นาโนเทคโนโลยีคือการจัดการสสารที่มีขนาดอย่างน้อยหนึ่งมิติตั้งแต่ 1 ถึง 100 นาโนเมตร (nm) ที่ระดับนี้ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าระดับนาโนพื้นที่ผิวและ ผลกระทบ ทางกลศาสตร์ควอนตัม มีความสำคัญใน การอธิบายคุณสมบัติของสสาร คำจำกัดความของนาโนเทคโนโลยีนี้รวมถึงการวิจัยและเทคโนโลยีทุกประเภทที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติพิเศษเหล่านี้ เป็นเรื่องปกติที่จะเห็นรูปพหูพจน์ "นาโนเทคโนโลยี" เช่นเดียวกับ "เทคโนโลยีระดับนาโน" เพื่ออ้างถึงการวิจัยและการประยุกต์ใช้ที่มีลักษณะร่วมกันคือขนาด^{[ 1 ]}ความเข้าใจก่อนหน้านี้เกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีหมายถึงเป้าหมายทางเทคโนโลยีเฉพาะของการจัดการอะตอมและโมเลกุลอย่างแม่นยำเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ระดับมหภาค ซึ่งปัจจุบันเรียกว่านาโนเทคโนโลยีระดับโมเลกุล^{[ 2 ]}

คำที่มีความหมายใกล้เคียงกับ "นาโนเทคโนโลยี" คือนาโนวิทยา (เช่นนาโนฟิสิกส์นาโนเคมีนาโนชีววิทยาและนาโนสารสนเทศ ) อย่างไรก็ตาม คำว่า "นาโนวิทยา" เน้นด้านวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ของสาขานั้น ๆ ในขณะที่นาโนเทคโนโลยี วิธีการ และกระบวนการ (เช่นนาโนลิโทกราฟีและนาโนไบโอเซนเซอร์ ) เป็นผลลัพธ์ที่เป็นรูปธรรมของนาโนวิทยาประยุกต์ (เช่นนาโนวิศวกรรมและนาโนเวชศาสตร์ )

นาโนเทคโนโลยีที่กำหนดโดยขนาดประกอบด้วยสาขาวิทยาศาสตร์ เช่นวิทยาศาสตร์พื้นผิวเคมีอินทรีย์ชีววิทยาโมเลกุลฟิสิกส์เซมิคอนดักเตอร์การเก็บพลังงาน^{[ 3 ] [ 4 ] วิศวกรรม [ 5 ] การผลิตไมโคร [ 6 ] และวิศวกรรมโมเลกุล [} 7 ^{]งานวิจัยและการประยุกต์}ใช้^{ที่เกี่ยวข้องมี}ตั้งแต่การขยาย^{ฟิสิกส์ของ}อุปกรณ์แบบ^{ดั้งเดิมไปจนถึง}การประกอบตัวเองของโมเลกุล^{[ 8 ]}ตั้งแต่การพัฒนาวัสดุใหม่ที่มีมิติในระดับนาโนไปจนถึงการควบคุมสสารโดยตรงในระดับอะตอม

นาโนเทคโนโลยีอาจสามารถสร้างวัสดุและอุปกรณ์ใหม่ที่มีการใช้งาน หลากหลาย เช่น ในด้านนาโนเวชศาสตร์นาโนอิเล็กทรอนิกส์ภาคการเกษตรวัสดุชีวภาพการผลิตพลังงาน และผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภค อย่างไรก็ตาม นาโนเทคโนโลยีก็ก่อให้เกิดปัญหาหลายประการ รวมถึงความกังวลเกี่ยวกับความเป็นพิษและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของนาโนวัสดุ^{[ 9 ]}และผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นต่อเศรษฐกิจโลก ตลอดจนสถานการณ์หายนะ ต่างๆ ความกังวลเหล่านี้ทำให้เกิดการถกเถียงกันระหว่างกลุ่มผู้สนับสนุนและรัฐบาลว่า ควรมี การออกกฎระเบียบ พิเศษสำหรับนาโนเทคโนโลยี หรือไม่

แนวคิดที่เป็นรากฐานของนาโนเทคโนโลยีได้รับการกล่าวถึงครั้งแรกในปี 1959 โดยนักฟิสิกส์ริชาร์ด ไฟน์แมนในการบรรยายเรื่อง " There's Plenty of Room at the Bottom"ซึ่งเขาได้อธิบายถึงความเป็นไปได้ของการสังเคราะห์โดยการควบคุมอะตอมโดยตรง

คำว่า "นาโนเทคโนโลยี" ถูกใช้ครั้งแรกโดยNorio Taniguchiในปี 1974 แม้ว่าจะยังไม่เป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายก็ตามK. Eric Drexler ได้รับแรงบันดาลใจจากแนวคิดของ Feynman จึงใช้คำว่า "นาโนเทคโนโลยี" ในหนังสือEngines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology ในปี 1986 ซึ่งได้รับความนิยมอย่างมากและช่วยผลักดันนาโนเทคโนโลยีเข้าสู่สาธารณชน^{[ 10 ]}ในหนังสือเล่มนั้น เขาเสนอแนวคิดเกี่ยวกับ "เครื่องประกอบ" ระดับนาโนที่จะสามารถสร้างสำเนาของตัวเองและสิ่งของอื่นๆ ที่มีความซับซ้อนตามอำเภอใจได้ด้วยการควบคุมในระดับอะตอม นอกจากนี้ ในปี 1986 Drexler ยังร่วมก่อตั้งThe Foresight Instituteเพื่อเพิ่มความตระหนักและความเข้าใจของสาธารณชนเกี่ยวกับแนวคิดและผลกระทบของนาโนเทคโนโลยี

การเกิดขึ้นของนาโนเทคโนโลยีในฐานะสาขาในช่วงทศวรรษ 1980 เกิดขึ้นจากการบรรจบกันของงานทางทฤษฎีและงานสาธารณะของเดร็กซ์เลอร์ ซึ่งพัฒนาและเผยแพร่กรอบแนวคิด และความก้าวหน้าในการทดลองที่ดึงดูดความสนใจเพิ่มเติมต่อโอกาส^{[ 11 ]}ในช่วงทศวรรษ 1980 ความก้าวหน้าสองประการช่วยกระตุ้นการเติบโตของนาโนเทคโนโลยี ประการแรก การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์แบบสแกนอุโมงค์ในปี 1981 ทำให้สามารถมองเห็นอะตอมและพันธะแต่ละตัวได้ และประสบความสำเร็จในการใช้เพื่อจัดการอะตอมแต่ละตัวในปี 1989 ผู้พัฒนากล้องจุลทรรศน์Gerd BinnigและHeinrich Rohrerที่ห้องปฏิบัติการวิจัย IBM Zurichได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1986 ^{[ 12 ] [ 13 ]} Binnig, Quate และ Gerber ยังได้ประดิษฐ์ กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมที่คล้ายคลึงกันในปีนั้น ด้วย

