ปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเป็นหนึ่งในตัวการสำคัญที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศของโลกหรือภาวะโลกร้อน  ส่งผลให้นักวิจัยจาก University of California, Los Angeles (UCLA) สนใจที่จะนำแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศกลับมาใช้ประโยชน์ด้วยการเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีให้กลายเป็นเชื้อเพลิงเหลวโดยใช้กลไกทางชีวเคมีของแบคทีเรียที่ผ่านการตัดต่อพันธุกรรม

สายพันธุ์แบคทีเรียที่นักวิจัยให้ความสนใจ คือ Synechoccus elongates ซึ่งเป็นแบคทีเรียสีเขียวแกมน้ำเงินที่สามารถตรึงแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในเซลล์ได้ดี เมื่อแบคทีเรียสายพันธุ์ดังกล่าวผ่านการตัดต่อพันธุกรรมสามารถผลิตสารไอโซบิวทีรัลดีไฮด์ (Isobutyraldehyde) โดยการรับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในเซลล์ควบคู่กับการกระตุ้นจากพลังงานแสงอาทิตย์คล้ายกันกับการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

ไอโซบิวทีรัลดีไฮด์ที่แบคทีเรียสร้างขึ้นเป็นสารที่มีจุดเดือดต่ำ (63 องศาเซลเซียส) จึงสามารถสกัดออกจากเซลล์ได้ง่าย เมื่อสกัดสารออกจากเซลล์แบคทีเรียได้แล้วสามารถใช้เทคโนโลยีตัวเร่งปฏิกิริยาในปัจจุบันเปลี่ยนไอโซบิวทีรัลดีไฮด์ให้กลายเป็นสารไอโซบิวทานอล (Isobutanol) ซึ่งมีสมบัติเป็นเชื้อเพลิงเหลวได้

แม้ว่าแบคทีเรียที่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรมจะสามารถผลิตไอโซบิวทานอลได้เองในปริมาณเล็กน้อย แต่นักวิจัยยังคงให้ความสนใจในการพัฒนาสายพันธุ์แบคทีเรียโดยเน้นการผลิตไอโซบิวทีรัลดีไฮด์เป็นหลัก เนื่องจากไอโซบิวทีรัลดีไฮด์สามารถผลิตได้ในอัตราที่สูงกว่า และยังนำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตเคมีภัณฑ์อื่นๆ ได้อีกด้วย

โดยสรุปแล้ว นอกจากต้นทุนการผลิตที่ต่ำเมื่อนำไปประยุกต์ใช้ในภาคอุตสาหกรรมเนื่องจากใช้เพียงพลังงานจากแสงอาทิตย์เท่านั้น การผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากแบคทีเรียยังสามารถลดปัญหาปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศได้อีกทางหนึ่งด้วย

อ้างอิง: S. Atsumi et al, Nature Biotechnology, 2009, 27(12), p1177.

ทุกวันนี้บทบาทของนาโนเทคโนโลยีได้เข้ามามีส่วนร่วมในชีวิตของทุกคนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และดูเหมือนว่ากระแสการนำวัสดุนาโนมาประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์จะมีความก้าวหน้ามากขึ้นทุกวัน ล่าสุดได้มีนักวิจัยนำอนุภาคนาโนของซิลิกา (nano silica) มาใช้ในการป้องกันฟันผุได้แล้ว

ศาสตราจารย์ไอกอร์ โซโคลอฟ แห่งมหาวิทยาลัยคลาร์คสัน (Igor Sokolov, Clarkson University) ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้พัฒนาวัสดุสำหรับขัดชั้นเคลือบฟัน (enamel) ให้มีความเรียบในระดับสูงได้ โดยใช้วิธีการเดียวกับการขัดพื้นผิวของสารกึ่งตัวนำด้วยอนุภาคนาโนซิลิกา (silica nanoparticles)

ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์ AFM  (ซ้าย) พื้นผิวของฟันที่เต็มไปด้วยแบคทีเรีย S. mutans 
(ขวา) พื้นผิวของฟันที่ขัดด้วยอนุภาคนาโนซิลากามีความขรุขระน้อยมากจนแบคทีเรียไม่สามารถยึดเกาะได้

อนุภาคนาโนซิลิกาที่เตรียมขึ้นมีขนาดเล็กกว่าเม็ดทรายประมาณ 100,000 เท่า ซึ่งสามารถนำมาใช้ขัดพื้นผิวของชั้นเคลือบฟันให้มีความเรียบในระดับสูงได้ เมื่อนำฟันที่ขัดด้วยอนุภาคดังกล่าวมาทดสอบกับแบคทีเรีย Streptococcus mutans ซึ่งเป็นตัวการหลักที่ทำให้เกิดฟันผุ พบว่าสภาพพื้นผิวที่มีความขรุขระน้อยมากไม่สามารถทำให้แบคทีเรียดังกล่าวยึดติดอยู่บนพื้นผิวได้ เมื่อแบคทีเรียไม่สามารถใช้ชีวิตอยู่บนฟันของเราได้ กรดแลคติก (lactic acid) ที่แบคเรียผลิตขึ้นมาก็ไม่สามารถทำอันตรายต่อชั้นเคลือบฟันของเราได้อีกต่อไป 

