1. บทเรียนมัลติมีเดีย เรื่อง นาโนเทคโนโลยีในธรรมชาติ จัดทำโดย นางพิกุลรัตน์ บรรดาศักดิ์ไพศาล ครูชำนาญการพิเศษ โรงเรียนขามแก่นนคร อำเภอเมือง จังหวัดขอนแก่น

2. ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง เพื่อให้นักเรียนมีความรู้ด้านนาโนเทคโนโลยีและสามารถอธิบายความรู้ด้านนาโนเทคโนโลยีในธรรมชาติได้อย่างถูกต้อง แม่นยำ ขั้นตอนการศึกษา 1. ศึกษาผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง 2. ทำแบบทดสอบก่อนเรียน 3. ทำการศึกษาเนื้อหาในบทเรียน 4. ทำแบบทดสอบหลังเรียน 5. ถ้านักเรียนทำคะแนนหลังเรียนได้ไม่ถึง 8 คะแนน ให้ศึกษาอีกครั้ง

3. แบบทดสอบก่อนเรียน

4. นาโนเทคโนโลยีในธรรมชาติ

5. 1. น้ำกลิ้งบนใบบัว ( Lotus effect)

6. Lotus Effect เกิดขึ้นได้จากการที่โครงสร้างพื้นผิวของใบบัวนั้นมีลักษณะคล้ายหนาม เล็ก ๆ จำนวนมากมายมหาศาลเรียงตัวอยู่บนใบบัวและยังมีปุ่มเล็ก ๆ ที่มีขนาดในระดับนาโนเมตรที่มีคุณสมบัติคล้าย “ ขี้ผึ้ง ” เคลือบอยู่ภายนอก ซึ่งด้วยพื้นผิวสัมผัส ( กับน้ำ ) ที่น้อยมาก และแรงตึงผิวของน้ำทำให้น้ำ ไม่สามารถกระจายตัวบนใบบัวได้ ส่งผลให้ใบบัวแสดงคุณสมบัติเป็น Super hydrophobic surface

7. Super hydrophobic surface self - cleaning surface

8. การนำแนวคิด Lotus Effect ไปใช้ประโยชน์

9. นักวิจัยจากหลายประเทศ ได้พัฒนาเทคนิควิธีการใหม่ในการสร้างโครงสร้างพื้นผิวของวัสดุอย่างเช่น “ โพลีเมอร์ ” หรือผ้าชนิดต่าง ๆ ให้มีโครงสร้างคล้ายกับพื้นผิวของใบบัว ซึ่งโครงสร้างพื้นผิวลักษณะนี้จะทำให้โพลีเมอร์หรือผ้าชนิดต่าง ๆ เกิดปรากฏ การณ์น้ำกลิ้งบนใบบัวได้เช่นเดียวกัน

10. เสื้อผ้ากันน้ำ กันเชื้อโรคการประยุกต์ใช้ไททาเนียม ไดออกไซด์ และอนุภาคนาโนเงิน เพื่อเพิ่มคุณสมบัติการฆ่าเชื้อแบคทีเรียให้กับสิ่งทอ อนุภาคระดับนาโนมีพื้นที่ผิวสัมผัสสูงดังนั้นจึงเพิ่มพื้นที่ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย เสื้อผ้านาโน (Nano-textile) เส้นใยผ้าฝ้ายที่มีเส้นใยนาโนของสารกันน้ำ เคลือบอยู่ด้านนอกทำให้สามารถกันน้ำได้ เส้นใยผ้าฝ้ายทั่วไป

