logo-thealchemist04

ผลิตเชื้อเพลิงจากแบคทีเรีย

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

สายพันธุ์แบคทีเรียที่นักวิจัยให้ความสนใจ คือ Synechoccus elongates ซึ่งเป็นแบคทีเรียสีเขียวแกมน้ำเงินที่สามารถตรึงแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในเซลล์ได้ดี เมื่อแบคทีเรียสายพันธุ์ดังกล่าวผ่านการตัดต่อพันธุกรรมสามารถผลิตสารไอโซบิวทีรัลดีไฮด์ (Isobutyraldehyde) โดยการรับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในเซลล์ควบคู่กับการกระตุ้นจากพลังงานแสงอาทิตย์คล้ายกันกับการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

isobutanol bacteria

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.

อนุภาคนาโนป้องกันฟันผุ

ทุกวันนี้บทบาทของนาโนเทคโนโลยีได้เข้ามามีส่วนร่วมในชีวิตของทุกคนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และดูเหมือนว่ากระแสการนำวัสดุนาโนมาประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์จะมีความก้าวหน้ามากขึ้นทุกวัน ล่าสุดได้มีนักวิจัยนำอนุภาคนาโนของซิลิกา (nano silica) มาใช้ในการป้องกันฟันผุได้แล้ว

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

nanosilica_teethภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์ 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

กลูตาไธโอน ปลอดภัยแล้วหรือ..?

หากเราเข้าไปตามเว็บบอร์ดต่างๆ แล้วเหลือบมองดูโฆษณาแฝงที่เต็มไปด้วยข้อความชวนเชื่อต่างๆ นอกจากโฆษณาลดความอ้วนที่ยังคงได้รับความสนใจจากผู้คนส่วนมาก เรายังจะพบกับกระแส “กลูตาไธโอน” ดังเช่นข้อความต่อไปนี้

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

แล้วกลูตาไธโอนคืออะไรกันแน่…มันสามารถทำให้ผิวขาวขึ้นได้จริงหรือ..?

glutathioneกลูตาไธโอน (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)

melanin_tyrosine

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

melanin_bw

สารกลูตาไธโอนที่เข้าไปในร่างกายไม่ว่าจะด้วยการฉีดหรือการรับประทาน (มีหลักฐานยืนยันว่าสารกลูตาไธโอนไม่สามารถถูกดูดซึมจากการะเพาะอาหารได้) จะทำหน้าที่กระตุ้นให้กรดอะมิโนไทโรซีนเปลี่ยนรูปไปเป็นฟีโอเมลานินในปริมาณที่มากขึ้น หรือกล่าวได้อีกนัยหนึ่งว่าสารกลูตาไธโอนจะเปลี่ยนเม็ดสียูเมลานินให้กลายเป็นฟีโอเมลานินซึ่งส่งผลให้ผู้ที่ได้รับสารดังกล่าวมีสีผิวที่ขาวขึ้น

อย่างไรก็ตาม แม้ว่ากลูตาไธโอนจะช่วยให้ “ผิวขาวสวยทั่วเรือนร่าง เห็นผลทันตาใน 3 วัน” เหมือนดังคำโฆษณา แต่ก็ยังไม่มีผู้ใดออกมาพิสูจน์ว่าสารดังกล่าวจะเป็นอันตรายต่อร่างกายมากน้อยเพียงใด

การมีผิวคล้ำใช่ว่าจะมีผลเสียเสมอไปแต่กลับมีผลดีด้วยซ้ำ เพราะสามารถป้องกันรังสี UV ได้ และที่สำคัญ…คนผิวคล้ำมีความเสี่ยงต่อการเป็นมะเร็งน้อยกว่าคนผิวขาวเสียด้วย

ถุงลมนิรภัยทำงานอย่างไร

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)

airbag_figure1

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

airbag_eq13

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

airbag_eq22

 นอกจากนี้ ในส่วนของ inflator ยังมีการเพิ่มทรายหรือซิลิกา (SiO2) ลงไปเพื่อให้ทำปฏิกิริยากับโพแทสเซียมออกไซด์และโซเดียมออกไซด์ที่ได้จากปฏิกิริยาที่ 2 เกิดเป็นสารประกอบอัลคาไลน์ซิลิเกตหรือแก้วซิลิเกตที่มีความเสถียรและไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายอีกด้วย

แม้ว่าถุงลมนิรภัยจะสามารถป้องกันอันตรายที่เกิดขึ้นจากอุบัติเหตุได้ แต่การป้องกันที่ดีที่สุดก็คงต้องเกิดจากการขับขี่อย่างปลอดภัยและเคารพกฎจราจรนั่นเอง

ต้มไข่อย่างไรไม่ให้แตก

ผู้ใหญ่มักบอกกับเด็กๆ เสมอว่าเวลาต้มไข่อย่าใช้ไฟแรงจนเกินไปเพราะจะทำให้ไข่แตกก่อนที่จะสุก คนทั่วไปมักจะคิดว่าที่เป็นเช่นนั้นเพราะน้ำที่เดือดอย่างรุนแรงจะทำให้เปลือกไข่กระแทกเข้ากับหม้อต้มอย่างแรง ความจริงแล้วแรงเพียงเท่านั้นไม่สามารถทำให้เปลือกไข่แตกออกจากกันได้แต่อย่างใด แต่รอยร้าวที่เกิดขึ้นบนเปลือกไข่มีต้นเหตุมาจากช่องว่างภายในไข่ที่เรียกว่า air cell

egg2anatomyช่องอากาศ (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

Chemical’s Common Name

ชื่อสามัญของสารเคมีที่เคยใช้ก่อนมีการเรียกชื่ออย่างเป็นระบบจาก IUPAC

common-name