มีความเป็นไปได้ว่าในอนาคตเราอาจเห็น “ยาสีฟันนาโน” วางขายอยู่ตามท้องตลาดก็ได้ หรือแม้แต่คลีนิกทันตกรรมก็อาจหันมาให้ความสำคัญกับการขัดฟันด้วยอนุภาคนาโนเพื่อป้องกันฟันผุให้กับเด็กๆ ได้ด้วย 

เนื้อหาข่าว: www.ScienceDaily.com
ภาพประกอบ: Clarkson University

หากเราเข้าไปตามเว็บบอร์ดต่างๆ แล้วเหลือบมองดูโฆษณาแฝงที่เต็มไปด้วยข้อความชวนเชื่อต่างๆ นอกจากโฆษณาลดความอ้วนที่ยังคงได้รับความสนใจจากผู้คนส่วนมาก เรายังจะพบกับกระแส “กลูตาไธโอน” ดังเช่นข้อความต่อไปนี้

“อยากผิวสวยเหมือนดารา กลูตาไธโอนช่วยคุณได้”
“ผิวขาวสวยทั่วเรือนร่าง เห็นผลทันตาใน 3 วัน ด้วยกลูตาไธโอนแบบฉีด”
“ขาวอมชมพูแบบพริตตี้ ด้วยกลูตาไธโอนเพียว 100%”

แล้วกลูตาไธโอนคืออะไรกันแน่…มันสามารถทำให้ผิวขาวขึ้นได้จริงหรือ..?

กลูตาไธโอน (glutathione) เป็นสารประกอบชนิดหนึ่งที่ร่างกายสร้างขึ้นได้เอง มีหน้าที่ในการช่วยขจัดสารพิษที่ไม่ละลายน้ำออกจากร่างกายโดยการทำงานร่วมกับตับ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระโดยใช้หมู่ไธออล (-SH) ในการรีดิวซ์อนุมูลอิสระชนิดต่างๆ ได้เป็นอย่างดี

สารกลูตาไธโอนได้รับการรับรองในการใช้เป็นยารักษาโรคที่เกี่ยวกับระบบประสาทบกพร่อง เช่น โรคพาร์คินสัน ด้วยการฉีดเข้าเส้นหรือเข้าที่กล้ามเนื้อ โดยสารดังกล่าวจะช่วยกระตุ้นเซลล์ประสาทในการตอบสนองต่อสารโดปามีน (dopamine) ในสมอง  การใช้สารกลูตาไธโอนในการรักษาโรคมีผลข้างเคียงที่ทำให้ผู้ใช้ยามีสีผิวที่จางลงจึงทำให้มีผู้คิดนำสารดังกล่าวมาใช้เป็นตัวยาเพื่อหวังผลให้ผู้ใช้มีสีผิวที่ขาวขึ้น

โดยทั่วไปสีผิวของมนุษย์เกิดจากการที่เม็ดสีที่เรียกว่าเมลานิน (melanin) ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ประเภทหนึ่งกระจายตัวอยู่ในชั้นผิว เม็ดสีที่อยู่ในผิวหนังถูกผลิตขึ้นจากกรดอะมิโนที่ชื่อว่าไทโรซีน (tyrosine) ซึ่งสามารถสร้างเม็ดสีได้เป็นสองชนิด คือ ยูเมลานิน (eumelanin) และ ฟีโอเมลานิน (pheomelanin)

ปริมาณของเม็ดสีทั้งสองชนิดที่กระจายตัวในผิวหนังจะมีมากหรือน้อยเป็นลักษณะทางพันธุกรรมที่ถ่ายทอดและวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษ โดยที่ ยูเมลานิน เป็นเม็ดสีที่พบมากในคนผิวสีเข้ม ซึ่งส่วนใหญ่อาศัยอยู่ใกล้บริเวณเส้นศูนย์สูตรซึ่งมีความเข้มของรังสี UV มาก ในขณะที่ ฟีโอเมลานิน เป็นเม็ดสีที่พบมากในคนผิวขาว ซึ่งได้รับปริมาณของรังสี UV น้อยกว่า ทั้งนี้นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งสมมุติฐานเกี่ยวกับเม็ดสีทั้งสองชนิดไว้ว่า ยูเมลานินน่าจะทำหน้าที่ป้องกันอันตรายจากรังสี UV ที่จะทำให้ DNA เกิดการเปลี่ยนแปลงจนนำไปสู่การเกิดเซลล์มะเร็งนั่นเอง

