สั่งพิมพ์ (Print)
 
  รหัสโครงการวิจัย
2552A11702002

  ชื่อโครงการวิจัย
การเตรียมและศึกษาสมบัติแผ่นเส้นใยโครงร่างขนาดนาโนจากสารละลายไหมด้วยวิธีอิเล็คโตรสปันนิ่ง เพื่อการประยุกต์ใช้ในชีววิทยาทางการแพทย์
  หัวหน้าโครงการ
สายันต์ แสงสุวรรณ คลิกดูรายละเอียด
  ผู้ร่วมโครงการ
1. สายันต์ แสงสุวรรณ
  สัดส่วนการทำวิจัย
1. สายันต์ แสงสุวรรณ 100 %

  ลักษณะโครงการวิจัย
การวิจัยพื้นฐาน
  ประเภทของโครงการ
สร้างองค์ความรู้
  งบประมาณทุนวิจัย
งบประมาณภายใน
  ชื่อแหล่งทุนวิจัย
งบประมาณแผ่นดิน
  ระยะเวลาการทำวิจัย
เริ่มต้นโครงการ 01-10-2008 สิ้นสุดต้นโครงการ 30-09-2009
  ปีงบประมาณ
พศ. 2552
  ปีการศึกษา
พศ. 2551
  สาขาวิชาที่ทำวิจัย
Advanced Computational Physics

  
เป็นที่ทราบกันดีว่า เส้นใยพอลิเมอร์ (polymer fibers) ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางหลายขนาดตั้งแต่ระดับมิลลิเมตรลงไปถึงระดับนาโนเมตร มีคุณประโยชน์หลายด้านมากๆ เช่น ใช้เป็นเส้นใยเสริมแรงในเท็กไทล์คอมพอสิท (textile composites) ใช้เป็นชั้นพื้นผิวป้องกันการเปียกน้ำในเสื้อผ้า (nonwetting surface layer) ใช้เป็นตัวกรองเมมเบรนที่มีประสิทธิภาพสูง (membrane filters) [1] และยังใช้สำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ (tissue engineering) เช่น สร้างแผ่นเนื้อเยื่อสำหรับให้เซลล์เจริญเติบโต (fabrication of cell-growth scaffolds) การปลูกถ่ายเส้นเลือด (vascular grafts) การตกแต่งบาดแผล (wound dressings) และระบบการนำส่งยา (drug deliver systems) [2] เป็นต้น จากการที่เส้นใยนาโนมีอัตราส่วนระหว่างปริมาณพื้นผิวต่อปริมาตรสูง จึงทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของเซลล์ (cellular migration) และการเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว  (proliferation) ในขบวนการการเกิดเนื้อเยื่อ โดยวิธีการ/เทคนิคต่างๆ ได้รับการพัฒนาเพื่อสร้างแผ่นเส้นใยพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายตัวทางชีวภาพให้มีความเป็นรูพรุนสูง ซึ่งประกอบด้วย การสร้างพันธะกับเนื้อเยื่อ (fiber bonding), การทำโซลเวนแคสติ้ง (solvent casting), การกรองอนุภาค (particle leaching), การแยกเฟส (phase separation), การทำให้แห้งโดยวิธีอบเย็นแบบอีมัลชั่น (emulsion freeze drying), การทำก๊าซโฟมมิ่ง (gas foaming), และ เทคนิคการพิมพ์แบบ 3 มิติ (3D - printing technique) [3] อย่างไรก็ตามเนื่องจากเทคนิคอิเล็กโตรสปินนิ่งเป็นวิธีการง่ายๆและไม่ซับซ้อน จึงทำให้เป็นข้อได้เปรียบที่ดึงดูดใจอย่างมาก สำหรับใช้ในการสร้างแผ่นเส้นใยสำหรับสร้างเนื้อเยื่อ (scaffold) เนื่องจากโครงสร้างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กที่ผลิตได้ด้วยวิธีอิเล็กโตรสปินนิ่งทำให้มีอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูง และมีสัณฐานวิทยาคล้ายกับเนื้อเยื่อธรรมชาติ  (natural