สมัครสมาชิก
เข้าสู่ระบบ

ข่าวสารเคลื่อนไหวในอุตสาหกรรมชีวภาพ

Home Bio Innovation Linkage

ค้นพบวัสดุใหม่จากไคโตซาน ยิ่งเปียกยิ่งแข็งแรง

นักวิจัยพัฒนาวัสดุชีวภาพจากไคโตซาน แข็งแรงขึ้นเมื่อสัมผัสน้ำ งานวิจัยใหม่ที่นำโดย สถาบันวิศวกรรมชีวภาพแห่งคาตาโลเนีย (Institute for Bioengineering of Catalonia: IBEC) เปิดเผยการพัฒนาวัสดุชีวภาพชนิดแรกที่ไม่เพียงกันน้ำได้เท่านั้น แต่ยัง มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเมื่อสัมผัสกับน้ำ
นักวิจัยพัฒนาวัสดุชีวภาพจากไคโตซาน แข็งแรงขึ้นเมื่อสัมผัสน้ำ งานวิจัยใหม่ที่นำโดย สถาบันวิศวกรรมชีวภาพแห่งคาตาโลเนีย (Institute for Bioengineering of Catalonia: IBEC) เปิดเผยการพัฒนาวัสดุชีวภาพชนิดแรกที่ไม่เพียงกันน้ำได้เท่านั้น แต่ยัง มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเมื่อสัมผัสกับน้ำ อีกด้วย วัสดุชนิดนี้ผลิตจากการผสมนิกเกิลเข้าไปในโครงสร้างของ ไคโตซาน (chitosan) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่ได้จากไคตินในเปลือกกุ้งที่ถูกทิ้งจากอุตสาหกรรมอาหารทะเล งานวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications และถือเป็นแนวคิดใหม่ที่แตกต่างจากแนวทางการผลิตวัสดุในยุคพลาสติกที่มุ่งทำให้วัสดุแยกตัวออกจากสภาพแวดล้อมเพื่อให้ทำงานได้ดี ในทางตรงกันข้าม งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าวัสดุที่ยั่งยืนสามารถทำงานร่วมกับสภาพแวดล้อมได้ โดยใช้ น้ำที่อยู่รอบตัวเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้าง เพื่อเพิ่มสมรรถนะทางกลให้เหนือกว่าพลาสติกทั่วไป พลาสติกเป็นวัสดุที่มีบทบาทสำคัญในสังคมสมัยใหม่ เนื่องจากมีความทนทานและทนน้ำได้ดี อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติเหล่านี้เองกลับทำให้พลาสติกกลายเป็นปัญหาต่อระบบนิเวศ เพราะพลาสติกที่ไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมจะสะสมอยู่ในสิ่งแวดล้อม และกลายเป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่อาหารทั่วโลก ซึ่งก่อให้เกิดความกังวลต่อผลกระทบต่อสุขภาพมนุษย์ ที่ผ่านมา นักวิจัยพยายามพัฒนาวัสดุชีวภาพเพื่อใช้ทดแทนพลาสติกแบบดั้งเดิม แต่การใช้งานในวงกว้างยังถูกจำกัด เนื่องจาก วัสดุชีวภาพส่วนใหญ่มักอ่อนตัวหรือเสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสน้ำ ทำให้วิศวกรต้องใช้การดัดแปลงทางเคมีหรือการเคลือบป้องกัน ซึ่งลดทอนข้อดีด้านความยั่งยืนของวัสดุชีวภาพ อย่างไรก็ตาม การศึกษาล่าสุดโดย IBEC ร่วมกับ Singapore University of Technology and Design (SUTD) ได้พลิกแนวคิดเดิมนี้ โดยได้รับแรงบันดาลใจจาก โครงสร้างผิวแข็งของสัตว์ขาปล้อง นักวิจัยได้ปรับโครงสร้างของไคโตซาน ซึ่งเป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่มีปริมาณมากเป็นอันดับสองของโลก รองจากเซลลูโลส เพื่อสร้างวัสดุชีวภาพที่สามารถทนต่อความชื้นและมีความแข็งแรงสูงกว่าพลาสติกทั่วไปเมื่ออยู่ในสภาวะเปียก สิ่งสำคัญคือ กระบวนการนี้ ไม่ได้เปลี่ยนแปลงธรรมชาติทางชีวภาพของไคโตซาน โดย ฮาเวียร์ จี. เฟร์นันเดซ (Javier G. Fernández) ศาสตราจารย์วิจัยของ IBEC และหัวหน้าทีมวิจัยอธิบายว่า วัสดุชนิดนี้ยังคงเป็นโมเลกุลเดียวกับที่พบในเปลือกแมลงหรือเห็ดตามธรรมชาติ ทำให้สามารถกลับเข้าสู่วงจรระบบนิเวศได้อย่างเป็นธรรมชาติ วิธีการใหม่นี้ยังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของการเปลี่ยนแปลงแนวคิดการผลิตวัสดุในอนาคต โดยสามารถผลิตสินค้าได้โดย ไม่เกิดของเสีย (zero-waste production) ทั้งในรูปของผลิตภัณฑ์ขนาดเล็กและวัตถุขนาดใหญ่ ซึ่งอาจตอบสนองความต้องการพลาสติกของโลกได้ แนวคิดใหม่ของวัสดุที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ เฟร์นันเดซกล่าวว่า วัสดุส่วนใหญ่ในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นพลาสติกหรือไบโอพอลิเมอร์ที่ถูกวิศวกรรมขึ้นมา