สารกลูตาไธโอนที่เข้าไปในร่างกายไม่ว่าจะด้วยการฉีดหรือการรับประทาน (มีหลักฐานยืนยันว่าสารกลูตาไธโอนไม่สามารถถูกดูดซึมจากการะเพาะอาหารได้) จะทำหน้าที่กระตุ้นให้กรดอะมิโนไทโรซีนเปลี่ยนรูปไปเป็นฟีโอเมลานินในปริมาณที่มากขึ้น หรือกล่าวได้อีกนัยหนึ่งว่าสารกลูตาไธโอนจะเปลี่ยนเม็ดสียูเมลานินให้กลายเป็นฟีโอเมลานินซึ่งส่งผลให้ผู้ที่ได้รับสารดังกล่าวมีสีผิวที่ขาวขึ้น

อย่างไรก็ตาม แม้ว่ากลูตาไธโอนจะช่วยให้ “ผิวขาวสวยทั่วเรือนร่าง เห็นผลทันตาใน 3 วัน” เหมือนดังคำโฆษณา แต่ก็ยังไม่มีผู้ใดออกมาพิสูจน์ว่าสารดังกล่าวจะเป็นอันตรายต่อร่างกายมากน้อยเพียงใด

การมีผิวคล้ำใช่ว่าจะมีผลเสียเสมอไปแต่กลับมีผลดีด้วยซ้ำ เพราะสามารถป้องกันรังสี UV ได้ และที่สำคัญ…คนผิวคล้ำมีความเสี่ยงต่อการเป็นมะเร็งน้อยกว่าคนผิวขาวเสียด้วย

นอกจากเข็มขัดนิรภัยที่ทำหน้าที่ป้องกันอันตรายที่เกิดขึ้นจากการขับรถยนต์แล้ว อุปกรณ์สำคัญอีกอย่างหนึ่งที่มีอยู่ในรถยนต์แทบทุกคนก็คืออุปกรณ์ที่เรียกว่า “ถุงลมนิรภัย” หรือที่เรียกเป็นภาษาอังกฤษว่า “airbag” ซึ่งสามารถลดแรงกระแทกระหว่างลำตัวและศีรษะกับพวงมาลัยที่เกิดขึ้นจากการเบรคอย่างกระทันหันได้ จนกระทั่งผู้ผลิตรถยนต์ต้องเพิ่มจำนวนถุงลมนิรภัยไว้ในตำแหน่งต่างๆ เพื่อเป็นสิ่งยืนยันในความปลอดภัยภายในรถยนต์ที่ผลิตขึ้น

ถุงลมนิรภัยทำมาจากถุงไนลอนหรือโพลีเอไมด์ที่บรรจุแก๊สไนโตรเจนไว้ภายใน โดยทั่วไปจะบรรจุแก๊สได้ประมาณ 60-70 ลิตร ซึ่งจะพองตัวอย่างรวดเร็วเมื่อมีแรงกระแทกเกิดขึ้น หลายคนอาจสงสัยว่าแก๊สปริมาณมากขนาดนั้นถูกเก็บไว้ตรงส่วนไหนของรถยนต์ แต่ในความจริงแล้วแก๊สไนโตรเจนที่ใช้บรรจุในถุงไม่ได้ถูกเก็บไว้ในรูปของแก๊ส แต่อยู่ในรูปของของแข็งที่ชื่อว่าโซเดียมเอไซด์ (sodium azide, NaN3) ที่บรรจุไว้ในส่วนที่เรียกว่า inflator ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยาสลายตัวกลายเป็นโลหะโซเดียมและแก๊สไนโตรเจนเมื่อได้รับความร้อนจากตัวตรวจจับการชน (crash sensor)

 ปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้โซเดียมเอไซด์สลายตัวไปเป็นแก๊สไนโตร (สมการที่ 1) จะเกิดขึ้นเมื่อได้รับความร้อนประมาณ 300 องศาเซลเซียสที่แปลงมาจากสัญญาณไฟฟ้าจากตัวตรวจจับการชน แต่เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นมีโลหะโซเดียม (Na) ซึ่งเป็นอันตรายรวมอยู่ด้วย เพื่อป้องกันอันตรายที่เกิดขึ้นจากโลหะโซเดียมซึ่งจะเกิดการระเบิดเมื่อสัมผัสกับความชื้นจึงมีการเพิ่มสารเคมีอีกตัวหนึ่งเข้าไปทำปฏิกิริยากับโซเดียมที่เกิดขึ้นในทันที สารเคมีดังกล่าวก็คือโพแทสเซียมไนเตรท (potassium nitrate, KNO3) ซึ่งจะได้ผลิตภัณฑ์เป็นโพแทสเซียมออกไซด์และโซเดียมออกไซด์ที่มีอันตรายน้อยลง และยังได้แก๊สไนโตรเจนเพิ่มขึ้นมาอีกด้วย (สมการที่ 2)

หากรวมสมการที่ 1 และ 2 เข้าด้วยกัน จะสามารถคำนวณได้ว่าสารประกอบโซเดียมเอไซด์ 1 โมล จะสามารถสลายตัวเป็นแก๊สไนโตรเจนได้ทั้งสิ้น 1.6 โมล ซึ่งหมายความว่าหากบรรจุโซเดียมเอไซด์ปริมาณเพียง 130 กรัมลงใน inflator จะสามารถสลายตัวกลายเป็นแก๊สไนโตรเจนได้มากถึง 72 ลิตร ซึ่งมากพอที่จะบรรจุลงในถุงลมนิรภัยอย่างรวดเร็ว โดยที่ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นใช้เวลาเพียง 0.04 วินาที เท่านั้น