tissues) นอกจากนี้แล้วประจุไฟฟ้าสถิตย์ของเส้นใยที่เตรียมด้วยเทคนิคอิเล็กโตรสปินนิ่ง เมื่อนำไปประยุกต์ใช้เป็นตัวกรองเมมเบรนสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกรองให้ดีมากขึ้น (filtration efficiency) [4] ในปัจจุบัน วัสดุชีวภาพทางพอลิเมอร์ (polymeric biomaterials) ที่เข้ากันได้กับสิ่งมีชีวิต  (biocompatible) และสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (biodegradable) ได้รับการนำมาใช้ขึ้นรูปเป็นแผ่นเส้นใยสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อ วัสดุเหล่านี้ประกอบด้วย คอลลาเจน (collagen), poly-(lactide-co-glycolide), poly-(lactic acid), poly-(glycolic acid) และ poly-(caprolactone) แต่อย่างไรก็ตาม วัสดุที่กล่าวมาเหล่านี้ มักมีสมบัติเชิงกลที่ไม่ดีเพียงพอ และมักจะเหนี่ยวนำให้เกิดการตอบสนองที่ก่อให้เกิดการอักเสบขึ้น [5] ภายในเนื้อเยื่อเอง  ดังนั้นด้วยคุณสมบัติเชิงกลที่ดีของเส้นใยไหม (อันเนื่องมาจากโครงสร้างอันดับสอง คือ บีต้าชีท) ทำให้เส้นใยจากไหมมีศักยภาพเป็นตัวแข่งขันที่มีความเฉพาะตัว สำหรับใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเป็นแผ่นเส้นใยสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อ [6] จึงได้ทำให้เกิดความสนใจใหม่ขึ้นมาอีกครั้งในหมู่นักวิจัยในการใช้ประโยชน์จากเส้นใยไหมเพื่อการประยุกต์ใช้ในทางชีววิทยาทางการแพทย์ (biomedical applications) เนื่องด้วยสมบัติเชิงกลที่เหมาะสมและการย่อยสลายได้ของมันนั่นเอง [6–9]  ไหมเลี้ยง (Bombyx mori silk) ได้รับความสนใจมาอย่างยาวนานกว่า 5000 ปี ไม่ใช่เฉพาะเรื่องสมบัติทางเส้นใยในเรื่องของเนื้อผ้า ความคงทน และการย้อมสี [10] เท่านั้น แต่มันยังถูกนำไปใช้ในพวกเครื่องสำอางที่เป็นครีม โลชั่น เครื่องแต่งหน้า แป้ง สบู่อาบน้ำและทางด้านยาอีกด้วย [11]  และไหมที่ได้จากตัวหนอนไหมยังมีการใช้อย่างกว้างขวางในทางการค้า เช่น เป็นไหมเย็บแผลที่ย่อยสลายได้เอง (biomedical sutures) ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การทำอิเล็กโตรสปินนิ่งจากรังไหมและจากใยแมงมุม (spider silk) ได้ถูกรายงานครั้งแรกโดย  Zarkoob et al. [12–14] โดยพวกเขาละลาย 0.23–1.2 wt% ไหมใน hexafluoro-2-propanol และสามารถผลิตเส้นใยพอลิเมอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วง 6.5–200 nm ซึ่งมีระดับของความเป็นผลึกเทียบเท่ากับเส้นใยธรรมชาติของพวกมันเอง ต่อมา Jin et al. [2] และ Ohgo et al. [10]ได้ประยุกต์ใช้เทคนิคอิเล็กโตรสปินนิ่งเพื่อเตรียมแผ่นเส้นใยไหมนาโนสำหรับสร้างเนื่อเยื่อที่มีรูพรุนสูงมากๆ นั่นคือ มีเส้นผ่านศูนย์กลางระดับนาโน โดยในตอนเริ่มต้นของการทำวิจัยด้านอิเล็กโตรสปินนิ่งนั้นประสบปัญหาหลายด้าน เช่น การเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสม [15] และ การควบคุมการเปลี่ยนรูปแบบการจัดเรียงตัว (conformational transitions) ของไฟโบรอินในระหว่างการทำอิเล็กโตรสปินนิ่ง  