User Rating: 3 / 5

Star ActiveStar ActiveStar ActiveStar InactiveStar Inactive
 

แปลและเรียบเรียง โดย มาริสา คุณธนวงศ์

หากท่านคิดว่าเนื้อหานี้มีประโยชน์มากน้อยแค่ไหน รบกวนโหวตให้คะแนนด้านบนด้วยนะคะ

พอลิเมอร์ไฮบริดชนิดใหม่สร้างกล้ามเนื้อเทียมและวัสดุซ่อมแซมตัวเองได้อย่างสมบูรณ์


แม้ว่าศตวรรษนี้เป็นศตวรรษแห่งความก้าวหน้าของพลาสติกก็ตาม แต่พลาสติกหรือพอลิเมอร์ที่ใช้กันในปัจจุบันโดยมากนั้นยังคงมีโครงสร้างและสมบัติพื้นฐานทั่วไปคล้ายกัน ต่างจากพอลิเมอร์ในงานวิจัยที่จะกล่าวถึงต่อไปนี้ที่มีความใหม่ทั้งด้านโครงสร้างและสมบัติการใช้งานที่น่าสนใจ


พอลิเมอร์ชนิดใหม่นี้เป็นผลงานของทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น (Northwestern University) ภายใต้การดูแลของ Samuel Stupp ซึ่งดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการ Northwestern’s Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology และเป็นผู้นำด้านวิทยาศาสตร์นาโนและการประกอบตัวเองของซุปราโมเลกุล (supramolecular self-assembly) โดยอาศัยกลยุทธ์ทางชีววิทยาเพื่อสร้างโครงสร้างตามหน้าที่ที่ต้องการ

 
ในงานวิจัยนี้ เขาและทีมได้พัฒนาพอลิเมอร์ชนิดใหม่ที่เรียกว่า ‘พอลิเมอร์ไฮบริด’ ขึ้นจากการรวมพอลิเมอร์ที่มีลักษณะแข็งและนิ่มเอาไว้ด้วยกันคล้ายกับแขนหรือขาที่มีทั้งส่วนที่เป็นกระดูกและกล้ามเนื้อ ทีมกล่าวว่า ผลงานวิจัยชิ้นนี้เป็นการค้นพบเชิงวิศวกรรมนาโนของพอลิเมอร์ที่จะเปิดประตูไปสู่การประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่ใช้เป็นวัสดุที่ซ่อมแซมตัวเองได้จนถึงใช้ทำกล้ามเนื้อเทียมเลยทีเดียว  


ปัจจุบันมีพอลิเมอร์หลายชนิดที่มีสมบัติซับซ้อนและเข้าใจยากเนื่องมาจากสมบัติเหล่านั้นขึ้นกับหลายปัจจัย และหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญมากที่สุดก็คือ “โครงสร้างระดับนาโนของพอลิเมอร์”


“โครงสร้างระดับนาโนของพอลิเมอร์” ที่กล่าวถึงไม่ได้หมายถึงเพียงกรรมวิธีที่นำโมเลกุลมาต่อกันเป็นโซ่ยาวเท่านั้น แต่หมายรวมถึงโครงสร้างทางกายภาพ (physical architecture) ของโมเลกุลเหล่านั้นอีกด้วย เช่นเดียวกับในพอลิเมอร์ไฮบริดของ Stupp ที่มีโครงสร้างระดับนาโนลักษณะพิเศษที่สร้างขึ้นด้วยการนำมอนอเมอร์ของพอลิเมอร์สองชนิดที่แตกต่างกันมากมารวมให้เป็นหนึ่งเดียวกันโดยมีโครงสร้างพิเศษที่พอลิเมอร์ส่วนแรกทเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ล้อมรอบด้วยพอลิเมอร์ส่วนที่สองที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์ ดังภาพด้านล่าง


เจาะลึกถึงโครงสร้างพอลิเมอร์ไฮบริดของ Stupp


 

 

ดังที่กล่าวมาแล้วว่าพอลิเมอร์ไฮบริดนั้นประกอบไปด้วยสองส่วน โดยแต่ละส่วนจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะที่ต่างกันซึ่งมีผลต่อลักษณะทางกายภาพของพอลิเมอร์ที่ต่างกันด้วย