แฮร์รี โครโต (ซ้าย) ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 1996 ร่วมกับริชาร์ด สมอลลีย์ (ขวา) และโรเบิร์ต เคิร์ล จากการค้นพบบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน ในปี 1985 ในขณะที่ซูมิโอ อิอิจิมะ (กลาง) ได้รับ รางวัลคาวลีสาขานาโนวิทยาครั้งแรกประจำปี 2008 จากการค้นพบ นาโนทิวบ์คาร์บอน ในปี 1991

ประการที่สองฟูลเลอรีน (บัคกี้บอล) ถูกค้นพบในปี 1985 โดยHarry Kroto , Richard SmalleyและRobert Curlซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ร่วมกันใน ปี 1996 ^{[ 14 ] [ 15 ]} C ไม่ได้ถูกอธิบายว่าเป็นนาโนเทคโนโลยีในตอนแรก คำนี้ถูกนำมาใช้กับงานวิจัยต่อมาเกี่ยวกับท่อนาโนคาร์บอน ที่เกี่ยวข้อง (บางครั้งเรียกว่า ท่อ กราฟีนหรือท่อบัคกี้) ซึ่งชี้ให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้งานด้านอิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ระดับนาโน การค้นพบท่อนาโนคาร์บอนเป็นผลงานของSumio IijimaจากNECในปี 1991 ^{[ 16 ]}ซึ่ง Iijima ได้รับรางวัล Kavli Prizeสาขานาโนวิทยา ครั้งแรกในปี 2008

ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 สาขานี้ได้รับความสนใจทางวิทยาศาสตร์ การเมือง และเชิงพาณิชย์เพิ่มมากขึ้น ซึ่งนำไปสู่ทั้งข้อโต้แย้งและความก้าวหน้า ข้อโต้แย้งเกิดขึ้นเกี่ยวกับคำจำกัดความและผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นของนาโนเทคโนโลยี ตัวอย่างเช่นรายงานของราชสมาคม เกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี ^{[ 17 ]}มีการตั้งคำถามเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการประยุกต์ใช้ที่ผู้สนับสนุนนาโนเทคโนโลยีระดับโมเลกุลคาดการณ์ไว้ ซึ่งนำไปสู่การถกเถียงสาธารณะระหว่างเดร็กซ์เลอร์และสมอลลีย์ในปี 2001 และ 2003 ^{[ 18 ]}

ในขณะเดียวกัน ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ที่พัฒนาขึ้นจากความก้าวหน้าของเทคโนโลยีระดับนาโนก็เริ่มปรากฏขึ้น ผลิตภัณฑ์เหล่านี้จำกัดอยู่เฉพาะการใช้งานวัสดุนาโน ในปริมาณมาก และไม่ได้เกี่ยวข้องกับการควบคุมอะตอมของสสาร ตัวอย่างบางส่วนได้แก่ แพลตฟอร์ม Silver Nanoสำหรับการใช้อนุภาคนาโนเงินเป็นสารต้านแบคทีเรียครีมกันแดด ที่ใช้ สารอนุภาคนาโน การเสริมความแข็งแรงของเส้นใยคาร์บอนโดยใช้ อนุภาคนาโน ซิลิกาและท่อนาโนคาร์บอนสำหรับสิ่งทอที่ทนต่อคราบสกปรก^{[ 19 ] [ 20 ]}

รัฐบาลต่างๆ ได้ดำเนินการส่งเสริมและให้ทุนสนับสนุนการวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยี เช่น ในสหรัฐอเมริกาผ่านโครงการริเริ่มนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (National Nanotechnology Initiative ) ซึ่งกำหนดนิยามของนาโนเทคโนโลยีตามขนาดอย่างเป็นทางการและจัดตั้งแหล่งทุนวิจัย และในยุโรปผ่านโครงการกรอบงานยุโรปเพื่อการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยี ( European Framework Programmes for Research and Technological Development )

ในช่วงกลางทศวรรษ 2000 ความสนใจทางวิทยาศาสตร์เริ่มเฟื่องฟู แผนงานด้านนาโนเทคโนโลยีมุ่งเน้นไปที่การจัดการสสารอย่างแม่นยำในระดับอะตอม และได้หารือเกี่ยวกับความสามารถ เป้าหมาย และการใช้งานที่มีอยู่และที่คาดการณ์ไว้^{[ 21 ] [ 22 ]}

นาโนเทคโนโลยีคือวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมของระบบการทำงานในระดับโมเลกุล ในความหมายดั้งเดิม นาโนเทคโนโลยีหมายถึงความสามารถที่คาดการณ์ไว้ในการสร้างสิ่งของจากระดับล่างสุดจนได้ผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์และมีประสิทธิภาพสูง

หนึ่งนาโนเมตร (nm) คือหนึ่งในพันล้านส่วน หรือ 10⁻⁹ ^ของเมตร เมื่อเปรียบเทียบกันแล้วความยาวพันธะ คาร์บอน-คาร์บอนโดยทั่วไป หรือระยะห่างระหว่างอะตอม เหล่านี้ ในโมเลกุลจะอยู่ในช่วง0.12–0.15 นาโนเมตรและ เส้นผ่านศูนย์กลางของ ดีเอ็นเออยู่ที่ประมาณ 2 นาโนเมตร ในทางกลับกัน สิ่งมีชีวิต เซลล์ เดียวที่เล็กที่สุด คือ แบคทีเรียในสกุลไมโคพลาสมามีความยาวประมาณ 200 นาโนเมตร ตามธรรมเนียมแล้ว นาโนเทคโนโลยีจะถูกกำหนดในช่วงขนาด1 ถึง 100 นาโนเมตรตามคำจำกัดความที่ใช้โดยโครงการริเริ่มนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ ของสหรัฐอเมริกา ขีดจำกัดล่างถูกกำหนดโดยขนาดของอะตอม (ไฮโดรเจนมีอะตอมที่เล็กที่สุด ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางจลน์ ประมาณ 0.25 นาโนเมตร ) ขีดจำกัดบนนั้นค่อนข้างเป็นไปตามอำเภอใจ แต่เป็นขนาดที่ต่ำกว่านั้น ปรากฏการณ์ที่ไม่พบในโครงสร้างขนาดใหญ่จะเริ่มปรากฏให้เห็นและสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้^{[ 23 ]}ปรากฏการณ์เหล่านี้ทำให้เทคโนโลยีนาโนแตกต่างจากอุปกรณ์ที่เป็นเพียงอุปกรณ์ขนาดย่อส่วนจาก อุปกรณ์ ขนาด ใหญ่ที่เทียบเท่ากัน อุปกรณ์ดังกล่าวมีขนาดใหญ่กว่าและจัดอยู่ในประเภทของเทคโนโลยีไมโคร^{[ 24 ]}

เพื่อนำมาตราส่วนนั้นมาพิจารณาในบริบทอื่น ขนาดเปรียบเทียบของนาโนเมตรกับเมตรนั้นเท่ากับขนาดของลูกแก้วกับขนาดของโลก^{[ 25 ]}

