นาโนเทคโนโลยี  นาโนเทคโนโลยีจากระบบธรรมชาติสู่การสังเคราะห์ นาโนเทคโนโลยีโดยการสังเคราะห์ (4)
 
 
 
          เดนไดรเมอร์เป็นโครงสร้างนาโนที่เป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์  มีโครงสร้างเป็นลักษณะแบบแตกแขนงมากมายออกไปในแนวระนาบ (ลักษณะคล้ายกับต้นไม้ที่มีกิ่งก้านสาขามากมาย) โดยการแตกแขนงนั้นจะมีความสมมาตรในรัศมี  และมีขนาดเดียวกัน จนสุดท้ายกลายเป็นโครงสร้างทรงกลมสามมิติที่มีความเสถียร และมีปริมาตรพื้นที่ผิวสูงมาก
 
ลักษณะโครงสร้างของเดนไดรเมอร์
 
          โครงสร้างของเดนไดรเมอร์ประกอบด้วยส่วนสำคัญทั้งสิ้น 3 ส่วน ซึ่ง เกิดขึ้นจากการสังเคราะห์พอลิเมอร์อย่างเป็นลำดับ  ได้แก่ แกนกลาง (initiator core) ซึ่งจะแขนงย่อย (branching unit) แตกขยายออกมาอย่างซ้ำๆ เป็นแนวรัศมี จนกระทั่งสิ้นสุดที่ผิวชั้นนอกสุดที่เป็นหมู่ปลายสุด (terminal group)
 
ส่วนประกอบในโครงสร้างของเดนไดรเมอร์
 
          อันเนื่องจากการก่อร่างขึ้นมาจากการการแตกแขนงกิ่งก้านในแต่ละขั้นตอน  จึงทำให้โมเลกุลของเดนไดรเมอร์ประกอบตัวเป็นมิติของลำดับชั้นขึ้นมาเรื่อยๆ   ดังนั้นความหนาแน่นของโมเลกุลเดนไดรเมอร์จึงเพิ่มขึ้นตามการเติบโตจากการแตกแขนงนี้ด้วย
 
เดนไดรเมอร์ของคาร์โบไซเลนแบบชั้นเดียว (monolayer of carbosilane dendrimers)
ที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นมา  มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 นาโนเมตร  และแตกกระจายออกมารวมทั้งสิ้น 9 ครั้ง
 
          คุณสมบัติของเดนไดรเมอร์ถูกกำหนดโดยหมู่ฟังก์ชัน (functional group) ที่อยู่บริเวณพื้นผิวของโมเลกุล ตัวอย่างเช่น เดนไดรเมอร์จะสามารถละลายน้ำได้ถ้าหมู่ปลายสุดของเดนไดรเมอร์นั้นเป็นหมู่ที่ชอบน้ำ (hydrophilic group) และจากความสามารถนี้มีความเป็นไปได้ที่จะนำเดนไดรเมอร์มาประยุกต์ใช้งานทางการแพทย์  เพื่อ ใช้ในระบบการนำส่งยา (drug delivery system) เข้าสู่ภายในร่างกายของผู้ป่วยโดยตรง  โดยใช้เดนไดรเมอร์เป็นโมเลกุลขนส่งตัวยาที่ตัวยาเป็นสารของหมู่ที่ไม่ชอบน้ำ (hydrophobic group) ทำการบรรจุตัวยาเข้าไปไว้ภายในโครงสร้างของเดนไดรเมอร์ และเมื่อเดนไดรเมอร์เคลื่อนที่ไปถึงตำแหน่งเป้าหมายที่ต้องการจะรักษา  โมเลกุลของเดนไดรเมอร์ก็จะถูกกระตุ้นให้หมู่ปลายสุดเกิดการแตกตัวเป็นประจุออกมา  และหลังจากนั้นตัวยาที่ถูกบรรจุไว้ภายในก็จะถูกปล่อยออกเพื่อเข้าทำปฏิกิริยากับตำแหน่งเป้าหมายได้อย่างถูกต้อง 
 