ล้วนถูกออกแบบให้ ทนต่อสภาพแวดล้อม อย่างไรก็ตาม งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า วัสดุสามารถทำงานได้ดีขึ้นโดย มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม แทนที่จะพยายามแยกตัวออกจากมัน แนวคิดของงานวิจัยนี้เกิดจากการสังเกตโดยบังเอิญว่า เมื่อสังกะสีถูกนำออกจากเขี้ยวของหนอนทะเลชนิดหนึ่ง (Nereis virens) โครงสร้างของเขี้ยวจะอ่อนตัวลงเมื่อแช่น้ำ ซึ่งบ่งชี้ว่าโลหะอาจมีบทบาทสำคัญต่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัสดุธรรมชาติกับน้ำ ทีมวิจัยจึงทดลองเติม นิกเกิล ลงในโครงสร้างของไคโตซาน และขึ้นรูปเป็นแผ่นฟิล์มบาง ผลการทดลองพบว่า วัสดุดังกล่าวมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น มากถึง 50% หลังจากแช่น้ำ ในวัสดุใหม่นี้ น้ำกลายเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้าง โดยเครือข่ายพันธะที่อ่อนและสามารถย้อนกลับได้จะเกิดการแตกและเชื่อมต่อใหม่อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากการเคลื่อนที่ของไอออนนิกเกิลและโมเลกุลน้ำ ส่งผลให้วัสดุสามารถดูดซับแรงและปรับโครงสร้างตัวเองได้ คล้ายกับพฤติกรรมของโครงสร้างชีวภาพในธรรมชาติ เฟร์นันเดซสรุปแนวคิดนี้ว่า เป็น “วัสดุที่แม้จะอ่อนตัวในระดับโมเลกุล แต่กลับแข็งแรงขึ้นในภาพรวม” การผลิตแบบไร้ของเสียและการขยายสู่ระดับอุตสาหกรรม งานวิจัยยังแสดงให้เห็นกระบวนการผลิตแบบ ไร้ของเสีย โดยในขั้นตอนแรกของการแช่วัสดุในน้ำ นิกเกิลส่วนใหญ่ที่ไม่ได้มีบทบาทในโครงสร้างจะถูกปลดปล่อยออกมา จากนั้นส่วนผสมดังกล่าวจะถูกนำกลับมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตวัสดุรุ่นถัดไป ทำให้สามารถใช้ทรัพยากรนิกเกิลได้อย่างมีประสิทธิภาพเกือบ 100% วิธีการนี้ช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก ในด้านการขยายกำลังการผลิต นักวิจัยระบุว่า ไคติน ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของไคโตซาน มีการผลิตในธรรมชาติในปริมาณมหาศาล โดยแต่ละปีมีการผลิตไคตินประมาณ 100,000 ล้านตัน ซึ่งเทียบเท่ากับปริมาณพลาสติกที่โลกผลิตได้ตลอดระยะเวลากว่า 300 ปี นอกจากนี้ ไคโตซานยังสามารถผลิตจากแหล่งวัตถุดิบในท้องถิ่นได้ เช่น เปลือกกุ้ง เศษอาหารในเมือง หรือของเสียจากอุตสาหกรรมเชื้อรา ทำให้สามารถพัฒนาระบบการผลิตที่เชื่อมโยงกับระบบนิเวศในแต่ละพื้นที่ได้ ศักยภาพในการทดแทนพลาสติก ในระยะเริ่มต้น วัสดุชนิดนี้มีแนวโน้มถูกนำไปใช้ในภาคการเกษตร อุปกรณ์ประมง และบรรจุภัณฑ์ รวมถึงการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับน้ำ ซึ่งมีความต้องการวัสดุที่ย่อยสลายได้และทนน้ำสูง แม้ว่าทีมวิจัยจะมุ่งเน้นการผลิตในระดับอุตสาหกรรมและการใช้งานด้านการเกษตรเป็นหลัก แต่ทั้ง นิกเกิลและไคโตซานได้รับการรับรองจาก FDA สำหรับการใช้งานทางการแพทย์บางประเภท จึงมีโอกาสพัฒนาไปสู่การใช้งานทางการแพทย์ เช่น การเคลือบวัสดุชีวภาพที่กันน้ำ การทดลองยังแสดงให้เห็นว่าวัสดุชนิดนี้สามารถขึ้นรูปเป็นภาชนะที่กันน้ำได้ เช่น ถ้วยและแผ่นขนาดใหญ่ ซึ่งอาจใช้ทดแทนพลาสติกแบบใช้ครั้งเดียวได้ในอนาคต นักวิจัยระบุว่า นิกเกิลอาจไม่ใช่องค์ประกอบเดียวที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ และเมื่อเข้าใจหลักการดังกล่าวแล้ว ก็อาจมีการค้นพบวัสดุหรือองค์ประกอบอื่น ๆ ที่ให้ผลลัพธ์คล้ายกันได้ การค้นพบนี้สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงแนวคิดจากยุคพลาสติก โดยหันมาออกแบบวัสดุที่ทำงานร่วมกับสิ่งแวดล้อม แทนการพยายามทำให้โมเลกุลชีวภาพมีพฤติกรรมเหมือนวัสดุสังเคราะห์ สำหรับนักวิจัยแล้ว แนวคิดสำคัญคือ การสร้างวัสดุแห่งอนาคตที่ทำงานร่วมกับธรรมชาติ ไม่ใช่แยกตัวออกจากมัน เพื่อก้าวสู่ระบบการผลิตที่ยั่งยืนอย่างแท้จริง
bioplasticsmagazine
อ่านข่าวฉบับเต็มได้ที่นี่ >>> Click <<<