ในนาโนเทคโนโลยีมีการใช้แนวทางหลักสองวิธี ในแนวทาง "จากล่างขึ้นบน" วัสดุและอุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นจากส่วนประกอบระดับโมเลกุลซึ่งประกอบกันเอง ทาง เคมีโดยอาศัยหลักการของการจดจำระดับโมเลกุล^{[ 26 ]}ในแนวทาง "จากบนลงล่าง" วัตถุนาโนถูกสร้างขึ้นจากหน่วยที่ใหญ่กว่าโดยไม่มีการควบคุมในระดับอะตอม^{[ 27 ]}

สาขาฟิสิกส์ต่างๆ เช่นนาโนอิเล็กทรอนิกส์นาโนกลศาสตร์นาโนโฟโตนิ ก ส์และนาโนไอออนิกส์ได้พัฒนาขึ้นเพื่อเป็นรากฐานทางวิทยาศาสตร์ของนาโนเทคโนโลยี

ปรากฏการณ์หลายอย่างจะเด่นชัดขึ้นเมื่อขนาดของระบบเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งรวมถึง ผลกระทบ ทางกลศาสตร์เชิงสถิติและ ผลกระทบ ทางกลศาสตร์ควอนตัมตัวอย่างเช่น " ผลกระทบขนาด ควอนตัม " ซึ่งคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของของแข็งเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับการลดขนาดของอนุภาค ผลกระทบเหล่านี้จะไม่เกิดขึ้นในมิติระดับมหภาคหรือจุลภาค อย่างไรก็ตาม ผลกระทบควอนตัมอาจมีความสำคัญมากขึ้นเมื่ออยู่ในระดับนาโนเมตร นอกจากนี้ คุณสมบัติทางกายภาพ (ทางกล ทางไฟฟ้า ทางแสง ฯลฯ) ก็เปลี่ยนแปลงไปเมื่อเทียบกับระบบระดับมหภาค ตัวอย่างหนึ่งคือ การเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรทำให้คุณสมบัติทางกล ความร้อน และตัวเร่งปฏิกิริยาของวัสดุเปลี่ยนแปลงไปการแพร่และการเกิดปฏิกิริยาก็อาจแตกต่างกันด้วย ระบบที่มีการขนส่งไอออนอย่างรวดเร็วเรียกว่า นาโนไอออนิกส์ คุณสมบัติทางกลของระบบนาโนเป็นที่น่าสนใจในการวิจัย

เคมีสังเคราะห์สมัยใหม่สามารถเตรียมโมเลกุลขนาดเล็กที่มีโครงสร้างเกือบทุกแบบได้ วิธีการเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตสารเคมีที่มีประโยชน์หลากหลาย เช่นยาหรือโพลิเมอร์ เชิงพาณิชย์ ความสามารถนี้ทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับการขยายการควบคุมประเภทนี้ไปสู่ระดับที่ใหญ่ขึ้น โดยแสวงหาวิธีการประกอบโมเลกุลเดี่ยวๆ เข้าด้วยกันเป็น โครงสร้างระดับเหนือ โมเลกุล (supramolecular assemblies)ที่ประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมากเรียงตัวกันในลักษณะที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน

วิธีการเหล่านี้ใช้แนวคิดของการประกอบตัวเองระดับ โมเลกุล และ/หรือเคมีระดับเหนือโมเลกุลเพื่อจัดเรียงตัวเองโดยอัตโนมัติให้เป็นโครงสร้างที่มีประโยชน์ผ่าน วิธีการ จากล่างขึ้น บน แนวคิดของการจดจำระดับโมเลกุลมีความสำคัญ: โมเลกุลสามารถออกแบบได้เพื่อให้โครงสร้างหรือการจัดเรียงเฉพาะนั้นเป็นที่ต้องการเนื่องจากแรงระหว่างโมเลกุลที่ไม่ใช่พันธะโควา เลนต์ กฎ การจับคู่เบสของวัตสัน-คริกเป็นผลโดยตรงจากสิ่งนี้ เช่นเดียวกับความจำเพาะของเอนไซม์ ที่กำหนดเป้าหมายไปยัง สารตั้งต้นเพียงชนิดเดียวหรือการพับตัวที่เฉพาะเจาะจงของโปรตีนดังนั้น ส่วนประกอบต่างๆ สามารถออกแบบให้เสริมกันและดึงดูดซึ่งกันและกันเพื่อให้เกิดเป็นส่วนประกอบที่ซับซ้อนและมีประโยชน์มากขึ้น

วิธีการแบบจากล่างขึ้นบนเช่นนี้ น่าจะสามารถผลิตอุปกรณ์ได้พร้อมกันและมีราคาถูกกว่าวิธีการแบบจากบนลงล่างมาก แต่ก็อาจจะรับมือไม่ไหวเมื่อขนาดและความซับซ้อนของโครงสร้างที่ต้องการประกอบเพิ่มขึ้น โครงสร้างที่มีประโยชน์ส่วนใหญ่ต้องการการจัดเรียงอะตอมที่ซับซ้อนและไม่น่าจะเป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์ อย่างไรก็ตาม มีตัวอย่างมากมายของการประกอบตัวเองโดยอาศัยการจดจำโมเลกุลในทางชีววิทยาโดยเฉพาะอย่างยิ่งการจับคู่เบสแบบวัตสัน-คริกและการโต้ตอบระหว่างเอนไซม์กับสารตั้งต้น

นาโนเทคโนโลยีระดับโมเลกุล หรือบางครั้งเรียกว่าการผลิตระดับโมเลกุล เกี่ยวข้องกับระบบนาโนที่ได้รับการออกแบบ (เครื่องจักรระดับนาโน) ที่ทำงานในระดับโมเลกุล นาโนเทคโนโลยีระดับโมเลกุลมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งกับเครื่องประกอบระดับโมเลกุลซึ่งเป็นเครื่องจักรที่สามารถผลิตโครงสร้างหรืออุปกรณ์ที่ต้องการได้ทีละอะตอมโดยใช้หลักการสังเคราะห์เชิงกลการผลิตในบริบทของระบบนาโนที่มีประสิทธิภาพนั้นไม่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมที่ใช้ในการผลิตวัสดุนาโน เช่น ท่อนาโนคาร์บอนและอนุภาคนาโน

เมื่อเดร็กซ์เลอร์คิดค้นและทำให้คำว่า "นาโนเทคโนโลยี" เป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายโดยอิสระ เขาได้จินตนาการถึงเทคโนโลยีการผลิตที่อยู่บนพื้นฐานของ ระบบ เครื่องจักรระดับโมเลกุลโดยมีหลักการว่า การเปรียบเทียบทางชีวภาพในระดับโมเลกุลของส่วนประกอบเครื่องจักรแบบดั้งเดิมแสดงให้เห็นว่าเครื่องจักรระดับโมเลกุลนั้นเป็นไปได้: ชีววิทยาเต็มไปด้วยตัวอย่างของเครื่องจักรทางชีวภาพ ที่ซับซ้อนและ ได้รับการปรับให้เหมาะสมแบบ สุ่ม

