การสังเคราะห์ฟิล์มรักษาบาดแผลจากเพคตินและแทนนินโดยใช้คลื่นไมโครเวฟ

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พีรยา อนุกุลอนันต์ชัย, ยศรัณย์ งามจิตสุขศรี

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

สุมิตรา สุขเพ็งดี

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนสาธิตมหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ ประสานมิตร (ฝ่ายมัธยม)

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2566

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ที่มาและความสำคัญ

แผ่นปิดแผล (Dressing) คือ วัสดุที่สัมผัสกับบาดแผลโดยตรง สามารถกระตุ้นให้แผลหายเร็วขึ้น และช่วยป้องกันเชื้อโรคต่างๆ เข้าสู่ร่างกายทางบาดแผลวัสดุที่นำมาปิดแผลแต่ละชนิดจะมีความสำคัญต่อกระบวนการหายของบาดแผล (ทน.ปภัสรา กัลปพฤกษ์, 2563) นอกจากนี้ยังสามารถช่วยลดการทำลายเนื้อเยื่อของแผลจากน้ำยาล้างทำความสะอาด แผลจึงสมานตัวได้เร็วขึ้น โดยมีการศึกษาพบว่าการใช้วัสดุปิดแผล ช่วยลดระยะเวลาในการสมานของแผลได้ดีกว่าการทำแผลและการทายาหลายครั้งต่อวัน (นสภ.ปัณฑิกา และคณะ, 2560)

โดยในปัจจุบัน ยังคงพบปัญหาจากการใช้วัสดุแปะแผลในชนิดต่างๆ เช่น ไม่สามารถครอบคลุมบาดแผลในทุกสภาวะได้ เกิดการระคายเคืองต่อแผลผู้ป่วย ในบางชนิดนำเข้าจากต่างประเทศทำให้มีราคาสูง รวมถึงแผ่นปิดแผลที่ผลิตภายในประเทศ มักมีปัญหาไม่ได้ขึ้นทะเบียนเครื่องมือแพทย์ หรือมีการศึกษาน้อย (ศ.นพ.พรพรหม เมืองแมน, 2563) นอกจากนี้วัสดุแปะแผลที่ใช้ในปัจจุบัน ยังคงย่อยสลายได้ยาก (Valeria Corinaldesi และคณะ, 2558) ดังนั้นจึงควรศึกษาวัสดุปิดแผลชนิดอื่นแทนแผ่นปิดแผลแบบทั่วไปในปัจจุบัน

ไฮโดรเจลเป็นวัสดุที่นิยมนำมาใช้ในทางการแพทย์เนื่องจากเมื่อนำไปปิดที่แผลจะคงรูปและไม่ละลายน้ำ นอกจากนั้นยังไม่เกาะติดเนื้อเยื่อที่ซ่อมแซมขึ้นมาใหม่ทำให้เมื่อดึงออกจะไม่เกิดการเจ็บปวด โครงสร้างของไฮโดรเจลเป็นแบบตาข่ายสามมิติ (Ottenbrite, 2539) มีรูพรุนมากเพราะประกอบด้วย โครงสร้างเคมีของพอลิเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันที่ชอบน้ำ เช่น หมู่ไฮดรอกซี (-OH) คาร์บอกซิลิก แอซิด (-COOH) เอไมด์ (-CONH) เอมีน (-NH2) และ ซัลโฟนิก แอซิด (-SO3H) เป็นต้น (Kroshwitz, 2532) ทำให้น้ำสามารถแพร่ผ่านและแทรกเข้าไปได้จากแรงดันออสโมติก(Osmotic pressure) (รศ.ดร.ปิยฉัตร วัฒนชัย, 2560)

เพคติน คือวัสดุชนิดหนึ่งที่สามารถสังเคราะห์เป็นไฮโดรเจลได้เนื่องจากเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ(วลีพรรณ รกิติกุล, 2563) โดยความยืดหยุ่นของเพคตินทำให้มีการใช้งานอย่างหลากหลาย ทั้งในรูปแบบฟิล์มสำหรับการถนอมอาหาร แต่ความน่าสนใจที่สุดคือความสามารถในการเปลี่ยนเพคตินให้เป็นรูปแบบไฮโดรเจล เนื่องจากมีผลลัพธ์ของการวิจัยและพัฒนาที่มีเป้าหมายในการพัฒนาวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม รวมถึงการนำเอาเพคตินไปขึ้นรูปแบบเป็นลักษณะไฮโดรเจลเปิดโอกาสในการทำพลาสเตอร์สำหรับการห่อหุ้มแผล