 นอกจากนี้ ในส่วนของ inflator ยังมีการเพิ่มทรายหรือซิลิกา (SiO2) ลงไปเพื่อให้ทำปฏิกิริยากับโพแทสเซียมออกไซด์และโซเดียมออกไซด์ที่ได้จากปฏิกิริยาที่ 2 เกิดเป็นสารประกอบอัลคาไลน์ซิลิเกตหรือแก้วซิลิเกตที่มีความเสถียรและไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายอีกด้วย

แม้ว่าถุงลมนิรภัยจะสามารถป้องกันอันตรายที่เกิดขึ้นจากอุบัติเหตุได้ แต่การป้องกันที่ดีที่สุดก็คงต้องเกิดจากการขับขี่อย่างปลอดภัยและเคารพกฎจราจรนั่นเอง

ผู้ใหญ่มักบอกกับเด็กๆ เสมอว่าเวลาต้มไข่อย่าใช้ไฟแรงจนเกินไปเพราะจะทำให้ไข่แตกก่อนที่จะสุก คนทั่วไปมักจะคิดว่าที่เป็นเช่นนั้นเพราะน้ำที่เดือดอย่างรุนแรงจะทำให้เปลือกไข่กระแทกเข้ากับหม้อต้มอย่างแรง ความจริงแล้วแรงเพียงเท่านั้นไม่สามารถทำให้เปลือกไข่แตกออกจากกันได้แต่อย่างใด แต่รอยร้าวที่เกิดขึ้นบนเปลือกไข่มีต้นเหตุมาจากช่องว่างภายในไข่ที่เรียกว่า air cell

ช่องอากาศ (air cell) เป็นช่องว่างขนาดเล็กที่เกิดขึ้นหลังจากที่แม่ไก่วางไข่ออกมาเรียบร้อยแล้ว อุณหภูมิภายนอกซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิเมื่อไข่อยู่ในตัวแม่ไก่ส่งผลให้เกิดการหดตัวของไข่ขาวและไข่แดงจนทำให้เกิดเป็นช่องว่างบริเวณด้านป้านของฟอง ดังรูป

 ที่เปลือกไข่จะมีรูพรุนขนาดเล็กนับพันรูซึ่งทำให้แก๊สสามารถแพร่ผ่านเข้า-ออกได้ตลอดเวลา เมื่อเวลาผ่านไปความชื้นและคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากเมตาบอลิซึมภายในเซลล์จะแพร่ผ่านออกนอกเปลือกไข่ทำให้ไข่ขาวและไข่แดงมีขนาดเล็กลงไปอีก อีกทั้งอากาศที่อยู่ภายนอกยังสามารถแพร่ผ่านเข้ามาตามรูพรุนของเปลือกมาสะสมภายในช่องอากาศจนทำให้ช่องอากาศมีปริมาตรเพิ่มขึ้นเมื่อไข่มีอายุมากขึ้นด้วย

เมื่อนำไข่ที่มีช่องอากาศอยู่ภายในไปต้ม ความร้อนจะทำให้แก๊สเกิดการขยายตัวตามกฎของชาร์ลที่กล่าวว่าปริมาตรของแก๊สจะแปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิ (V = cT)

ดังนั้น เมื่อให้ความร้อนในการต้มไข่อย่างช้าๆ แก๊สต่างๆ ที่อยู่ภายในช่องอากาศจะแพร่ผ่านออกมาตามรูพรุนที่อยู่บนเปลือกไข่ และสามารถสังเกตเห็นฟองอากาศขนาดเล็กผุดออกมาจากเปลือกไข่เมื่ออุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

อย่างไรก็ตาม หากความร้อนที่ใช้ต้มไข่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว อัตราการขยายตัวของแก๊สภายในช่องอากาศก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ส่งผลให้แก๊สภายในช่องอากาศไม่สามารถแพร่ออกตามรูพรุนได้ทันกับการขยายตัว จึงเกิดการสะสมแรงดันภายในช่องอากาศนั้น และเมื่อความดันมีค่าสูงมากก็จะสามารถดันเปลือกไข่ให้เกิดรอยร้าวและแตกในที่สุด

ด้วยเหตุนี้การต้มไข่ที่โดยใช้ความร้อนมากเกินไปจึงทำให้เกิดการขยายตัวของช่องอากาศอย่างรวดเร็วจนทำให้ไข่แตกก่อนที่จะต้มจนสุกนั่นเอง