ในงานวิจัยนี้ทีมเลือกพอลิเมอร์ส่วนแรกเป็นพอลิเมอร์ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ (covalent bonds) ที่มีความแข็งแรงสูงมาทำเป็นแกนด้านในและทำเป็นแขนยื่นออกมาคล้ายดาวที่เป็นอาวุธของนินจา (ดังภาพ) ด้วยพันธะที่แข็งแรงของโควาเลนต์ทำให้โครงสร้างในส่วนนี้มีลักษณะที่แข็งคล้ายกับกระดูก ตรงข้ามกับพอลิเมอร์ในส่วนที่สองที่มีลักษณะที่อ่อนนิ่ม เนื่องจากเป็นพอลิเมอร์ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (non-covalent bonds) ซึ่งมีแรงดึงดูดที่อ่อนกว่าพันธะโควาเลนต์ เรียกพอลิเมอร์ส่วนนี้ว่าเป็น “พอลิเมอร์ซุปราโมเลกุล (supramolecular polymer)” พอลิเมอร์ชนิดนี้สามารถตอบสนองต่อสิ่งเร้าได้อย่างรวดเร็ว สามารถถูกส่งไปยังสิ่งแวดล้อมได้และสร้างขึ้นใหม่ได้ง่ายในตำแหน่งเดิม


จากภาพจะเห็นว่า พอลิเมอร์ซุปราโมเลกุลถูกจัดเรียงไว้ระหว่างแขนที่ทำจากพอลิเมอร์ในส่วนแรก Stupp กล่าวว่า พอลิเมอร์ซุปราโมเลกุลเป็นส่วนที่ถูกสร้างและกระตุ้นให้มีหน้าที่ต่างๆที่พบได้ในสิ่งมีชีวิต มันจึงเป็นส่วนที่มีบทบาทสำคัญและมีประโยชน์ต่อการนำไปประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายได้นั่นเอง


นอกจากนี้ เพื่อทำความเข้าใจเคมีที่สำคัญของพอลิเมอร์ไฮบริดให้มากขึ้น ทีมยังร่วมมือกับ George C. Schatz นักทฤษฏีที่มีชื่อเสียงก้องโลกและ Charles E. and Emma H. Morrison ศาสตราจารย์สาขาเคมีของ Northwestern ใช้การจำลองทางคอมพิวเตอร์ของ Schatz วิเคราะห์ทดสอบจนพบว่าพอลิเมอร์ทั้งสองชนิดนั้นรวมกันได้ดีด้วยพันธะไฮโดรเจน


Andy Lovinger ผู้อำนวยการโปรแกรมวิทยาศาสตร์วัสดุจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (National Science Foundation) ซึ่งเป็นผู้ให้ทุนวิจัยกล่าวเพิ่มเติมว่า พวกเรายังอยู่ในระยะเริ่มต้นของกระบวนการ แต่ต่อไปเส้นทางงานวิจัยนี้อาจทำให้เกิดวัสดุที่มีสมบัติเป็นเอกลักษณ์ เป็นต้นว่า “มีความสามารถพิเศษถอดและประกอบตัวเองได้” ซึ่งเป็นประโยชน์ในการนำไปใช้งานต่อไปในอนาคต


ทิ้งท้าย
ในงานวิจัยนี้มีคนไทยคือ อาจารย์ ใฝ่ฝัน ตัณฑกิตติ จากมหาวิทยาลัยเชียงใหม่เป็นหนึ่งในทีมงานวิจัยที่คิดค้นพลาสติกชนิดใหม่ที่น่าทึ่งนี้อยู่ด้วย


แหล่งข้อมูลอ้างอิง

  1. Completely new kind of polymer could lead to artificial muscles, self-repairing materials:  https://www.sciencedaily.com/releases/2016/01/160128154827.htm
  2. Hybrid polymer shows promise in self-repairing materials, smart drug delivery, and artificial muscles: http://www.gizmag.com/hybrid-polymer-self-repairing-drug-artificial-muscles/41581/