 
          การนำเดนไดรเมอร์มาประยุกต์ใช้ทางด้านการแพทย์นั้น ได้มีการพัฒนาเป็นเทคโทเดนไดรเมอร์ (tectodendrimer) เพื่อประยุกต์ใช้ในการรักษาโรคมะเร็งภายในร่างกายของผู้ป่วย เทคโทเดนไดเมอร์มีขนาดเล็กมากในระดับนาโนเมตรจนสามารถเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ และสามารถปฏิบัติหน้าที่ที่จำเป็นในการรักษาโรคมะเร็งได้หลายหน้าที่พร้อมกันด้วยตนเอง ส่วนประกอบหลักของเทคโทเดนไดเมอร์มี 5 ส่วนหลัก โดยชิ้นส่วนย่อยแต่ละส่วนประกอบถูกสังเคราะห์ขึ้นจากเดนไดเมอร์ ซึ่งมีลักษณะเป็นทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 5 นาโนเมตรเท่านั้น โดย แต่ละส่วนประกอบก็ทำหน้าที่ที่แตกต่างกันออกไปในการรักษามะเร็ง
 
 
 
          เมื่อกล่าวถึงท่อนาโน (nanotube) โดยมากแล้วมักจะถูกเรียกกันจนเคยชินว่าท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) ทำให้เข้าใจกันว่า ท่อนาโนสามารถถูกสร้างขึ้นมาได้จากโมเลกุลของคาร์บอนเพียงอย่างเดียวเท่านั้น แต่จริงๆ แล้ว ท่อนาโนสามารถสร้างขึ้นมาจากโมเลกุลประเภทอื่นๆ ก็ได้เช่นเดียวกัน และยังแสดงคุณสมบัติพิเศษที่น่าสนใจได้ไม่แพ้กันเลยทีเดียว หนึ่งในนั้นที่ได้มีการศึกษาและสร้างขึ้นมาแล้วก็คือ  ท่อนาโนที่ทำจากโมเลกุลของพอร์ไฟริน (porphyrin)
 
          ท่อนาโนพอร์ไฟริน (porphyrin nanotube)   เป็นโครงสร้างนาโนที่ได้จากการสังเคราะห์โดยการนำเอาโมเลกุลของพอร์ไฟลิน  มาจัดเรียงตัวกันให้เกิดเป็นโครงสร้างรูปท่อที่มีขนาดอยู่ในระดับนาโนเมตร  และยังสามารถที่จะนำเอาโมเลกุลของโลหะหรือวัสดุกึ่งตัวนำ  มาประกอบเข้าด้วยกันที่บริเวณพื้นผิวผนังด้านนอก  และด้านในที่เป็นรูกลวงของท่อเข้าเป็นโครงสร้างนาโนร่วมกัน โดยโมเลกุลของพอร์ไฟรินนั้นเป็นส่วนประกอบของโมเลกุลที่สำคัญในสิ่งมีชีวิต  เช่น  ฮีโมโกลบิน  ไซโตโคม (cytochrome)   และในระบบถ่ายทอดอิเล็กตรอน (electron transport chain)  
 
เค้าโครงโมเลกุลพอร์ไฟรินที่ได้จากเครื่อง AFM
 
          ท่อนาโนพอร์ไฟรินถูกสังเคราะห์ขึ้นมาครั้งแรกโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยจอร์เจีย (University of Georgia) ที่ชื่อ จงชุน หวัง (Zhongchun Wang) โดยได้เป็นโครงสร้างนาโนของท่อนาโนพอร์ไฟรินที่มีลักษณะเป็นท่อกลวง โดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่ออยู่ในช่วงระหว่าง 50-70 นาโนเมตร และผนังของท่อมีความหนาประมาณ 20 นาโนเมตรเท่านั้นเอง
 
ลักษณะของท่อและภาคตัดขวางของท่อนาโนพอร์ไฟริน
ท่อนาโนพอร์ไฟรินที่อยู่ในสารละลาย
 
          ท่อนาโนพอร์ไฟรินถูกประกอบขึ้นมาจากโมเลกุลของพอร์ไฟริน 2 ชนิดที่มีประจุตรงข้ามกัน  ซึ่งเมื่อแยกออกจากกันโมเลกุลของพอร์ไฟรินทั้ง 2 ชนิดจะอยู่ในรูปของสารละลาย แต่เมื่อผสมสารละลายทั้งสองชนิดเข้าด้วยกัน  โมเลกุลของพอร์ไฟรินทั้งสองชนิดจะจัดเรียงตัวเอง  ด้วยแรงระหว่างประจุที่กระทำต่อกันเข้าเป็นโครงสร้างโดยสลับกัน  จนสุดท้ายเกิดเป็นโครงสร้างของท่อนาโนพอร์ไฟรินขึ้นมาได้ภายใต้สภาวะของอุณหภูมิธรรมดาเท่านั้น (ซึ่งแตกต่างจากท่อนาโนคาร์บอนที่เกิดขึ้นจากพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมคาร์บอนที่อุณหภูมิสูงๆ) และคุณสมบัติที่โดดเด่นของท่อนาโนพอร์ไฟริน  คือ  สามารถออกแบบโครงสร้างให้มีคุณสมบัติเชิงแสงและเชิงไฟฟ้าได้หลากหลาย และสามารถดัดแปลงให้เกิดการจัดเรียงตัวในรูปแบบต่างๆ กันได้ เพื่อตอบสนองต่อการนำมาใช้งานในลักษณะของการเป็นอุปกรณ์นาโนในแบบต่างๆ ได้เป็นอย่างดี
 
