BÀI TI U LU N V CÔNG NGHỂ Ậ Ề Ệ NANO

I.Tổng quan về ngành công nghệ nano

Ngày nay, có thể ta tình cờ nghe một vài vấn đề nào đó hoặc một sản phẩm nào đó có liên quan đến hai chữ “nano”. Ở khoảng nửa thế kỷ trước, đây thực sự là một vấn đề mang nhiều sự hoài nghi về tính khả thi, nhưng trong thời đại ngày nay ta có thể thấy được công nghệ nano trở thành một vấn đề hết sức thời sự và được sự quan tâm nhiều hơn của các nhà khoa học. Các nước trên thế giới hiện nay đang bước vào một cuộc chạy đua mới về phát triển và ứng dụng công nghệ nano.

A. Một vài khái niệm về công nghệ nano

Chữ nano, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra đơn vị ước giảm đi 1 tỷ lần(10-9). Ví dụ : nanogam = 1 phần tỷ của gam ; nanomet = 1 phần tỷ mét. Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet. Công nghệ nano tìm cách lấy phân tử đơn nguyên tử nhỏ để lắp ráp ra những vật to kích cỡ bình thường để sử dụng, đây là cách làm từ nhỏ đến to khác với cách làm thông thường từ trên xuống dưới, từ to đến nhỏ.

Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa. Nhưng thuật ngữ “công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử.Vật liệu ở thang đo nano, bao gồm các lá nano, sợi và ống nano, hạt nano được điều chế bằng nhiều cách khác nhau. Ở cấp độ nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích

thước và việc tăng diện tích mặt ngoài của loại vật liệu này.Để hiểu rõ về công nghệ nano, ta phải tìm hiểu khái niệm về vật liệu nano

• Vật liệu Nano

Vật liệu Nano có thể được định nghĩa một cách khái quát là loại vật liệu mà trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo nên nó ít nhất phải có một chiều ở kích thước nanomet.

• Công nghệ nano

Công nghệ nano bao gồm việc thiết kế, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị hay hệ thống ở kích thước nanomet (1nm = 10-9m).

Vật liệu nanocomposite là loại vật liệu nano có ứng dụng rộng rãi cả trong kỹ thuật và dân dụng. Nanocomposite bao gồm cả ba loại nền kim lọai, nền gốm và nền polymer. Ở đây, ta chỉ đề cập chủ yếu đến nanocomposite trên cơ sở chất nền là polymer.

Vật liệu nanocomposite polymer : là loại vật liệu composite-polymer với hàm lượng chất gia cường thấp ( 1-7%) và chất gia cường này phải ở kích thước nanomet.

Pha gia cường ở kích thước nanomet được sử dụng trong lĩnh vực nanocomposite thường là hạt nano và ống carbon (carbon nanotube). Các phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay để chế tạo vật liệu nanocomposite polymer là phương pháp insitu, nóng chảy, nhũ tương và phương pháp dung dịch.+Ứng dụng công ghệ nano: Trong ngành công nghiệp hiện nay, các tập đoàn sản xuất điện tử đã bắt đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo ra các sản phẩm có tính cạnh tranh từ chiếc máy nghe nhạc iPod nano đến các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực nhanh … Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng vai trò là “ xe tải kéo”, tránh được hiệu ứng phụ gây ra cho các tế bào lành. Y tế nano ngày nay đang nhằm vào những mục tiêu bức xúc

nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di truyền có nguyên nhân từ gien, các bệnh hiện nay như: HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, các bệnh đang lan rộng hiện nay như béo phì, tiểu đường, liệt rung (Parkison), mất trí nhớ (Alzheimer), rõ ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ công nghệ này. Đối với việc sửa sang sắc đẹp đã có sự hình thành nano phẩu thuật thẩm mỹ,nhiều lọai thuốc thẩm mỹ có chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và bảo vệ da. Đây là một thị trường có sức hấp dẫn mạnh, nhất là đối với công nghệ kiệt xuất mới ra đời như công nghệ nano.Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi.

* Vật liệu nano composite polymer có các ứng dụng tiêu biểu như sau:

• Ống nano carbon

Composite sợi carbon trước đây rất nổi tiếng vì nhẹ, bền, ít bị tác dụng hóa học nếu thay sợi carbon bằng ống nanocarbon chắc chắn sẽ làm vật liệu nhẹ hơn nhiều, được sử dụng trên các phương tiện cần giảm trọng lượng như máy bay…

Hiện nay, sợi carbon và các bó ống carbon đa lớp được dùng gia cường cho polymer để điều khiển và nâng cao tính dẫn, dùng làm bao bì chống tĩnh điện hay làm vật liệu cấy vào cơ thể vì carbon dễ tương hợp với xương, mô…, làm các màng lọc cũng như linh kiện quang phi tuyến.

Một hướng mới hiện nay là dùng ống nano carbon để gia cường cho polymer nhưng không phải để tạo ra cấu trúc nanocomposite mà để thay đổi tính chất quang điện của polymer. Ví dụ như PPV (m-phenylenevinylene-co-dioctoxy-p-phenylenevinylene) sau khi được gia cường với ống nano carbon, độ dẫn điện tăng lên 8 lần, bền cơ lý hơn PMMA/ống carbon nano được dùng làm kính hiển vi quang học dưới điện trường một chiều áp vào là 0.3kV/mm.

• Hạt nano:

Đất sét chứa các hạt nano là loại vật liệu xây dựng lâu đời. Hiện nay, polymer gia cường bằng đất sét (nanoclay) được ứng dụng khá nhiều như dùng trong bộ phận hãm xe hơi. Ngoài ra có thể sử dụng hạt carbon đen có kích thước 10 đến 100 nm để gia cường cho vỏ xe hơi.Polymer/đất sét có thể làm vật liệu chống cháy, ví dụ như một số loại nanocomposite của Nylon 6/silicate, PS/layered silicate…hay vật liệu dẫn điện như nanocomposite PEO/Li-MMT (MMT = Montmorillonite) dùng trong pin, vật liệu phân hủy sinh học như PCL/MMT hay PLA/MMT.Ngoài ra, khi các polymer như ABS, PS, PVA…được gia cường hạt đất sét khác nhau sẽ cải thiện đáng kể tính chất cơ lý của polymer và có những ứng dụng khác nhau như ABS/MMT làm khung xe hơi hay khung máy bay, PMMA/MMT làm kính chắn gió, PVA/MMT làm bao bì…Các hạt nano được sử dụng trong sơn có thể cải thiện đáng kể tính chất như làm cho lớp sơn mỏng hơn, nhẹ hơn, sử dụng trong máy bay nhằm giảm trọng lượng máy bay.Ngoài đất sét ra thì trong vật liệu nanocomposite polymer còn sử dụng các hạt ở kích thước nanomet như hạt CuS, CdS, CdSe…Ví dụ như PVA với hàm lượng hạt CuS (~20nm-12nm) là 15-20% thể tích cho độ dẫn điện cao nhất, trong khi nếu các hạt CuS ở kích thước 10µm, muốn đạt được độ dẫn điện tương ứng thì hàm lượng CuS phải là 40%. Nanocomposite polymer nano CdS, CdSe, ZnO,ZnS còn được sử dụng như những vật liệu cảm quang trong phim, giấy ảnh, mực in, bột photocopy, mực in màu.Nhìn chung, vật liệu nanocomposite có tính chất tốt hơn so với composite thông thường nên có nhiều ứng dụng đặc biệt và hiệu quả hơn. Đây sẽ là lọai vật liệu mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới và hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng cao.

Do các ứng dụng kỳ diệu của công nghệ nano, tiềm năng kinh tế cũng như tạo ra sức mạnh về quân sự. Vì lẽ đó hiện nay trên thế giới đang xảy ra cuộc chạy đua sôi động về phát triển và ứng dụng công nghệ nano. Có thể kể đến mốt số cường quốc đang chiếm lĩnh thị trường công nghệ này hiện nay là: Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Nga và một số nước Châu Âu…có thể nói ở những quốc gia trên chính phủ dành một khoản ngân sách đáng kể hổ trợ cho việc nghiên cứu và ứng dụng thực tiển của ngành công nghệ nano. Không chỉ các

trường Đại học có các phòng thí nghiệm với các thiết bị nghiên cứu quy mô mà các tập đoàn sản xuất cũng tiến hành nghiên cứu và phát triển công nghệ nano với các phòng thí nghiệm với tổng chi phí nghiên cứu tương đương với ngân sách chính phủ dành cho công nghệ nano.

Ở Việt Nam, tuy chỉ mới tiếp cận với công nghệ nano trong những năm gần đây nhưng cũng có những bước chuyển tạo ra sức hút mới đối với lĩnh vực đầy cam go, thử thách này. Nhà nước cũng đã dành một khoản ngân sách khá lớn cho chương trình nghiên cứu công nghệ nano cấp quốc gia với sự tham gia của nhiều trường Đại học và Viện nghiên cứu.

Công nghệ nano là một bước tiến bộ vượt bậc của công nghệ, nó tạo ra những ứng dụng vô cùng kỳ diệu tạo ra nhiều cơ hội hơn, nhưng bên cạnh đó cũng có những thách thức đặt ra về thảm họa môi trường và khả năng phát triển vũ khí lọai mới với sức tàn phá không gì so sánh nổi. Tuy nhiên, con người ngày nay đã hướng nhiều hơn với cái thiện nên chúng ta có thể hy vọng là công nghệ nano sẽ mang lại hạnh phúc cho nhân loại nhiều hơn.

