พอลิเมอร์จำรูป (Shape-memory polymers) เป็นพอลิเมอร์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างกลับสู่สภาพเดิมของมันได้ เมื่อถูกกระตุ้นด้วยปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ แสง กระแสไฟฟ้า หรือ สนามแม่เหล็ก โดยมันจะจำรูปร่างตั้งต้นของมันได้ขณะที่มันกำลังเซ็ตตัว
สมบัตินี้เองที่ทำให้นักวัสดุศาสตร์ตื่นเต้นและต้องการจะนำพอลิเมอร์จำรูปได้ไปใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นเส้นใยที่เปลี่ยนแปลงรูปได้ เช่น บานพับพอลิเมอร์ไปจนถึงวัสดุที่เป็นพับเก็บในยานอวกาศ ที่มาพร้อมสมบัติที่กางออกมาพร้อมใช้งานเมื่อยานอยู่ในวงโคจรแล้ว และด้วยสมบัติสมบัติที่โดดเด่นดังกล่าว นักวัสดุศาสตร์จึงขนานนามมันว่า พอลิเมอร์อัจฉริยะ (Smart polymer)
ส่วนการนำสมบัติพิเศษของพอลิเมอร์จำรูปมาใช้ทางการแพทย์ นักวิทยาศาสตร์คาดว่าในอนาคตจะได้เห็นอุปกรณ์ขยายหลอดเลือดหัวใจที่มีรูปร่างเหมาะสมแก่การสอดเข้าไปในร่างกายคนไข้แล้วจึงขยายเป็นโครงข่ายที่ขยายเต็มหลอดเลือด แต่ก่อนที่เราจะได้เห็นนวัตกรรมสุดล้ำนี้ นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องพัฒนาพอลิเมอร์จำรูปที่เข้ากับเซลล์ได้เสียก่อน
ล่าสุด ทีมนักวิจัยจากภาควิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์และวิศวกรรมเคมี มหาวิทยาลัยซีราคิวส์ (Syracuse University) สหรัฐอเมริกา นำโดยนักศึกษาระดับปริญญาเอก เชลบี บัฟฟิงตัน (Shelby Buffington) สามารถสังเคราะห์พอลิเมอร์จำรูปที่ใช้เอนไซม์เป็นสิ่งกระตุ้นและไม่เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ทำให้วัสดุนี้มีความปลอดภัยและเหมาะสำหรับนำไปใช้งานทางการแพทย์ ซึ่งผลงานวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสาร Acta Biomaterialia เมื่อเดือนมกราคมปีนี้
เชลบี กล่าวถึงการประยุกต์ที่อาจจะเกิดขึ้นในอนาคตว่า “คุณสามารถวางวัสดุนี้ลงบนแผลเปิดและเมื่อเนื้อเยื่อเริ่มเกิดการซ่อมแซม พอลิเมอร์นี้จะค่อยๆ เปลี่ยนรูปร่างดึงแผลให้เข้ามาปิดกันสนิทยิ่งขึ้น” ทีมนักวิจัยอาศัยสมบัติของสารสองชนิดในการสร้างพอลิเมอร์จำรูปได้ชนิดใหม่ที่มีชื่อว่า พอลิแอปซิลอน-คาโปรแลกโทน (Poly-ε-caprolactone)
เทคนิคที่ใช้ขึ้นรูปเรียกว่า Dual electrospinning โดยไฟฟ้าแรงดันสูงจากขั้วไฟฟ้าที่จุ่มอยู่ในสารละลายพอลิเมอร์จะทำให้เส้นใยพอลิเมอร์ค่อยๆ ถูกถักทอขึ้นจนเกิดเป็นรูปร่างที่ต้องการ
นอกจากนี้ สัดส่วนระหว่างพอลิแอปซิลอน-คาโปรแลกโทนและเพลเลเทนที่แตกต่างกันยังทำให้ได้พอลิเมอร์ที่มีสมบัติต่างกันออกไปอีกด้วย ผลจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าวัสดุนี้ไม่แสดงความเป็นพิษต่อเซลล์ของหนูทดลอง
ขณะนี้ทีมนักวิจัยกำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาให้พอลิเมอร์ชนิดใหม่นี้กลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้ เมื่อใช้เอนไซม์ความเข้มข้นต่ำๆ ที่คล้ายกับขึ้นตอนที่เกิดขึ้นจากเซลล์จริงๆ
ในอนาคตเราอาจจะได้เห็นนวัตกรรมที่เป็นมากกว่าเพียงจินตาการในอดีต เช่น ระบบนำส่งยา โครงสร้างชีวภาพอัจฉริยะที่จะช่วยควบคุมเนื้อเยื่อให้เติบโตไปในทิศทางและรูปร่างตามที่ต้องการ ไปจนถึงเซนเซอร์ตรวจวัดทางชีวภาพที่จะช่วยรายงานสุขภาพของผู้ป่วยได้อย่างแม่นยำ
ทั้งหมดนี้เกิดจากการประสานองค์ความรู้ทางเคมี ร่วมกับนวัตกรรมทางการแพทย์ เพื่อสร้างสรรค์สู่วัสดุอัจฉริยะที่อาจเปลี่ยนโลกและวิถีชีวิตเราไปตลอดกาล
ที่มา:
- https://web.facebook.com/ardwarong/
- https://phys.org/news/2019-02-memory-polymer-biomedical-breakthrough.html
- S. L. Buffington, J. E. Paul, M. M. Ali, M. M. Macios, P. T. Mather and J. H. Henderson, 2019, Enzymatically triggered shape memory polymers, Acta Biomaterialia, Vol. 84, pp. 88-97.
