล์เป็นต้น

สำหรับการพัฒนานาโนเทคโนโลยีแบ่งออกได้เป็น 3 ยุค เริ่มตั้งแต่ตอนแรกคือ ยุค Building Block Age เป็นยุคของการพัฒนาขีดความสามารถในการผลิตนาโนวัสดุที่เป็นพื้นฐาน หรือการพัฒนาเพื่อนําไปใช้เป็นอุปกรณ์นาโน ถัดมาเป็น ยุค Integrate/Nanosystem Age เป็นยุคที่มีการบูรณาการศาสตร์ต่างๆ ได้แก่วัสดุนาโน นาโนอิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีชีวภาพนาโน เพื่อสร้างมูลค่าเพิ่ม และยุคปัจจุบัน Nano Manufacturing Age การพัฒนานาโนเทคโนโลยี การผลิตอุปกรณ์นาโนในระดับอุตสาหกรรม

ด้วยประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยีดังกล่าวทั้งภาครัฐและภาคเอกชนทั่วโลกจึงทุ่มเงินลงทุนมหาศาลในการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะในปี 2546 มีการลงทุนไปกว่า 1 หมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐ ขณะที่ปี 2552 ผลิตภัณฑ์ที่สร้างขึ้นโดยใช้นาโนเทคโนโลยีมีมูลค่ารวมประมาณ 250 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ และในปี 2560 งบประมาณรัฐบาลสหรัฐฯ (Federal Budget) ได้จัดสรรงบประมาณกว่า 1.4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ เพื่อใช้ในการลงทุนให้กับ National Nanotechnology Initiative ซึ่งเป็นโครงการริเริ่มการวิจัยและพัฒนาของประเทศสหรัฐอเมริกา รวมเป็นงบประมาณทั้งสิ้น 24 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ซึ่งในแต่ละปีทั่วโลกยังคงให้ความสนใจในการลงทุนพัฒนาด้านนาโนเทคโนโลยีเพิ่มขึ้นเรื่อยมา และคาดว่ามูลค่าทางตลาดของอุตสาหกรรมนาโนเทคโนโลยีจะเติบโตถึง 125 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ภายในปี 2567

ประเทศไทยเองก็ตระหนักและให้ความสำคัญกับนาโนเทคโนโลยีเช่นเดียวกัน จึงได้จัดตั้งศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือ NANOTEC ขึ้น เมื่อปี 2546 เพื่อพัฒนางานวิจัยทางด้านนาโนเทคโนโลยี ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 สาขาหลัก ได้แก่ ด้านวิทยาศาสตร์กายภาพ (Physical Sciences) เช่น วัสดุ สิ่งทอ การแปรรูป และเก็บสะสมพลังงานด้านวิทยาศาสตร์การแพทย์ (Medical Sciences) เช่น กระบวนการผลิตและเก็บรักษาอาหาร การตรวจวินิจฉัยโรค ระบบนำส่งยา ด้านสังคม และสิ่งแวดล้อม (Society and Environment) เช่น การเพิ่มผลผลิตการเกษตรและทรัพยากรธรรมชาติ การตรวจจับและควบคุมแมลงและพาหะของโรค การบำบัดน้ำเสีย เป็นต้น

เนื่องด้วยประเทศไทยตั้งอยู่ในเขตสภาพภูมิอากาศร้อนชื้น มีความหลากหลายทางชีวภาพ และมีศักยภาพสูงในด้านการผลิตสินค้าทางการเกษตรและผลิตภัณฑ์อาหาร มีพื้นฐานความรู้ทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพที่ดี จึงเป็นจุดแข็งในการมุ่งเน้นการพัฒนานาโนเทคโนโลยีทางชีวภาพของประเทศให้แข็งแกร่งยิ่งขึ้น เพื่อนำมาช่วยในการเพิ่มปริมาณและคุณภาพของผลผลิตด้านการเกษตร ช่วยแก้ปัญหาอุปสรรคที่เกิดขึ้นกับเกษตรกร สนับสนุนให้ประเทศครองความเป็นผู้นำด้านอุตสาหกรรมเกษตรและอาหาร สอดคล้องกับกรอบนโยบายการผลักดันให้ประเทศไทยเป็นครัวของโลก