แทนนินมีฤทธิ์ในการต้านอนุมูลอิสระ สามารถยับยั้งเอนไซม์หลายชนิด ต้านการอักเสบ และยังมีฤทธิ์ยับยั้งการแบ่งเซลล์มะเร็งในหลอดทดลอง รวมถึงยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรีย (พิมพ์สุมน เจียมบุญศรี, 2561) นอกจากนี้ยังมีงานวิจัยที่สนับสนุนว่าแทนนินมีความสามารถในการรักษาบาดแผลจากการทดลองในหนู (Kun Li, 2554) ดังนั้นจึงเหมาะสมเป็นอย่างยิ่งที่จะนำเพคตินและแทนนินมาเป็นสารที่ใช้ยับยั้งเชื้อแบคทีเรียบริเวณผิวหนัง

หนึ่งในเชื้อแบคทีเรียที่ก่อโรคที่ผิวหนัง คือ Staphylococcus aureus ซึ่งเป็นแบคทีเรียแกรมบวก(Gram-positive bacteria) มีรูปร่างกลม(coccus) ไม่เคลื่อนที่ ไม่สร้างสปอร์ จัดอยู่ในกลุ่ม facultative anaerobe คือเจริญได้ในที่มีอากาศและไม่มีอากาศ แต่เจริญได้ดีกว่าในสภาวะที่มีอากาศ เชื้อ S. aureus สร้างสารพิษ (toxin) ชนิดเอนเทอโรทอกซิน (enterotoxin) เป็นสารพิษซึ่งทนความร้อน S. aureus ทำให้เกิดโรคอาหารเป็นพิษ ชนิด intoxication ซึ่งเกิดจากบริโภคอาหารที่มีสารพิษ enterotoxin ที่เชื้อสร้างขึ้น ปนเปื้อนในปริมาณน้อยกว่า 1 ไมโครกรัม จะสามารถทาให้เกิดอาการเจ็บป่วยได้ มีอาการคลื่นไส้ อาเจียน วิงเวียน เป็นตะคริวในช่องท้องและอ่อนเพลีย ผู้ป่วยบางรายอาจมีอาการปวดศีรษะ เป็นตะคริวที่กล้ามเนื้อ และมีการ เปลี่ยนแปลงความดันโลหิตเป็นระยะๆ รวมทั้งอาจมีการเต้นของชีพจรผิดปกติ (สุดสายชล และคณะ, 2554) นอกจากนี้ S. aureus ยังทำให้เกิดการอักเสบของผิวหนังเนื่องจากแบคทีเรียมีการปล่อยสารพิษทำให้ชั้นผิวหนังกำพร้าหลุดลอกแบบตื้นๆได้อีกด้วย (นิอร บุญเผื่อน และคณะ, 2561)

การให้ความร้อนการให้ความร้อนแบบการต้มน้ำเป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยการนำความร้อนโดยผ่านทางน้ำซึ่งเป็นตัวกลาง (ณปภัช พิมพ์ดี, 2560) การให้ความร้อนโดยใช้คลื่นไมโครเวฟ (microwave irradiation) เป็นหนึ่งในวิธีการที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้ จากการศึกษาทฤษฎีและงานวิจัยที่ผ่านมา พบว่า คลื่นไมโครเวฟเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง ดังนั้นจะสามารถเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา ปรับปรุงการผลิต และควบคุมสภาวะการเกิดปฏิกิริยาให้ดีขึ้น เนื่องจากเป็นการให้ความร้อนแก่ส่วนผสมของปฏิกิริยาโดยตรง ช่วยให้เกิดการผสมและการแพร่กระจายของสารตั้งต้นได้เร็วขึ้น นอกจากนั้นยังทำให้เกิดพลังงานจลน์ สารจึงการขยายตัวจากการสัมผัสกับความร้อนและเกิดแรงดันขึ้น นำไปสู่การผสมและกวนของสาร ความร้อนที่เกิดจาการสั่นของโมเลกุลนี้จะเกิดความร้อนพร้อมกันทั้งภายนอกและภายในมวลวัสดุทำให้มีชื่อเรียกการให้ความร้อนแบบนี้ว่า Volumetric heating (อ.ดร.วิบูลย์ ช่างเรือ, 2561)