B.Lịch sử phát triển của ngành công nghệ nano

Tiền tố nano xuất hiện lần đầu tiên trong tài liệu khoa học vào năm 1908, khi Lohmann sử dụng nó để chỉ các sinh vật có đường kính 200 nm. Tiếp theo, năm 1959, Richard Feynman (1918-1988-giải Nobel vật lý năm 1965) đã có dự đoán thiên tài về CNNN thông qua bài phát biểu “there’s plenty of room at the bottom” (có rất nhiều chỗ trống ở miệt dưới) tại California Institute of Technology (Caltech, Mỹ). Vấn đề ông đặt ra là làm sao có thể chứa toàn bộ 24 quyển Bách Khoa Từ điển Britannica với tổng cộng 25000 trang giấy trên đầu cây kim có đường kính 1,5 mm. Kỹ thuật ở đây mà ông muốn nói tới là phương pháp “từ trên xuống”, nó là tiền đề và là “linh hồn” để chúng ta có những chiếc máy tính to bằng vài tòa nhà thành những chiếc máy tính có thể bỏ balo mang đi dễ dàng như bây giờ.

Theo dòng thời gian, Gordon Moore, 1 trong những nhà sáng lập của công ty Intel (Mỹ), trong một bài viết vào năm 1965 đã tiên đoán bằng trực giác của một nhà khoa học là cứ mỗi hai năm mật độ của các transistor được nhồi vào

mỗi chip cho máy vi tính sẽ tăng gấp đôi nhờ vào kỹ thuật thu nhỏ và đặc tính của nguyên tố silicon.

Vào năm 1974, Tanigushi lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nano (nano technology) hàm ý sự liên kết các vật liệu cho kĩ thuật chính xác trong tương lai. Hiện tại trong khoa học, tiền tố nano biểu thị con sô 10-9 m.

Tổ chức Nanotechnology Initiative (NN) trực thuộc chính phủ Mỹ định nghĩa công nghệ nano (CNNN) là “bất cứ thứ gì liên quan đến các cấu trúc có kích thước nhỏ hơn 100nm”.

Cụ thể hơn, CNNN là khoa học, kỹ thuật và thao tác liên quan đến các hệ thống có kích thước nano, ở đó các hệ thống này thực hiện nhiệm vụ điện, cơ, sinh, hóa hoặc tính toán đặc biệt. Nền tảng của công nghệ

này là hiện tượng “các cấu trúc, thiết bị và hệ thống có tính chất, chức năng mới khi ở kích thước siêu nhỏ”. Cấu trúc cơ bản của CNNN bao gồm các hạt hay tinh thể nano, lớp nano và ống nano. Các cấu trúc nano này khác nhau ở chỗ chúng được tạo ra như thế nào và các nguyên tử, phân tử của chúng được sắp xếp ra sao.

*Hướng nghiên cứu chính:

Trên thế giới:

1.Hạt nano, robot nano để điều trị bệnh tật trong y học, các loại vật liệu kháng khuẩn.

2.Sản xuất các loại pin có thẻ lưu trữ đươc nhiều năng lượng.

3.Sử dụng CNNN để sản xuất quần áo kháng khuẩn, kháng mùi và biến quần áo thành các trạm điện di động có thể sạc pin điện thoại nhờ vào các nguồn năng lượng gió, mặt trời…

4. Lấy tự nhiên làm hình mẫu để phấn đấu. Sản xuất các thiệt bị có độ bám tốt như loài thạch sung, chống dính như lá sen…

5. Sản xuất các loại thực phẩm nhờ CNNN để tăng độ hấp dẫn cũng như giá trị dinh dưỡng cho các món ăn.

Tại Việt Nam:

Phòng Khoa học và Công nghệ Nano tập trung hỗ trợ và chủ trì triển khai các nghiên cứu về phát triển các cấu trúc vật liệu mới-thông minh, vật liệu có cấu trúc nano và linh kiện micro-nano trên cơ sở khai thác tối đa tính liên ngành của các ngành khoa học và công nghệ trong trường ĐHBKHN như: Khoa học và công nghệ vật liệu; Khoa học và công nghệ hóa học; Vật lý và khoa họcmáy tính; Điện, điện tử, công nghệ sinh học và môi trường.

1. Nghiên cứu tổng hợp và xử lý các vật liệu kích thước nano, các cấu trúc, hệ thống vật liệu có cấu trúc nano.

2. Tiến hành các hoạt động nghiên cứu mang tính dài hạn về khoa học và công nghệ nano, dẫn tới việc tăng cường hiểu biết về các tính chất cơ bản của vật liệu và công nghệ nano, đồng thời khám phá, phát hiện các hiện tượng mới, các quy trình

chế tạo và các dụng cụ phương tiện phục vụ cho công nghệ nano.

3. Nghiên cứu chế tạo các thiết bị, linh kiện có kích thước nano nhằm khai thác các tính năng ưu việt của vật liệu nano.

4. Ứng dụng và chuyển giao công nghệ các vật liệu và các hệ thống có cấu trúc nano vào các ứng dụng cụ thể trong các ngành năng lượng, môi trường, y tế, điện tử - viễn thông.

II.Ứng dụng công nghệ nano

Công nghệ nano là một trong những công nghệ tiên tiến bậc nhất hiện nay và có rất nhiều ứng dụng trong y học, điện tử, may mặc, thực phẩm v.v... Trong tương lai, nó có thể cứu sống bạn khỏi căn bệnh ung thư, tạo ra những bộ quần áo chống bụi bẩn, thậm chí thay đổi cả các loại đồ ăn. Ứng dụng của công nghệ nano dường như là vô hạn.

Trong những năm gần đây, chúng ta thường được nghe đến công nghệ nano trong một số dự án nghiên cứu về vật liệu, y học v.v.. Đối với một số người thì đây là một khái niệm khá trừu tượng, chúng ta cũng không thể nhìn thấy hay cảm thấy nó tồn tại. Tuy nhiên công nghệ nano đang góp phần lớn giúp thay đổi bộ mặt của khoa học công nghệ hiện nay, ứng dụng của nó là rất rộng rãi từ vật liệu, xây dựng, sản phẩm tiêu dùng đến y tế, điện tử và rất nhiều ứng dụng khác nữa.Công nghệ Nano là loại công nghệ sử dụng kỹ thuật phân tử để xử lý những yếu tố mang tính chất siêu vi mô. Nói cách khác, công nghệ nano được coi là công nghệ siêu nhỏ. Thậm chí, chúng được sử dụng chỉ với tỷ lệ bằng 1/80.000 so với bề dày của một sợi tóc. Công nghệ nano được coi như một bước ngoặt của khoa học kỹ thuật thế giới.

Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu về một số điều thú vị về công nghệ nano, giúp chúng ta hiểu hơn về một trong những công nghệ khoa học tiên tiến nhất hiện nay.

1. Công nghệ nano có thể cứu sống bạn (trong y học,môi trường...)

+Sự ra đời của các rôbốt siêu nhỏ trong y họcCông nghệ nano hứa hẹn sẽ mang lại cho y học một bước tiến vượt bậc. Đó là sự ra đời của những rôbốt siêu nhỏ có thể đi sâu vào trong cơ thể, đến từng tế

bào để hàn gắn, chữa bệnh cho các mô xương bị gãy và thậm chí là tiêu diệt những virut gây bệnh đang ở trong cơ thể. Các nhà khoa học đã thành công trong việc chế tạo rôbốt siêu nhỏ nhờ công nghệ phân tử nano. Các rôbốt này có tên gọi nanobot có kích thước nhỏ như một phân tử có thể thâm nhập dễ dàng vào các mô cơ, tiếp cận từng tế bào bị bệnh trong cơ thể người bệnh. Nhờ đó, nanobot có thể giúp hàn gắn những thương tổn siêu nhỏ bên trong cơ thể bệnh nhân.

Công nghệ nano và triển vọng mang lại nguồn năng lượng sạchCác nhà khoa học Mỹ đã đưa ra ý tưởng về việc ứng dụng công nghệ nano làm thay đổi vật liệu bằng cách tác động vào nồng độ nguyên tử của chúng. Cách làm này giúp các nhà khoa học tạo ra các pin mặt trời với hiệu quả khai thác năng lượng lớn gấp 5 lần so với loại pin mặt trời truyền thống làm từ silicon hiện nay. Trong khi pin mặt trời truyền thống chỉ thu được khoảng 6% năng lượng mặt trời, thì công nghệ mới cho phép pinmặt trời có thể thu được 30% năng lượng mặt trời. +Ứng dụng trong các xét nghiệm chẩn đoán bệnh

Tại rất nhiều quốc gia đang phát triển, việc thiếu các trang thiết bị xét nghiệm và điều trị bệnh gây ra rất nhiều khó khăn cho các bệnh viện. Tập đoàn Micronics của Mỹ đã ứng dụng công nghệ nano phát

triển một bộ test có tên gọi DxBox, có tác dụng như một thiết bị kiểm tra, chỉ có kích cỡ lớn hơn kích cỡ của một tấm card. Trên bề mặt của DxBox có chứa thuốc thử ở dạng khô và một hệ thống các ống dẫn nhỏ tạo từ các phân tử nano. Các bác sĩ có thể tiến hành một thử nghiệm máu đơn giản bằng thiết bị này mà không cần tới hệ thống giữ lạnh để bảo quản thuốc thử mà có thể phát hiện dịch bệnh sốt rét và dịch tả một cách nhanh chóng, dễ dàng; từ đó các bác sĩ có thể đưa ra pháp đồ điều trị bệnh đạt hiệu quả cao và hạn chế được nguy cơ tử vong cao cho bệnh nhân. + Ứng dụng trong làm sạch môi trườngMột trong những ứng dụng của công nghệ nano đó là dùng để chế tạo các thiết bị, chẳng hạn như các lưới lọc nước nano với cấu tạo đủ rộng để cho các phân tử nước đi qua, song cũng đủ hẹp để ngăn chặn các phân tử chất bẩn gây ô nhiễm.