ยกตัวอย่างงานวิจัยและพัฒนานาโนเทคโนโลยีทางด้านชีวภาพการเกษตรที่ประสบความสำเร็จในประเทศไทยและต่างประเทศ อาทิ ‘ข้าว’ ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ได้ใช้นาโนเทคโนโลยีในการปรับปรุงพันธุ์ข้าวไทยโดยใช้ลำอนุภาค (Particle Beam) เจาะรูขนาดนาโนที่ผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ข้าว และยิงอะตอมของไนโตรเจนผ่านรูที่สร้างขึ้นผ่านเข้าไปในเซลล์ข้าวเพื่อกระตุ้นให้ดีเอ็นเอของข้าวเกิดการเรียงตัวใหม่ ผลสำเร็จนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงพันธุ์ข้าวได้ตรงตามคุณลักษณะที่ต้องการ

การเพิ่มมูลค่าของวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร โดยมหาวิทยาลัยเมลเบิร์น ประเทศออสเตรเลีย ได้ทดลองการนำฟางข้าวมาย่อยสลายให้มีขนาดเล็กลงจนเป็นอนุภาคนาโน เพื่อใช้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์พอลิเมอร์ชีวภาพที่ปรับแต่งรสชาติให้เหมือนไขมัน สามารถนำมาใช้แทนไขมันในอาหารเพื่อสุขภาพ และอาหารสำหรับผู้ที่ต้องการควบคุมน้ำหนักได้

ในภาคการเกษตรของประเทศไทยนั้น ปัญหาดินเค็มถือเป็นปัญหาสำคัญของเกษตรกร เพราะเป็นสาเหตุทำให้ผลผลิตทางการเกษตรลดต่ำลงถึง 2-3 เท่า ดังนั้นการนำนาโนเทคโนโลยีมาใช้ในการหยุดยั้งและปรับสภาพดินเค็มจึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่สามารถแก้ไขปัญหาดินเค็มได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังจะเห็นได้จากตัวอย่างงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง คือ สถาบันวิทยาศาสตร์การเกษตรแห่งชาติจีน ประสบความสำเร็จในการนำนาโนเทคโนโลยีมาปรับปรุงสภาพดินเค็มที่บริเวณปากแม่น้ำหวงเหอ ในมณฑลซานตง โดยการนำสารละลายคาร์โบเนียมที่สังเคราะห์ขึ้นโดยใช้นาโนเทคโนโลยีมาฉีดพ่นให้ทั่วบริเวณดินที่มีสภาพเสื่อม ทำให้เกิดปฏิกิริยาดูดซับเกลือออกมาจากดิน ทำให้ดินร่วนขึ้น และค่าพีเอชเปลี่ยนสภาพเป็นกลาง กลายเป็นดินที่เหมาะสมกับการเพาะปลูกพืช ซึ่งสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในประเทศไทยได้

นอกจากนั้น ปัญหา ‘โรคพืช’ ก็เป็นปัญหาสำคัญอีกเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นปัญหาที่เกิดจากไวรัส แบคทีเรีย เชื้อรา รวมไปถึงการใช้สารเคมีทางการเกษตรที่ไม่ถูกต้อง ทำให้ผลผลิตไม่เป็นไปตามเป้าหมาย ไม่ได้คุณภาพ หรือในบางกรณีโรคพืชนั้นใช้เวลานานกว่าจะแสดงอาการออกมาให้เห็น ซึ่งกว่าเกษตรกรจะรู้ก็ไม่สามารถแก้ไขได้ทัน ทำให้เกิดการสูญเสียผลผลิตทางการเกษตรไปอย่างมหาศาล จึงถือเป็นปัญหาใหญ่ของเกษตรกรไทยที่ต้องได้รับการแก้ไขอย่างเร่งด่วน