จากงานวิจัยที่ผ่านมาจะเห็นได้ว่า ผู้วิจัยใช้วิธีการให้ความร้อนแบบเดิมในการผลิตแผ่นปิดแผล ดังนั้นผู้จัดทำจึงต้องการที่จะพัฒนาการทำแผ่นฟิล์มไฮโดรเจลจากเพคตินและแทนนินด้วยการใช้คลื่นไมโครเวฟ เพื่อต่อยอดเป็นพลาสเตอร์ที่มีความสารถในการรักษารวมถึงสามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติเพื่อลดขยะพลาสติกจากพลาสเตอร์

วัตถุประสงค์ของงานวิจัย

  1. เพื่อสังเคราะห์แผ่นฟิล์มจากเพคตินและแทนนินโดใช้คลื่นไมโครเวฟ

  2. เพื่อศึกษาประสิทธิภาพการยับยั้งเชื้อ Staphylococcus aureus ของฟิล์มเพคตินและแทนนิน

  3. สามารถสังเคราะห์ฟิล์มเพคตินและแทนนินที่ย่อยสลายได้

นิยามศัพท์เฉพาะ

1.เพคติน

เพคตินเป็นสารพอลิแซ็กคาไรด์ (polysaccharide) ซึ่งพบทั่วไปในผนังเซลล์ของพืชได้แก่ ผลของพืชตระกูลส้มทุกชนิด แอปเปิ้ล แครอท กล้วย และถั่ว เป็นต้น เพคตินประกอบด้วยกรดกาแลคทูโรนิก (galacturonic acid) เป็นหลัก ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะแอลฟา 1,4 ไกลโคซิดิก (α-1,4 glycosidic) เมื่อสัมผัสน้ำจึงละลายได้ง่าย และหากมีอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะช่วยให้เพคตินละลายตัวได้ดีขึ้น และเมื่อละลายน้ำแล้วจะสามารถขยายหรือพองตัวเพิ่มปริมาตรขึ้น ในทางการแพทย์ถูกนำมาประยุกต์ใช้งานต่างๆ เช่น การผลิตไหมละลาย การทำแคปซูลยา การใช้รักษาระดับความเป็นกรดด่างของผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง เพื่อรักษาระดับการกระจายของเนื้อสารไม่ให้เกิดการตกตะกอน และให้ความชุ่มชื้นแก่ผิวหนัง

2.แทนนิน

แทนนินเป็นพอลิฟีนอล (polyphenol) ที่มีโมเลกุลใหญ่มีส่วนสำคัญ เป็นสารตั้งต้นในปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ (enzymetic browning reaction) ของผลไม้มีฤทธิ์เป็นสารกันเสีย(preservative) ยับยังการเจริญของจุลินทรีย์ ในทางการแพทย์มีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของแบคทีเรียและเชื้อราได้ ใช้เป็นยาแก้ท้องร่วง แก้บิด สมานแผล แผลเปื่อย

3.คลื่นไมโครเวฟ

คลื่นไมโครเวฟเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ราว 2.45 GHz (2.45 x 109 เฮิรตซ์) หรือความยาวคลื่นราว 12.2 เซนติเมตร มีการสลับขั้วไปมาถึง 2.45 พันล้านครั้งในหนึ่งวินาที ซึ่งเป็นสนามไฟฟ้าผ่านเข้าไป โมเลกุลเหล่านี้ก็จะถูกเหนี่ยวนำและหมุนขั้วเพื่อปรับเรียงตัวตามสนามไฟฟ้าของคลื่น และคลื่นนี้เป็นสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงสลับไปมาจึงส่งผลให้โมเลกุลเหล่านี้หมุนกลับไปมาทำให้เกิดความร้อนขึ้น ในอาหารที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบอย่างสม่ำเสมอผลที่เกิดขึ้นสามารถเข้าไปได้ลึก ราว 2.5-3.8 เซนติเมตร