Cán bộ phòng thí nghiệm công nghệ nano thuộc Đại học

Quốc gia TP.HCM làm việc tại phòng chế tạo

màng. Ảnh: M.ĐỨC

Để lọc nước bị nhiễm bẩn, quá trình ứng dụng công nghệ nano sẽ cần tới các hạt phân tử nano từ – nanomagnets. Ngoài lọc sạch nước, các hạt phân tử nano từ còn có tác dụng giữ lại các phân tử thạch tín – arsenic trong nước, loại bỏ một lượng lớn chất clo, thuỷ ngân và thậm chí là các phân tử phóng xạ radon trong nước (khả năng làm sạch thành phần arsenic của phân tử nano từ có thể lên tới 99%), do đó nước được lọc bằng công nghệ nano còn có thể uống được ngay sau khi lọc. Công nghệ nano ứng dụng trong lọc nước hứa hẹn sẽ mang lại nước sạch cho khoảng 65 triệu người trên khắp thế giới.Cùng với công nghệ nano, nước và cả không khí còn có thể giảm được nồng độ ô nhiễm một cách đáng kể do tác động của khoáng chất Zeolites, đặc biệt là những ô nhiễm do nhiễm dầu và các nhiên liệu hoá thạch khác. +Ứng dụng trong điều trị ung thưCác loại hoá chất đang được sử dụng trong hoá trị cho bệnh nhân ung thư hiện nay không chỉ tiêu diệt tế bào ung thư, mà còn gây ảnh hưởng tới cả các tế bào trưởng thành khoẻ mạnh, gây ra đau đớn và tác dụng phụ cho bệnh nhân. Với công nghệ phân tử nano, các bác sĩ tin rằng: Họ có thể kiểm soát quá trình điều trị ung thư, đưa hoá chất vào các khối ung thư một cách chính xác và hạn chế tới mức tối thiểu các tác động của hoá chất lên các tế bào khoẻ mạnh xung quanh. Năm 2006, các nhà khoa học thuộc Trường Đại học tổng hợp Harvard – Mỹ lần đầu tiên thử ứng dụng công nghệ nano để tiêu diệt các tế bào ung thư tiền liệt tuyến mà không gây bất kỳ tổn thương nào lên những mô tế bào khoẻ mạnh lân cận khối u. Trong một nghiên cứu tương tự năm 2010 được tiến hành bởi các nhà khoa học Trường Đại học tổng hợp Johns Hopkins, những bệnh nhân mắc bệnh ung thư vú đã được thử nghiệm phương pháp điều trị ung thư ứng dụng công nghệ nano kết hợp với sóng siêu âm nhằm hướng các phân tử hoá chất khi đi vào khối u ung thư. Cách làm này giúp khoanh vùng ung thư một cách hiệu quả và tiêu diệt chính xác khối u.

Bên cạnh đó, các nanobot cũng được đánh giá cao trong việc điều trị ung thư. Các nanobot có thể mang thuốc đến từng tế bào ung thư trong cơ thể, giúp tiêu diệt chính xác các khối u này.

Từ đó ta thấy lĩnh vực y tế là một trong những ứng dụng lớn nhất của công nghệ nano. Ví dụ như việc điều trị bệnh ung thư, nhiều phương pháp điều trị khác nhau đã được thử nghiệm để có thể hạn chế các khối u phát triển và tiêu diệt chúng ở cấp độ tế bào. Một nghiên cứu đã cho kết quả rất khả quan khi sử dụng các hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư. Các hạt nano

này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ thể, sau đó chúng được tăng nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ bên ngoài để có thể tiêu diệt các khối u.Không dừng lại ở đó, các nhà khoa học còn nghiên cứu một dự án nanorobot vô cùng đặc biệt. Với những chú robot có kích thước siêu nhỏ, có thể đi vào bên trong cơ thể con người để đưa thuốc điều trị đến những bộ phận cần thiết. Việc cung cấp thuốc một cách trực tiếp như vậy sẽ làm tăng khả năng cũng như hiệu quả điều trị.

Công nghệ nano trong tương lai không xa sẽ giúp con người chống lại căn bênh ung thư quái ác. Ngay cả những căn bênh ung thư khó chữa nhất như ung thư não, các bác sĩ sẽ có thể dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ của bệnh nhân hay bất kỳ phương pháp hóa trị độc hại nào. 2. Công nghệ nano trong các đồ điện tử quanh chúng taNhắc đến công nghệ nano, có thể bạn sẽ nghĩ đến những dự án khoa học đang được tiến hành bởi các giáo sư hàng đầu trong phòng thí nghiệm, những công nghệ cao cấp và tiên tiến nhất. Tuy nhiên thực tế có thể bạn đang sử dụng một số sản phẩm của công nghệ nano ngay lúc này. Những bộ vi xử lý được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên thị trường, một số sản phẩm như chuột, bàn phím cũng được phủ một lớp nanon kháng khuẩn.

Hiện nay, thị trường ngành công nghiệp công nghệ thông tin toàn cầu trị giá khoảng 1000 tỷ USD và được hy vọng sẽ đạt 3000 tỷ USD vào năm 2020.

Có thể nhận thấy, không có một khu vực công nghiệp nào lại có xu hướng vi tiểu hình hóa rõ ràng như ở khu vực này. Điều này được phản ánh rõ nét nhất ở số lượng các transitor, hay nói cách khác các khối kiến tạo nên vi mạch máy tính, trong suốt 30 năm qua. Năm 1971 mới chỉ có 2.300 transitor tập trung trên vi mạch 4004 của Hãng Intel, con chíp máy tính đầu tiên của Hãng này, chạy với tốc độ tính theo đồng hồ ( phép đo xem con chíp có thể hoạt động nhanh đến mức nào ) là 0,8 triệu lệnh trên giây. Tới năm 2003, bộ xử lý Xeon của Intel có tới 108 triệu transitor hoạt động với tốc độ trên 3.000 triệu lệnh trên giây. Đáng lưu ý, kích thước vật lý của con chíp máy tính vẫn không thay đổi trong thời gian này, có thể thấy chính những transitor và tất cả hệ thống mạch gắn với nó đã được giảm kích thước rất nhiều. Số lượng các transitor tăng lên trên một con chíp đi đôi với tốc độ xử lý tăng lên đã làm tăng tính kinh tế của ngành công nghiệp công nghệ thông tin lên rất nhiều; năm 1971 để chế tạo một transitor tốn khoảng 10 xent ( đơn vị tiền của Anh ), hiện nay nó tiêu tốn chưa tới 1 phần nghìn xent. Tuy nhiên, công nghệ thu nhỏ transitor trên chip đã đạt tới giới hạn ở mức 0,1 mm (10-7 m) và trở nên quá đắt, nếu cứ sử dụng các quy trình ( oxy hoá, quang khắc, khuyếch tán… ) như hiện nay để chế tạo các bộ vi xử lý, các loại RAM, ROM ( bộ nhớ ). Do đó, công nghệ Nano vừa là lối thoát, vừa là bước nhảy vọt để chế tạo các linh kiện nòng cốt của điện toán và chuyển mạch của viễn thông.

Khoa học công nghệ Nano cũng có chung những mục tiêu với ICT thể hiện ở các ứng dụng của công nghệ Nano : cải thiện hiểu biết về các tính chất ở cỡ nano của vật liệu và các linh kiện, những tiến bộ trong chế tạo và công nghệ xử lý để

tăng tỷ trọng đóng gói ( tỷ trọng đóng gói có nhiều lợi điểm cho ICT: tốc độ xử lý dữ liệu và khả năng chứa thông tin gia tăng ) và khai thác các công nghệ thay thế, những công nghệ có thể mang lại những lợi ích kinh tế hoặc sản xuất. Rõ ràng khu vực ICT cũng có tác động mạnh tới Khoa học công nghệ Nano. Thực vậy, công dụng đầu tiên của thế giới nano là ở mối quan hệ giữa các lớp siêu mỏng với ngành công nghiệp bán dẫn. Vì vậy, nghiên cứu tất cả các khía cạnh của việc chế tạo linh kiện bán dẫn, từ vật lý cơ bản tới công nghệ sản xuất, đã chi phối Khoa học công nghệ Nano rất nhiều và xu hướng này sẽ còn tiếp diễn. Vi tiểu hình hóa các linh kiện sẽ càng thúc đẩy hơn nữa hoạt động nghiên cứu nano trên toàn cầu. Vì những lý do kinh tế và lịch sử, trước mắt, khu vực ICT sẽ vẫn sản xuất từ các vật liệu silíc. Tuy nhiên, hiện nay, thời hạn kết thúc mà Lộ trình ITRS ( International Technology Roadmap for Semiconductors-Lộ trình Công nghệ sản xuất chất bán dẫn Quốc tế ) đưa ra mới chỉ là vào năm 2018, vì vậy điều này đã thúc đẩy các nghiên cứu chuyên sâu vào các công nghệ thay thế hoặc lai ghép trong ngành công nghiệp điện tử, chẳng hạn như tạo ra các polime dẫn điện. Ngoài ra, Khoa Học công nghệ Nano còn mở ra cho ICT một triển vọng mới: chế tạo những linh kiện hoàn toàn mới, rẻ hơn và có tính năng cao hơn hẳn các transitor. Ví dụ, một trong các phương án mà công nghệ Nano đưa ra, đó là sử dụng chấm lượng tử ( bán dẫn, kim loại, polime ) có bán kính một, vài nanomét. Một chấm như vậy có hành vi như một nguyên tử, tức là trong nó có một mức năng lượng, mà ở đó có thể điền vào một điện tử. Khi chọn hai mức xác định, nếu điện tử ở mức trên, ta có trạng thái 1. Nếu điện tử ở mức dưới, ta có trạng thái 0. Như thế chấm lượng tử trở thành linh kiện có 2 trạng thái ( 0 và 1 ), tức là có thể dùng để ghi 1 bit như transitor. Các chấm lượng tử đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ nhiều năm nay và đã được chế tạo các chip với các chấm lượng tử gọi là chip nano ( nanochip ) có độ tích hợp rất cao. Nếu mỗi chấm có kích thước 10nm ( 10 – 8 m ) thì trên một chip với diện tích 1 cm2 sẽ có 1012 chấm tức là có thể dùng để xử lý, ghi 1000 Gigabit. Nếu các chấm lượng tử được chế tạo ở mức tinh vi, mỗi chiều chỉ có 1 nanomét ở cả ba chiều, thì 1 linh kiện 1 cm3 ( bằng một viên đường ) sẽ lưu trữ được 1000 tỷ tỷ bit, tức là toàn bộ thông tin của tất cả các thư viện trên thế giới này có thể ghi trong “viên đường” đó.

