ซิลเวอร์นาโน และประโยชน์ซิลเวอร์นาโน

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

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

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 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 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

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

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

ที่มา : https://www.siamchemi.com/ซิลเวอร์นาโน/