Drexler และนักวิจัยคนอื่นๆ^{[ 28 ]}ได้เสนอว่านาโนเทคโนโลยีขั้นสูงในที่สุดอาจขึ้นอยู่กับหลักการทางวิศวกรรมเครื่องกล กล่าวคือ เทคโนโลยีการผลิตที่อิงตามฟังก์ชันการทำงานเชิงกลของส่วนประกอบเหล่านี้ (เช่น เฟือง ตลับลูกปืน มอเตอร์ และชิ้นส่วนโครงสร้าง) ซึ่งจะช่วยให้การประกอบตามตำแหน่งที่ตั้งโปรแกรมได้ตามข้อกำหนดระดับอะตอม^{[ 29 ]} ฟิสิกส์และประสิทธิภาพทางวิศวกรรมของการออกแบบตัวอย่างได้รับการวิเคราะห์ในหนังสือ Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and ComputationของDrexler ^{[ 2 ]}

โดยทั่วไป การประกอบอุปกรณ์ในระดับอะตอมต้องอาศัยการวางตำแหน่งอะตอมบนอะตอมอื่นที่มีขนาดและความเหนียวใกล้เคียงกันคาร์โล มอนเตมาญโญ มองว่าระบบนาโนในอนาคตจะเป็นลูกผสมระหว่างเทคโนโลยีซิลิคอนและเครื่องจักรโมเลกุลชีวภาพ^{[ 30 ]}ริชาร์ด สมอลลีย์โต้แย้งว่าการสังเคราะห์เชิงกลเป็นไปไม่ได้เนื่องจากความยากลำบากในการจัดการโมเลกุลแต่ละตัวด้วยกลไก^{[ 31 ]}

สิ่งนี้นำไปสู่การแลกเปลี่ยนจดหมายในวารสารChemical & Engineering Newsของ American Chemical Societyในปี 2546 ^{[ 32 ]}แม้ว่าชีววิทยาจะแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเครื่องจักรระดับโมเลกุลนั้นเป็นไปได้ แต่เครื่องจักรระดับโมเลกุลที่ไม่ใช่ชีวภาพยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นAlex Zettlและเพื่อนร่วมงานที่ Lawrence Berkeley Laboratories และ UC Berkeley ^{[ 33 ]}ได้สร้างอุปกรณ์ระดับโมเลกุลอย่างน้อยสามชิ้นที่การเคลื่อนที่ถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้า ได้แก่ นาโนมอเตอร์ ท่อ นาโน แอคทูเอเตอร์ระดับ โมเลกุล ^{[ 34 ]}และออสซิลเลเตอร์การผ่อนคลายแบบนาโนอิเล็กโทรเมคา นิกส์ ^{[ 35 ]}

ในปี 1999 Ho และ Lee ที่มหาวิทยาลัย Cornellใช้กล้องจุลทรรศน์แบบสแกนอุโมงค์เพื่อเคลื่อนย้ายโมเลกุลคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) แต่ละตัวไปยังอะตอมเหล็ก (Fe) แต่ละตัวที่วางอยู่บนผลึกเงินแบนราบ และผูก CO เข้ากับ Fe ทางเคมีโดยการใช้แรงดันไฟฟ้า^{[ 36 ]}

วิทยาศาสตร์หลายสาขาพัฒนาหรือศึกษาวัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวอันเนื่องมาจากมิติระดับนาโน^{[ 39 ]}

• วิทยาศาสตร์ด้านพื้นผิวและคอลลอยด์ได้สร้างวัสดุมากมายที่อาจมีประโยชน์ในนาโนเทคโนโลยี เช่น ท่อนาโนคาร์บอนและฟูลเลอรีนชนิด อื่นๆ รวมถึงอนุภาคนาโนและแท่งนาโน ต่างๆ วัสดุนาโนที่มีการขนส่งไอออนอย่างรวดเร็วมีความเกี่ยวข้องกับนาโนไอออนิกส์และนาโนอิเล็กทรอนิกส์
• วัสดุระดับนาโนสามารถนำไปใช้ในงานขนาดใหญ่ได้ ซึ่งการใช้งานเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ของนาโนเทคโนโลยีก็เป็นไปในลักษณะนี้
• มีความก้าวหน้าในการใช้วัสดุเหล่านี้เพื่อ^การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์รวมถึงวิศวกรรมเนื้อเยื่อการส่งยาสารต้านแบคทีเรียและไบโอเซนเซอร์^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43} ] ^{[ 44 ]}
• วัสดุระดับนาโน เช่นนาโนพิลลาร์ถูกนำมาใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์
• การประยุกต์ใช้สารกึ่งตัวนำนาโนอนุภาคในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น เทคโนโลยีจอแสดงผล แสงสว่าง เซลล์แสงอาทิตย์ และการถ่ายภาพทางชีวภาพ ดูตัวอย่างเช่นควอนตัมดอท

แนวทางจากล่างขึ้นบนมุ่งเน้นการจัดเรียงส่วนประกอบขนาดเล็กเข้าด้วยกันให้เป็นชุดประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น

• นาโนเทคโนโลยีดีเอ็นเอใช้หลักการจับคู่เบสแบบวัตสัน-คริกในการสร้างโครงสร้างที่มีความชัดเจนจากดีเอ็นเอและกรดนิวคลีอิก อื่น ๆ
• แนวทางจากสาขาการสังเคราะห์ทางเคมีแบบ "คลาสสิก" ( การสังเคราะห์อนินทรีย์และอินทรีย์ ) มุ่งเป้าไปที่การออกแบบโมเลกุลที่มีรูปร่างที่กำหนดไว้อย่างดี (เช่นบิส-เปปไทด์^{[ 45 ]} )
• โดยทั่วไปแล้ว การประกอบตัวเองของโมเลกุลมุ่งที่จะใช้แนวคิดของเคมีเหนือโมเลกุล และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการจดจำโมเลกุล เพื่อทำให้ส่วนประกอบโมเลกุลเดี่ยวจัดเรียงตัวเองโดยอัตโนมัติเป็นโครงสร้างที่มีประโยชน์บางอย่าง
• ปลายของ กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมสามารถใช้เป็น "หัวเขียน" ระดับนาโนเพื่อฝากสารเคมีลงบนพื้นผิวในรูปแบบที่ต้องการในกระบวนการที่เรียกว่านาโนลิโทกราฟีแบบจุ่มปากกาเทคนิคนี้จัดอยู่ในสาขาย่อยที่ใหญ่กว่าของนาโนลิโทกราฟี
• เทคนิคการสร้างผลึกด้วยลำแสงโมเลกุลช่วยให้สามารถประกอบวัสดุจากล่างขึ้นบนได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันทั่วไปในชิปและงานด้านคอมพิวเตอร์ รวมถึงการเรียงซ้อน การควบคุมการไหล และเลเซอร์นาโนไวร์

งานวิจัยเหล่านี้มุ่งสร้างอุปกรณ์ขนาดเล็กโดยใช้อุปกรณ์ขนาดใหญ่เป็นตัวกำหนดทิศทางการประกอบ