ชื่อสามัญของสารเคมีที่เคยใช้ก่อนมีการเรียกชื่ออย่างเป็นระบบจาก IUPAC

นอกจากน้ำเปล่าบรรจุขวดที่ทุกวันนี้ราคาเกือบเท่ากับน้ำมันเบนซินแล้ว ไม่ว่าจะเป็นร้านสะดวกซื้อหรือแผงขายเครื่องดื่มริมฟุตบาทก็จะมีเครื่องดื่มอีกประเภทหนึ่งที่สามารถดับกระหายได้เป็นอย่างดี นั่นก็คือ “ชาเขียว” หลากหลายยี่ห้อที่มาพร้อมกับสูตรต่างๆ ไม่ว่าจะรสดั้งเดิม สูตรผสมน้ำผึ้ง หรือแม้แต่ข้าวบาเล่ ก็เอามาผสมในชาเขียวด้วย

หากนำขวดที่บรรจุเครื่องดื่มเหล่านี้ ไม่ว่าจะเป็นขวดน้ำเปล่าหรือขวดชาเขียว มาแกะฉลากข้างขวดออกแล้วนำมาวางรวมกัน หลายคนก็คงแยกออกได้ว่าขวดชนิดใดเป็นขวดน้ำเปล่าและขวดชนิดใดเป็นขวดบรรจุชาเขียว ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดแต่หลายคนกลับไม่ทันสังเกตก็คือ ขวดบรรจุชาเขียวจะมีบริเวณคอขวด (ปากขวด) เป็นสีขาวทึบต่างจากบริเวณตัวขวดทีเป็นพลาสติกใสเหมือนขวดน้ำดื่มทั่วไป

เมื่อลองพลิกดูที่ก้นขวดของเครื่องดื่มทั้งสองชนิดจะพบกับตัวหนังสือภาษาอังกฤษที่เขียนว่า PET ซึ่งเป็นสัญลักษณ์บอกว่าบรรจุภัณฑ์นี้ขึ้นรูปมาจากพลาสติกที่ชื่อว่า Poly Ethylene Terephthalate หรือที่ทั่วไปเรียกว่าขวดเพ็ทนั่นเอง โดยปกติแล้วเมื่อนำพลาสติกหรือโพลิเมอร์ที่ชื่อว่า PET มาขึ้นรูป ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีลักษณะใส ไม่มีสี ทำให้นิยมนำมาใช้ทำเป็นภาชนะที่มีความใส สามารถเห็นเนื้อในของเครื่องดื่มที่บรรจุอยู่ภายในได้

คำถามต่อมาที่หลายคนอาจสงสัยก็น่าจะเกี่ยวกับวัสดุที่ใช้ทำปากขวดบรรจุชาเขียว ทำไมต้องใช้วัสดุที่มีสีขาว และวัสดุชนิดนั้นคืออะไร?

วัสดุสีขาวที่ใช้ทำปากขวดบรรจุชาเขียวก็คือ PET ชนิดเดียวกับที่ใช้ทำตัวขวดนั่นเอง อีกทั้งยังไม่มีการเติมแต่งสารเคมีใดๆ เข้าไปเพิ่มเติมเพื่อให้มันมีสีขาวขึ้นมา แต่สีขาวที่เห็นนั้นเกิดจากความแตกต่างของขั้นตอนการผลิตขวดซึ่งนำไปใช้ในสภาวะที่ไม่เหมือน

พลาสติกโดยทั่วไปจะมีสมบัติเฉพาะตัวอย่างหนึ่งที่เรียกว่าค่า Tg (glass transition temperature) ซึ่งก็คืออุณหภูมิที่พลาสตติกจะเริ่มเปลี่ยนสภาพจากของแข็งคล้ายแก้วกลายไปเป็นของแข็งที่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้คล้ายกับยาง โดยที่ PET ที่ใช้ทำขวดพลาสติกจะมีค่า Tg อยู่ที่ 69 องศาเซลเซียส ซึ่งหมายความว่าถ้าใช้ขวดนี้บรรจุของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 69 องศาเซลเซียส ขวดก็จะมีรูปร่างหงิกงอไม่เป็นรูปทรงที่ต้องการอีกต่อไป

ในการบรรจุชาเขียวลงในขวดขณะอยู่ในสายการผลิต ชาเขียวที่ถูกต้มจนเดือดถูกลำเลียงผ่านท่อโลหะเพื่อลดอุณหภูมิลงไปในระดับหนึ่ง แต่ท่อโลหะที่ใช้ปล่อยชาเขียวลงในขวดจะมีความร้อนสะสมสูงมาก หากสัมผัสกับ PET ปกติ ก็จะทำให้ปากขวดชาเขียวมีรูปร่างแปลกตาไปจากที่เราเห็น จึงต้องมีการดัดแปลงสมบัติของ PET ให้สามารถทนความร้อนบริเวณนี้ได้มากกว่าเดิม