11. สีทาบ้านนาโน

12. นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโตเกียวได้พัฒนาฟิล์มกันน้ำ ที่มีคุณสมบัติโปร่งแสง และมีอายุการใช้งานยาวนาน ฟิล์มแบบใหม่ที่สามารถทำความสะอาดตัวเองได้ เคล็ดลับก็คือ ผสม TiO 2 ลงไป 2 % ตามสมมติฐานที่ว่า ไทเทเนียมออกไซด์จะเกิดปฎิกิริยากับอนุภาคฝุ่นภายใต้แสงอุลตราไวโอเล็ต ทำให้พื้นผิวฟิล์มคงความกันน้ำและสะอาดกว่าปกติ เทคโนโลยีนาโนกับการเพิ่มมูลค่ากระดาษสาให้สามารถกันน้ำ เชื้อรา และแบคทีเรีย โดยนำอนุภาคขนาดนาโนของสารจำพวกพลาสติกหรือโพลีเมอร์ เคลือบบนพื้นผิวกระดาษสา และอบในความร้อนที่เหมาะสม เพื่อให้พื้นผิวมีลักษณะคล้ายใบบัวที่น้ำสามารถกลิ้งอยู่ได้โดยไม่เปียก เพิ่มมูลค่ากระดาษสา ฟิล์มกันน้ำ

13. การพัฒนาวัสดุเคลือบผิวที่มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ ( ultrahydrophobic ) ซึ่งสามารถเกิดพันธะโควาเลนต์กับวัสดุที่ต้องการเคลือบได้วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือ เพื่อป้องกันการสึกกร่อนของเครื่องบิน วัสดุเคลือบผิวตัวนี้จะช่วยป้องกันพื้นผิวของโลหะด้านล่าง ( โลหะด้านนอกของเครื่องบินในที่นี้คืออลูมินัมอัลลอยด์ 2024 ) ไม่ให้สึกกร่อนเมื่อเจอกับสภาพอากาศด้านนอก ญี่ปุ่นมีการใช้นาโนเทคโนโลยีในการเคลือบที่คอสะพาน เสาสะพาน กันพวกตะไคร่น้ำมาเกาะ

14. 2. เปลือกหอยเป๋าฮื้อ ( นาโนเซรามิกส์ )

15. ชอล์กและเปลือกหอยเป๋าฮื้อ มี แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO 3 ) เป็นองค์ประกอบ แต่ เพราะเหตุใดชอล์ก จึงเปราะ หักง่าย ส่วนเปลือกหอยเป๋าฮื้อ ใช้ค้อนทุบไม่แตก เปลือกหอยเป๋าฮื้อ ชอล์ก

16. เปรียบเทียบโครงสร้างของชอล์กและเปลือกหอย

17. โครงสร้างของเปลือกหอยประกอบด้วยชั้นของแคลเซียมคาร์บอเนตมากกว่า 1,000 ชั้น แต่ละชั้นประกอบด้วยโครงสร้างขนาดเล็กระดับนาโน ซึ่งมีความกว้างขนาด 10 ไมโครเมตร และหนาเพียง 0.5 ไมโครเมตร

18. แผ่นแคลเซียมคาร์บอนเนต ขนาดนาโนมีลักษณะเป็นผลึกรูปหกเหลี่ยมเรียกว่า Agonite ทำหน้าที่คล้ายกับอิฐที่ใช้ในการสร้างกำแพง เรียงกันอย่างเป็นระเบียบ ซึ่งแต่ละก้อน จะเชื่อมติดกันด้วยกาวที่เป็นโปรตีนและพอลิแซคคาไรด์ จึงทำให้เปลือกหอยเป๋าฮื้อทนทานต่อแรงกระแทกมาก ยกตัวอย่างเช่น ใช้ค้อนทุบไม่แตก

19. การนำความรู้จากเปลือกหอยเป๋าอื้อไปประยุกต์ใช้ นักนาโนเทคโนโลยีจึงสามารถใช้ความรู้นี้ในการสร้างวัสดุใหม่ๆ ให้มีคุณสมบัติพิเศษต่างไปจากเดิมได้ เช่นการสร้างไททาเนียมอัลลอยด์ ที่มีทังสเตนรูปร่างเป็นแท่งเป็นองค์ประกอบเพื่อนำไปผลิตเป็น เสื้อเกราะกันกระสุนหรือผลิต รถหุ้มเกราะ

20. การปรับปรุง และพัฒนาทางด้านเซรามิกส์เพื่อนำไปใช้งานได้หลากหลาย และมีคุณสมบัติที่ดีกว่าเซรามิกส์ชนิดเดิม การประยุกต์ใช้งานในทางชีวเวช (Nanoceramics in biomedical applications) Fuel Cell Bike การประยุกต์ใช้งานเชิงโครงสร้าง (Nanoceramics in structural applications)

