แปลและเรียบเรียง โดย มาริสา คุณธนวงศ์

หากท่านคิดว่าข่าวนี้มีประโยชน์มากน้อยแค่ไหน รบกวนโหวตให้คะแนนด้านบนด้วยนะคะ

ในงานประชุมและงานแสดงผลงานวิจัยแห่งชาติของสมาคมเคมีอเมริกา (American Chemical Society, ACS) ครั้งที่ 243 วันที่ 26 มีนาคมที่ผ่านมาที่ซานดิเอโกมีการเผยถึงพลาสติกซ่อมแซมตัวเองชนิดแรกที่มีกลไกเสมือนมีการรับรู้เมื่อได้รับความเสียหายคล้ายกับผิวหนังมนุษย์ที่มีเลือดออกเมื่อโดนขีดข่วน พลาสติกชนิดนี้เลียนแบบผิวหนังของมนุษย์ได้ทั้งความสามารถในการรายงานหรือแจ้งเตือนเมื่อโดนทำลายหรือได้รับความเสียหายและความสามารถในการซ่อมแซมตัวเองโดยพลาสติกชนิดนี้จะมีกลไกการเปลี่ยนสีเมื่อได้รับความเสียหายและสามารถซ่อมแซมตัวเองได้เมื่อได้รับแสง

แม้ว่าพลาสติกจะมีสมบัติที่ดีทั้งในด้านความแข็งแรง น้ำหนักเบา และทนทานต่อการสึกหรอจนทำให้มันกลายเป็นวัสดุยอดนิยมที่นำมาใช้แทนโลหะ อะลูมิเนียม แก้ว กระดาษ และวัสดุดั้งเดิมอื่นๆอยู่แล้วก็ตาม แต่ในวงการวัสดุศาสตร์พลาสติกยังเป็นวัสดุที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกให้ความสนใจที่จะพัฒนาปรับปรุงให้มันมีสมบัติที่ดีขึ้นกว่าเดิม รวมทั้งพยายามพัฒนาให้มีสมบัติบางอย่างที่เป็นไปได้ยากหรือแทบเป็นไปไม่ได้เลยอย่าง “สมบัติหรือความสามารถในการซ่อมแซมตัวเอง” ซึ่งในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถผลิตพลาสติกที่ซ่อมแซมตัวเองได้แล้ว โดยความพยายามที่ผ่านมามักมีสองแนวทางด้วยกันคือ แนวทางแรกทำโดยฝังแคปซูลที่บรรจุสารซ่อมแซมไว้ด้านใน เมื่อวัสดุถูกทำลาย แคปซูลจะแตกออกและปล่อยสารออกมาเติมเต็มและสมานรอยแตก ส่วนอีกแนวทางหนึ่งเป็นการออกแบบให้พลาสติกสามารถซ่อมแซมตัวเองได้โดยอาศัยการสร้างพันธะเคมีหรือจัดเรียงตัวใหม่ (reforming) ภายใต้สิ่งเร้าภายนอกเช่น แสง ความร้อน หรือสารเคมี แต่สำหรับพลาสติกที่ซ่อมแซมตัวเองได้ชนิดใหม่ที่กล่าวถึงในงานประชุมนี้มีแนวทางต่างจากที่ผ่านมา คือ พลาสติกชนิดนี้ไม่เพียงแต่จะซ่อมแซมตัวเองได้โดยการเปลี่ยนโครงสร้างหรือจัดเรียงตัวใหม่ภายใต้สิ่งเร้าภายนอกได้แล้ว มันยังสามารถแสดงสัญญาณเตือนเมื่อได้รับความเสียหายก่อนเกิดกระบวนการซ่อมแซมตัวเองได้อีกด้วย

พลาสติกชนิดใหม่(A-1)เปลี่ยนเป็นสีแดงเมื่อได้รับความเสียหาย(A-2)และสามารถซ่อมแซมตัวเองได้และเปลี่ยนกลับมาเป็นสีเดิม เมื่อได้รับแสง (A-3)

ภาพถ่ายจากกล้อง(A)และภาพจากเครื่องรามาน(B)ของฟิล์มp(MMA/nBA/SNO)ฟิล์มที่เกิดรอยแตกเมื่อได้รับความเสียหายเชิงกล(A-1/B-1)  ฟิล์มที่กำลังสมานรอยแตกเมื่อได้รับการฉายแสง(A-2,A-3/B-2,B-3)