ที่มาของศูนย์สารสนเทศอัจฉริยะอุตสาหกรรมชีวภาพ

เป็นส่วนหนึ่งของการดำเนินงานภายใต้มาตรการพัฒนาอุตสาหกรรมชีวภาพของประเทศไทย มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นศูนย์กลางในการเชื่อมโยงข้อมูลที่สำคัญ อาทิ เทคโนโลยีการผลิต ผลงานวิจัย นักวิจัย/หน่วยงานวิจัย ห้องปฏิบัติการทดสอบ ผู้ประกอบการในอุตสาหกรรมชีวภาพและอุตสาหกรรมต่อเนื่องที่เกี่ยวข้อง โดยมุ่งหวังให้ภาครัฐและภาคเอกชนใช้ประโยชน์ในการกำหนดนโยบายหรือมาตรการต่างๆ สำหรับอุตสาหกรรมชีวภาพ ตลอดจนการวางแผนการดำเนินธุรกิจอย่างมีประสิทธิภาพ

ติดต่อสอบถาม / สถานที่

สอบถามข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ "โครงการศูนย์สารสนเทศอัจฉริยะอุตสาหกรรมชีวภาพ"
สำนักงานเศรษฐกิจอุตสาหกรรม กระทรวงอุตสาหกรรม
75/6 ถนนพระรามที่ 6 เขตราชเทวี กรุงเทพฯ 10400
  Tel : 0 2430 6805 ต่อ 680513 
  Fax : 0 2430 6800 ต่อ 680599 
Email : Bioiuinfo@gmail.com

ติดตามข่าวสาร