21. 3. ใยแมงมุม

22. ใยแมงมุมเป็นเส้นใยนาโน ชนิดหนึ่ง เป็นโปรตีน ชื่อไฟโบรอินเส้นใยของแมงมุมมีความยืดหยุ่น และแข็งแรงมากพอที่จะดักผึ้งซึ่งบินด้วยความเร็ว 32 ก . ม ./ ช . ม . ได้โดยที่ใยแมงมุมไม่ขาด มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กที่มีน้ำหนักเท่ากันถึง 6 เท่า ต่อมทอใยแมงมุม ในบริเวณก้นเรียกว่า cribellum

23. ทีมวิจัยในมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย พบว่าเส้นใยของแมงมุมและเส้นประกอบด้วยเส้นใยมีขนาดเล็กมากประมาณ 20 นาโนเมตรมาพันกันทำให้ใยแมงมุมมีความเหนียว และยืดหยุ่นได้ดี แตกต่างจากเส้นใยทั่วไป

24. บริษัทเล็กบริษัทหนึ่งในซานฟรานซิสโก เพิ่งจะเพาะแบคทีเรียให้สร้างโปรตีนแบบเดียวกับใยแมงมุมสีทอง แต่เพิ่งทำสำเร็จได้สองสามนิ้วเท่านั้น ปี 2002 นักวิทยาศาสตร์ในแคนาดาได้คัดแยกยีนจากแมงมุม และนำไปใส่ในเซลล์ของแพะ โดยใช้เทคนิคทาง พันธุวิศวกรรม และพบว่าแพะ สามารถผลิตน้ำนมที่มี fibroin ซึ่งเป็นโปรตีนชนิดเดียวกันกับที่พบในใยแมงมุมได้

25. การนำแนวคิดจากใยแมงมุม ไปใช้ประโยชน์

26. เสื้อเกราะกันกระสุนที่พัฒนาขึ้นมาจาก ใยแมงมุมมีความเหนียวและทนทานมาก การยืดหยุ่นด้านการควบคุมอุณหภูมิ ความเสถียร และ การดูดกลืนรังสี ซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้จะเป็นจริงได้ในอนาคตอันใกล้ สามารถนำไปใช้ในกระบวนการผลิต ระดับอุตสาหกรรม การพัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้ในอวกาศ ผลิตเส้นใยนำแสง ระบบควบคุมการปลดปล่อยยา และสารออกฤทธิ์ รวมถึงการผลิต Sensors ขนาดเล็ก

27. การพัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้ในอวกาศ

28. 4. ตีนตุ๊กแก เพราะเหตุใด สัตว์เลื้อยคลานอย่างตุ๊กแกและจิ้งจกสามารถปีนกำแพงหรือเกาะติด ผนังราบเรียบและลื่นได้อย่างมั่นคง และในบางครั้งก็สามารถห้อยตัวติดเพดานอยู่ด้วยนิ้วตีนเพียงนิ้วเดียว

29. ส่วนปลายของ setae จะมี spatulae ซึงแต่ละเส้นจะมีขนาดเล็กประมาณ 200 นาโนเมตร สปาตูเล่แต่ละเส้นจะสามารถสร้างแรงดึงดูดทางไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงวานเดอวาลส์ ( van der Waals force ) บริเวณใต้อุ้งตีนของตุ๊กแกจะมีขนขนาดเล็กที่เรียกว่าซีเต้ ( setae ) จำนวนนับล้านเส้น

30. แถบยึดตุ๊กแก ( gecko tape ) การนำความรู้เกี่ยวกับตีนตุ๊กแกไปประยุกต์ใช้

31. รถไต่บนผนังได้ COUNTDOWN TO LIFT :27 OCTOBER 2031

32. 5. ผลึกโฟโตนิกส์บนปีกผีเสื้อ (NaNo-photonics) สีสันของปีกผีเสื้อในธรรมชาติที่พบเห็นกันอยู่นั้นสามารถจำแนกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ 1 . เกิดจากเม็ดสีที่เคลือบอยู่บนปีกผีเสื้อ 2 . เกิดจากโครงสร้างของปีกที่มีผลต่อการหักเหและสะท้อนแสง แต่ที่นักวิทยาศาสตร์ สนใจศึกษาคือแบบที่ 2