• เทคโนโลยีหลายอย่างที่สืบทอดมาจากวิธีการซิลิคอนโซลิดสเตต แบบดั้งเดิม สำหรับการผลิตไมโครโปรเซสเซอร์สามารถสร้างคุณสมบัติที่มีขนาดเล็กกว่า 100 นาโนเมตรได้ ฮาร์ดไดรฟ์ที่ใช้ ความต้านทานแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่วางจำหน่ายในตลาดแล้วนั้นตรงกับคำอธิบายนี้^{[ 46 ]}เช่นเดียวกับ เทคนิค การสะสมชั้นอะตอม (ALD) ปีเตอร์ กรูนเบิร์กและอัลเบิร์ต เฟิร์ตได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2550 จากการค้นพบความต้านทานแม่เหล็กขนาดใหญ่และการมีส่วนร่วมในสาขาสปินโทรนิ ก ส์^{[ 47 ]}
• เทคนิคโซลิดสเตตสามารถนำมาใช้สร้างระบบนาโนอิเล็กโทรเมคานิกส์หรือ NEMS ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับระบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์หรือ MEMS
• ลำแสงไอออนแบบโฟกัสสามารถกำจัดวัสดุออกไปได้โดยตรง หรือแม้กระทั่งสร้างวัสดุขึ้นใหม่ได้เมื่อใช้ก๊าซตั้งต้นที่เหมาะสมในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างเช่น เทคนิคนี้ถูกนำมาใช้เป็นประจำในการสร้างชิ้นส่วนวัสดุที่มีขนาดเล็กกว่า 100 นาโนเมตรสำหรับการวิเคราะห์ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน
• ปลายหัววัดของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมสามารถใช้เป็น "หัวเขียน" ระดับนาโนเพื่อวางสารต้านทาน จากนั้นจึงตามด้วยกระบวนการกัดเพื่อกำจัดวัสดุในลักษณะจากบนลงล่าง

แนวทางเชิงฟังก์ชันมุ่งพัฒนาส่วนประกอบที่มีประโยชน์โดยไม่คำนึงถึงวิธีการประกอบส่วนประกอบเหล่านั้นเข้าด้วยกัน

• การประกอบแม่เหล็กสำหรับการสังเคราะห์ วัสดุซูเปอร์ พาราแมกเนติกแบบแอนไอ โซโทรปิก เช่น โซ่นาโนแม่เหล็ก^{[ 26 ]}
• อิเล็กทรอนิกส์ระดับโมเลกุลมุ่งพัฒนาโมเลกุลที่มีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นประโยชน์ โมเลกุลเหล่านี้สามารถใช้เป็นส่วนประกอบโมเลกุลเดี่ยวในอุปกรณ์นาโนอิเล็กทรอนิกส์^{[ 48 ]}เช่นโรแทกเซน
• สามารถใช้วิธีทางเคมีสังเคราะห์ในการสร้างมอเตอร์โมเลกุลสังเคราะห์ได้เช่น ในรถยนต์นาโน

• ไบโอนิกส์หรือการเลียนแบบชีวภาพมุ่งประยุกต์ใช้วิธีการและระบบทางชีวภาพที่พบในธรรมชาติในการศึกษาและออกแบบระบบทางวิศวกรรมและเทคโนโลยีสมัยใหม่ กระบวนการสร้างแร่ชีวภาพเป็นตัวอย่างหนึ่งของระบบที่ได้รับการศึกษา
• ไบโอนาโนเทคโนโลยีคือการใช้โมเลกุลชีวภาพสำหรับการประยุกต์ใช้ในนาโนเทคโนโลยี รวมถึงการใช้ไวรัสที่ได้รับการดัดแปลง การประกอบลิปิด และดีเอ็นเอโอริกามิ [ ^{49 ] [ 50 ] [ 51 ] นาโน}เซลลูโลสซึ่งเป็นนาโนพอลิเมอร์ที่มักใช้สำหรับการใช้งานในระดับใหญ่ ได้รับความสนใจเนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ เช่น ความอุดมสมบูรณ์ อัตราส่วนความยาวต่อความกว้างสูงคุณสมบัติทางกลที่ดี ความสามารถ ในการนำกลับมาใช้ใหม่ได้และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ^{[ 52 ]}

สาขาย่อยเหล่านี้มุ่งคาดการณ์ถึงสิ่งประดิษฐ์ที่นาโนเทคโนโลยีอาจก่อให้เกิด หรือพยายามเสนอแนวทางที่การวิจัยสามารถดำเนินไปได้ โดยมักจะมองภาพรวมและให้ความสำคัญกับผลกระทบต่อสังคมมากกว่ารายละเอียดทางวิศวกรรม

• นาโนเทคโนโลยีระดับโมเลกุลเป็นแนวทางที่เสนอขึ้นใหม่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการจัดการโมเลกุลเดี่ยวด้วยวิธีการที่ควบคุมได้อย่างละเอียดและแน่นอน สาขานี้ยังเน้นด้านทฤษฎีมากกว่าสาขาย่อยอื่นๆ และเทคนิคที่เสนอหลายอย่างยังอยู่นอกเหนือขีดความสามารถในปัจจุบัน
• นาโนโรบอติกส์พิจารณาเครื่องจักรที่ทำงานได้ด้วยตนเองในระดับนาโน มีความหวังที่จะนำนาโนโรบอตไปใช้ในทางการแพทย์^{[ 53 ] [ 54 ]}อย่างไรก็ตาม ได้มีการแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าในด้านวัสดุที่เป็นนวัตกรรมและวิธีการที่ได้รับการจดสิทธิบัตรแล้ว^{[ 55 ] [ 56 ]}
• ระบบนาโนที่มีประสิทธิภาพคือ "ระบบของระบบนาโน" ซึ่งสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำระดับอะตอมสำหรับระบบนาโนอื่นๆ โดยไม่จำเป็นต้องใช้คุณสมบัติที่เกิดขึ้นใหม่ในระดับนาโน แต่ใช้พื้นฐานการผลิตที่เข้าใจได้เป็นอย่างดี เนื่องจากธรรมชาติของสสารที่เป็นแบบแยกส่วน (เช่น อะตอม) และความเป็นไปได้ของการเติบโตแบบทวีคูณ ขั้นตอนนี้จึงสามารถเป็นพื้นฐานของการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งใหม่ได้มิไฮล์ โรโคเสนอสถานะของนาโนเทคโนโลยีสี่สถานะที่ดูเหมือนจะขนานไปกับความก้าวหน้าทางเทคนิคของการปฏิวัติอุตสาหกรรม โดยก้าวหน้าจากโครงสร้างนาโนแบบพาสซีฟไปสู่อุปกรณ์นาโนแบบแอคทีฟ ไปสู่เครื่องจักรนาโน ที่ซับซ้อน และในที่สุดก็ไปสู่ระบบนาโนที่มีประสิทธิภาพ^{[ 57 ]}
• สสารที่ตั้งโปรแกรมได้มุ่งออกแบบวัสดุที่มีคุณสมบัติซึ่งสามารถควบคุมได้ง่าย ย้อนกลับได้ และจากภายนอก โดยการผสมผสานวิทยาศาสตร์สารสนเทศและวิทยาศาสตร์วัสดุ
• เนื่องจากคำว่านาโนเทคโนโลยีได้รับความนิยมและเป็นที่กล่าวถึงในสื่อต่างๆ จึงมีการบัญญัติคำว่าพิโคเทคโนโลยีและเฟมโตเทคโนโลยีขึ้นมาเพื่อใช้เปรียบเทียบ แม้ว่าคำเหล่านี้จะใช้กันอย่างไม่เป็นทางการก็ตาม