เนื่องจากค่า Tg เป็นอุณหภูมิที่เริ่มมีการหมุนของพันธะเดี่ยวในสายโพลิเมอร์เกิดขึ้น หากทำให้พันธะดังกล่าวสามารถหมุนได้ยากขึ้น อุณหภูมิที่ใช้ก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย จึงมีการทำให้โมเลกุลของ PET บางส่วนมีการจัดเรียงตัวในลักษณะของผลึกในเนื้อของโพลิเมอร์ ซึ่งความเป็นผลึกจะทำให้ค่า Tg ของโพลิเมอร์สูงขึ้นนั่นเอง

โพลิเมอร์ที่มีความเป็นผลึกมากขึ้นจะมีดัชนีหักมากขึ้นตามไปด้วย ด้วยเหตุนี้ PET บริเวณปากขวดบรรจุชาเขียวที่มีการจัดเรียงตัวเป็นผลึกในบางส่วน (semi-crystalline) จึงมีลักษณะเป็นสีขาวทึบแสง แตกต่างไปจากขวดบรรจุน้ำดื่มทั่วๆ ไปที่มีลักษณะโปร่งใสทั้งใบ

พลุหรือดอกไม้ไฟที่ถูกจุดขึ้นกลางท้องฟ้าเพื่อใช้ในจุดประสงค์แตกต่างกัน บ้างก็ใช้ในการเฉลิมฉลองในงานเทศกาลต่างๆ บ้างก็ใช้เพื่อเป็นอุปกรณ์ส่องสว่างท่ามกลางสนามรบในยามค่ำคืน ประกายไฟที่ส่องแสงระยิบระยับในความมืดนั้นไม่ได้เกิดขึ้นง่ายๆ เหมือนกับการนำไม้ขีดไฟมาถูข้างกลักไม้ขีด แต่เบื้องหลังแสงสีที่ปรากฏนั้นเต็มไปด้วยคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่ผ่านการคิดค้นและพัฒนาจากการค้นพบดินส่วนผสมในการทำระเบิดโดยบังเอิญของชาวจีนเมื่อสองพันปีที่แล้ว

แสงสีที่เกิดขึ้นจากดอกไม้ไฟนับเป็นหัวใจสำคัญที่ดึงดูดความสนใจให้ทุกสายตาต้องจับจ้องมาที่การแสดงนี้ กระบวนการเกิดแสงสีที่เกิดขึ้นเกิดมาจากปรากฏการณ์ทางวิทยาศาสตร์ในเรื่องของ Atomic emission spectroscopy หรือการปลดปล่อยแสงจากอะตอม ซึ่งมีกลไกการเกิดขึ้นดังนี้

เมื่ออะตอมได้รับพลังงานในรูปของความร้อน อิเล็กจะถูกกระตุ้นจากสภาวะพื้น (ground state) ขึ้นไปสู่สภาวะเร้า (excited state) ซึ่งมีระดับพลังงานสูงกว่า อะตอมจะไม่คงสภาพอยู่ในระดับนี้เนื่องจากมีพลังงานสูงเกินไปจึงลดระดับพลังงานของอิเล็กตรอนมาสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า ในขณะเดียวกันพลังงานส่วนต่างที่เกิดจากการลดระดับพลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามสมการ E = hc/λ เมื่อ E คือพลังงานส่วนต่างของระดับพลังงาน, h คือค่าคงที่ของแพลงค์, c คือความเร็วของแสง และ λ คือความยาวคลื่นของรังสีที่ปลดปล่อยออกมาเป็นสีต่างๆ

พลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากการเปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมจะเป็นค่าเฉพาะของธาตุแต่ละชนิด ดังนั้นสีที่ปรากฏในดอกไม้ไฟสีต่างๆ จึงเกิดจากการปลดปล่อยแสงจากอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน เช่น

สีแดง จาก สตรอนเชียม (Sr) และ ลิเธียม (Li)
สีส้ม จาก แคลเซียม (Ca)
สีเหลือง จาก โซเดียม (Na)
สีเขียว จาก แบเรียม (Ba)
สีฟ้า จาก ทองแดง (Cu)
สีม่วง จาก สตรอนเชียมผสมกับทองแดง

ในการเลือกใช้ธาตุชนิดต่างๆ เป็นตัวกำเนิดสีในดอกไม้ไฟนิยมใช้เกลือคลอไรด์ของธาตุชนิดนั้นๆ เช่น แคลเซียมคลอไรด์ (CaCl2) และแบเรียมคลอไรด์ (BaCl2) เนื่องจากอะตอมของคลอรีนมีส่วนช่วยในการเพิ่มความเข้มให้กับสีที่ได้จากอะตอมของโลหะ

นอกจากการเลือกใช้สารเคมีในการสร้างสีสันให้กับดอกไม้ไฟแล้ว การออกแบบส่วนประกอบของดอกไม้ไฟถือเป็นสิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งที่จะทำให้ดอกไม้ไฟที่จุดขึ้นสู่ท้องฟ้ามีรูปแบบตามที่ต้องการ ไม่เช่นนั้น การให้ความร้อนกับสารเคมีที่กล่าวไปข้างต้นก็คงไม่ต่างอะไรไปจากการจุดระเบิดที่มีสีเท่านั้น