33. การทีผีเสื้อบางชนิดเปลี่ยนสีได้เพราะบริเวณปีกมีรูพรุนที่มีขนาดในช่วงนาโนจำนวนมหาศาลเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบซึ่งทำหน้าที่เป็นเสมือนผลึกโฟโต้นิกส์ในธรรมชาติและอาศัยหลักการหักเหและการสะท้อนของแสงแดดที่มาตกกระทบลงบนปีก โดยถ้ามุมที่แสงตกกระทบมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย สีที่ปรากฎบนปีกผีเสื้อก็จะแตกต่างกัน

34. แบบที่ 1 Ridge lamellae มีโครงสร้างลักษณะคล้ายกับต้นสนเรียงต่อกันโดยต้นสนหนึ่งต้นจะประกอบด้วยก้านประมาณ 10 ก้านมาเชื่อมต่อกับแกนกลาง ทั้งสองด้าน โดยโครงสร้างนี้ แต่ละอันจะมีความหนาประมาณ 90 นาโนเมตร เมื่อแสงตกกระทบโครงสร้างนี้ในมุมที่แตกต่างกันจะเกิดการหักเห ส่งผลให้สีที่มองเห็นเปลี่ยนไป

35. แบบที่ 2 Body lamellae โครงสร้างปีกในกลุ่มนี้มีลักษณะเป็นหลายชั้น ( multilayer) บางชนิดมีถึง 10 ชั้นซ้อนกันโดยช่องที่อยู่ในแต่ละชั้นมีสันนูนแบ่งช่อง เมื่อแสงตกกระทบลงในช่องแสงด้านบนที่มีลักษณะโค้งลงคล้ายหน้าต่าง ถ้าหากมุมแสงที่ตกกระทบต่างกันจะสะท้อนแสงออกมาต่างกัน

36. แบบที่ 3.1 Body Scattering ปีกของผีเสื้อชนิดนี้บริเวณด้านบนของปีกเป็นโครงสร้างสารไคตินที่มีลักษณะคล้ายกับฟองน้ำคือมีรูพรุนเล็ก ๆ ระดับนาโนเมตร ซึ่งนักกีฏวิทยาเรียกโครงสร้างนี้ว่า paper-pot ซึ่งเป็น ช่องว่างโฟโตนิกส์ ( Photonic band gap ) ที่พบได้ในธรรมชาติ ผีเสื้อที่มีปีกฟ้า จะพบรูพรุนขนาดเล็ก ๆ ที่สานกันคล้ายตาข่ายที่มีตาถี่ เป็นจำนวนมาก

37. แบบที่ 3.2 Body Scattering ผีเสื้อที่มีปีกสีน้ำตาลจะพบว่าจำนวนรูพรุนของปีกจะลดลง และขนาดของรูพรุนจะใหญ่ขึ้น

38. โฟโตนิกส์ ( Photonic ) โฟโตนิกส์ เป็น เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการสร้าง และการให้กำเนิดพลังงานในรูปของแสง หรือ โฟตอน ( photon) รวมถึงการตรวจจับ และการนำแสงไปประยุกต์ใช้ด้านต่าง ๆ เช่น การสะท้อน การหักเห การแทรกสอด การเลี้ยวเบน และโพลาไรเซชัน

39. การนำความรู้เกี่ยวกับโฟโตนิกส์ บนปีกผีเสื้อไปประยุกต์ใช้ การเปลี่ยนสีของเลนต์ตา

40. แว่นกันแดดนาโน

41. นวัตกรรมใหม่ของ BANDAI เมื่อเสื้อผ้าของฟิกเกอร์เปลี่ยนสีได้ตามอุณหภูมิครับ พี่น้อง โดยเมื่ออุณหภูมิต่ำ ราวๆ 16 องศาเซลเซียส ชุดจะสีเข้ม แต่ถ้า อุณหภูมิสูงประมาณ 30 องศา ชุดจะโปร่งใสให้พวกถ้ำมองส่องสบาย บัณฑิตสาวจากมหาวิทยาลัยไคโอ ประเทศญี่ปุ่น เปิดตัวชุดสตรีที่สามารถเปลี่ยนสีตามอุณหภูมิได้ เบื้องหลังความสำเร็จครั้งนี้อยู่ที่การชุบผ้าในน้ำหมึกลิควิดคริสตอล ( liquid crystal ink )