วิธีการแก้ปัญหาโรคพืชอย่างหนึ่งก็คือ การพัฒนาวิธีผลิตปุ๋ย ยาปราบศัตรูพืช ปรับปรุงคุณภาพของอาหารเสริมพืชในระดับนาโน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการดูดซึมของพืชให้ได้รับสารอาหารอย่างเต็มที่ สร้างภูมิคุ้มกันให้ปลอดภัยจากโรค พืชสามารถเจริญเติบโตได้ดี และให้ผลผลิตได้อย่างเต็มที่

‘ซิงค์ออกไซด์นาโน’ (ZnO NANO) เป็นผลิตภัณฑ์ทางเคมีชนิดน้ำที่ได้จากการค้นคว้าวิจัยและพัฒนาต่อยอดมาจาก ซิงค์ออกไซด์ (ZnO) ประกอบด้วยธาตุอาหารเสริมสังกะสีปริมาณสูง แล้วทำให้มีคุณลักษณะความเป็นอนุภาคนาโน ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซึมเข้าสู่ส่วนต่างๆ ของพืชได้ดี มีคุณสมบัติทำให้พืชมีความต้านทานโรคสูง และทนทานต่อสภาวะอากาศ พืชจึงเจริญเติบโตอย่างเต็มที่ มีคุณภาพสูงขึ้น อีกทั้งยังมีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม เหมาะสำหรับการฉีดพ่นใช้งานทั้งในพืชไร่ ไม้ผล ไม้ดอก และไม้ประดับ

ผลจากการลงพื้นที่นำซิงค์ออกไซด์นาโนไปใช้กับแปลงทดลองและพื้นที่สาธิตของเกษตรกร อาทิ นาข้าว สวนทุเรียน สวนมังคุด สวนลำไย ใน 4 ตำบล รอบเขตประกอบการอุตสาหกรรม IRPC ได้แก่ ตะพง นาตาขวัญ บ้านแลง และตาขัน พบว่า การทดลองนำซิงค์ออกไซด์นาโนไปใช้แก้ปัญหาได้ผลตอบรับเป็นอย่างดี เพราะนอกจากจะทำให้ผลผลิตมีปริมาณเพิ่มขึ้นแล้ว ยังทำให้คุณภาพของผลิตผลดีขึ้นอีกด้วย และสามารถขยายผลไปใช้ในพื้นที่ภาคการเกษตรต่างๆ ได้ทั่วประเทศ

เนื่องจากซิงค์ออกไซด์นาโนเป็นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตในประเทศไทย จึงช่วยลดการพึ่งพาการนำเข้าจากต่างประเทศ เกษตรกรสามารถหาซื้อได้ง่าย และช่วยให้ประหยัดต้นทุน อีกทั้งยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ลดการสะสมของสารเคมีที่ดิน น้ำ และอากาศ และส่งเสริมให้ผลิตผลทางการเกษตรมีความพร้อมในการขยายตลาดสู่การส่งออก

ความก้าวหน้าทางด้านนาโนเทคโนโลยี รวมถึงการวิจัยและพัฒนาที่เกี่ยวเนื่อง สามารถช่วยลดข้อจำกัดหรือปัญหาที่เป็นอุปสรรค หรือลดผลกระทบที่เกิดขึ้น เมื่อนำมาประยุกต์ใช้อย่างเหมาะสม มีประสิทธิภาพ เพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของทั้งภาคอุตสาหกรรมและเกษตรกรรม เพื่อขยายการผลิต และสร้างมูลค่าเพิ่มให้กับการจำหน่ายสินค้า ซึ่งจะเป็นส่วนหนึ่งในการผลักดันให้เกิดการขับเคลื่อนทางด้านเศรษฐกิจให้เติบโตอย่างต่อเนื่องและยั่งยืนต่อไป