Quang điện tử cũng là một yếu tố chủ chốt của cuộc cách mạng công nghệ thông tin. Đây là lĩnh vực liên quan tới các linh kiện dựa trên cơ chế chuyển hóa ánh sáng thành những tín hiệu điện để truyền dữ liệu, ở các màn hình, ở các thiết bị cảm biến quang học và trong tương lai là ở cả tin học quang học. Mặc dù một số linh kiện quang điện tử không phụ thuộc quá nhiều vào xu hướng vi tiểu hình hóa như các chíp máy tính, tuy vậy lĩnh vực này cũng đang diễn ra xu hướng vi tiểu hình hóa, thể hiện ở một số bộ phận, ví dụ như những

tia laze năng lượng lượng tử và các màn hình tinh thể lỏng, là những bộ phận đòi hỏi được chế tạo với độ chính xác cỡ nm.

+ Hiện tại

- Các chíp máy tính

Xu hướng vi tiểu hình hóa các chíp máy tính được thể hiện ở tiêu chuẩn quy trình chế tạo độ dài chíp được xác định trong Lộ trình ITRS. Hiện nay, tiêu chuẩn công nghệ 130 nm, dùng để sản xuất bộ xử lý Intel Xeon, xác định kích thước của DRAM ( chip bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ) bằng một nửa pitch ( khoảng cách giữa hai dây kim loại kề nhau trong một ô bộ nhớ ). Điều này đòi hỏi công nghệ in litô, công nghệ sản xuất và Đo lường học cỡ nano phải có những thay đổi để chế tạo một linh kiện hoạt động phù hợp với dung sai đó. Thử so sánh, nếu chip 4004 Intel năm 1971 sử dụng công nghệ có độ phân giải 10.000 nm, thì các con chíp của năm 2007 và 2013 sẽ đòi hỏi công nghệ có độ phân giải 65 nm và 32 nm tương ứng. Vì vậy, có thể nói các công nghệ sử dụng hiện nay đang được phát triển hết sức mạnh mẽ. Hơn nữa, không chỉ đơn giản là một DRAM có chiều dài nửa pitch ở cỡ nm, tất cả các công nghệ sử dụng trong nghiên cứu, đo lường và sản xuất các con chip trong nhiều trường hợp hoạt động ở mức nguyên tử nhỏ hơn cả cỡ nm. Các công cụ ứng dụng công nghệ Nano hỗ trợ cho ngành công nghiệp công nghệ thông tin (IT) rất đa dạng, bao gồm lập mô hình các linh kiện và vật liệu tiên tiến tới từng phân tử trên máy tính, các kính hiển vi có thể cho thấy hình ảnh của từng nguyên tử, các hệ thống đo lường có thể xác định rõ ràng vị trí của một độ hụt phân tử đơn trên một miếng wafer có đường kính 30 cm, các quy trình phát triển các màng mỏng có thể sản xuất ra các lớp vật liệu với độ chính xác ở cỡ nguyên tử và các phương pháp in litô có thể “khắc” lên những đặc điểm ví dụ như ô DRAM, với độ chính xác dưới 10 nm.

- Lưu trữ thông tin

Công nghệ về bộ nhớ lưu giữ số liệu là một bộ phận rất quan trọng của IT. Bộ nhớ lưu giữ số liệu có thể chia thành hai dạng: bộ nhớ dạng cứng ví dụ như DRAM được một chíp xử lý sử dụng hoặc bộ nhớ flash dùng để lưu giữ hình ảnh ở camera kỹ thuật số; và bộ nhớ đĩa ví dụ như những ổ cứng từ tính được sử dụng phổ biến ở tất cả các máy tính. Về cơ bản, bộ nhớ dạng cứng sử dụng quy trình sản xuất và công nghệ giống như của chíp máy tính, với cùng những quy tắc thiết kế và tầm quan trọng của việc nén thêm nhiều dung lượng nhớ vào một diện tích giới hạn để làm tăng tổng thể dung lượng nhớ trên linh kiện. Tuy vậy, sự phát triển của ổ đĩa cứng đã rẽ theo một hướng hoàn toàn khác trong cuộc cách mạng thông tin này vì nó dựa vào việc đọc và viết thông tin

bằng từ tính trên một chiếc đĩa đang quay. Vì vậy, những tiến bộ về mặt cơ và điện cơ là rất quan trọng. Tuy nhiên, ở đây một lần nữa, kích cỡ độ dài lại giữ một vai trò rất quan trọng vì một ổ đĩa lý tưởng là một ổ đĩa có kích cỡ cực nhỏ nhưng lại có khả năng lưu trữ cực lớn. Điều này đã được phản ánh ở sự phát triển đột phá của ổ đĩa trong suốt 50 năm qua. ổ cứng từ tính đầu tiên được IBM phát triển vào năm 1956, cần tới 50 đĩa có chiều dài 24 inch ( xấp xỉ 60 cm ) để lưu trữ 5 megabyte ( triệu byte ) dữ liệu. Năm 1999, IBM giới thiệu ổ 73 gigabyte ( hàng ngàn triệu byte ) có thể lắp vừa vặn bên trong một chiếc máy tính cá nhân. Đây là ổ đĩa có khả năng lưu trữ dữ liệu gấp 14.000 lần ổ đĩa năm 1956 nhưng có kích cỡ nhỏ chưa tới 1 phần nghìn kích cỡ của chiếc ổ đĩa đó. Mặc dù công nghệ hiện thời để viết từng bit thông tin từ tính lên ổ đĩa đã nhỏ hơn 100 nm, nhưng những động lực nhỏ hóa các khía cạnh khác của ổ đĩa đòi hỏi chế tạo các bộ phận với độ chính xác ngày càng cao vì vậy tầm quan trọng của vi tiểu hình hóa đối với các ổ đĩa CD và DVD sẽ ngày càng tăng.

+ Các ứng dụng trong tương lai

Sự phát triển của phần cứng trong ngành công nghiệp IT tương lai có thể được chia theo hai nhánh: Một nhánh phát triển theo Lộ trình ITRS ( hoạch định tới năm 2018 ) và một nhánh khai thác những công nghệ và vật liệu thay thế không có trong Lộ trình.

Theo Lộ trình, vi tiểu hình hóa vẫn được coi là động lực chủ chốt, vì vậy tiêu chuẩn công nghệ với độ phân giải 22 nm được dự tính cho sản xuất tới năm 2018. Do vậy, có thể dự đoán được tất cả những thách thức để đạt được công nghệ này. Những thử thách như vậy được chi tiết hóa trong Lộ trình, bao gồm nâng cao hiệu suất bằng cách tạo ra vật liệu mới ví dụ như những chất điện môi thấp và những liên kết dây dẫn điện cao, phát triển các công nghệ in litô có khả năng chế tạo ra các cấu trúc ở cỡ nhỏ hơn 50 nm, tích hợp các công cụ đo lường tiên tiến thành một quy trình chế tạo có khả năng phát hiện và xác định kích thước khiếm khuyết nhỏ tới kích cỡ nm. Như vậy, khoa học nano và công nghệ Nano sẽ tiếp tục giữ vai trò chủ chốt trong việc phát triển những thế hệ chip mới. Theo đó, công nghệ có liên quan, ví dụ như bộ nhớ flash sẽ phát triển theo hướng tương tự, với mục tiêu tối đa hóa dung lượng nhớ trên một linh kiện nhỏ nhất có thể tạo ra. Tuy không phải là một bộ phận trong Lộ trình ITRS, nhưng các công nghệ ổ cứng sẽ tiếp tục làm tăng mật độ lưu trữ dữ liệu. Các công nghệ này cũng có những triển vọng tạo ra một số tiến bộ để đưa ngành công nghiệp lưu trữ dữ liệu phát triển vượt bậc. Điều này được thể hiện ở xu hướng dùng bộ nhớ dạng cứng thay thế bộ nhớ dựa trên đĩa. Xu hướng này thể hiện rõ ràng ở dung lượng lưu trữ thông tin của bộ nhớ dạng cứng trong các máy nghe nhạc cá nhân đang ngày càng tăng lên. Rất có thể đĩa cứng, dạng

từ tính hoặc quang học, sẽ vẫn là sự lựa chọn để lưu trữ khối lượng dữ liệu lớn trong tương lai gần, đặc biệt là khi kích thước của bit còn được giảm hơn nữa. Đây là một lĩnh vực rất thiết thực đối với nghiên cứu khoa học nano.