Marek  W. Urban ศาสตราจารย์สาขาวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ มหาวิทยาลัย Southern Mississippi ใน Hattiesburg เจ้าของผลงานวิจัยอธิบายว่า กลไกการซ่อมแซมตัวเองเป็นความสามารถที่พบได้กับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดในระบบชีววิทยาไม่ว่าจะเป็น สิ่งที่เรามองเห็นได้อย่างกลไกการซ่อมแซมตัวเองของผิวต้นไม้หรือผิวหนังมนุษย์ที่สังเกตเห็นได้จากเปลือกไม้หรือเนื้อเยื่อที่สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้เมื่อต้นไม้ถูกตัดหรือผิวหนังถูกขีดข่วน หรือจะเป็นกลไกที่เรามองไม่เห็นแต่ช่วยให้เราดำรงชีวิตอยู่ได้อย่างสมบูรณ์อย่างกลไกการซ่อมแซมตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA repair mechanism) พลาสติกชนิดใหม่ที่คิดค้นขึ้นมานี้ก็เกิดจากความพยายามที่จะลอกเลียนแบบกลไกการซ่อมแซมตัวเองในธรรมชาติอย่างผิวหนังมนุษย์ โดการออกแบบให้พลาสติกดังกล่าวสามารถแสดงสัญญาณสีแดงเพื่อเตือนให้ทราบเมื่อเกิดความเสียหายและสามารถซ่อมแซมตัวเองได้เมื่อได้รับแสงในช่วงที่มองเห็นได้ หรือได้รับการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิและค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH) โดยพลาสติกดังกล่าวผลิตขึ้นจากพอลิเมอร์แบบบล็อค (block copolymer) สังเคราะห์ได้โดยเริ่มจากนำอนุภาคนาโนของพอลิเมอร์ทั้งสามชนิดได้แก่ MMA (methyl methacrylate) nBA (n-butyl acrylate) และ SNO (spironapthoxazine) มาแขวนลอยในน้ำและทำให้แห้งบนซับสเตรท เมื่อระเหยน้ำออก พอลิเมอร์ก็จะเกิดการรวมตัวกันเองจนกลายเป็นฟิล์มโคพอลิเมอร์แบบบล็อคที่มีโมเลกุลเล็กๆของ SNO ซึ่งมีลักษณะเป็นวงแหวนทำหน้าที่เป็น 'สะพาน' เชื่อมสายโซ่ยาวในโครงสร้างของพลาสติก เมื่อพลาสติกถูกขีดข่วนหรือโดนทำลายเกิดเป็นรอยแตกร้าว วงแหวน SNO ก็จะแตกออกและเปลี่ยนรูปร่างไปทำให้วัสดุเกิดการเปลี่ยนสีคล้ายรอยเปื้อนสีแดงรอบๆรอยแตก รวมทั้งทำให้โครงสร้างของโคพอลิเมอร์ MMA และ nBA ยืดออกด้วย แต่เมื่อรอยแตกดังกล่าวได้รับแสงอาทิตย์ หรือแสงที่มองเห็นได้จากหลอดไฟ หรือมีการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิหรือค่าความเป็นกรดด่าง โครงสร้างของวงแหวนSNOที่แตกออกก็จะกลับมาปิดเหมือนเดิมส่งผลให้สีแดงเปลี่ยนกลับไปเป็นสีเดิม พร้อมทั้งเกิดการยุบตัวของแกนMMA และ nBA ในโครงสร้างส่งผลให้โคพอลิเมอร์ที่อยู่ใกล้เคียงถูกดึงมาเติมเต็มรอยแตกและสามารถซ่อมแซมหรือสมานรอยแตกได้ในที่สุด ทั้งนี้กลไกการซ่อมแซมตัวเองก็ยังสามารถเกิดขึ้นซ้ำๆได้อีกด้วย

ความสามารถในการเตือนและซ่อมแซมตัวเองได้นี้เป็นประโยชน์ต่อการนำไปใช้ผลิตผลิตภัณฑ์หรือชิ้นส่วนที่สำคัญต่างๆโดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนที่มีผลกระทบต่อความปลอดภัยและควรซ่อมบำรุงทันทีเมื่อเกิดความเสียหาย ยกตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนสำคัญของเครื่องบินหรือระบบอาวุธที่ใช้ในสนามรบ หรือแม้แต่ชิ้นส่วนที่ถูกใช้งานบ่อยหรือเกิดรอยขีดข่วนได้ง่าย เช่น แก้มข้างของรถยนต์ (automobile fender) กรอบภายนอกของมือถือหรือคอมพิวเตอร์พกพา เป็นต้น นอกจากนี้แล้ว Urban ยังกล่าวถึงข้อดีของพลาสติกชนิดใหม่นี้เพิ่มเติมด้วยว่า พลาสติกชนิดนี้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าพลาสติกชนิดอื่นๆ เนื่องจากในกระบวนการผลิตใช้น้ำเป็นหลัก ไม่มีการใช้ส่วนผสมใดๆที่เป็นพิษ และตอนนี้ทีมวิจัยเราก็กำลังคิดค้นเทคโนโลยีที่จะทำให้พลาสติกดังกล่าวสามารถทนความร้อนได้อีกด้วย งานวิจัยนี้ได้รับทุนวิจัยจาก กระทรวงกลาโหมแห่งสหรัฐอเมริกา (United States Department of Defense)
 
แหล่งข้อมูลอ้างอิง

1. http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2012/ra/c1ra00137j งานวิจัยฉบับเต็ม
2. http://www.popsci.com/technology/article/2012-03/new-plastics-bleed-red-when-scratched-then-heal-themselves-skin
3. http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_ARTICLEMAIN&node_id=222&content_id=CNBP_029646&use_sec=true&sec_url_var=region1&__uuid=dd9f6203-277c-434b-9064-7769bbef3c50
4. http://www.domain-b.com/technology/materials/20120418_fixes_itself.html