ซิลเวอร์นาโน และประโยชน์ซิลเวอร์นาโน

1494

ซิลเวอร์นาโน (Silver Nano) คือ เทคโนโลยีการสังเคราะห์เงินหรือซิลเวอร์ (Silver) ให้มีขนาดเล็กในระดับนาโนเมตร (Nanometer) คือ มีขนาดไม่เกิน 100 นาโนเมตร เทียบเท่ากับดีเอ็นเอในร่างกายของมนุษย์ และเนื่องจากขนาดที่เล็กนี่เอง ทำให้มีปริมาณพื้นที่ผิวสูง ซึ่งสามารถสัมผัสกับเชื้อแบคทีเรียได้มากขึ้น

advertisement

โลหะเงินสามารถแตกตัวเป็นประจุบวก (Ag+) ในระดับอนุภาคนาโน จากนั้น อนุภาคซิลเวอร์จะไปเกาะที่ผนังของเชื้อแบคทีเรีย และแทรกเข้าไปภายในเซลล์ พร้อมกับเข้าจับกับหมู่ซัลเฟต (Sulphate) ของเอนไซม์ที่ทำหน้าที่เผาผลาญออกซิเจน และพลังงาน ทำให้เอนไซม์ และการเผาผลาญพลังงานเกิดผิดปกติ จนแบคทีเรียถูกทำลาย และตายในที่สุด

อนุภาคของซิลเวอร์นาโน สามารถต้านเชื้อแบคทีเรียได้มากถึง 650 ชนิด โดยเฉพาะแบคทีเรียสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการใช้ชีวิตมนุษย์ อาทิ
– แบคทีเรียสเตรปโตคอกคัส (Streptococcus)
– แบคทีเรียแลคโตบาซิลลัส (Lactobacillus)
– แบคทีเรียสแตฟฟิโลค็อกคัส (Staphylococcus)
– อีโคไล (Escherichia coli, E. coli) ที่มักพบในอาหารที่เน่าเสียได้ในเวลาไม่กี่นาที [5]

ประวัติการใช้ซิลเวอร์ต้านเชื้อจุลินทรีย์
โลหะเงินหรือซิลเวอร์ ถูกนำมาใช้เป็นเครื่องมือเครื่องใช้มาตั้งหลายร้อยปี อาทิ ถ้วย จาน ชาม หม้อ และเครื่องประดับต่างๆ ซึ่งคนโบราณทราบดีว่ามีคุณสมบัติต้านเชื้อจุลินทรีย์ได้ดี แต่ยังไม่ทราบกลไกที่ชัดเจน จนกระทั่ง Hippocrates ชาวกรีก (บิดาแห่งการแพทย์สมัยใหม่ : พ.ศ. 83-166) ได้นำผงซิลเวอร์มาใช้ในการรักษาบาดแผลครั้งแรก ต่อมา C.S.F. Crede แพทย์ชาวเยอรมัน ได้นำซิลเวอร์ไนเตรต เข้มข้น 1%มาหยดรักษาการติดเชื้อในตาของทารก หลังจากนั้น ซิลเวอร์ได้กลายเป็นโลหะที่ทราบกันดีในวงการแพทย์ว่าสามารถต้านเชื้อจุลินทร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพิ่มเติมจาก [1] อ้างถึงใน (Russell & Hugo, 1994)

การสังเคราะห์ซิลเวอร์นาโน
การผลิตซิลเวอร์นาโนสามารถผลิตได้หลากหลายวิธี ได้แก่
1. การผลิตด้วยคลื่นไมโครเวฟ ( Microwave Assisted Synthesis)
2. การผลิตด้วยเลเซอร์ (Laser Mediated Synthesis)
3. การใช้ความร้อนกระตุ้นให้สารประกอบซิลเวอร์แตกตัว ( Thermal Decomposition of Silver Compound)

ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ซิลเวอร์นาโน
1. ปฏิกิริยารีดักชั่น (Reduction)
ปฏิกิริยารีดักชั่น เริ่มจากการใช้ซิลเวอร์คอลลอยด์ (Silver Colloid) ที่มีความเข้มข้นสูง ได้แก่ สารละลายซิลเวอร์ไนเตรท (AgNO3) เข้าสู่กระบวนการทำให้เกิดการแตกตัวเป็นซิลเวอร์ไอออน (Ag+) และไนเตรทไอออน (NO3) หลังจากนั้น ซิลเวอร์ไอออน (Ag+) จะเปลี่ยนเป็นซิลเวอร์ (Ag) (s) ด้วยการรับอิเล็กตรอนจากตัวให้อิเล็กตรอน ดังแสดงให้เห็นปฏิกิริยาใน สมการที่ 1

