การผลิตเส้นใยนาโนโดยกระบวนการอิเล็กโทรสปินนิ่ง
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
นรีลักษณ์ เจริญวงศ์ระยับ, ถิรดา มณีชาตรี, ภัทรนันท์ พันธ์พิพัฒไพบูลย์
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
อดินันท์ เจ๊ะซู
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ในปัจจุบันนาโนเทคโนโลยีได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก ทำให้มีผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่เกิดจาก นาโนเทคโนโลยีมากมาย เช่น นาโนซัสเพนชั้น (nanosuspensions) นิโอโซม (niosomes) นาโนอิมัลชัน (nanoemulsions) นาโนพาร์ทิเคิล (nanoparticles) ลิโพโซม (liposomes) เดนไดร์เมอร์ (dendrimers) และเส้นใยนาโน (nanofibers) เป็นต้น ซึ่งเส้นใยนาโนเป็นรูปแบบที่กําลังได้รับความสนใจอย่างมาก ข้อดีของเส้นใยนี้คือเป็นเส้นใยที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางในระดับนาโนเมตร มีอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงมากกว่า 1,000 เท่าเมื่อเทียบกับ เส้นใยในระดับไมโครเมตร มีช่องว่างขนาดเล็กและน้ำหนักเบา นอกจากนี้แผ่นเส้นใยยังมีรูพรุนขนาดเล็กอยู่เป็นจํานวนมาก (high porosity) ทําให้มีการส่งผ่านของเหลวหรือก๊าซได้ดี ส่งผลต่อสมบัติเชิงกลทั้งในด้านความแข็งแรงและความยืดหยุ่น ดังนั้นจึงมีการนําไปประยุกต์ใช้ในงานหลายแขนง เช่น ใช้เป็นวัสดุควบคุมการปลดปล่อยสารออกฤทธิ์จากเครื่องสําอางเข้าสู่ผิวในลักษณะของแผ่นมาส์กหน้า ใช้เป็นอวัยวะเทียม ใช้ทําพลาสเตอร์เพื่อใช้เป็นวัสดุปิดแผล (wound dressing) (Rujitanaroj et al., 2008; Suwantong et al., 2012) ใช้งานด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อ (tissue engineering) (Khil et al., 2005; Ma et al., 2005) เป็นต้น
การเตรียมเส้นใยนาโนสามารถทําได้หลายวิธี เช่น การดึงยืด (drawing) การสังเคราะห์ด้วยแผ่นแบบ (template synthesis) การแยกวัฏภาค (phase separation) และการจัดเรียงตัวที่เกิดได้เอง (self-assembly) เป็นต้น ซึ่งวิธีข้างต้นยังเป็นวิธีที่ให้เส้นใยนาโนไม่ต่อเนื่อง มีขั้นตอนซับซ้อน ได้ผลผลิตน้อยและมีต้นทุนสูง ผู้จัดทำโครงงานจึงเลือกใช้วิธีอิเล็กโทรสปินนิง (electrospinning) ซึ่งเป็นวิธีที่มีขั้นตอนไม่ซับซ้อน ใช้ต้นทุนต่ำ และได้เส้นใยนาโนที่มีลักษณะต่อเนื่อง
อิเล็กโทรสปินนิ่ง (electrospinning) เป็นเทคนิคที่ใช้ปั่นเส้นใยจากพอลิเมอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ขนาดนาโนเมตรจนถึงไมโครเมตรจากสารละลายพอลิเมอร์หรือพอลิเมอร์หลอมเหลว โดยใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้ากำลังสูงไปที่ปลายเข็มทำให้เกิดประจุไฟฟ้าที่ผิวพอลิเมอร์และเมื่อมีความ ต่างศักย์ที่มากพอ แรงผลักจะมากกว่าแรงตึงผิวของพอลิเมอร์ทำให้ลำสารละลาย พอลิเมอร์ยืดยาวออกอย่างต่อเนื่องจนไปสะสมที่วัสดุรองรับเส้นใย
วัสดุปิดแผลที่ใช้ในการรักษาผู้ป่วยที่มีบาดแผลจากอุบัติเหตุต่างๆ เป็นอีกหนึ่งผลิตภัณฑ์ที่มีความต้องการในการใช้งานที่มาก จึงส่งผลต่อการนําเข้าจากต่างประเทศสูงขึ้นเพราะปัจจุบันวัสดุปิดแผลที่ใช้ในประเทศไทยส่วนใหญ่ต้องนําเข้าจากต่างประเทศ จึงใช้ต้นทุนที่สูง ทําให้มีความต้องการพัฒนาวัสดุปิดแผลที่มีราคาถูกและมีประสิทธิภาพในการรักษาบาดแผลสูงขึ้น โดยในปัจจุบันนั้นผ้าปิดแผลเป็นเส้นใยที่มีขนาดไมครอนไม่สามารถป้องกันจุลชีพเข้าสู่บาดแผลได้จึงทําให้ขาดประสิทธิภาพในการด้านจุลชีพ ดังนั้นการเตรียมวัสดุปิดแผลในรูปแบบเส้นใยที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางในช่วงนาโนเมตร ทําให้มีสมบัติในการดักกรองจุลชีพได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีรูพรุนสูงระบายความชื้นได้ ทําให้มีการส่งผ่านของเหลวหรือก๊าซได้ดีและเหมาะสมกับการควบคุมความชื้นของบาดแผล
ดังนั้นทางผู้จัดทำจึงสนใจสร้างเครื่องผลิตเส้นใยนาโนโดยใช้หลักการอิเล็กโทรสปินนิงเพื่อผลิตเส้นใยที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางในระดับนาโนเมตร