แปลและเรียบเรียง โดย อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

MIT-Light-Controlled-Polymers-02
ภาพจาก http://news.mit.edu/2018/light-controlled-polymers-can-switch-between-sturdy-and-soft-0718

นักวิจัยจาก MIT ออกแบบโพลิเมอร์ที่มีองค์ประกอบเดียวกันให้สามารถประพฤติตัวได้ 2 ลักษณะคือ จากแข็งเป็นนิ่มหรือกลับไปมาได้เมื่อโดนแสงยูวีและแสงสีเขียว

สมบัติหลายอย่างของโพลิเมอร์ เช่น ความแข็งตึง หรือ การขยายตัว ถูกควบคุมโดยทอพอโลยี (topology) หรือลักษณะการจัดเรียงองค์ประกอบในวัสดุ โดยปกติทอพอโลยีจะไม่สามารถเปลี่ยนกลับไปมาได้ ถ้าไม่มีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี เช่น ลูกบอลยางที่มีสมบัติยืดหยุ่นจะไม่สามารถทำให้เปราะได้ถ้าองค์ประกอบทางเคมียังคงเดิม เป็นต้น

งานวิจัยนี้ทีมวิจัยต้องการพัฒนาวัสดุที่สามารถเปลี่ยนทอพอโลยีไปมาได้ ซึ่งไม่เคยมีที่ใดทำมาก่อน จอห์นสันและทีมเห็นว่า PolyMOCs  หรือโพลิเมอร์เมทัล-ออร์แกนิกเคจที่พวกเขาเคยศึกษาน่าจะเหมาะสมสำหรับพัฒนาเป็นวัสดุชนิดใหม่เนื่องจากโครงสร้างของ PolyMOCs มีโลหะ และมีลักษณะเป็นกรงเชื่อมต่อกันด้วยโพลิเมอร์ยืดหยุ่น นักวิจัยสังเคราะห์วัสดุนี้โดยเชื่อมโพลิเมอร์ให้ติดกับลิแกนด์ ซึ่งลิแกนด์สามารถจับกับอะตอมของโลหะได้ และโลหะในที่นี้คือ แพลเลเดียม (Pd)

แพลเลเดียมสามารถสร้างพันธะกับลิแกนด์ 4 โมเลกุล ทำให้เกิดคลัสเตอร์ของกรงแข็งที่มีอัตราส่วนของอะตอมแพลเลเดียมต่อโมเลกุลลิแกนด์แตกต่างกันไป โดยอัตราส่วนที่แตกต่างกันนี้ทำให้เกิดกรงที่มีขนาดต่างกันไปด้วย แต่เนื่องจากทีมวิจัยต้องการให้วัสดุนี้เปลี่ยนไปมาได้ 2 ลักษณะจึงออกแบบให้มีอัตราส่วนของแพลเลเดียมต่อลิแกนด์เป็น 24:48 และ 3:6 เพื่อให้เกิดกรง 2 ขนาด ทั้งยังติดโมเลกุล DTE ที่ไวต่อแสงเข้าไปที่ลิแกนด์ด้วย

การวัดขนาดของกรงทำโดยวัดมุมของพันธะระหว่างไนโตรเจนบนโมเลกุลของลิแกนด์กับแพลเลเดียม เมื่อ DTE ที่อยู่ในโมเลกุลของลิแกนด์โดนแสงยูวีจะเกิดวงแหวนภายในลิแกนด์ทำให้มุมพันธะระหว่างไนโตรเจนบนโมเลกุลของลิแกนด์กับแพลเลเดียมเพิ่มขึ้น คลัสเตอร์เดิมแตกออกและเกิดคลัสเตอร์ใหม่ที่มีขนาดใหญ่กว่าเดิม

ในขณะที่เมื่อโดนแสงสีเขียว วงแหวนภายในลิแกนด์จะแตกออก มุมพันธะระหว่างไนโตรเจนบนโมเลกุลของลิแกนด์กับแพลเลเดียมเล็กลง เกิดการสร้างคลัสเตอร์ขนาดเล็กขึ้นใหม่ ซึ่งกระบวนการนี้เกิดสมบูรณ์ในเวลา 5 ชั่วโมง นักวิจัยพบว่าพวกเขาสามารถเปลี่ยนวัสดุนี้ให้กลับไปกลับมาได้ถึง 7 ครั้ง ซึ่งในแต่ละครั้งมีเปอร์เซ็นต์ของโพลิเมอร์จำนวนเล็กน้อยที่ไม่ยอมเปลี่ยนเป็นสาเหตุให้วัสดุเสียสภาพในที่สุด

ภาพจาก https://now.tufts.edu/news-releases/smart-bandages-designed-monitor-and-tailor-treatment-chronic-wounds

โพลิเมอร์ที่อยู่ในสถานะตอนเป็นคลัสเตอร์ขนาดเล็กจะนิ่มกว่าและเปลี่ยนแปลงได้มากกว่าราว 10 เท่า กล่าวคือ เมื่อให้ความร้อน มันสามารถไหลได้ ตัดได้ และสามารถซ่อมแซมตัวเองได้เมื่อให้ความร้อนเพียงเล็กน้อย

วัสดุใหม่นี้สามารถนำไปใช้งานแทนวัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ดีกว่า เพราะรอยแตกของวัสดุที่ซ่อมแซมตัวเองได้แบบเดิมมีแนวโน้มไม่แข็งแรง เพียงแต่ว่าอาจหาโลหะทดแทนที่ถูกกว่าแพลเลเดียม นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นตัวนำส่งยา นักวิจัยเชื่อว่ากรงขนาดใหญ่ของวัสดุจะสามารถห่อหุ้มยาไว้ได้ เมื่อฉายแสงสีเขียวก็จะทำให้กรงเปิดออก ยาซึ่งอยู่ภายในจะถูกปล่อยออกมา

สนใจอ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่

Scroll Up