 
       ท่อนาโนพอร์ไฟรินบางชนิดยังเป็นโครงสร้างนาโนที่มีคุณสมบัติในการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา  การเกิดโครงสร้างของโลหะที่บริเวณพื้นผิวของท่อได้ด้วย  ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการสร้างอุปกรณ์นาโนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น เมื่อผสมท่อนาโนพอร์ไฟรินลงในสารละลายที่มีไอออนของแพลทตินัมกับทองคำ  แล้วนำสารละลายนี้ไปรับกับแสงอาทิตย์ ท่อนาโนพอร์ไฟรินจะรีดิวซ์ไอออนที่อยู่ในสารละลายให้ กลายเป็นโลหะแพลทตินัมถูกฉาบเคลือบอยู่บริเวณโดยรอบของผิวด้านนอกของท่อ ในขณะที่แท่งนาโนของโลหะทองคำจะถูกฉาบเคลือบอยู่ภายในท่อ ทำให้ท่อนาโนพอร์ไฟรินนั้นมีคุณสมบัติในการทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนได้เมื่อโดนแสง และถ้านำเอาอนุภาคนาโนที่ฉาบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา  ที่สามารถทำให้เกิดก๊าซออกซิเจนได้มายึดติดเข้ากับอนุภาคของทองคำ  ที่บริเวณส่วนปลายของท่อนาโนพอร์ไฟริน จะทำให้อนุภาคที่อยู่บริเวณปลายท่อและโครงสร้างที่เป็นแท่งของทองคำที่อยู่ในท่อนั้น นอกจากจะเป็นตัวนำอิเล็กตรอนระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองแล้ว ยังเป็นตัวป้องกันไม่ให้ก๊าซที่เกิดขึ้นทั้งสองชนิด (ก็คือก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจน) ที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับอีกด้วย ดังนั้นภายหลังความสำเร็จในการค้นพบนี้  นักวิทยาศาสตร์จึงมีแนวคิดที่จะนำมาเป็นแนวทางในการผลิตเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจน  โดยการผลิตไฮโดรเจนจากการใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยตรงมาแยกน้ำให้กลายเป็นไฮโดรเจน  และออกซิเจน เพื่อป้อนให้กับเซลล์เชื้อเพลิงได้ ซึ่งในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังทำการค้นคว้า  และพัฒนาเพื่อให้ใช้งานได้จริงโดยเร็วที่สุด
 
เส้นลวดนาโนของทองคำที่กำลังสร้างตัวขึ้นภายในท่อนาโนพอร์ไฟริน
 

คำศัพท์คณิตศาสตร์ที่น่าสนใจ

หมวด : | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

    ศัพท์เคมี    ศัพท์คณิตศาสตร์   ศัพท์ฟิสิกส์   

  บทความวิทยาศาสตร์      ศัพท์ชีววิทยา      สื่อการสอนฟิสิกส์      ศัพท์วิทยาศาสตร์

พจนานุกรมเสียง 1   แมว    วัว 1    วัว 2    วัว 3   

เหมียว   แกะ     พจนานุกรมภาพการ์ตูน

พจนานุกรมภาพเคลื่อนไหว   ดนตรี  Bullets แบบ JEWEL 

พจนานุกรมภาพต่างๆ  ภาพเคลื่อนไหวของสัตว์ต่างๆ  โลกและอวกาศ

อุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ

 

การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

 

 1. ไฟฟ้าสถิต   2.  สนามไฟฟ้า   3. ความกว้างของสายฟ้า 

4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 

5. ศักย์ไฟฟ้า   6. กระแสไฟฟ้า  7. สนามแม่เหล็ก   8.การเหนี่ยวนำ

9. ไฟฟ้ากระแสสลับ   10. ทรานซิสเตอร์  11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม   

15. โครงสร้างของอะตอม   16. นิวเคลียร์   

17. การสอนไฟฟ้าแม่เหล็กของมหาวิทยาลัยรังสิต

กลับหน้าสารบัญ

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์