ส่วนประกอบของดอกไม้ไฟประกอบด้วย 4 ส่วนหลัก คือ ภาชนะบรรจุ, เม็ดดาว, เชื้อปะทุระเบิด และ ชนวน

ภาชนะบรรจุจะแบ่งออกเป็นสองส่วนย่อย คือ ส่วนของฐาน (lift charge) ที่ทำหน้าที่นำดอกไม้ไฟขึ้นสู่ท้องฟ้าก่อนการจุดระเบิด และส่วนของตัวดอกไม้ไฟที่มีชนวนหน่วงเวลา (time fuse) ที่ทำหน้าที่ควบคุมการระเบิดที่ระดับความสูงตามต้องการ

เมื่อชนวนบริเวณฐานถูกจุดขึ้น (ขั้นตอนที่ 1) ตัวของดอกไม้ไฟจะพุ่งทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าในขณะเดียวกันชนวนหน่วงเวลาจะถูกจุดขึ้นระหว่างนั้น ความยาวของชนวนหน่วงเวลาจะเป็นตัวกำหนดระดับความสูงของการระเบิด (ขั้นตอนที่ 2) และเมื่อชนวนหน่วงเวลาถูกเผาไหม้จนหมดจะทำให้เกิดการระเบิดของเชื้อปะทุระเบิด (burst charge) ที่บรรจุอยู่ภายในตัวดอกไม้ไฟ ส่งผลให้เม็ดดาว (stars) ที่ถูกเรียงตามรูปแบบที่ต้องการเกิดการระเบิดขึ้นอีกต่อหนึ่ง (ขั้นตอนที่ 3)

ภายในเม็ดดาว หรือ stars จะประกอบไปด้วยเชื้อเพลิงและสารเคมีชนิดต่างๆ ที่รอทำปฏิกิริยาภายหลังการระเบิด เมื่อเชื้อเพลิงภายในเม็ดดาวลุกติดไฟจะมีการถ่ายเทอิเล็กตรอนไปยังตัวออกซิไดซ์ (oxidizer) ซึ่งเป็นสารประกอบเปอร์คลอเรท และเกิดแก๊สออกซิเจนเป็นผลิตภัณฑ์ดังสมการ (1)

ออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะทำหน้าที่ในการออกซิไดซ์ซัลเฟอร์และคาร์บอนในเม็ดดาวเพื่อให้เกิดแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์อุณหภูมิสูงออกมา ดังสมการที่ (2) และ (3) ความร้อนที่เกิดขึ้นจากแก๊สทั้งสองชนิดนี้จะทำให้สารเคมีที่หน้าหน้าที่เป็นตัวเกิดสีปลดปล่อยแสงออกมาเกิดเป็นดอกไม้ไฟที่มีสีสันและรูปแบบตามต้องการนั่นเอง

แม้ว่าการจุดดอกไม้ไฟในแต่ละครั้งจะเกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาชั่วพริบตา แต่กลไกและปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในนั้นต้องผ่านการคิดค้นและพัฒนามาเป็นระยะเวลาอันยาวนานจนทำให้ดอกไม้ไฟบางลูกมีราคาถึงหลักล้านเลยทีเดียว

ท่ามกลางกระแสรักสุขภาพที่กำลังมาแรง ผู้ผลิตหลายรายต่างอาศัยช่วงจังหวะนี้ในการเพิ่มช่องทางการนำสืนค้าออกสู่ตลาดคนรักสุขภาพโดยเฉพาะสาวๆ ที่ห่วงใยเรื่องนี้เป็นพิเศษ นอกจากการออกกำลังกายและรับประทานอาหารบำรุงสุขภาพเพิ่มวิตามิน เกลือแร่ และไฟเบอร์ให้กับร่างกายแล้ว การลดอาหารที่ให้พลังงานสูงก็เป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ทำให้กลุ่มคนรักสุขภาพหันมาให้ความสนใจมากยิ่งขึ้น เพราะเป็นที่ทราบกันดีว่าตัวการสำคัญที่เป็นต้นเหตุของ “ความอ้วน” ก็มีที่มาจากอาหารพลังงานสูงเหล่านี้

นอกจากไขมันและแป้งที่จะสะสมในร่างกายจนกลายเป็นส่วนเกินของใครบางคนแล้ว น้ำตาลก็เป็นอีกตัวการสำคัญที่เราไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ค่าที่ว่าความหวานเป็นรสชาติประจำชาติไทยไปซะแล้ว สารให้ความหวานทดแทนน้ำตาล เช่น แอสปาแตมและซอร์บิทอล จึงกลายมาเป็นจุดขายของผู้ผลิตอาหารและเครื่องดื่มด้วยคำโฆษณาที่อ้างถึงแคลลอรี่ที่มีน้อยกว่าน้ำตาลธรรมดา (บางทีก็บอกว่า 0% เลยทีเดียว)

