แปลและเรียบเรียง โดย อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ภาพจาก https://phys.org/news/2018-10-transparent-flexible-material-silk-nanotubes.html

เครดิต: Randall McKenzie/McKenzie Illustrations

นักวิจัยจาก University of Pittsburgh’s Swanson School of Engineering พัฒนาวัสดุใสที่ยืดหยุ่นได้จากการสร้างอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลของโปรตีนไหมและคาร์บอนนาโนทิวป์ ทำให้ได้อุปกรณ์            ชีวการแพทย์สายพันธุ์ใหม่ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

มนุษย์นำใยไหมจากธรรมชาติผลิตเป็นสิ่งทอคุณภาพสูงมาหลายพันปีแล้ว ถึงคราวที่วิศวกรหันมาสนใจนำไหมจากธรรมชาติมาพัฒนาเพื่อใช้งานด้านอื่นๆ อย่างอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพที่มีความยืดหยุ่น เนื่องจากมีสมบัติความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และยืดหยุ่นเชิงกล แต่การใช้งานในลักษณะนี้ต้องทำให้ไฟโบรอินหรือโปรตีนในเส้นใยไหมอยู่ในลักษณะฟิล์มเพื่อให้แสดงสมบัติทางแสง ทางกล และทางเคมีได้ตามที่ต้องการ

อย่างไรก็ดี เมื่อไฟโบรอินอยู่ในน้ำจะไม่มีเสถียรภาพทางเคมี อีกทั้งมีสมบัติเชิงกลที่แย่ เนื่องจากการควบคุมโครงสร้างโมเลกุลของไฟโบรอินในฟิล์มทำได้ยาก นักวิจัยจึงเกิดแนวคิดที่จะนำคาร์บอนนาโนทิวป์มาใช้ โดยทำให้เกิดอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลกับไฟโบรอิน เพื่อเปลี่ยนโครงสร้างของไฟโบรอิน เพราะลักษณะหนึ่งของคาร์บอนนาโนทิวป์ที่น่าสนใจคือ เมื่อมันกระจายตัวในตัวกลางโพลิเมอร์และได้รับรังสีไมโครเวฟ มันจะร้อนขึ้นเป็นบางตำแหน่ง นักวิจัยจึงใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์นี้เปลี่ยนโครงสร้างของไฟโบรอินบริเวณรอบๆ คาร์บอนนาโนทิวป์ให้เป็นไปตามที่ต้องการ

กลไกพิเศษที่ใช้ควบคุมโครงสร้างของโปรตีนคือ การใช้รังสีไมโครเวฟต่อด้วยการอบด้วยไอของตัวทำละลาย (solvent vapor treatment) ทำให้ได้ฟิล์มใสที่ยืดหยุ่นได้เหมือนกับโพลิเมอร์สังเคราะห์ แต่มีความยั่งยืนกว่าและย่อยสลายได้ ฟิล์มนี้สามารถใช้เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น อุปกรณ์ทางชีวการแพทย์ เซ็นเซอร์แบบไม่ถาวรที่สามารถใช้ในร่างกายมนุษย์ในช่วงเวลาที่ต้องการตั้งแต่ชั่วโมงถึงสัปดาห์ก่อนที่จะสลายไป

ในทางวิทยาศาสตร์นักวิจัยยังต้องศึกษาเพื่อให้เข้าใจถึงอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลของนาโนทิวป์กับโมเลกุลของโปรตีน ในทางวิศวกรรม นักวิจัยต้องการพัฒนากระบวนการนำรังไหมมาผลิตเป็นฟิล์มบางเฉพาะทาง (functional thin films) เพื่อใช้เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่หรือแบบปลูกฝัง

สนใจอ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่

  • https://phys.org/news/2018-10-transparent-flexible-material-silk-nanotubes.html
  • Se Youn Cho et al, Promoting Helix-Rich Structure in Silk Fibroin Films through Molecular Interactions with Carbon Nanotubes and Selective Heating for Transparent Biodegradable Devices, ACS Applied Nano Materials (2018). DOI: 10.1021/acsanm.8b00784
Scroll Up