ไอออนิกซิลเวอร์ นวัตกรรมนาโนเทค สวทช. ทลายข้อจำกัดสู่ “สารฆ่าเชื้อทนร้อน ทนแสง”

เมื่อน้ำยาฆ่าเชื้อ กลายเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวัน ด้วยผลพวงจากการระบาดของโควิด-19 การค้นคว้าวิจัยสารฆ่าเชื้อต่าง ๆ ให้มีประสิทธิภาพดีขึ้น ตอบความต้องการใช้งานที่แพร่หลาย ก็มากขึ้นเช่นกัน นักวิจัยนาโนเทค สวทช. พัฒนา “ไอออนิกซิลเวอร์” ที่ทนความร้อนและแสง ลดข้อจำกัดเดิมที่มี เพิ่มโอกาสประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายขึ้น สามารถต่อยอดสู่สารฆ่าเชื้อทั่วไป หรือสารฆ่าเชื้อเฉพาะทาง อาทิ ผลิตภัณฑ์ฆ่าเชื้อ เครื่องมือแพทย์ อุตสาหกรรมสิ่งทอ ปศุสัตว์ ผลิตภัณฑ์สารเคลือบต่าง ๆบนพื้นผิว สารนำไฟฟ้า ลดการนำเข้า เพิ่มขีดความสามารถเพื่อแข่งขันในตลาดโลกด้วยนวัตกรรมไทย ตอบโมเดลเศรษฐกิจ BCG

โลหะต่าง ๆ เช่น เงิน (silver) ทองแดง (copper) และสังกะสี (zinc) มีคุณสมบัติในการต้านจุลชีพที่ดี (Anti-Microbial) โดยเฉพาะซิลเวอร์ไอออน (Silver ion; Ag+) ที่มีฤทธิ์ต่อต้านเชื้อแบคทีเรียได้ โดยซิลเวอร์ไอออนจะทำให้เอนไซม์ต่าง ๆ เสียสภาพด้วยการเข้าจับและทำให้ตกตะกอน นอกจากนี้ ยังสามารถฆ่าแบคทีเรียด้วยกลไกการยับยั้งโปรตีนบนเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้เซลล์ตาย ในขณะเดียวกัน เมื่อซิลเวอร์ไอออนเข้าไปในดีเอ็นเอ (DNA) ของแบคทีเรีย จะส่งผลให้ดีเอ็นเอเสียสภาพจากภายใน ทำให้เซลล์ไม่สามารถเพิ่มจำนวนได้โดยโลหะเงินจึงถือได้ว่าเป็นโลหะที่มีความปลอดภัย เนื่องจากเงินในสถานะโลหะถูกดูดซึมเข้าสู่ร่างกายมนุษย์เพียงเล็กน้อย โลหะเงินถูกนำไปใช้เป็นเครื่องใช้บนโต๊ะอาหารและฟันเทียมอย่างแพร่หลาย

ดร.วรายุทธ สะโจมแสง ทีมวิจัยนาโนเทคโนโลยีเพื่อสิ่งเเวดล้อม กลุ่มวิจัยวัสดุผสมและการเคลือบนาโน ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กล่าวว่า ทีมวิจัยนาโนเทคได้พัฒนาองค์ประกอบสำหรับการเตรียมสารประกอบซิลเวอร์ไอออนในรูปสารละลายใส ที่สามารถคงตัวได้ในสภาวะที่มีแสงและความร้อน ซึ่งเป็นการแก้ปัญหาของเกลือซิลเวอร์และอนุภาคนาโนซิลเวอร์ในปัจจุบัน ที่สารตั้งต้นของซิลเวอร์มักมาจากเกลือที่ละลายน้ำของซิลเวอร์ไนเตรต (silver nitrate) ซึ่งเมื่อละลายน้ำแล้วซิลเวอร์จะอยู่ในรูปของไอออนบวก มีลักษณะใส ไม่มีสี แต่ซิลเวอร์ที่อยู่ในรูปแบบไอออนบวก ที่เหมาะกับการใช้เป็นสารฆ่าเชื้อนั้นมีอายุการเก็บรักษาต่ำและไม่เสถียร จึงต้องมีการเติมสารเพื่อรักษาเสถียรสภาพของซิลเวอร์ไอออนบวกนี้ไว้ โดยมุ่งหวังให้ได้สารประกอบที่ยังคงมีลักษณะใสอยู่