42. 6. จิงโจ้น้ำ (Water Strider)

43. ปลายเท้าของมันมีขนอ่อนมากมายและขนแต่ละเส้นก็มีน้ำมันติดอยู่ จิงโจ้น้ำจะดึงแรงตึงผิวของน้ำมารับน้ำหนักตัวที่เบาของมัน และที่ปลายเท้าของมันยังมีฟองอากาศอยู่มากมาย ทำให้เกิดแรงลอยตัวได้ดีสามารถแบกน้ำหนักได้มากกว่าน้ำหนักของตัวมัน 15 เท่าโดยไม่จมลงในน้ำ The swimming fan of a water strider .

44. ขนขนาดเล็กที่ขาจิ้งโจ้น้ำเรียกว่า ไมโครซีเต้ ( microsetea ) ซึ่งจะซ้อนกันอยู่หลายชั้นโดยแต่ละเส้นมีรูปร่างคล้ายเข็มเย็บผ้า มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 300 นาโนเมตร อากาศจะถูกกักไว้ในบริเวณระหว่าง ไมโครซีเต้ และช่องว่างเล็ก ๆ ระดับนาโนเมตรของไมโครซีเต้แต่ละเส้น กลายเป็นฟิล์มอากาศบาง ๆ ป้องกันไม่ให้พวกมันจมน้ำ และช่วยให้พวกมันเคลื่อนที่บนผิวน้ำได้อย่างรวดเร็ว ขาของจิงโจ้น้ำกับผิวน้ำ ขนจำนวนมากที่ขาของจิงโจ้น้ำและช่องว่างจำนวนมากระหว่างเส้นขน ลักษณะของเส้นขนแต่ละเส้นเรียกไมโครซีเต้ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางน้อยกว่า 30 nm

45. จากหลักการทั้งสองนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์นำมาสร้างหุ่นยนต์เลียนแบบจิงโจ้น้ำที่สามารถลอยบนผิวน้ำและเคลื่อนที่บนผิวน้ำได้ แต่ยังไม่สามารถเคลื่อนที่ได้รวดเร็วเทียบเท่ากับจิงโจ้น้ำ

46. นักวิทยาศาสตร์กำลังพยามสร้างหุ่นยนต์ในอนาคตที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็วบนผิวน้ำ และสามารถแบกของจำนวนมากได้โดยใช้พลังงานน้อยกว่ายานพาหนะขนส่งทางน้ำที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบัน

47. อ้างอิง - www.foresight.org - www.thai-nano.com/nano - www.kanmuang.org/boardnews/data/0134.html - www.health2delivery.com/product.aspx ? pid=79 - www . dmsc . moph . go . th / webroot / SamutSongkhram / km - nano . htm - www . bloggang . com / viewdiary . php - www.gotoknow . org / blog / jedipum / 157434 - www . vcharkarn . com / include / vcafe / showkratoo . php -www . electron . rmutphysics . com / science - news / index . php?option = com_content&task = view&id = 224&Itemid = 0 -www . gpo . or . th / various_pharmacy / nano . htm -http :// images . google . co . th / imgres?imgurl = http :// data . thaiauto . or . th / -www . nytimes . com -www . mtec . or . th / Th / news / cool_stuff / cool46 . html -www.rescom2006 . trf . or . th - www . vcharkarn . com - www . specs . com / products / stm / STM - lrg . htm - http :// nano . tm . agilent . com / blog / 2007/06/21 / what - is - an - atomic - force - microscope / http :// nano . tm . agilent . com / blog / 2007/06/21 / what - is - an - atomic - force - microscope / - www . rmutphysics . com / charud / specialnews / 6 / nano - electonic / nanoelectronic7 . htm - www . nmk . ac . th / media / Nano / nanofield . htm - http :// www . rmutphysics . com / charud / oldnews / 97 / index97 . htm

48. แบบทดสอบหลังเรียน