วัสดุนาโนสามารถจำแนกได้เป็นวัสดุนาโน 0 มิติ 1 มิติ 2 มิติ และ 3 มิติ มิติมีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณลักษณะของวัสดุนาโน รวมถึงคุณลักษณะทางกายภาพเคมีและชีวภาพเมื่อมิติลดลง อัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรจะเพิ่มขึ้น ซึ่งแสดงให้เห็นว่าวัสดุนาโน ที่มีมิติเล็กกว่า จะมีพื้นที่ผิวมากกว่าวัสดุนาโน 3 มิติวัสดุนาโน 2 มิติได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางสำหรับการใช้งานด้าน อิเล็กทรอนิกส์ชีวการแพทย์การนำส่งยาและไบโอเซนเซอร์

กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนอุโมงค์ (STM) เป็นเครื่องมือสแกนโพรบสองประเภทที่ใช้สำหรับการสังเกตในระดับนาโนกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนโพรบ ประเภทอื่นๆ มีความละเอียดสูงกว่ามาก เนื่องจากไม่ถูกจำกัดด้วยความยาวคลื่นของเสียงหรือแสง

ปลายของหัววัดแบบสแกนยังสามารถใช้ในการจัดการโครงสร้างนาโน (การประกอบตามตำแหน่ง) การสแกนแบบเน้นคุณลักษณะอาจเป็นวิธีที่น่าสนใจในการดำเนินการจัดการระดับนาโนเหล่านี้ผ่านอัลกอริทึมอัตโนมัติ^{[ 58 ] [ 59 ]}อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ยังคงช้าเนื่องจากความเร็วของกล้องจุลทรรศน์ต่ำ

แนวทางจากบนลงล่างคาดการณ์ถึงอุปกรณ์นาโนที่ต้องสร้างทีละชิ้นเป็นขั้นตอน เหมือนกับการผลิตสินค้าการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบสแกนโพรบเป็นเทคนิคสำคัญทั้งสำหรับการกำหนดลักษณะและการสังเคราะห์ กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมและกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนอุโมงค์สามารถใช้ในการตรวจสอบพื้นผิวและเคลื่อนย้ายอะตอมได้ โดยการออกแบบปลายที่แตกต่างกันสำหรับกล้องจุลทรรศน์เหล่านี้ สามารถใช้ในการแกะสลักโครงสร้างบนพื้นผิวและช่วยนำทางโครงสร้างที่ประกอบตัวเองได้ ตัวอย่างเช่น การใช้แนวทางการสแกนแบบเน้นคุณลักษณะ อะตอมหรือโมเลกุลสามารถเคลื่อนย้ายไปรอบๆ บนพื้นผิวได้ด้วยเทคนิคกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนโพรบ^{[ 58 ] [ 59 ]}

เทคนิคการพิมพ์หินหลายแบบ เช่น การพิมพ์หิน ด้วยแสงการพิมพ์หินด้วยรังสีเอ็กซ์การพิมพ์หินด้วยปากกาจุ่มการพิมพ์หินด้วยลำแสงอิเล็กตรอนหรือการพิมพ์หินแบบนาโนอิมพ รินต์ ล้วน เป็นเทคนิคการผลิตแบบจากบนลงล่าง ซึ่งวัสดุขนาดใหญ่จะถูกลดขนาดลงเหลือเป็นลวดลายระดับนาโน

เทคนิคนาโนเทคโนโลยีอีกกลุ่มหนึ่ง ได้แก่ เทคนิคที่ใช้ในการผลิตนาโนทิวบ์และนาโนไวร์เทคนิคที่ใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ลิโทกราฟีด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตแบบลึก ลิโทกราฟีด้วยลำแสงอิเล็กตรอน การตัดเฉือนด้วยลำแสงไอออนแบบโฟกัส ลิโทกราฟีแบบนาโนอิมพรินต์การตกตะกอนชั้นอะตอมและการตกตะกอนไอระเหยโมเลกุลและรวมถึงเทคนิคการประกอบตัวเองของโมเลกุล เช่น เทคนิคที่ใช้โคพอลิเมอร์ได บล็อก ^{[ 60 ]}

ในทางตรงกันข้าม เทคนิคแบบจากล่างขึ้นบน (bottom-up) สร้างหรือขยายโครงสร้างขนาดใหญ่ขึ้นทีละอะตอมหรือทีละโมเลกุล เทคนิคเหล่านี้รวมถึงการสังเคราะห์ทางเคมีการประกอบตัวเองและการประกอบตามตำแหน่ง การแทรก สอดแบบโพลาไรซ์ คู่ (dual-polarization interferometry)เป็นเครื่องมือหนึ่งที่เหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์ลักษณะของฟิล์มบางที่ประกอบตัวเอง อีกรูปแบบหนึ่งของวิธีการแบบจากล่างขึ้นบนคือ การปลูกผลึกด้วย ลำแสงโมเลกุล (molecular-beam epitaxyหรือ MBE) นักวิจัยที่ห้องปฏิบัติการเบลล์เทเลโฟน (Bell Telephone Laboratories)รวมถึงJohn R. Arthur , Alfred Y. Choและ Art C. Gossard ได้พัฒนาและนำ MBE มาใช้เป็นเครื่องมือวิจัยในช่วงปลายทศวรรษ 1960 และ 1970 ตัวอย่างที่สร้างโดย MBE เป็นกุญแจสำคัญในการค้นพบปรากฏการณ์ควอนตัมฮอลล์แบบเศษส่วน (fractional quantum Hall effect)ซึ่ง ได้รับ รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1998 MBE วางชั้นอะตอมที่มีความแม่นยำระดับอะตอม และในกระบวนการนี้ สร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนขึ้นมา MBE มีความสำคัญต่อการวิจัยเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำ และยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างตัวอย่างและอุปกรณ์สำหรับสาขาใหม่ที่กำลังเกิดขึ้นคือ สปินโทรนิกส์ ( spintronics )

ผลิตภัณฑ์บำบัดที่ใช้สารนาโน ที่ตอบสนองได้ เช่น เวสิ เคิลทรานสเฟอร์โซมที่ สามารถเปลี่ยนรูปได้สูงและไวต่อแรงกด ได้ รับการอนุมัติให้ใช้ในมนุษย์ในบางประเทศ^{[ 61 ]}

