แปลและเรียบเรียง โดย มาริสา คุณธนวงศ์

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

วิศวกรของมหาวิทยาลัยรัทเกอร์ส (Rutgers University)ได้คิดค้นวิธีการ ”พิมพ์สี่มิติ” สำหรับเจลอัจฉริยะซึ่งนำไปสู่การพัฒนาโครงสร้าง ”ที่มีชีวิต”ในเนื้อเยื่อและอวัยวะของมนุษย์ หรือนำไปสู่การสร้างหุ่นยนต์นิ่ม (Soft Robot)รวมทั้งนำไปใช้ในกระบวนการขนส่งยาไปยังเป้าหมาย (targeted drug delivery) ได้ด้วย

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Howon Leeจากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและอวกาศ มหาวิทยาลัยรัทเกอร์ส นิวบรันสวิก (Rutgers University-New Brunswick) ในรัฐนิวเจอร์ซีย์ สหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นผู้นิพนธ์หลักของงานวิจัยนี้กล่าวว่า “วิธีการพิมพ์สี่มิติดังกล่าวเป็นการพิมพ์ที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์วัตถุสามมิติด้วยไฮโดรเจลที่สามารถปรับรูปทรงได้ตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ออนไลน์เมื่อวันที่ 31 มกราคมที่ผ่านมาใน Scientific Reports โดยงานวิจัยดังกล่าวแสดงถึงประสิทธิภาพของเทคนิคการพิมพ์ไฮโดรเจลสามมิติที่รวดเร็ว มีความละเอียดสูง และสามารถนำไปใช้สร้างวัตถุรูปทรงต่างๆขึ้นจากวัสดุไฮโดรเจล จนได้เจลอัจฉริยะที่สามารถปรับขนาดได้โดยที่ยังคงรูปทรงและความแข็งเดิมไว้ได้แม้ว่ามีน้ำเป็นส่วนประกอบอยู่ก็ตาม

ด้วยสมบัติด้านความแข็งแรงทางโครงสร้างของเจลอัจฉริยะที่ได้จากการพิมพ์นี้ มันจึงเหมาะที่จะนำไปประยุกต์ใช้ในอวัยวะต่างๆ เช่น ปอด ฯ หรือใช้เป็นพาหนะขนส่งโมเลกุลขนาดเล็กอย่างน้ำหรือตัวยาสำคัญภายในร่างกายและสามารถปล่อยโมเลกุลเหล่านั้นได้เมื่อไปถึงเป้าหมายอีกด้วย

นอกจากนี้แล้ว เจลดังกล่าวยังสามารถนำมาใช้งานในรูปแบบต่างๆได้ อาทิเช่น ใช้ในหุ่นยนต์นิ่ม (soft robot) หรือใช้ในงานเซนเซอร์และตัวกระตุ้น (actuator) ที่ยืดหยุ่นได้ หรือแม้แต่ใช้ในอุปกรณ์การแพทย์ แพลตฟอร์มหรือโครงเลี้ยงเซลล์ เป็นต้น

ผังแสดงกระบวนการProjection Micro-Stereolithography

ในการศึกษาครั้งนี้ ทีมวิศวกรคิดค้นเรซินสูตรพิเศษที่ประกอบไปด้วยไฮโดรเจล สารยึดเกาะ (binder) สารที่ทำให้เกิดพันธะเมื่อโดนกระตุ้นด้วยแสง และสีย้อมที่ช่วยควบคุมการลอดผ่านของแสง จากนั้นทีมเลือกใช้เทคนิคลิโทกราฟี (lithography) มาพิมพ์วัสดุเรซินให้เป็นชั้นๆจนกลายเป็นรูปทรงสามมิติ เทคนิคดังกล่าวเป็นเทคนิคพื้นฐานในการผลิตไฮโดรเจลที่ถือว่าเป็นวิธีที่รวดเร็ว ราคาไม่แพง และสามารถพิมพ์วัสดุได้หลายประเภทให้เป็นรูปทรงสามมิติได้

https://www.youtube.com/watch?v=JkjT6bYYwO8&

ภาพแสดงโครงสร้างของวัตถุไฮโดรเจลสามมิติที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิ

จากนั้นทีมวิศวกรได้นำเจลอัจฉริยะที่ได้จากการพิมพ์สามมิติมาเรียนรู้ถึงวิธีการควบคุมการขยายตัวและการหดตัวของไฮโดรเจลที่แม่นยำ ผลพบว่า ไฮโดรเจลจะมีการดูดซับน้ำและพองตัวขึ้น เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 32 องศาเซลเซียส (ประมาณ 90 องศาฟาเรนไฮต์) แต่เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 32 องศาเซลเซียส ไฮโดรเจลจะเริ่มขับน้ำออกและหดตัวลง อย่างไรก็ตาม ขนาดของวัตถุที่ทีมผลิตขึ้นจากไฮโดรเจลนั้นมีตั้งแต่เล็กเท่าเส้นผมของมนุษย์ไปจนถึงหลายมิลลิเมตร

นอกจากนี้ ทีมยังพบอีกว่าพวกเขาสามารถขยายพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งของวัตถุพิมพ์สามมิติได้ด้วยการสร้างและใส่คำสั่งเพื่อควบคุมการเคลื่อนไหวโดยอาศัยการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิได้อีกด้วย

“ถ้าคุณสามารถควบคุมรูปทรงได้อย่างสมบูรณ์ คุณก็สามารถกำหนดหน้าที่การทำงานของมันได้ ” Lee กล่าว “ผมคิดว่านั่นเป็นพลังที่ได้จากกระบวนการพิมพ์สามมิติของวัสดุที่มีการเปลี่ยนรูปทรงได้ซึ่งคุณสามารถใช้หลักการนี้ได้เกือบทุกที่เลยทีเดียว”

สนใจอ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่ 
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180131090302.htm

วารสารฉบับเต็ม: Daehoon Han, Zhaocheng Lu, Shawn A. Chester, Howon Lee. Micro 3D Printing of a Temperature-Responsive Hydrogel Using Projection Micro-StereolithographyScientific Reports, 2018; 8 (1) DOI: 10.1038/s41598-018-20385-2

Scroll Up