Ag+ (aq) + e- Ag(s) (สมการที่ 1)

2Ag+(aq) + OH-CH2CH2-OH HO-CH2OH + Ag(s) + 2H+ (สมการที่ 2)

จากสมการที่ 2 แสดงให้เห็นปฏิกิริยารีดักชั่นของซิลเวอร์ในเอธิลีนไกลคอล (Ethylene Glycol, EG) เมื่อซิลเวอร์ไอออนได้รับอิเล็กตรอนจากเอธิลีนไกลคอลซึ่งเป็นตัวให้อิเล็กตรอน

2. สารให้ความคงตัว (Stabilizer) และตัวทำละลาย (Solvent)
สารให้ความคงตัวจะใช้เป็นตัวกลาง (Substrate) ระหว่างตัวทำละลายและอนุภาคโดยทั่วไปจะนิยมใช้เป็นสารจำพวกพอลิเมอร์ นำมาใช้ในการสังเคราะห์เพื่อขัดขวางไม่ให้อนุภาครวมตัวกันเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ (Agglomerate) อนุภาคจะเกาะอยู่กับสารให้ความคงตัวที่ปลายสายโซ่

ประสิทธิภาพของสารให้ความคงตัวจะสัมพันธ์กับสมบัติของตัวทำละลายที่ใช้ เนื่องจากตัวทำละลายที่ดีจะต้องช่วยให้สารให้ความคงตัวเพิ่มระยะห่างระหว่างอนุภาคได้ แต่ในทางตรงข้ามถ้าหากอยู่ในตัวทำละลายที่ไม่ดีเป็นผลให้สายโซ่ของสารให้ความคงตัวซึ่งเป็นพอลิเมอร์ม้วนตัวเข้าหากันเองทำให้อนุภาคอยู่ใกล้กันและรวมกันเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ขึ้น [4]

กลไกลการทำงานของซิลเวอร์นาโน
กลไกการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียของซิลเวอร์นาโน เริ่มต้นที่ซิลเวอร์นาโนถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจน (O2)ที่ผิวสัมผัสของเยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรีย แล้วเกิดปฏิกิริยากับโปรตีน จนทำให้ซิลเวอร์นาโน แตกตัวเป็นซิลเวอร์ไอออน (Ag+)

กระบวนการเกิดปฏิกิริยาของซิลเวอร์นาโนกับโปรตีน จนได้เป็นซิลเวอร์ไอออน (Ag+) ต่อจากนั้น ซิลเวอร์ไอออน (Ag+) จะแพร่ผ่านไปสู่ชั้นในของเซลล์แบคทีเรีย ทำให้การทำงานของไมโทคอนเดรียผิดปกติหรือเซลล์ถูกทำลาย จนก่อให้เกิดสารอนุมูลอิสระชนิด ROS ในปริมาณที่มากขึ้น แล้วส่งผลต่อมากับระบบการหายใจของเซลล์ และการสร้างพลังงานเอทีพี (ATP) จนนำไปสู่การทำลายโปรตีน และดีเอ็นเอ (DNA) ภายในเซลล์ ทำให้แบคทีเรียถูกทำลาย และตายในที่สุด [2] อ้างถึงในเอกสารหลายฉบับ