ณ วันที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2551 โครงการเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีเกิดใหม่ประเมินว่ามีผลิตภัณฑ์นาโนเทคโนโลยีที่ระบุโดยผู้ผลิตมากกว่า 800 รายการที่วางจำหน่ายในที่สาธารณะ โดยมีผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ เข้าสู่ตลาดในอัตรา 3-4 รายการต่อสัปดาห์^{[ 20 ]}การใช้งานส่วนใหญ่เป็นวัสดุนาโนแบบพาสซีฟ "รุ่นแรก" ซึ่งรวมถึงไทเทเนียมไดออกไซด์ในครีมกันแดด เครื่องสำอาง สารเคลือบผิว^{[ 62 ]}และผลิตภัณฑ์อาหารบางชนิด; อัลโลโทรปของคาร์บอนที่ใช้ในการผลิตเทปจิ้งจก ; เงินในบรรจุภัณฑ์อาหารเสื้อผ้า น้ำยาฆ่าเชื้อ และเครื่องใช้ในครัวเรือน; ซิงค์ออกไซด์ในครีมกันแดดและเครื่องสำอาง สารเคลือบผิว สี และน้ำมันเคลือบเฟอร์นิเจอร์กลางแจ้ง; และซีเรียมออกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชื้อเพลิง^{[ 19 ]}

ในอุตสาหกรรมรถยนต์ไฟฟ้า ท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยว (SWCNTs) ช่วยแก้ปัญหาสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้แก่ ความหนาแน่นของพลังงาน อัตราการชาร์จ อายุการใช้งาน และต้นทุน SWCNTs เชื่อมต่ออนุภาคอิเล็กโทรดระหว่างกระบวนการชาร์จ/คายประจุ ป้องกันการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ก่อนกำหนด ความสามารถพิเศษในการห่อหุ้มอนุภาควัสดุแอคทีฟช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าและคุณสมบัติทางกายภาพ ทำให้แตกต่างจากท่อนาโนคาร์บอนผนังหลายชั้นและคาร์บอนแบล็ก^{[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]}

การประยุกต์ใช้เพิ่มเติมทำให้ลูกเทนนิสมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นลูกกอล์ฟบินได้ตรงขึ้น และลูกโบว์ลิ่งมีความทนทานมากขึ้นกางเกงและถุงเท้าได้รับการผสมผสานด้วยนาโนเทคโนโลยีเพื่อให้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและลดอุณหภูมิในฤดูร้อนผ้าพันแผลได้รับการผสมผสานด้วยอนุภาคนาโนเงินเพื่อช่วยให้แผลหายเร็วขึ้น^{[ 66 ]}เครื่องเล่นวิดีโอเกมและคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลอาจมีราคาถูกลง เร็วขึ้น และมีหน่วยความจำมากขึ้นด้วยนาโนเทคโนโลยี^{[ 67 ]}นอกจากนี้ยังสามารถสร้างโครงสร้างสำหรับการประมวลผลบนชิปด้วยแสง เช่น การประมวลผลข้อมูลควอนตัมเชิงแสงบนชิป และการส่งข้อมูลระดับพิโควินาที^{[ 68 ]}

นาโนเทคโนโลยีอาจมีศักยภาพในการทำให้การใช้งานทางการแพทย์ที่มีอยู่มีราคาถูกลงและใช้งานง่ายขึ้นในสถานที่ต่างๆ เช่น คลินิกแพทย์และที่บ้าน^{[ 69 ]}รถยนต์ใช้วัสดุนาโนในลักษณะที่ชิ้นส่วนรถยนต์ต้องการโลหะ น้อยลง ในระหว่างการผลิตและ ใช้ เชื้อเพลิง น้อยลง ในการใช้งานในอนาคต^{[ 70 ]}

การห่อหุ้มด้วยนาโนเกี่ยวข้องกับการห่อหุ้มสารออกฤทธิ์ไว้ภายในตัวพา โดยทั่วไปแล้ว ตัวพาเหล่านี้มีข้อดีหลายประการ เช่น การดูดซึมยาได้ดีขึ้น การปลดปล่อยยาแบบควบคุม การส่งยาไปยังเป้าหมาย และการปกป้องสารที่ถูกห่อหุ้ม ในด้านการแพทย์ การห่อหุ้มด้วยนาโนมีบทบาทสำคัญในการส่งยาช่วยให้การบริหารยามีประสิทธิภาพมากขึ้น ลดผลข้างเคียง และเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษา การห่อหุ้มด้วยนาโนมีประโยชน์อย่างยิ่งในการปรับปรุงการดูดซึมยาที่ละลายน้ำได้ไม่ดี ช่วยให้การปลดปล่อยยาเป็นไปอย่างควบคุมและต่อเนื่อง และสนับสนุนการพัฒนาการรักษาแบบมุ่งเป้า คุณสมบัติเหล่านี้โดยรวมแล้วมีส่วนช่วยให้เกิดความก้าวหน้าในการรักษาทางการแพทย์และการดูแลผู้ป่วย^{[ 71 ] [ 72 ]}

นาโนเทคโนโลยีอาจมีบทบาทในวิศวกรรมเนื้อเยื่อเมื่อออกแบบโครงสร้าง นักวิจัยพยายามเลียนแบบลักษณะระดับนาโนของสภาพแวดล้อมจุลภาคของเซลล์ เพื่อชี้นำการแบ่งตัวของเซลล์ไปตามสายพันธุ์ที่เหมาะสม ^{[ 73 ]}ตัวอย่างเช่น เมื่อสร้างโครงสร้างเพื่อรองรับการเจริญเติบโตของกระดูก นักวิจัยอาจเลียนแบบหลุมการดูดซึมของเซลล์สลายกระดูก^{[ 74 ]}

นักวิจัยใช้ นาโนบอทที่สร้างจาก DNA origamiซึ่งสามารถดำเนินการฟังก์ชันเชิงตรรกะเพื่อกำหนดเป้าหมายการส่งยาในแมลงสาบ^{[ 75 ]}

นาโนไบเบิล (ชิปซิลิคอนขนาด 0.5 ตารางมิลลิเมตร) ถูกสร้างขึ้นโดยTechnionเพื่อเพิ่มความสนใจของเยาวชนในด้านนาโนเทคโนโลยี^{[ 76 ]}

ข้อกังวลประการหนึ่งคือผลกระทบที่การผลิตและการใช้วัสดุนาโนในระดับอุตสาหกรรมจะมีต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ดังที่ งานวิจัย ด้านพิษวิทยาของนาโนชี้ ให้เห็น ด้วยเหตุผลเหล่านี้ บางกลุ่มจึงสนับสนุนให้มีการควบคุมเทคโนโลยีนาโน อย่างไรก็ตาม การควบคุมอาจขัดขวางการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการพัฒนานวัตกรรมที่เป็นประโยชน์ หน่วยงานวิจัย ด้านสาธารณสุขเช่นสถาบันแห่งชาติเพื่อความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงาน ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบต่อสุขภาพที่อาจเกิดขึ้นจากการสัมผัสกับอนุภาคนาโน^{[ 77 ] [ 78 ]}

