พลาสติกชนิดใหม่แข็งทื่อและอ่อนนุ่มกลับไปมาได้คล้ายปลิงทะเล

วัสดุชนิดใหม่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลิงทะเลที่สามารถเปลี่ยนลักษณะผิวภายนอกจากแข็งทื่อเป็นอ่อนนุ่มได้ ในขณะที่เปียกวัสดุนี้จะเปลี่ยนจากพลาสติกที่แข็งทื่อมาเป็นลักษณะคล้ายยาง และไม่กี่วินาทีก็จะเปลี่ยนกลับไปอยู่ในรูปเดิมได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งเหมาะสมที่จะนำไปประยุกต์ใช้ด้านการแพทย์ในการปลูกฝังหรือสอดเข้าไปในร่างกาย

วัสดุนี้ได้จำลองลักษณะคล้ายกลอุบายที่ปลิงทะเลแสดงออกมา สัตว์ทะเลที่ไม่มีกระดูกสันหลังจะสามารถเปลี่ยนสภาพความแข็งของผิวหนังได้อย่างรวดเร็ว เพื่อสร้างเป็นโล่ป้องกันตัวเมื่อกระทบกับสิ่งที่มารบกวน

ผู้นำทีมวิจัยได้แก่ ศาสตราจารย์ คริส เวเดอร์ (Professor Chris Weder) แห่งมหาวิทยาลัย Case Western Reserve, Ohio, U.S.A. ซึ่งได้นำหลักการผิวหนังของปลิงทะเลมาเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาวัสดุเทียมชนิดใหม่
ที่เปลี่ยนสมบัติเชิงกลได้เมื่อได้รับการกระตุ้น

ศาสตราจารย์เวเดอร์และคณะได้วางแผนจะใช้วัสดุนี้ในงานทางการแพทย์ เช่น ขั้วไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นได้สำหรับสมองเพื่อนำไปใช้ในการรักษาผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน (Parkinson’s disease: โรคประสาทชนิดหนึ่งจะมีอาการตัวสั่น) เส้นโลหิตอุดตันในสมอง การสลบเนื่องจากการตกเลือดในสอง และการบาดเจ็บที่กระดูกสันหลัง

วัสดุนี้มีลักษณะแข็งทื่อทำให้สามารถฝังหรือสอดใส่เข้าไปในร่างกายได้ง่าย หลังจากนั้นความยืดหยุ่นอ่อนตัวจะเพิ่มขึ้นเมื่ออยู่ในสมองที่ล้อมรอบไปด้วยน้ำจำนวนมาก ซึ่งจะทำให้วัสดุนี้มีลักษณะทางกายภาพคล้ายคลึงกับเนื้อเยื่อสมองที่อยู่รอบๆ

ตามปกติเนื้อเยื่อสมองนั้นจะมีความอ่อนนุ่มมากกว่าขั้วไฟฟ้าที่ฝังเข้าไปนั้นอย่างมาก และจากการทดลองหลายครั้งพบว่า ขั้วไฟฟ้าที่ยังคงความแข็งไว้นี้จะทำให้เนื้อเยื่อสมองรอบๆ ถูกทำลายหรือเสื่อมสลายไปตามเวลา วัสดุชนิดใหม่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อเอาชนะปัญหาความเข้าคู่เชิงกลที่ไม่เหมาะสมนี้

วัสดุนี้ทำจากสองส่วนประกอบคือ พอลิเมอร์ที่มีลักษณะคล้ายยางและเส้นใยเซลลูโลสขนาดจิ๋วเพื่อช่วยเพิ่มความแข็งหรือเป็นสารเสริมแรง (reinforcement) เมื่อใส่เส้นใยเซลลูโลสเข้าไปสานกันจะเกิดพันธะไฮโดรเจนและทำให้วัสดุทั้งหมดนั้นแข็งขึ้น

เส้นใยระดับนาโนนี้จะแสดงคุณสมบัติคล้ายกาวที่ยึดติดกันได้เมื่อวางเส้นใยให้ตัดผ่านกัน และเมื่อเติมน้ำลงไป น้ำจะทำให้จุดเชื่อมนี้หลุดออก หรือน้ำเป็นตัวกระทำให้พันธะไฮโดรเจนแตกออกนั่นเอง ซึ่งปฏิกิริยา (glued and unglued) นี้ได้ทดลองหลายครั้ง และได้นำวัสดุนี้ไปทดลองจริงกับสัตว์ทดลองเพื่อดูผลกระทบต่อเยื่อสมอง และพิสูจน์ว่าสามารถฝังเข้าไปในสิ่งมีชีวิตได้อย่างปลอดภัย

หลักการนี้สามารถนำไปใช้กับวัสดุที่เกิดการเปิดปิดได้ทางไฟฟ้าอีกด้วย เช่น นำมาใช้ในส่วนบริเวณข้อเท้า เป็นต้น หรืออาจจะนำไปใช้ในด้านการป้องกันตัวได้ เช่น เสื้อกันกระสุน ที่สามารถเปลี่ยนสภาพความแข็งอ่อนได้ตามระบบไฟฟ้า ซึ่งเสื้อกันกระสุนสามารถใส่เป็นเสื้อยืดธรรมดาที่มีความอ่อนนุ่มได้อย่างสะดวกสบาย แต่ก็สามารถเปลี่ยนเป็นเสื้อกันกระสุนที่มีความแข็งแรงมากได้ด้วย


ที่มา: http://www.abc.net.au/science/articles/2008/03/07/2183613.htm?site=science&topic=latest





รูปบน: ปลิงทะเลจะเปลี่ยนความแข็งที่ผิวอย่างรวดเร็วเมื่อได้รับอันตราย เสมือนกับสร้างโล่ป้องกันตัว นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาพลาสติกที่สามารถเปลี่ยนสภาพผิวได้อย่างรวดเร็วเช่นกัน (Source: Fred Carpenter)
รูปล่าง:
1. วัสดุนี้ประกอบด้วยพอลิเมอร์ที่มีเส้นใยระดับนาโนจัดเรียงตัวอยู่อย่างระมัดระวังฝังอยู่ภายใน โครงสร้างมีพื้นฐานเดียวกันกับผิวของปลิงทะเล
2. ในสถาวะปกติ จะมีพันธะไฮโดรเจนเชื่อมระหว่างเส้นใย ทำให้วัสดุนี้มีความแข็งแรงทนทาน
3. เมื่ออยู่ในสภาวะที่มีน้ำ วัสดุนี้จะพองตัวออกเล็กน้อย โมเลกกุลของน้ำจะทำลายพันธะไฮโดรเจน และทำให้วัสดุนี้อ่อนลงประมาณ 1,000 เท่า และมีคุณสมบัติคล้ายยาง