โดยตัวทำละลายที่ใช้ในการละลายไหมจะต้องไม่ไปรบกวนการเข้ากันได้เมื่อนำไปใช้ในเซลล์ไม่ว่า จะอยู่ในรูปแบบ in vitro หรือ in vivo ก็ตาม  การคงรูปของโครงสร้างอันดับสอง (เบต้าชีท) ของไหมในเส้นใยที่ผลิตโดยวิธีอิเล็กโตรสปินนิ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อทำให้ได้สมบัติเชิงกลที่เหมาะสม Jin et al. [2] ได้ผลิตเส้นใยจากของผสมระหว่าง poly(ethylene oxide) (PEO) และไหมด้วยเทคนิคอิเล็กโตรสปินนิ่ง โดยใช้สารละลายของ  hexaflouro-2-propanol (HFIP) พบว่าได้เส้นใยที่มีขนาดเท่ากัน (800 ? 100 nm) แต่เนื่องจากใช้ PEO จึงอาจมีผลกระทบต่อสมบัติเชิงกลและการเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อ ต่อมา Ohgo et al. [10] ได้ใช้ตัวทำละลาย hexafluoroacetone-hydrate (HFA) สำหรับการเตรียมไหมแบบรีคอมบิเนนท์ (recombinant silk) พบว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของเส้นใยที่เตรียมได้โดยใช้ตัวทำละลายนี้ เท่ากับ 300 nm ซึ่งการใช้ HFA-hydrate อาจช่วยทำให้เกิดความเข้ากันได้มากขึ้น และมีการใช้เมทานอลในการชะล้างเอา HFA ออกไป ซึ่งนำไปสู่การทำให้เส้นใยเกิดการหดตัวเกิดขึ้นและมีผลต่อสมบัติเชิงกลของเส้นใยด้วย  นอกจากนี้แล้ว  ในปัจจุบันนี้ แม้จะมีการทำวิจัยการผลิตเส้นใยนาโนจากไหมเพิ่มมากขึ้นก็ตาม แต่ปัญหาเรื่องการหาตัวทำละลายที่ดี การหาวิธีการ/เทคนิคเพื่อให้ได้เส้นใยที่ความเสมอภาคกัน ยังเป็นโจทย์วิจัยที่นักวิจัยยังคงต้องทำวิจัยทั้งในเชิงลึกและเชิงกว้างอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้แล้วมีหลายงานวิจัยที่ได้รายงานว่าตัวแปรที่มีอิทธิพลอย่างมากต่อขนาดและลักษณะของเส้นใยที่เตรียมได้ ก็คือ ตัวแปรของการขึ้นรูป (processing parameters) ซึ่งประกอบไปด้วย ความเข้มข้นของสารละลาย ความหนืดของสารละลาย สนามไฟฟ้า ชนิดของตัวทำละลาย ระยะห่างระหว่างปลายเข็มกับแผ่นโลหะรองรับ อัตราการไหลของสารละลาย [4] และ มุมระหว่างปลายเข็มกับแผ่นโลหะรองรับ [17] ตลอดจนยังพบว่ามีงานวิจัยจำนวนน้อยมากๆที่รายงานความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรของการขึ้นรูปกับสมบัติของเส้นใยนาโนไม่ว่าทั้งในทางตรงและทางอ้อม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในตัวอย่างเส้นใยนาโนของไหม นอกจากนี้สำหรับในประเทศไทย การทำวิจัยด้านอิเล็กโตรสปินนิ่งนี้ มีกลุ่มวิจัยที่ทำงานด้านนี้อย่างจริงจังเพียง 1-2 กลุ่มเท่านั้น นั่นคือ กลุ่มวิจัยของ รศ. ดร. พิชญ์ ศุภผล ที่วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมีของจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย [16] และ กลุ่มวิจัยของ ผศ.