สารให้ความหวานอีกตัวหนึ่งที่หลายคนคงคุ้นหูกันมาแล้วก็คือ “ไซลิทอล” (xylitol) ซึ่งนอกจากจะให้ความหวานทดแทนน้ำตาลได้แล้วยังสามารถให้พลังงานน้อยกว่าน้ำตาลซูโครสถึง 40% ด้วย แต่จุดเด่นที่สำคัญของสารไซลิทอลไม่ได้อยู่ที่ความหวานแบบโลว์แคลลอรี่เพียงอย่างเดียวเท่านั้น ถ้าสังเกตข้างกล่องหมากฝรั่งยี่ห้อหนึ่งจะพบกับคำโฆษณาที่ว่า “หมากฝรั่งปราศจากน้ำตาล มีส่วนผสมของสาร xylitol ช่วยยับยั้งแบคทีเรียที่ทำให้ฟันผุ” แล้วสารให้ความหวานมันไปเกี่ยวข้องอะไรกับการฟันผุด้วย..?

มีการทดลองสนับสนุนคุณสมบัติยับยั้งแบคทีเรียของสารไซลิทอลตีพิมพ์ในวารสาร ทางทันตกรรมอยู่หลายเรื่อง เช่น การเปรียบเทียบจำนวนฟันผุที่เกิดขึ้นในผู้ที่เคี้ยวหมากฝรั่งที่มีส่วนผสม ของน้ำตาลทราย (2.92 ซี่) และหมากฝรั่งที่ใช้สารไซลิทอลแทนน้ำตาล (1.04 ซี่) [Scheinin et al, Acta Odontol Scand (1975a)] และการทดลองให้แม่ที่ให้นมบุตรเคี้ยวหมากฝรั่งที่ผสมไซลิทอลจนครบอายุ 2 ปี เมื่อทำการตรวจทันตกรรมเมื่อเด็กอายุครบ 5 ปี พบว่าปริมาณฟันผุลดลงถึง 70% เทียบกับแม่ที่ให้นมบุตรที่เคี้ยงหมากฝรั่งธรรมดา [Soderling et al, Caries Res (2001)]

สาเหตุหลักที่ทำให้เกิดฟันผุก็คือกรดที่ผลิตจากแบคทีเรียในช่องปาก แบคทีเรียเหล่านี้อาศัยกระบวนการย่อยน้ำตาลชนิดต่างๆ เื่พื่อให้ได้พลังงานมาใช้ในการดำรงชีวิต ซึ่งเป็นเหตุผลที่ผู้ใหญ่ต้องเตือนเด็กๆ ให้แปรงฟันหลังรับประทานอาหารและขนมหวานนั่นเอง

เมื่อไซลิทอลถูกนำมาใช้แทนน้ำตาลซึ่งเป็นส่วนผสมในหมากฝรั่ง โมเลกุลของไซลิทอลที่มีรูปร่างคล้ายกับน้ำตาลฟรุกโตสจะถูกดูดซึมผ่านผนังเซลล์ของแบคทีเรียด้วยกลไกเดียวกับที่แบคทีเรียดูดซึมน้ำตาลเข้าไปในเซลล์ หากเป็นน้ำตาลทั่วๆ ไป แบคทีเรียจะสามารถย่อยสลายโมเลกุลเหล่านั้นให้กลายเป็นสารไฮโดรคาร์บอนขนาดเล็ก พร้อมกับได้พลังงานมาใช้ในการดำรงชีวิต แต่ในทางตรงกันข้าม เมื่อไซลิทอลเข้าไปอยู่ในเซลล์ เอนไซม์ของแบคทีเรียไม่สามารถย่อยไซลิทอลให้กลายเป็นพลังงานได้ เมื่อไซลิทอลถูกดูดซึมเข้าไปภายในเซลล์ในปริมาณมากจะทำให้เกิดการสะสมสารไซลิทอลภายในเซลล์ของแบคทีเรียไปเรื่อยๆ จนทำให้แบคทีเรียรู้สึกราวกับว่ามัน “อิ่ม” แล้ว แต่ความเป็นจริง สิ่งที่มัน “กิน” เข้าไปแม้จะมีรูปร่างหน้าตาคล้ายกับอาหารประจำของมันแต่มันก็ไม่สามารถย่อยอาหารได้

ภาพแสดงการขนส่งน้ำตาลฟรุกโตสและไซลิทอลเข้าสู่เซลล์ของแบคทีเรีย

ไซลิทอลก็ไม่ต่างอะไรจากอาหารปลอมที่แบคทีเรียถูกหลอกให้กินเข้าไป เมื่อแบคทีเรียได้รับอาหารปลอมเหล่านั้นไปเรื่อยๆ ก็จะไม่ได้รับพลังงานมาใช้ในการดำรงชีวิตจนต้องตายไปในที่สุด ด้วยเหตุนี้เอง ไซลิทอลจึงเป็นสารให้ความหวานที่ช่วยกำจัดแบคทีเรียในช่องปากได้ด้วย จึงเหมือนกับโชคสองชั้นที่เป็นทั้งน้ำตาลพลังงานต่ำและช่วยป้องกันฟันผุไปในตัว