ผลิตภัณฑ์อนุภาคนาโนอาจมีผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์นักวิจัยค้นพบว่า อนุภาคนาโนเงิน ที่มีฤทธิ์ยับยั้ง แบคทีเรีย ที่ใช้ในถุงเท้าเพื่อลดกลิ่นเท้าจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการซัก^{[ 79 ]}จากนั้นอนุภาคเหล่านี้จะถูกชะล้างลงสู่กระแสน้ำเสียและอาจทำลายแบคทีเรียที่เป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบนิเวศตามธรรมชาติ ฟาร์ม และกระบวนการบำบัดของเสีย^{[ 80 ]}

การอภิปรายสาธารณะเกี่ยวกับการรับรู้ความเสี่ยงในสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักรที่ดำเนินการโดยศูนย์นาโนเทคโนโลยีในสังคมพบว่าผู้เข้าร่วมมีความคิดเห็นเชิงบวกต่อนาโนเทคโนโลยีสำหรับการใช้งานด้านพลังงานมากกว่าการใช้งานด้านสุขภาพ โดยการใช้งานด้านสุขภาพก่อให้เกิดปัญหาทางศีลธรรมและจริยธรรม เช่น ต้นทุนและความพร้อมใช้งาน^{[ 81 ]}

ผู้เชี่ยวชาญ รวมถึง David Rejeski ผู้อำนวยการโครงการเทคโนโลยีนาโนเกิดใหม่ของศูนย์ Woodrow Wilson ได้ให้การเป็นพยาน^{[ 82 ]}ว่าการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ขึ้นอยู่กับการกำกับดูแลที่เพียงพอ กลยุทธ์การวิจัยความเสี่ยง และการมีส่วนร่วมของประชาชน ณ ปี 206 เมืองเบิร์กลีย์ รัฐแคลิฟอร์เนียเป็นเมืองเดียวในสหรัฐอเมริกาที่ออกกฎระเบียบเกี่ยวกับเทคโนโลยีนาโน^{[ 83 ]}

การสูดดมอนุภาคนาโนและเส้นใยนาโนในอากาศอาจส่งผลให้เกิดโรคปอดเช่นโรคพังผืด^{[ 84 ]}นักวิจัยพบว่าเมื่อหนูหายใจเอาอนุภาคนาโนเข้าไป อนุภาคเหล่านั้นจะไปสะสมอยู่ในสมองและปอด ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับการอักเสบและการตอบสนองต่อความเครียด^{[ 85 ]}และอนุภาคนาโนยังกระตุ้นให้เกิดริ้วรอยบนผิวหนังผ่านความเครียดออกซิเดชันในหนูที่ไม่มีขน^{[ 86 ] [ 87 ]}

การศึกษาวิจัยเป็นเวลาสองปีที่โรงเรียนสาธารณสุขของ UCLAพบว่าหนูทดลองที่บริโภคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์แสดงให้เห็นความเสียหายของ DNA และโครโมโซมในระดับที่ "เชื่อมโยงกับโรคร้ายแรงที่คร่าชีวิตมนุษย์ทั้งหมด ได้แก่ มะเร็ง โรคหัวใจ โรคทางระบบประสาท และความชรา" ^{[ 88 ]}

การ ศึกษา ของ Nature Nanotechnologyชี้ให้เห็นว่าคาร์บอนนาโนทิวบ์ บางรูปแบบ อาจเป็นอันตรายได้พอๆ กับแอสเบสตอสหากสูดดมเข้าไปในปริมาณที่เพียงพอแอนโทนี ซีตันจากสถาบันเวชศาสตร์อาชีวศึกษาในเอดินบะระ สก็อตแลนด์ ซึ่งมีส่วนร่วมในบทความเกี่ยวกับคาร์บอนนาโนทิวบ์กล่าวว่า "เรารู้ว่าบางชนิดอาจมีศักยภาพที่จะก่อให้เกิด มะเร็ง เยื่อหุ้มปอดดังนั้นวัสดุประเภทนี้จึงต้องได้รับการจัดการอย่างระมัดระวัง" ^{[ 89 ]}ในกรณีที่ไม่มีกฎระเบียบเฉพาะจากรัฐบาล พอลล์และไลออนส์ (2008) ได้เรียกร้องให้มีการยกเว้นอนุภาคนาโนที่ได้รับการออกแบบในอาหาร^{[ 90 ]}บทความในหนังสือพิมพ์รายงานว่าคนงานในโรงงานสีเป็นโรคปอดร้ายแรงและพบอนุภาคนาโนในปอดของพวกเขา^{[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]}

การเรียกร้องให้มีการควบคุมนาโนเทคโนโลยีที่เข้มงวดมากขึ้นเกิดขึ้นควบคู่ไปกับการถกเถียงเกี่ยวกับความเสี่ยงต่อสุขภาพและความปลอดภัยของมนุษย์^{[ 95 ]}หน่วยงานกำกับดูแลบางแห่งครอบคลุมผลิตภัณฑ์และกระบวนการนาโนเทคโนโลยีบางอย่าง โดยการ "ผนวก" นาโนเทคโนโลยีเข้ากับกฎระเบียบที่มีอยู่ ทำให้เกิดช่องว่างที่ชัดเจน^{[ 96 ]}เดวีส์ได้เสนอแผนงานที่อธิบายขั้นตอนในการจัดการกับข้อบกพร่องเหล่านี้^{[ 97 ]}

แอนดรูว์ เมย์นาร์ด หัวหน้าที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์ของโครงการเทคโนโลยีนาโนเกิดใหม่ของศูนย์วูดโรว์ วิลสัน รายงานว่าเงินทุนสำหรับการวิจัยด้านสุขภาพและความปลอดภัยของมนุษย์ไม่เพียงพอ และส่งผลให้ความเข้าใจเกี่ยวกับความเสี่ยงด้านสุขภาพและความปลอดภัยของมนุษย์ไม่เพียงพอ^{[ 98 ]}นักวิชาการบางคนเรียกร้องให้มีการบังคับใช้หลักการป้องกันไว้ ก่อนอย่างเข้มงวดมากขึ้น ชะลอการอนุมัติทางการตลาด ปรับปรุงฉลาก และเพิ่มข้อมูลด้านความปลอดภัย^{[ 99 ]}

รายงานของราชสมาคมระบุถึงความเสี่ยงของการปล่อยอนุภาคนาโนหรือท่อนาโนในระหว่างการกำจัด การทำลาย และการรีไซเคิล และแนะนำว่า "ผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่อยู่ภายใต้ระบอบความรับผิดชอบของผู้ผลิตที่ขยาย ออกไป เช่น กฎระเบียบเกี่ยวกับการจัดการเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน ควรเผยแพร่ขั้นตอนที่ระบุถึงวิธีการจัดการวัสดุเหล่านี้เพื่อลดการสัมผัสของมนุษย์และสิ่งแวดล้อมให้น้อยที่สุด" ^{[ 17 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับนาโนเทคโนโลยี

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับนาโนเทคโนโลยี

ค้นหาคำว่า "นาโนเทคโนโลยี"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

ที่Wikiversityคุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมและสอนผู้อื่นเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี ได้ ที่ภาควิชานาโนเทคโนโลยี

• นาโนเทคโนโลยีคืออะไร? (การสนทนาผ่านวิดีโอจาก Vega/BBC/OU)