4.ฟิล์มปิดแผล

วัสดุปิดแผลที่มีลักษณะเป็นแผ่นฟิล์มใส สามารถมองเห็นบาดแผลเพื่อติดตามการรักษาได้ โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนวัสดุปิดแผลให้แผลได้รับการบาดเจ็บซ้ำ(ทน.ปภัสรา กัลปพฤกษ์, 2563) โดยที่เพคตินมีคุณสมบัติใสการขึ้นเจลและความสามารถในการลดอาการอักเสบ(นงเยาว์ เทพยา, 2554) ทำให้ผู้จัดทำเห็นถึงความน่าสนใจของสารชนิดนี้ นอกจานี้ยังมีงานวิจัยสนับสนุนความสามารถในการรักษาแผลไหม้จากความร้อน(Nur Nadhirah Nordin, 2565) และงานวิจัยการขึ้นฟิล์มของเพคตินสำหรับการรักษาแผลโดยทดสอบในหนู(Karen Zulema Meza Valle, 2563)

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ

  1. สามารถสังเคราะห์ฟิล์มของแผ่นไฮโดรเจลจากเพคตินและแทนนินโดยใช้เวลาน้อยลง

  2. สามารถสังเคราะห์ฟิล์มเพคตินและแทนนินที่ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อ Staphylococcus aureus

ขั้นตอนการทดลอง

อุปกรณ์

-บีกเกอร์

-ปิเปต

-ลูกยาง

-จานเพาะเชื้อ

-แท่งแก้วคนสาร

-ช้อนตักสาร

-กระบอกตวง

-เครื่องชั่ง

-ไมโครเวฟ

-ตู้อบความร้อนไฟฟ้า

-ตะเกียงแอลกอฮอล์

-ห่วงเขี่ยเชื้อ

ส่วนผสม

-กลูตารัลดีไฮด์ (Glutaraldehyde)

-กลีเซอรอล (glycerol)

-น้ำกลั่น

-กรดไฮโดรคลอริก (HCl)

-แทนนิน (tannin)

-เพคติน (pectin)

-อาหารเลี้ยงเชื้อMHA

-เชื้อ Staphylococcus aureus

ขั้นตอนการดำเนินการ

1.นำเพคติน 1 กรัม ผสมกับน้ำกลั่น 20 มิลลิลิตร

2.นำแทนนิน 1 กรัม ผสมกับน้ำกลั่น 20 มิลลิลิตร

3.นำกลีเซอรอล 1 กรัม ผสมกับน้ำกลั่น 20 มิลลิลิตร

4.เจือจางความเข้มข้นกลูตารัลดีไฮด์ให้ได้ 10% (Tomoko Takigawa และคณะ, 2549)

5.เตรียมกรดไฮโดรคลอริกความเข้มข้น 1 โมลาร์

6.ผสมขั้นตอนที่1.ถึง5. ในอัตราส่วนต่างๆและนำไปผ่านคลื่นไมโครเวฟเป็นระยะเวลา 3 นาที

7.นำสารผสมที่ได้อบในตู้อบความร้อนจนมีลักษณะแห้ง เพื่อให้ได้ฟิล์มที่มีสภาพเหมาะสม

8.นำฟิล์มที่ได้ทดสอบกับเชื้อ Staphylococcus aureus ที่ได้ทำการเพาะเลี้ยงบนอาหารเลี้ยงเชื้อ MHA

บรรณานุกรม

กรมการแพทย์ . (2561). , แพทย์ผิวหนังชี้ โรค 4S เป็นโรคผิวหนังที่เกิดจากเชื้อแบคทีเรีย [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://pr.moph.go.th/print.php?url=pr/print/2/02/119516/

ณปภัช พิมพ์ดี . (2560) ., การถ่ายโอนความร้อน [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://www.scimath.org/lesson-science/item/7107-2017-06-04-06-30-35

นงเยาว์ เทพยา . (2554 )., เพคติน [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : http://dspace.nstru.ac.th:8080/dspace/bitstream/123456789/393/1/เพคติน.pdf

ปัณฑิกา เศรษฐ์บุญสร้าง . (2560). , การประเมินและศึกษาคุณสมบัต ของวัสดุปิดแผลที่มีส่วนประกอบสารสกัดบัวบก [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://opac1.lib.buu.ac.th/medias3/b00332114/56210089.pdf