Mặc dù không phụ thuộc vào dung sai về kích cỡ độ dài và dung lượng lưu trữ dữ liệu như các chip máy tính, nhưng lĩnh vực quang điện tử vẫn có những thử thách riêng. Công nghệ tích hợp các bộ phận quang học vào các linh kiện silic đã bắt đầu được nghiên cứu và sẽ phát triển xa hơn nữa. Các thử thách mà công nghệ Nano tác động tới sẽ là lĩnh vực vật liệu khe hở băng thông quang tử ( Photonic Band-Gap Material ). Đây là lĩnh vực sử dụng một thiết bị để điều khiển việc truyền ánh sáng nhằm mục đích tính toán bằng ánh sáng, trong đó các tinh thể quang tử đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều khiển ánh sáng. Một tinh thể quang tử đặc thù sẽ bao gồm một dãy các hố trong một vật liệu điện môi, được chế tạo với độ chính xác nhỏ hơn 10 nm. Sự phát triển của các tinh thể quang tử có nghĩa là các mạch tích hợp quang học đang được làm nhỏ hơn nữa, tạo nên tác động lớn tới các lĩnh vực ví dụ như truyền thông và tin học quang học. Quang điện tử cũng sẽ tạo ra nhiều tiến bộ trong lĩnh vực tin học quang học và mật mã lượng tử. Cả hai công nghệ này dựa vào việc các mức lượng tử sẽ ngày càng tăng, khi năng lượng điện từ bị giới hạn trong những cấu trúc ngày càng bị thu nhỏ. Ngoài ra, nếu điều khiển được vị trí, thời gian và trạng thái xảy ra các tương tác ánh sáng bằng những tiến bộ công nghệ, các nhà khoa học sẽ có thể phát triển những dạng quang phổ học mới ở cấp từng phân tử, lắp ráp các cấu trúc nano bằng cách dùng các “nhíp” quang học để gắp các phân tử để ghép thành các mẫu trên các bề mặt, các phương pháp in litô quang học dùng để chế tạo các chíp máy tính và các linh kiện quang học hoạt động với vai trò là các thiết bị cảm biến sinh học có khả năng dò từng phân tử một.

Vi tiểu hình hóa của công nghệ Nano cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển công nghệ cảm biến. Trước hết, một thiết bị cảm biến lý tưởng sẽ phải có khả năng thâm nhập cao vì vậy phải cần rất nhỏ. Nó phải có nguồn cung cấp năng lượng, hoạt động cảm ứng nhờ đó tính chất mà nó phát hiện ra sẽ được chuyển hóa thành một tín hiệu điện truyền tới một máy dò từ xa. Tích hợp những hoạt động này vào một thiết bị nhỏ hơn 1 mm2 tất nhiên sẽ đòi hỏi các kỹ thuật chế tạo cỡ nano giống như những kỹ thuật được ngành công nghiệp IT khai thác. công nghệ Nano cũng nắm vai trò quan trọng trong việc thiết kế một cách chính xác và rõ ràng chức năng cảm ứng; vì kích thước của cảm biến giảm đi nên diện tích tác động tới vùng dò tìm của chiếc cảm biến cũng sẽ giảm, do vậy cần phải tăng tính nhạy lên. Vì vậy, công nghệ Nano được hy vọng sẽ sản xuất được những thiết bị cảm biến nhỏ và rẻ hơn với độ nhạy tăng. Những thiết bị cảm biến này sẽ được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng,

bao gồm giám sát chất lượng nước ăn, đo các trọng lực cơ học ở các tòa nhà hoặc phương tiện giao thông để giám sát độ hư hại về mặt cấu trúc, dò ra và theo dõi những chất gây ô nhiễm trong môi trường, kiểm tra độ an toàn thực phẩm, hoặc giám sát sức khỏe liên tục. Ngoài ra, chúng còn có thể sử dụng trong an ninh, quốc phòng, y tế và mang lại những lợi thế cho kinh doanh ( ví dụ theo dõi, quản lý vật liệu và sản phẩm ). Những ứng dụng tiềm năng khác rất đa dạng từ việc giám sát trạng thái, sản xuất các sản phẩm và vật liệu cho tới việc cảnh báo sớm về nhu cầu phục hồi hoặc thay đổi để nâng cao thể lực của con người bằng cách nâng cao hoạt động thể chất. Dạng mới nhất của thiết bị cảm biến, có khả năng dò ra sự hiện diện của một phân tử đơn, ví dụ trong một giọt máu, thể hiện là một trong những thành công lớn nhất của công nghệ Nano. Không chỉ đòi hỏi độ chính xác trong chế tạo, mà nó còn đòi hỏi một cách thức kết hợp điện tử, quang học, hóa học, sinh hóa và y học để tạo ra những thiết bị có thể được sử dụng một cách phổ biến, rẻ và có độ tin cậy cao để giám sát tình trạng sức khỏe của con người. Một ví dụ thể hiện điều này là việc “xét nghiệm sức khỏe ngay tại chỗ”, trong đó một giọt máu trên một chip cảm biến sẽ được phân tích ngay tức thì để cung cấp những dữ liệu hỗ trợ cho việc chẩn đoán. Công nghệ này cần có một con chip silic có năng lực xử lý với độ nhạy sinh hóa để xác định rất nhiều thành phần của máu. Con chíp này cũng sẽ được tích hợp vào bên trong cơ thể để giám sát sức khỏe, ví dụ để theo dõi bệnh tiểu đường và các căn bệnh nan y khác. Còn có nhiều ứng dụng tiềm năng khác trong lĩnh vực thiết bị y tế, khiến cho các thiết bị cảm biến trở thành một lĩnh vực ngày càng được đầu tư nghiên cứu.

Như vậy, trong Khoa học công nghệ Nano, những công nghệ không có trong Lộ trình ITRS sẽ có tầm quan trọng ngang với tầm quan trọng của các công nghệ được hoạch định trong Lộ trình, nhưng được tự do khai thác các vật liệu và các cấu trúc. Linh kiện điện tử dựa trên chất dẻo là một ví dụ cụ thể. Nó không cạnh tranh trực tiếp với các linh kiện dựa trên silic, nhưng do giá thành chế tạo rẻ hơn nhiều, nên nó đã tạo ra một công nghệ thay thế rẻ hơn. Đối với các ứng dụng điện tử và quang điện tử rẻ, không cần tốc độ và dung lượng nhớ cao, ví dụ như những thẻ thông minh, thì chất dẻo sẽ là một vật liệu thích hợp. Các linh kiện điện tử dựa trên chất dẻo đang bắt đầu được thương mại hóa và có tiềm năng tăng trưởng mạnh. Tương tự như vậy, việc sử dụng các phân tử đơn với vai trò là các bộ phận chức năng trong các mạch sẽ tiếp tục là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng của khoa học nano vì kích thước của phân tử, có đặc thù là nhỏ hơn 1 nm, sẽ tạo ra sự “nhỏ hóa” nhỏ nhất. Trên thực tế, mục tiêu của việc giảm chức năng xuống tới các phân tử và nguyên tử đơn, được Richard Feynman dự báo vào năm 1959, là phương pháp duy nhất để vượt ra ngoài giới hạn phát triển hiện nay của Lộ trình ITRS: đó là các transitor silic thông thường có giới hạn kích thước của cỡ hàng chục nanomet. Các nhà

nghiên cứu về lĩnh vực Khoa học công nghệ Nano sẽ theo đuổi khái niệm lưu trữ và xử lý thông tin ở cỡ nguyên tử với hy vọng khám phá ra những lĩnh vực mới, ví dụ, tin học lượng tử và bộ nhớ nguyên tử, trong đó mỗi một bít dữ liệu được lưu trữ trong một nguyên tử đơn.

3. Công nghệ nano trong ứng dụng may mặcKể từ đầu những năm 2000, ngành công nghiệp thời trang đã bước sang một trang mới với việc áp dụng công nghệ nano trong một số loại vải đặc biệt. Một ý tưởng vô cùng đặc biệt với loại quần áo có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo đã trở thành hiện thực với việc áp dụng các hạt nano bạc. Các hạt nano bạc này có thể thu hút các vi khuẩn và tiêu diệt các tế bào của chúng. Ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫu quần áo thể thao và đặc biệt hơn là được sử dụng trong một loại quần lót khử mùi.

Không chỉ dừng lại ở công dụng khử mùi, công nghệ nano có thể biến chiếc áo bạn đang mặc thành một trạm phát điện di động. Sử dụng các nguồn năng lượng như gió, năng lượng mặt trời và với công nghệ nano bạn sẽ có thể sạc điện cho chiếc smartphone của mình mọi lúc mọi nơi. Ứng dụng này còn được sử dụng rộng rãi hơn với ý tưởng chế tạo những chiếc buồm bằng vật liệu nano, với khả năng chuyển hóa năng lượng tự nhiên thành điện năng. Tuy nhiên ứng dụng này vẫn đang trong quá trình thử nghiệm.

4. Công nghệ nano trong tự nhiênCó một sự thật là các ứng dụng của công nghệ nano hiện nay đều có thể tìm thấy trong tự nhiên. Ví dụ như một ứng dụng của công nghệ nano trên các loại vải khiến chúng không thấm nước và bụi bẩn, bạn có thể thấy điều tương tự khi những giọt nước lăn trên bề mặt của lá sen. Bề mặt của lá sen được bao phủ bởi một lớp lông đặc biệt có kích thước cỡ nanomet, khiến những giọt nước không thể ngấm hay bám vào bề mặt của lá. Mô phỏng điều này, các nhà khoa học đã tạo ra một lớp ống nano siêu nhỏ trên bề mặt của vải và từ đó tạo ra những bộ quần áo không thấm nước và chống bụi bẩn.