ดร. สันติ แม้นศิริ มหาวิทยาลัยขอนแก่น [17] โดยกลุ่มวิจัยแรกทำงานทางด้านนี้มานานกว่า 7 ปีแล้ว มีความเข้มแข็งทางเทคนิคด้านนี้สูงมากและมีผลงานตีพิมพ์เยอะมากด้วยเช่นกัน โดยทางกลุ่มวิจัยจะเน้นไปที่การเตรียมเส้นใยนาโนจากพอลิเมอร์เป็นส่วนใหญ่ และเตรียมเป็นคอมพอสิทโดยผสมกับไคโตซาน คาร์บอนนาโนทิวบ์ และอื่นๆ เป็นต้น ขณะที่กลุ่มที่สองเพิ่งจะเริ่มสนใจได้ไม่นานมานี้ โดยกลุ่มวิจัยนี้เน้นงานวิจัยไปทางด้านการเตรียมเป็นเส้นใยไทเทเนียมไดออกไซด์สำหรับการบำบัดของเสีย และผลิตเส้นใยพอลิเมอร์เพื่อสร้างเนื้อเทียม การผลิตเส้นใยนาโนจากพอลิเมอร์เพื่อทางการแพทย์ แต่อย่างไรก็ตามทั้งสองกลุ่มวิจัยนี้ยังทำวิจัยด้านผลิตเส้นใยนาโนจากสารละลายไหมค่อนข้างน้อย และยังไม่ได้มีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้มากนัก ดังนั้นในโครงการวิจัยนี้ จึงสนใจสร้างเครื่องมืออิเล็กโตรสปินนิ่งอย่างง่าย แต่เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถผลิตเส้นใยนาโนจากทั้งพอลิเมอร์ทั่วไปและพอลิเมอร์ธรรมชาติได้ และต้องการศึกษาวิธีการเตรียมแผ่นเส้นใยโครงร่างขนาดนาโน (non-woven mats) จากสารละลายโปรตีนจากไหมด้วยเทคนิคอิเล็กโตรสปินนิ่ง และศึกษาอิทธิพลของตัวแปรในขบวนการทำอิเล็คโตรสปินนิ่งจากสารละลายไหมเพื่อสร้างแผ่นเส้นใยโครงร่างสำหรับสร้างเนื้อเยื่อ (non-woven mats) เพื่อประยุกต์ใช้ในทางชีววิทยาการแพทย์  โดยมีวัตถุประสงค์ให้ได้รับเส้นใยในระดับนาโนที่มีขนาดเสมอภาคกันด้วยวิธีการอิเล็กโตรสปินนิ่ง และทำวิเคราะห์ข้อมูลทางสถิติถึงผลของตัวแปรทางการขึ้นรูปต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย และสมบัติอื่นๆ ของเส้นใย เช่น สมบัติเชิงกล สมบัติสัณฐานวิทยา สมบัติการจัดเรียงตัวระดับโมเลกุล สมบัติทางความร้อน เป็นต้น จากข้อมูลสมบัติต่างของเส้นใยนาโนที่วิเคราะห์ได้จะถูกนำมาใช้เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรของการขึ้นรูปกับสมบัติของแผ่นเส้นใยที่เตรียม ได้จากสารละลายไหม  และจะใช้เป็นข้อมูลเพื่อการวิจัยต่อไปสำหรับการประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์ต่อไป และมีศักยภาพสูงในการผลิตในเชิงพาณิชย์ได้
วัตถุประสงค์หลัก

1. เพื่อสร้างเครื่องมืออิเล็กโตรสปินนิ่ง เพื่อใช้สำหรับการผลิตเส้นใยนาโน
2. เพื่อศึกษาการขึ้นรูปแผ่นเส้นใยโครงร่างระดับนาโน (non-woven mats) จากสารละลายไหมด้วยวิธีการอิเล็กโตรสปินนิ่งเพื่อใช้สำหรับการประยุกต์ใช้ในชีววิทยาทางการแพทย์ (biomedical applications)
3. เพื่อศึกษาอิทธิพลของตัวแปรต่าง ๆในการขึ้นรูปต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย
ไหม สัญฐานวิทยา สมบัติเชิงกล สมบัติการจัดเรียงตัวในระดับโมเลกุล สมบัติทางความร้อน และสมบัติการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักเนื่องจากความร้อนของแผ่นเส้นใยไหมระดับนาโนที่เตรียมได้
4. เพื่อศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมแผ่นเส้นใยไหมระดับนาโนให้มีเส้นผ่าน
ศูนย์กลางที่มีความเสมอภาคกัน (uniformity)
5. เพื่อศึกษาหาความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรของการขึ้นรูปกับสมบัติของเส้นใยไหมนาโน
ที่เตรียมได้ (processing/property relationships)


  งบประมาณตลอดการวิจัย
จำนวน 484,000 บาท
  หลักฐานการเบิกจ่ายเงิน