ปภัสรา กัลปพฤกษ์ . (2563). , รู้จักพลาสเตอร์ แผ่นปิดแผล ผ้าพันแผลแบบต่างๆ [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://hd.co.th/dressing-and-bandage

ปิยฉัตร วัฒนชัย . (2560). , โครงการ การพัฒนาแผ่นฟิล์มไคโตซานบรรจุคอลลาเจน [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://buuir.buu.ac.th/bitstream/1234567890/3770/3/2563_266.pdf

พิมพ์สุมน เจียมบุญศรี . (2562). , เภสัชจลนศาสตร์ของสารกลุ่มแทนนิน [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://li01.tci-thaijo.org/index.php/science_kmitl/article/download/198268/138057/601776

พิชญานันท์ ไวยเนตร . (2559). , ผลของสารดูดกลืนคลนื่ไมโครเวฟที่มีต่อสมบตัิของขยะชุมชนอัดแทง่ ความชื้นสูงที่ผ่านกระบวนการให้ความร้อนที่อุณหภูมิต่่า

[ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : http://ethesisarchive.library.tu.ac.th/thesis/2016/TU_2016_5810030568_5322_4019.pdf

พรพรหม เมืองแมน . (2563). , นวัตกรรมแผ่นปิดแผลผสมสารสกัด สมุนไพรชนิดไม่ติด แผลเพื่อการรักษาบาดแผลแนวใหม่ (SI-HERB)

[ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://www.si.mahidol.ac.th/th/division/soqd/admin/news_files/981_18_2fr88RB.pdf

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ . (2552). , โครงสร้างไฮโดรเจน [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://archive.lib.cmu.ac.th/full/T/2552/chem0352pj_ch1.pdf

รัตน์ฐาภัทร บุญเกิด1 . (2563). , เการเตรียมแผ่น ไฮโดรเจลสังเคราะห์พอลิ (โซเดียม 2-อะคริลามิโด-2-เมทธิล โพรเพน ซัลโฟเนต) บรรจุสารสกัดจากใบเครือหมาน้อย [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://digital.lib.kmutt.ac.th/journal/kmuttv43n3_5.pdf

วลีพรรณ รกิติกุล .(2563). , การสังเคราะห์ไฮโดรเจลของเพคตินจากผลข้าวปั้น พระฤๅษีสำหรับการปลดปล่อยปุ๋ย ไนโตรเจน ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://li01.tci-thaijo.org/index.php/rusci/article/download/244924/171970/886069

ศรันรัตน์ แผลงงาม .(2563). , การตรวจหาเชื้อ Staphylococcus aureus ในอาหารพร้อมบริโภค ในศูนย์อาหารจังหวัดนครราชสีมา

[ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : http://journal.nmc.ac.th/th/admin/Journal/2563Vol12No1_98.pdf

ศรุดา ทิพย์แสง . (2562). , คลื่นไมโครเวฟ และหลักการทำงานของไมโครเวฟ [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://www.scimath.org/article-physics/item/10459-2019-07-01-04-25-23

Kun Li . (2555). , Tannin extracts from immature fruits of Terminalia chebula Fructus Retz. Promote cutaneous wound healing in rats [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://www.researchgate.net/publication/51701647_Tannin_extracts_from_immature_fruits_of_Terminalia_chebula_Fructus_Retz_Promote_cutaneous_wound_healing_in_rats

Nadhirah Nordin . (2565). , Effects of Drug-Free Pectin Hydrogel Films on Thermal Burn Wounds in Streptozotocin-Induced Diabetic Rats [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา :https://www.mdpi.com/2073-4360/14/14/2873

Roya Dastjerdi . (2565)., Natural Film Based on Pectin and Allantoin for Wound Healing: Obtaining, Characterization, and Rat Model [ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : https://www.hindawi.com/journals/bmri/2020/6897497/

Tomoko Takigawa . (2549). , Effects of Glutaraldehyde Exposure on Human Health [ ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา : http://ethesisarchive.library.tu.ac.th/thesis/2016/TU_2016_5810030568_5322_4019.pdf

Valeria Corinaldesi .(2558). , Lightweight plasters containing plastic waste for sustainable and energy-efficient building [ออนไลน์] , 2566 แหล่งที่มา :https://www.researchgate.net/publication/281176846_Lightweight_plasters_containing_plastic_waste_for_sustainable_and_energy-efficient_building