Một ví dụ khắc với loài tắc kè trong dự án nghiên cứu một thiết bị đi trên tường của nhóm nghiên cứu Robert Full tại đại học Berkeley. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, mỗi ngón chân của tắc kè được bao phủ bởi một lớp lông có kích thước siêu nhỏ, giúp chúng có thể bám dính vào các bề mặt mịn theo lực van der Waals (độ bám dính giữa các phân tử). Mô phỏng điều đó, các nhà khoa học cũng tạo ra những miếng đệm với lớp ống nano siêu nhỏ mà có thể hỗ trợ những người leo núi bám tốt hơn trên các vách đá.Xã hội con người hiện nay đã rất phát triển, tuy nhiên chúng ta vẫn đang học tập rất nhiều điều từ tự nhiên. Điều quan trọng là các công nghệ khoa học phát triển phải góp phần thúc đẩy sự sống, chứ không phải tiêu diệt sự sống của thiên nhiên. 5. Thực phẩm từ công nghệ nano(trồng trọt, hạt nano,đóng gói bằng bao bì nano...)Công nghệ nano là những nghiên cứu, phân tích và thiết kế trên quy mô rất nhỏ cỡ nano met, vậy nếu sử dụng công nghệ nano để làm đồ ăn thì liệu bao nhiêu mới đủ giúp chúng ta no? Thật may là chúng ta sẽ không ăn các đồ ăn được làm ra từ công nghệ nano, tuy nhiên công nghệ nano sẽ làm thay đổi cách thức chúng ta ăn các món ăn hàng ngày.

Các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm thay đổi các loại thực phẩm ở cấp độ nguyên tử và phân tử, khiến các loại thực phẩm này thay đổi hương vị cũng như giàu dinh dưỡng hơn. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ được thưởng thức những món ăn với hương vị vô cùng lạ mà giá trị dinh dưỡng vẫn cao nhờ công nghệ nano thực phẩm. (Hóa học ngày nay-H2N2)-Nano thực phẩm (nói một cách chính xác là ứng dụng công nghệ nano trong thực phẩm) bao gồm cả các ứng dụng của công nghệ nano trong: Trồng trọt, chăn nuôi; đóng gói, bao bì chứa thực phẩm; làm ra thực phẩm trong đó có hạt nano chứa các chất dinh dưỡng quan trọng.

Thị trường nano thực phẩm thế giới đã tăng mạnh trong những năm qua, từ 2,6 tỷ USD (năm 2003) lên 7 tỷ USD (năm 2006) và dự báo năm 2010 là 20,4 tỷ

USD. Hiện nay, trên toàn thế giới có hơn 200 công ty lớn chuyên về nano thực phẩm, đứng đầu là Mỹ, sau đó là Nhật Bản và Trung Quốc. Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng công nghệ nano trong thực phẩm.

+Công nghệ nano trong trồng trọt, chăn nuôi

Ở các trang trại, người ta luôn phải theo dõi tình trạng dinh dưỡng của đất đai, độ ẩm, phân bón, sâu bệnh, thuốc trừ

sâu… Các công việc này không chỉ diễn ra một cách chung chung mà thậm chí còn đến từng cây, từng con hay từng giai đoạn… để có thể xử lý kịp thời những bất thường: Thiếu nước phải tưới, có rầy phải diệt, dư lượng thuốc trừ sâu tăng phải tìm cách giảm… Trong khi đó, việc lấy mẫu đem về phân tích thường không được nhiều và chậm, không kịp thời… Với công nghệ nano, trên một diện tích trồng trọt, người ta cài rất nhiều cảm biến nano để đo xem nước và chất dinh dưỡng có đủ không, cây có bị nấm mốc, sâu bệnh không… Những thông số mà cảm biến nhận được sẽ được gửi về Trung tâm để có biện pháp xử lý kịp thời và cũng có thể dùng để điều khiển các cảm biến nano khác tạo ra

các chất cần thiết bổ sung, ví dụ cây thiếu chất dinh dưỡng loại nào thì mở ngay viên nang nano (nanocapsule) chứa chất dinh dưỡng loại đó ra để bổ sung…, có sâu bệnh loại nào thì điều khiển để các nang nano tiết ngay chất diệt sâu bệnh ở đúng chỗ đó…

Các loài vật nuôi ở trang trại cũng có thể gắn chip nano cho từng con. Những chip này ghi lại và cho biết tên tuổi của từng con, ở vị trí nào, có đau ốm, bệnh tật gì không và các chip có thể kiêm cả việc cấp văc-xin, thuốc chữa bệnh khi cần thiết.

Đặc biệt, có những trang trại có thể trồng cây để sản xuất ra hạt nano dùng trong thực phẩm và nhiều mục đích khác. Ví dụ, có loại cỏ linh lăng (alfalfa) có khả năng thu hút các nguyên tử vàng trong đất để tạo ra các hạt nano vàng tinh chất trong thân cỏ. Trồng loại cỏ này ở đất, đặc biệt trên đất có nhiều vàng, khi nghiền, ngâm, lọc thân cỏ theo cách cơ học có thể có được các hạt nano vàng dùng cho nhiều mục đích.

Một ví dụ nữa về ứng dụng công nghệ nano là trong chăn nuôi gia cầm, có những loại vi khuẩn như Campylobacter tuy không ảnh hưởng đến cơ thể gà nhưng nếu đi vào cơ thể người thì lại gây bệnh, thậm chí có thể gây tử vong. Các nhà khoa học của Đại học Clemson ở South Carolina (Mỹ) đã tìm ra một loại hạt nano mà khi trộn với thức ăn cho gà ăn thì hạt nano đó bám chặt vào vi khuẩn Campylobacter, khiến cho vi khuẩn này chết và gà sẽ bài tiết ra ngoài cùng với phân. Vì vậy, thịt của gà được cho ăn loại thức ăn này đảm bảo không có vi khuẩn nguy hiểm, bán rất chạy. +Công nghệ nano trong đóng gói, bao bì đựng thực phẩm

Cá, mực và một số thuỷ hải sản tươi thường có mùi tanh. Các loại túi ni lông thông thường tuy kín nhưng không ngăn được mùi tanh bốc ra xung quanh.

Trong tự nhiên, có rất nhiều loại đất sét, trong đó có các hạt tinh thể sét rất nhỏ (nanoclay) hình tấm mỏng, bề dày chỉ độ ba, bốn lớp nguyên tử, còn chiều rộng có thể lên đến hàng chục nanomet, micromet. Nếu lấy chất làm túi ni lông thường (polyme) trộn với hạt nano sét hình tấm lúc thổi thành túi, các hạt này sẽ nằm song song với mặt túi, ngăn chặn mùi tanh rất tốt. Nhật Bản, Hàn Quốc và gần đây là Trung Quốc đã sản xuất loại túi này với số lượng lớn để đáp ứng nhu cầu của các bà nội trợ thích mua cá tươi về tự làm lấy ở nhà.

Thịt, thức ăn dễ bị ôi thiu, có mùi là do môi trường rất thuận lợi cho nhiều loại vi khuẩn phát triển. Bạc là nguyên tố có cấu trúc nguyên tử thích hợp, nguyên tử bạc rất dễ nhường điện tử cho bên ngoài để trở thành ion bạc, sau đó ion bạc lại dễ nhận điện tử để trở thành nguyên tử bạc trung hoà. Điện tử mà

nguyên tử bạc nhường cho bên ngoài dễ kích thích để tạo thành các phản ứng oxy hoá, kết quả là dễ làm tổn thương, phá hoại màng bọc của các loại vi khuẩn, tiêu diệt chúng hoặc làm cho chúng khó sinh sôi, nảy nở. Loại túi ni lông mặt trong có chứa lớp mỏng hạt nano bạc khử được vi khuẩn, nhờ đó mà thực phẩm chứa trong đó giữ được lâu hơn 3-4 lần so với loại túi ni lông thường. Các thùng chứa thực phẩm trong kho cũng được tráng một lớp nano bạc để bảo quản được lâu.Để phát hiện vi khuẩn E.Coli trong thực phẩm, người ta đã chế tạo ra loại túi mà mặt trong có chứa các hạt SiO2hình cầu kích cỡ nanomet, trên bề mặt của mỗi hạt có đính kháng thể và các phân tử chất huỳnh quang. Khi thực phẩm đựng trong túi nhiễm vi khuẩn E.Coli, lập tức các kháng thể bám chặt vào, các phân tử chất huỳnh quang trên hạt nano SiO2 tiếp xúc với vi khuẩn E.Coli sáng lên. Nhờ thế mà khi nhìn vào túi đựng thực phẩm đổi màu, người ta có thể biết ngay trong thực phẩm có vi khuẩn E.Coli. +Thực phẩm hạt nano

Nói đến thực phẩm hạt nano là nói đến những hạt có kích cỡ nano đưa vào trong cơ thể bằng cách ăn, uống. Các hạt nano rất nhỏ nên thường không phải chỉ một mình nó được đưa vào cơ thể mà còn có thể trộn lẫn nhiều chất khác. Có thể chia ra làm 2 loại: Hạt nano vào cơ thể (bằng cách ăn, uống) đúng là chất có kích cỡ nano, đó là hạt nano của chất đó; hạt nano vào cơ thể là hạt nang (túi) kích cỡ nano, trong đó chứa chất mà cơ thể cần, bản thân hạt nang chỉ là cái vỏ đựng vô tính bên ngoài. Ta xét một số ví dụ:

Nang nano dầu cá thu: Dầu cá thu cung cấp nhiều loại axit béo cho cơ thể nhưng mùi vị rất hắc, khó uống. Người ta làm những cái túi nang kích cỡ nano, rất mỏng, dễ vỡ, trong túi có chứa dầu cá thu. Dầu này có thể phết vào bánh mì để ăn hoặc trộn với nước để uống, khi vào đến dạ dày, các nang bọc nano bị nghiền nát, vỡ ra, cung cấp dầu cá thu đi vào hệ tiêu hoá.