ประโยชน์วิลเวอร์นาโน
ซิลเวอร์นาโน มีคุณสมบัติเด่นที่ถูกประยุกต์ใช้ประโยชน์หลัก คือ การยับยั้งเชื้อแบคทีเรีย ซึ่งมีการใช้ในหลายด้าน ได้แก่
1. สำหรับการนำอนุภาคซิลเวอร์ไปใช้งาน เช่นนำไปเคลือบอุปกรณ์ทางการแพทย์ ผ้าปิดแผล หรือวัสดุต่างๆ รวมถึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของยาปฏิชีวนะ และรักษาบาดแผลให้มีประสิทธิภาพ ยกตัวอย่างวัสดุที่มีการนำนาโนซิลเวอร์มาประยุกต์ใช้ ได้แก่ พอลิยูรีเทน (Polyurethane; PU) ซึ่งเป็นหนึ่งในพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่ถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์อย่างกว้างขวาง เพราะสามารถเข้ากับเนื้อเยื่อของร่างกายได้ดี รวมถึงมีความแข็งแรงทนทาน สามารถทนรับแรงกดทับ ทนต่อการเสียดสี และฉีกขาด มีความเหนียว และยืดหยุ่นได้ดี ทั้งนี้ พอลิยูรีเทนไม่สามารถต้านทานเชื้อจุลินทรีย์ได้ ดังนั้น จึงนิยมนำอนุภาคซิลเวอร์นาโน (Ag-Nano) เมื่อผสมลงบนผิวของพอลิยูรีเทนเพื่อช่วยยับยั้งแบคทีเรียชนิดต่างๆ โดยเฉพาะ E. coli และ Bacillus subtilis [3]

2. ซิลเวอร์นาโนถูกนำมาใช้ในผลิตภัณฑ์ผ้าเช็ดทำความสะอาด เสื้อผ้าเด็ก รวมถึงหนังสัตว์ที่ฟอกสี เพื่อช่วยลดการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรีย

3. ซิลเวอร์นาโนถูกนำมาใช้เป็นส่วนผสมผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด อาทิ ผงซักฟอก น้ำยาล้างมือ และสบู่ เป็นต้น ซึ่งหลังการใช้ ซิลเวอร์นาโนบางส่วนจะเกาะติดกับผิววัสดุ ทำหน้าที่ต้านเชื้อจุลินทรีย์ต่างๆที่มาเกาะได้

4. ซิลเวอร์นาโนถูกนำมาใช้ในเครื่องมือ เครื่องใช้เพื่อการอุปโภค และบริโภค ได้แก่ ใช้ในเครื่องกรองน้ำ เครื่องปรับอากาศ เลนส์กล้อง และเครื่องสำอาง เป็นต้น

5. ซิลเวอร์นาโนถูกใช้ในบรรจุภัณฑ์ ทั้งการเคลือบหรือผลิตเป็นแผ่นฟิล์มเพื่อต้านเชื้อจุลินทรีย์ต่างๆที่เป็นสาเหตุของอาหารบูดเน่า โดยนิยมเติมลงไปในวัสดุบรรจุที่ความเข้มข้นประมาณร้อยละ 0.1-5 ของน้ำหนัก [4]

6. ซิลเวอร์นาโนถูกใช้เป็นส่วนผสมของงานสีต่างๆ อาทิ สีระบาย สีย้อม และสีทาบ้าน เป็นต้น เพื่อป้องกันเชื้อราไม่ให้ทำลายสีที่ระบายหรือทาไว้

เอกสารอ้างอิง
[1] เอื้อมพร เอี่ยมแพร, 2557, ประสิทธิภาพของพอลิยูรีเทนผสมนาโนซิลเวอร์-
ในการยับยั้งแบคทีเรียแกรมลบฉวยโอกาส, มหาวิทยาลัยบูรพา.
[2] วีรพณ ปฐวินทรานนท์, 2557, การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนาโนซิลเวอร์จากธรรมชาติ-
ในผลิตภัณฑ์ผ้าเช็ดทำความสะอาด, มหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวง.
[3] เอื้อมพร เอี่ยมแพร และคณะ, 2557, ประสิทธิภาพของพอลิยูรีเทนผสมนาโนซิลเวอร์-
ในการยับยั้งแบคทีเรียแกรมลบฉวยโอกาส, วารสารวิทยาศาสตร์บูรพา ฉบับพิเศษ, มหาวิทยาลัยบูรพา.
[4] ภาณุวัฒน์ สรรพกุล, 2547, การบรรจุอาหารแบบต่อต้านจุลินทรีย์, Thai Packaging Newsletter, 14 (2547) : 33-41.
[5] ฉัตรแก้ว จันทราภรณ์, 2553, ซิลเวอร์นาโน: การสังเคราะห์ การผลิต และประสิทธิภาพ-
ในการต้านแบคทีเรียของพลาสติกผสม, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ.

advertisement