อย่างไรก็ตามสารประกอบของซิลเวอร์ สามารถทำปฏิกิริยากับอากาศ แสงและความร้อน ทำให้ซิลเวอร์ไม่ละลายน้ำและเกิดเป็นตะกอนสีดำของซิลเวอร์ออกไซด์ (silver oxide) ดังนั้น เราจึงเห็นผลิตภัณฑ์ซิลเวอร์ไอออนบวกหรืออนุภาคนาโนซิลเวอร์ที่วางขายในปัจจุบัน จะต้องถูกบรรจุขายในภาชนะสีเข้มและทึบแสง นอกจากนี้ ซิลเวอร์ไอออนบวกยังมีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยากับหมู่ฟังก์ชันที่เป็นตัวให้อิเล็กตรอนซึ่งอาจลดฤทธิ์ต้านจุลชีพได้

“กระบวนการที่นักวิจัยนาโนเทคพัฒนาขึ้นนั้น นอกจากจะทำให้สามารถเตรียมสารประกอบซิลเวอร์ไอออนในรูปสารละลายใสที่สามารถคงตัวได้ในสภาวะที่มีแสงและความร้อน ยังมีเสถียรภาพที่ดี สามารถเก็บรักษาในภาชนะโปร่งแสงได้ โดยมีการคงสภาพเป็นสารละลายสีใสเป็นระยะเวลานานมากว่า 2 ปี และไม่พบการรวมตัวและตกตะกอน สามารถนำสารละลายมาทำให้แห้งและเก็บในรูปแบบผง และนำกลับมาละลายน้ำได้ โดยไม่เกิดปัญหาการรวมตัวกันของอนุภาค ด้วยเทคโนโลยีคีเลชัน โดยใช้สารคีเลติ้งเอเจนต์ (chelating agent) หรือสารอินทรีย์ธรรมชาติที่มีความจำเพาะต่อซิลเวอร์ไอออนด้วยพันธะทางเคมีในรูปของสารประกอบเชิงซ้อนหรือสารคีเลต”

เทคโนโลยีคีเลชันของซิลเวอร์ ซึ่งเป็นการใช้สารคีเลติ้งเอเจนต์ธรรมชาติ (natural chelating agent) ด้วยพันธะทางเคมีในรูปของสารประกอบเชิงซ้อนหรือสารคีเลตที่มีซิลเวอร์ไอออนถูกจับอยู่ในโมเลกุล ไม่เปิดโอกาสให้ประจุลบหรือสารอินทรีย์จากที่อื่นเข้าทำปฏิกิริยาจึงทำให้ไม่เกิดการตกตะกอน ซึ่งมีผลดีขึ้นจากเกลือซิลเวอร์เดิมคือ ทนทานต่อแสงโดยไม่เกิดการเปลี่ยนสีของสารละลาย ไม่เกิดการตกตะกอนหรือเกิดเป็นตะกอนสีดำ ทำให้บรรจุภัณฑ์ของสารละลายซิลเวอร์เป็นภาชนะโปร่งแสงได้, ทนทานต่ออากาศโดยไม่เกิดการเปลี่ยนสีของสารละลาย ไม่เกิดการตกตะกอนหรือเกิดเป็นตะกอนสีดำ ทำให้การใช้งานของสารละลายซิลเวอร์ในการเคลือบพื้นผิวได้กว้างขวางขึ้น สามารถสัมผัสกับอากาศได้ เช่น เมื่อพ่นสารละลายซิลเวอร์ลงบนพื้นผิวต่าง ๆ จะไม่เกิดตะกอนดำของซิลเวอร์ออกไซด์, ทนทานต่อความร้อน โดยไม่เกิดการเปลี่ยนสีของสารละลาย ไม่เกิดการตกตะกอนหรือเกิดเป็นตะกอนสีดำ ทำให้การใช้งานของสารละลายซิลเวอร์ได้กว้างขวางขึ้นในการขึ้นรูปร่วมกับพลาสติก พอลิเมอร์ หรือส่วนที่เป็นบรรจุภัณฑ์ หรือในส่วนของเส้นใยต่าง ๆ ที่ต้องใช้อุณหภูมิสูง