ốc xoắn nano đựng vitamin: Người ta làm các hạt nano hình cuộn dây kích cỡ 50 nanomet, bên trong chứa các chất bổ như vitamin, axit béo omega, lycopen… rất cần thiết để cung cấp cho tế bào nhưng mùi vị lại không dễ nuốt. Nhờ có vỏ xoắn nano che đậy nên có thể trộn với thức ăn hoặc nước uống để đưa vào dạ dày.

Quả cầu nano chứa chất dinh dưỡng: Những người ăn kiêng phải tránh một số chất không được đưa qua dạ dày hay một bộ phận nào đó của cơ thể. Người ta đã chế tạo những quả cầu rỗng kích thước nano trong đó chứa đầy đủ chất dinh dưỡng và có thể điều khiển để khi ăn, uống các quả cầu nano này đem chất dinh dưỡng trực tiếp đến từng tế bào.

Trong một số trường hợp, người ta có thể gắn các quả cầu nano hoặc hạt nang nano với các cảm biến nano, khi vào sâu trong cơ thể chúng vẫn bất động, nhưng khi có tín hiệu từ cảm biến nó mới hoạt động, tức là vỏ bọc ngoài mới vỡ ra.

Trà nano selen là món đồ uống nano rất được ưa chuộng, nhất là khi có đại dịch H5N1. Selen rất độc, những người làm việc có tiếp xúc với selen rất dễ bị nhiễm độc, da nổi sần, rụng tóc và có thể dẫn đến tử vong. Nhưng trong cơ thể người luôn phải có selen (ở một mức độ nào đó) mới đảm bảo được miễn dịch, nhất là khi bị virut H5N1 tấn công. Selen bổ sung vào cơ thể người theo con đường thực phẩm, đặc biệt trong trứng chứa nhiều selen. Selen có trong trứng do gia cầm ăn thức ăn từ hạt ngũ cốc, cây cỏ lấy selen từ trong đất…, vì vậy, ở những vùng trong đất và trong thức ăn gia cầm thiếu selen thì thực phẩm cho người ăn cũng thiếu selen, dẫn tới khả năng miễn dịch của cơ thể kém đi.

Trong trường hợp cơ thể người thiếu selen, không thể bổ sung bằng selen thông thường được. Các nghiên cứu dược học cho thấy cách lấy selen nano có trong động, thực vật là thích hợp nhất. Tại Trung Quốc, người ta đã tìm thấy có những vùng trung du, dưới đất có nhiều selen, cây chè mọc lên khá tốt, trong lá chè có nhiều hạt nano selen. Xay nhỏ lá chè này, pha thành nước uống là cách bổ sung rất tốt cho tình trạng cơ thể thiếu selen. Trung Quốc đã triển khai trồng chè ở những vùng này để sản xuất ra sản phẩm “Trà nano selen” bán rất chạy.

Sữa nano canxi là một ví dụ khác về thực phẩm nano. Canxi rất cần để làm chắc xương, đặc biệt ở những chỗ gần khớp. Nhiều trường hợp, do cơ thể người không hấp thụ được canxi từ thức ăn nên phải bổ sung bằng cách dùng các hạt nano canxi có từ trong vỏ hàu, hến tự nhiên. Chắt lọc và trộn các hạt nano này vào sữa, làm thành sữa nano canxi để uống, có thể chữa bệnh loãng xương.

6. Công nghệ nano và tương laiCác nhà khoa học đều khẳng định về vai trò của công nghệ nano. Tuy nhiên, không phải bất cứ lĩnh vực nào cũng có thể áp dụng được công nghệ này. Đằng sau nó là một loạt những liên quan về yếu tố đạo đức (khi sử dụng nanotech để can thiệp vào việc biến đổi gen), yếu tố xã hội và cả yếu tố con người.Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ Anh, Lord Sainsbury, nói: ""Công nghệ nano có khả năng tiềm tàng rất lớn. Nó có thể đem lại rất nhiều lợi ích trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, chúng ta buộc phải xem xét chúng dưới một góc độ khác, góc độ đạo đức, sức khoẻ, sự an toàn và phản ứng xã hội"".

Chính vì thế, nước Anh đã nhanh chóng cho nghiên cứu các khả năng phát triển của loại hình công nghệ này và đưa chúng vào các điều luật ứng dụng chặt chẽ. Tuy nhiên giới khoa học đều dự báo, trong tương lai không xa, công nghệ nano sẽ chiếm lĩnh hầu hết các lĩnh vực khoa học chủ đạo của con người.

III.Tầm quan trọng, tiềm năng phát triển của công nghệ nano đối với nước ta và toàn thế giới

Công nghệ nano sẽ ảnh hưởng như thế nào đến tương lai của các nước nghèo? Chắc chắn, công nghệ nano sẽ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, trong đó, có tăng sản lượng nông nghiệp cùng nhiều lợi ích khác…

Công ngh Nano ngày càng trở nên quan trọng !!!Trong ngành công nghiệp êhiện nay, các tập đoàn sản xuất điện tử đã bắt đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo ra các sản phẩm có tính cạnh tranh từ chiếc máy nghe nhạc iPod nano đến các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực nhanh … Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng vai trò là “ xe tải kéo”, tránh được hiệu ứng phụ gây ra cho các tế bào lành. Y tế nano ngày nay đang nhằm vào những mục tiêu bức xúc nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di truyền có nguyên nhân từ gien, các bệnh hiện nay như: HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, các bệnh đang lan rộng hiện nay như béo phì, tiểu đường, liệt rung (Parkison), mất trí nhớ (Alzheimer), rõ ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ công nghệ này. Đối với việc sửa sang sắc đẹp đã có sự hình thành nano phẩu thuật thẩm mỹ,nhiều lọai thuốc thẩm mỹ có chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và bảo vệ da. Đây là một thị trường có sức hấp dẫn mạnh, nhất là đối với công nghệ kiệt xuất mới ra đời như công nghệ nano.

Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi.

Các chuyên gia thuộc Trung tâm Đạo đức Sinh học của Canada nhận định ảnh hưởng lớn nhất của công nghệ nano đến hàng triệu người ở những nước đang phát triển là mang lại các phương pháp dự trữ và sản xuất năng lượng tốt hơn. Đồng thời, cải thiện đáng kể năng suất ngành nông nghiệp. Ứng dụng công nghệ nano sẽ nâng cao mức sống của người dân các nước nghè

Trung tâm Đạo đức Sinh học thuộc trường đại học Toronto của Canada (JCB) đã mời nhóm 63 chuyên gia thế giới tham gia đánh giá những lĩnh vực nhiều triển vọng nhất của công nghệ nano.

Đây là nghiên cứu đầu tiên đánh giá ảnh hưởng của triển vọng công nghệ và khoa học nano đến sự phát triển của thế giới. Nghiên cứu cũng xem xét ảnh hưởng của công nghệ nano đến tám Mục tiêu Phát triển Thiên niên kỷ do tổ chức Liên hiệp quốc (LHQ) đặt ra để hoàn thành trước năm 2015. Các ứng dụng công nghệ nano sẽ giúp các nước thành viên LHQ giải quyết những vấn đề quan trọng nhất của các nước phát triển đến năm 2015. Các chuyên gia cũng đề cử sáng kiến được gọi là Giải quyết Thách thức toàn cầu trong việc sử dụng công nghệ nano. Sáng kiến này sẽ được phát động để khuyến khích ứng dụng công nghệ nano nhất là ở những nước đang phát triển.Theo tiến sỹ Peter Singer, giám đốc JCB, phát triển kinh tế và tiêu thụ năng lượng liên quan chặt chẽ với nhau. Tiến sỹ Singer cho biết sẽ thu được lợi ích của tăng trưởng kinh tế dễ dàng hơn nhiều nếu công nghệ nano có thể giúp các nước đang phát triển chuyển sang xu hướng tự cung tự cấp năng lượng.

THẾ GIỚIDo các ứng dụng kỳ diệu của công nghệ nano, tiềm năng kinh tế cũng như tạo ra sức mạnh về quân sự. Vì lẽ đó hiện nay trên thế giới đang xảy ra cuộc chạy đua sôi động về phát triển và ứng dụng công nghệ nano. Có thể kể đến mốt số cường quốc đang chiếm lĩnh thị trường công nghệ này hiện nay là: Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Nga và một số nước Châu Âu…có thể nói ở những quốc gia trên chính phủ dành một khoản ngân sách đáng kể hổ trợ cho việc nghiên cứu và ứng dụng thực tiển của ngành công nghệ nano. Không chỉ các trường Đại học có các phòng thí nghiệm với các thiết bị nghiên cứu quy mô mà các tập đoàn sản xuất cũng tiến hành nghiên cứu và phát triển công nghệ nano với các phòng thí nghiệm với tổng chi phí nghiên cứu tương đương với ngân sách chính phủ dành cho công nghệ nano.

Tiến sỹ P. Singer nhận định phần lớn những làn sóng công nghệ chỉ làm tăng khoảng cách giữa các nước giàu và các nước nghèo song việc khai thác công nghệ nano lại mang đến cơ hội thu hẹp khoảng cách này. Ứng dụng công nghệ nano có khả năng lớn để cải thiện mức sống của người dân các nước đang phát triển. Khoa học và công nghệ đơn thuần không thể giải quyết triệt để tất cả những vấn đề ở những nước đang phát triển, nhưng đây là những yếu tố căn bản để phát triển.

Hiện nay, các chất có cấu trúc nano mới đang được sử dụng để xây dựng lên thế hệ tiếp theo của tế bào năng lượng mặt trời và tế bào nhiên liệu hyđrô.

Ngoài ra, các nhà khoa học cũng đang sử dụng công nghệ nano để phát triển phương pháp dự trữ hyđrô vốn là vấn đề nan giải. Hệ thống dự trữ hyđrô phù hợp có nghĩa là phải có năng lượng thay thế sạch hơn cho những nước vẫn phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch.

