นักวิจัย สกว. พัฒนาเซ็นเซอร์ทรายดูดซับสารพิษปนเปื้อน ใช้ประโยชน์ในภาคอุตสาหกรรม – ประชาชนทั่วไป เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม


“ซิลิกา (Silica)” หรือ “ซิลิกอนออกไซด์ (Silicon Oxide)” เป็นสารประกอบอนินทรีย์ในกลุ่มเซรามิกที่พบมากที่สุดในโลก ถูกพบมากในรูปทราย อิฐ หิน ดิน และมีการนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเคมีอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีคุณสมบัติในการดูดซับและแยกสารให้บริสุทธิ์ได้ อย่างไรก็ตามกลไกการดูดซับของสารเคมีด้วยซิลิกายังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยไทยจึงพัฒนาโครงสร้างทางเคมีโมเลกุลต้นแบบของซิลิกาเพื่อศึกษากลไกการดูดซับทางเคมี และพัฒนาต่อยอดเป็นนวัตกรรมให้ซิลิกาทำได้มากกว่าการดูดซับสารเคมี แต่ยังเป็นเซ็นเซอร์ (Sensor) ที่สามารถแสดงผลให้เห็นด้วยตาเปล่าได้ด้วยว่าสารเคมีที่ปนเปื้อนคือสารอะไร

การแสดงผลของเซ็นเซอร์
การแสดงผลของเซ็นเซอร์

รศ.ดร.วุฒิชัย เอื้อวิทยาศุภร อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล นักวิจัยสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) เผยผลงานนวัตกรรม “โมเลกุลกรงซิลิกา (Silica Molecular Cages) สู่การตรวจวัดเซ็นเซอร์รูปแบบใหม่” ซึ่งเป็นการออกแบบวัสดุอัจฉริยะ (Smart Material) ให้มีโครงสร้างทางเคมีใกล้เคียงกับซิลิกามากที่สุด และสามารถเรืองแสง (Fluorescence) ได้ จากการทำปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างโมเลกุลกรงซิลิกากับสารอินทรีย์เรืองแสง นำไปสู่การพิสูจน์กลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับสารต่าง ๆ ที่มีประจุลบ (Anions) เช่น ฟลูออไรด์ (Fluoride), ไซยาไนด์ (Cyanide), ฟอสเฟต (Phosphate) และไฮดรอกไซด์ (Hydroxide) ซึ่งเมื่อนำโมเลกุลกรงที่ถูกดัดแปลงทางเคมีเรืองแสงมาทำการดูดซับสารเหล่านี้ในของเหลวที่ทำการทดสอบแล้ว เซ็นเซอร์จะแสดงผลโดยการเรืองแสงและมีสีสันที่เปลี่ยนแปลงไปให้สามารถเห็นได้ด้วยตาเปล่า

รศ.ดร.วุฒิชัย เอื้อวิทยาศุภร (กลาง) อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล นักวิจัย สกว. และทีมวิจัย
รศ.ดร.วุฒิชัย เอื้อวิทยาศุภร (กลาง) อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล นักวิจัย สกว. และทีมวิจัย

“ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ใช้ซิลิกาในการดูดซับและแยกสสารให้บริสุทธิ์ โดยทราบเพียงว่ายิ่งสสารมีขั้วมากย่อมถูกดูดซับด้วยซิลิกามากขึ้นเท่านั้น แต่กลไกการดูดซับที่ลึกซึ้งในระดับโมเลกุลยังไม่ทราบแน่ชัด และที่ผ่านมายังมีงานวิจัยน้อยชิ้นที่สามารถอธิบายถึงโครงสร้างโมเลกุลที่แท้จริงของซิลิกาที่เหมาะสมกับการดูดซับทางเคมีของสสารแต่ละชนิดได้ จึงได้นำเรื่องนี้มาศึกษาต่อจนพบว่า ซิลิกามีความสามารถในการดูดซับจำเพาะกับสารประเภทไหน’ และยังได้ดัดแปลงโครงสร้างทางโมเลกุลให้สามารถแสดงผลการดูดซับให้เห็นได้ด้วยตาเปล่า” รศ.ดร.วุฒิชัย กล่าว

ภาพโครงสร้างทางเคมีแสดงให้เห็นการทำปฏิกิริยา
ภาพโครงสร้างทางเคมีแสดงให้เห็นการทำปฏิกิริยา

โดยซิลิกาที่ดัดแปลงโครงสร้างนั้นจะแสดงผลจำเพาะกับสารที่ดูดซับ ซึ่งในตอนนี้สารที่สามารถดูดซับแล้วแสดงผลได้มี 2 สาร คือ สารฟลูออไรด์ (Fluoride) และสารไซยาไนด์ (Cyanide) ซึ่งมักพบการปนเปื้อนสารเหล่านี้ได้ตามอุตสาหกรรมเหมืองแร่ ถลุงแร่ โดยในอนาคตจะมีการพัฒนาต่อยอดให้เหมาะสมแก่การใช้งานทั่วไป คือ สามารถตรวจวัดการปนเปื้อนในแหล่งน้ำธรรมชาติได้โดยตรง การทำตัวชี้วัดว่าสารที่ดูดซับมาได้นั้นมีความเข้มข้นมากน้อยเพียงใด มีค่าเกินมาตรฐานแล้วหรือไม่ หรือแม้กระทั่งสามารถตรวจสอบสารเคมีประเภทอื่นๆ ได้แก่ โลหะหนัก

การค้นพบข้อมูลใหม่เกี่ยวกับความสามารถของซิลิกาและการคิดค้นนวัตกรรมดังที่กล่าวในข้างต้น ได้ตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสาร Chemical Science ในฉบับเดือนตุลาคม ปี 2561 เพื่อเป็นประโยชน์แก่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกเป็นที่เรียบร้อยแล้ว

ผลงานเซ็นเซอร์ได้รับเลือกขึ้นปกวารสาร Chemical Science ฉบับเดือนตุลาคม 2561 เพื่อประโยชน์แก่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก
ผลงานเซ็นเซอร์ได้รับเลือกขึ้นปกวารสาร Chemical Science ฉบับเดือนตุลาคม 2561 เพื่อประโยชน์แก่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก

“ในอนาคตงานวิจัยชิ้นนี้จะเป็นประโยชน์ทั้งแก่ระดับอุตสาหกรรม เพื่อใช้ในการตรวจสอบและบำบัดสารเคมีที่ปนเปื้อนก่อนปล่อยลงสู่แหล่งน้ำ และจะเป็นประโยชน์แก่ระดับประชาชนทั่วไปในการตรวจสอบและบำบัดคุณภาพน้ำก่อนนำมาใช้ในการอุปโภคและบริโภคอีกด้วย โดยเซ็นเซอร์ชนิดนี้เป็นนวัตกรรมวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สามารถปล่อยคืนสู่ธรรมชาติได้ (Eco-friendly Material) ซึ่งหากมีภาคธุรกิจสนใจที่จะพัฒนาเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ต่อในแง่มุมต่าง ๆ ทางทีมวิจัยก็พร้อมที่จะพัฒนางานให้ตอบโจทย์การใช้งานร่วมกัน” รศ.ดร.วุฒิชัย กล่าวทิ้งท้าย