นอกจากนี้ ยังสามารถทำให้อยู่ในรูปของผงแห้งได้ โดยทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง (freeze dry) หรือการทำแห้งแบบพ่นฝอย (spray dry) ที่ต้องใช้อุณหภูมิสูง และสามารถนำกลับมาละลายน้ำเป็นสารประกอบซิลเวอร์ไอออนในรูปสารละลายใส โดยไม่ต้องเติมสารป้องกันการรวมตัวกันของอนุภาคซิลเวอร์ ทำให้การใช้งานของซิลเวอร์ในรูปผงแห้งได้กว้างขวางขึ้น รวมถึงเป็นสารที่อยู่ในรูปสารละลายใสไม่มีสี สามารถประยุกต์ใช้ในผลิตภัณฑ์ที่ไม่ต้องการสีจากซิลเวอร์นาโน

“นวัตกรรมสารประกอบคีเลตเทตซิลเวอร์ (chelated silver compound) ตามงานวิจัยนี้ ถูกออกแบบให้ไม่เป็นอันตราย (Design less hazardous chemical synthesis) ตามหลักการของ Green chemistry ซึ่งขั้นตอนการสังเคราะห์ง่ายไม่ซับซ้อน สามารถทำได้ที่อุณหภูมิห้อง เกิดปฏิกิริยาเร็ว ซึ่งประกอบไปด้วยเกลือซิลเวอร์ สารคีเลติ้งเอเจนต์ธรรมชาติ และตัวทำละลายเป็นน้ำ สามารถผลิตได้ในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งสามารถเตรียมความเข้มข้นของสารละลายซิลเวอร์ได้สูงมากว่า 10,000 ppm มีรูปทรงเป็นทรงกลม และสามารถต่อยอดนำไปใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ หรือเป็นองค์ประกอบในผลิตภัณฑ์ได้ เช่น น้ำยาฆ่าเชื้อบนพื้นผิวของวัสดุต่าง ๆ ดังเช่น เครื่องมือแพทย์ ผ้าปิดแผลหรือวัสดุฝังในร่างกาย ฐานฟันเทียม เส้นใยต่าง ๆ เป็นองค์ประกอบผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อ หมึกนำไฟฟ้า เป็นต้น เป็นทางเลือกใหม่ ที่สามารถเทียบเคียง ทดแทนสารฆ่าเชื้อกลุ่มซิลเวอร์ไอออนที่นำเข้าจากต่างประเทศ ในราคาที่แข่งขันได้ สร้างโอกาสให้กับธุรกิจไทย ตอบโมเดลเศรษฐกิจ BCG รวมถึงเสริมความเข้มแข็งทางด้าน วทน. ของไทยอย่างยั่งยืนอีกด้วย”

“ไอออนิกซิลเวอร์ที่ทนความร้อนและแสงในรูปสารละลายใสไม่มีสีและผงแห้ง” ได้รับสิทธิบัตรการประดิษฐ์เรื่อง องค์ประกอบสำหรับการเตรียมสารประกอบซิลเวอร์ไอออนในรูปสารละลายใส ที่สามารถคงตัวได้ในสภาวะที่มีแสงและความร้อน และกรรมวิธีการเตรียมสารประกอบซิลเวอร์ไอออนในรูปสารละลายใสดังกล่าวแล้ว และพร้อมสำหรับการถ่ายทอดเทคโนโลยีให้กับผู้ที่สนใจ ทั้งบริษัทเอกชน และบริษัทสตาร์ตอัปที่ผลิตสารฆ่าเชื้อทั่วไปหรือทางการแพทย์ ผลิตภัณฑ์ฆ่าเชื้อ เครื่องมือแพทย์ อุตสาหกรรมสิ่งทอ ปศุสัตว์ ผลิตภัณฑ์สารเคลือบต่าง ๆ บนพื้นผิว สารนำไฟฟ้า เป็นต้น