Mặt khác, thế giới đang phát triển ứng dụng công nghệ nano để cải thiện độ phì nhiêu của đất và sản lượng cây trồng, cảm biến nano có thể giám sát tình hình cây trồng vật nuôi và các chất từ nano có thể loại bỏ những chất gây ô nhiễm cho đất.

Chẳng bao lâu nữa, nhờ vào công nghệ nano, các nhân viên y tế có thể thử nghiệm máu bằng một mẩu nhựa nhỏ bằng đồng xu. Tương tự, nếu sử dụng tiến bộ của công nghệ nano có thể thực hiện khám chẩn đoán bệnh trong vài phút. Công nghệ nano sẽ rút ngắn thời gian cũng như chi phí xét nghiệm các bệnh truyền nhiễm như sốt rét và HIV/AIDS.

Nhóm nghiên cứu cũng đánh giá tác dụng của công nghệ nano trong xử lý nước.

Tiến sỹ Salamanca-Buentello, đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết 1/6 dân chúng toàn cầu không có nước sạch, hơn 1/3 dân ở những vùng nông thôn châu Phi, châu Á và châu Mỹ La tinh không có nước sạch, và hàng năm có hai triệu trẻ em chết vì bị những bệnh phát sinh do nước bẩn.

Trong khi đó, màng và ống nano là những hệ thống rất rẻ, dễ di chuyển và có thể lọc, giải độc và khử muối trong nước hiệu quả hơn phương pháp lọc bằng vi khuẩn và vi rút thông thường. Các nhà nghiên cứu cũng phát triển phương pháp sản xuất hàng loạt các ống lọc bằng nano cácbon nhằm nâng cao chất lượng nước.

Đến nay nhiều nước đang phát triển như Ấn Độ, Nam Phi, Mehico, Thái Lan, Philipin, Chile và Achentina đã thực hiện các sáng kiến công nghệ nano để hỗ trợ sự phát triển của khoa học.

Hiện Trung Quốc có số lượng ứng dụng bằng sáng chế công nghệ nano nhiều nhất thế giới sau Mỹ và Nhật Bản. Bản nghiên cứu của Hà Lan – Trung Quốc đánh giá tình hình công nghệ nano ở Mỹ, liên minh châu Âu, Trung Quốc và Hàn Quốc cũng cho thấy Trung Quốc có lượng báo chí về công nghệ nano lớn thứ hai trên thế giới.

Theo tờ Bưu điện Washington (Washington Post), châu Âu và châu Á đang theo sát Mỹ trong công nghệ nano.

Trong năm 2004, chi tiêu của chính phủ Mỹ cho công nghệ nano cao nhất thế giới, song chỉ cao hơn chút đỉnh so với mức chi phí ở Trung Quốc, châu Âu và Nhật: Mỹ sử dụng 1 tỷ đô la cho nghiên cứu công nghệ nano còn ba nước sau mỗi nước chi 900 triệu đô la.

Xét về mặt báo chí chuyên viết về công nghệ nano, năm 2004, báo chí công nghệ nano của Trung Quốc chiếm 10% thị phần báo công nghệ nano toàn cầu, chỉ đứng sau Mỹ, cường quốc chiếm gần 50% thị phần này

VIỆT NAM

Tuy chỉ mới tiếp cận với công nghệ nano trong những năm gần đây nhưng cũng có những bước chuyển tạo ra sức hút mới đối với lĩnh vực đầy cam go, thử thách này. Nhà nước cũng đã dành một khoản ngân sách khá lớn cho chương trình nghiên cứu công nghệ nano cấp quốc gia với sự tham gia của nhiều trường Đại học và Viện nghiên cứu.

Công nghệ nano là một bước tiến bộ vượt bậc của công nghệ, nó tạo ra những ứng dụng vô cùng kỳ diệu tạo ra nhiều cơ hội hơn, nhưng bên cạnh đó cũng có những thách thức đặt ra về thảm họa môi trường và khả năng phát triển vũ khí lọai mới với sức tàn phá không gì so sánh nổi. Tuy nhiên, con người ngày nay đã hướng nhiều hơn với cái thiện nên chúng ta có thể hy vọng là công nghệ nano sẽ mang lại hạnh phúc cho nhân loại nhiều hơn.

Vào tháng 12/2004, ĐH Quốc gia TP.HCM đã đầu tư 4,3 triệu USD từ nguồn vốn vay Ngân hàng Thế giới để xây dựng Phòng thí nghiệm Công nghệ nano. Phòng thí nghiệm Công nghệ nano có nhiệm vụ đào tạo nhân lực lực trong lĩnh vực vi điện tử và công nghệ nano, nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano trong công nghiệp.Dự kiến, vào tháng 6/2005, Phòng thí nghiệm nói trên sẽ hòan thành và đi vào họat động

Sau hội nghị Vật lý tại Núi Cốc (năm 2003), một nhóm nghiên cứu về vật liệu nanô thuộc bộ môn Vật lý chất rắn bắt đầu hình thành. Để nhanh chóng hội nhập, chiến lược được ưu tiên hàng đầu là tập trung nghiên cứu phát triển các công nghệ mới để chế tạo vật liệu mà hiện tại các cơ sở khác trong nước đang ít quan tâm. Sau khi có công nghệ mới sẽ tập trung nghiên cứu các vật liệu có khả năng ứng dụng cao.

1. Nghiên cứu chế tạo máy phát siêu âm: Siêu âm công suất cao được sử dụng để tổng hợp các hợp chất, hữu cơ, vật liệu điện tử có cấu trúc nanô. Sau gần 10 năm tập trung nghiên cứu cơ bản, đến nay chúng tôi đã hoàn toàn làm chủ công nghệ chế tạo được các loại gốm áp điện dùng cho máy phát siêu âm công suất. Từ vật liệu gốm áp điện nói trên, chúng tôi đã chế tạo thành công biến tử kiểu Langevin có tần số cộng hưởng tùy ý.

2. Nghiên cứu chế tạo thiết bị quay điện: Công nghệ quay điện đang được quan tâm một cách đặc biệt. Sự quan tâm đặc biệt này có thể bắt nguồn từ tính đơn giản của công nghệ, nhưng khả năng ứng dụng lại rất tiềm tàng và rộng lớn. Có lẽ đây là vấn đề mà đã đến lúc, chúng ta cần phải nhìn lại mình một cách nghiêm túc hơn về chính sách phát triển khoa học và công nghệ, đặc biệt là phát triển các công nghệ nguồn. Trên thị trường đã có những thiết bị thương mại, với giá khoảng 500 đến 1500 triệu đồng. Từ tháng 12/2013, chúng tôi tập trung nghiên cứu chế tạo và đến nay thiết bị quay điện đã bắt đầu hoạt động. Chúng tôi đặt tên cho thiết bị này là E-HUSC-01, vì đây là thiết bị Electrospinning đầu tiên của Việt Nam được chế tạo tại Trường Đại học Khoa học Huế.

3. Chế tạo vật liệu nanô và ứng dụng

a. Chế tạo TiO2 nano: Do có nhiều tính chất dị thường và khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực mà TiO2 kích thước nanô được các nhà khoa học nghiên cứu, tổng hợp. Ứng dụng nổi bật của TiO2 kích thước nanô được nói đến nhiều trong thời gian gần đây là khử trùng diệt vi khuẩn và chống mốc; tự làm sạch và chống mờ hơi nước; xử lý nước thải, khí thải,..

Năm 2012, chúng tôi đã tạo được dòng sản phẩm sơn nanô TiO2/Ag. Sau khi phun tráng trên nền gạch men và nung ủ tại 6000C, lớp phủ TiO2/Ag ngoài tính năng diệt khuẩn, tự làm sạch còn có độ cứng cao hơn lớp men nền, không làm thay đổi màu của nền gạch. Hiện nay, chúng tôi có khả năng cung cấp cho các công ty có nhu cầu này với một lượng lớn (>1000 lít/ngày), giá rẻ (20.000-130.000đ/1 lít).

b. Tổng hợp dung dịch Ag nanô: Đến nay đã có trên 20 phương pháp chế tạo dung dịch Ag nano. Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp, chúng tôi đã đưa ra được phương pháp chế tạo dung dịch Ag nano sử dụng sự kết hợp của các phương pháp lý, hóa, sinh. Kết quả, chúng tôi đã chế tạo thành công dung dịch Ag nano môi trường nước ổn định có các nồng độ khác nhau.

- Sử dụng trong nuôi tôm: Tại Việt Nam, bệnh hoại tử gan tụy cấp tính ở tôm (EMS) bắt đầu xuất hiện từ năm 2010 và bùng phát mạnh từ tháng 3/2011, gây thiệt hại lớn cho người nuôi tôm. Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa tìm ra cách chữa trị triệt để. Trước tình hình đó, chúng tôi đã kết hợp với Công ty cổ phần Huetronics phát triển một loạt các sản phẩm nanô, trong đó có Ag nanô và triển khai ứng dụng phòng và trị bệnh trong nuôi tôm tại một số tỉnh trọng điểm nuôi tôm của Đông bằng sông Cửu long như Trà Vinh, Bến Tre, Tiền Giang, Bạc Liêu, Cà Mau,…

- Sử dụng trong nuôi cấy mô: HgCl2 được sử dụng là chất khử trùng phổ biến trong nuôi cấy mô. Kết quả nghiên cứu cho thấy nano bạc nồng độ 5 ppm ảnh hưởng tốt nhất đến khả năng tái sinh chồi từ đoạn thân.

-Công nghệ nano hiện đang là 1 ngành phát triển mới mẻ và đầy tiềm năng mà con người đang tập trung khai thác !!!