สัมภาษณ์และเรียบเรียงโดย งานพัฒนาคุณภาพการเผยแพร่เทคโนโลยีวัสดุ
ฝ่ายเผยแพร่เทคโนโลยี
สิ่งทออัจฉริยะ (smart textiles) เป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการนำเทคโนโลยีหลายสาขามาพัฒนาให้สิ่งทอมีสมบัติพิเศษซึ่งเป็นประโยชน์ต่อผู้สวมใส่ อย่างเช่น ผลงานของทีมวิจัยนานาชาติจากประเทศสหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย และเกาหลีใต้ ที่นำสิ่งทอนำไฟฟ้าและมีสมบัติต้านแบคทีเรียไปประยุกต์ใช้เพื่อตรวจติดตามคลื่นไฟฟ้าหัวใจได้
ทีมวิจัยนานาชาติจากมหาวิทยาลัยนอร์ทแคโรไลนาสเตต (North Carolina State University) ประเทศสหรัฐอเมริกา มหาวิทยาลัยฟลินเดอร์ส (Flinders University) ประเทศออสเตรเลีย และมหาวิทยาลัยในประเทศเกาหลีใต้ ได้พัฒนาวิธีการเคลือบโลหะสำหรับเสื้อผ้าหรือสิ่งทอที่สวมใส่ได้ (wearable textiles) ให้มีสมบัติยับยั้งเชื้อแบคทีเรียได้ นำไฟฟ้าได้ ทั้งยังสามารถซ่อมแซมวงจรไฟฟ้าได้เอง (autonomous electrical healing) รวมถึงใช้ตรวจติดตามคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (Electrocardiogram, ECG) ของผู้สวมใส่ได้ด้วย
ทีมวิจัยทำอย่างไร
ทีมวิจัยพัฒนาสิ่งทอให้มีสมบัตินำไฟฟ้าด้วยเทคนิคการจุ่มเคลือบผ้าด้วยสารแขวนลอยของอนุภาคโลหะเหลว (liquid metal, LM) ที่อุณหภูมิห้อง ของเหลวดังกล่าวเป็นสารละลายของโลหะแกลเลียมและอินเดียมที่แขวนลอยอยู่ในไอโซโพรพานอล ในการสร้างอนุภาค LM ทีมใช้เครื่องผสมอัลตราโซนิก (probe sonication) เป็นเวลา 45 นาที จากนั้นนำสิ่งทอลงไปชุบเคลือบในสารละลายและนำสิ่งทอที่เคลือบแล้วมาเป่าให้แห้งด้วยเครื่องเป่าลมร้อน (hot air gun) ส่งผลให้โลหะก่อตัวเป็นหยดเล็กๆบนผ้า โดยแต่ละหยดมีขนาดเพียงไม่ถึงหนึ่งไมโครเมตร หนึ่งในผู้ร่วมวิจัยกล่าวว่า “อนุภาคดังกล่าวมีลักษณะคล้ายบลูเบอร์รี่”
สร้างวงจรนำไฟฟ้าด้วยวิธีกดอัด
แม้ว่าสิ่งทอที่เคลือบด้วยอนุภาค LM ยังคงมีความเป็นฉนวนไฟฟ้าอยู่เนื่องจากออกไซด์ที่ก่อตัวเป็นชั้นบางๆตามธรรมชาติก็ตาม แต่ทีมวิจัยได้ใช้แรงกดลงบนสิ่งทอจะทำให้ออกไซด์แตกและซึมเข้าไปส่งผลให้สิ่งทอสามารถนำไฟฟ้าได้
ทีมวิจัยสร้างวงจรนำไฟฟ้าโดยการใช้แม่พิมพ์ที่มีลายเส้นนำไฟฟ้า (conductive pattern) มากดอัดบนสิ่งทอดังกล่าว จนได้สิ่งทอที่นำไฟฟ้าได้ตามเส้นทางนำไฟฟ้าที่ออกแบบเอาไว้ นอกจากนี้ยังพบว่าจำนวนครั้งของการจุ่มเคลือบมีผลต่อการนำไฟฟ้าของสิ่งทอ เนื่องจากการจุ่มแต่ละครั้งจะเพิ่มจำนวนอนุภาค LM ให้แก่สิ่งทอมากขึ้น
ซ่อมแซมวงจรไฟฟ้าได้เองแม้ถูกตัดขาด (Autonomous electrical healing)
ที่มา: https://youtu.be/1DkA9fEtuLc
คลิปวิดีโอ แสดงให้เห็นว่า ไฟยังคงติดอยู่แม้ตัดชิ้นส่วนสิ่งทอที่มีวงจรไฟออกแล้วก็ตาม
นอกจากที่สิ่งทอเคลือบLM จะนำไฟฟ้าได้แล้ว เส้นทางนำไฟฟ้าหรือวงจรไฟฟ้านั้นยังสามารถซ่อมแซมตัวเองได้เมื่อถูกตัดขาด โดยมันจะสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าขึ้นมาได้ใหม่ตามขอบของการตัด “ความสามารถในการซ่อมแซมวงจรได้ด้วยตัวเองนี้มีประโยชน์ในการนำไปใช้เป็นตัวเชื่อมต่อวงจรที่ยืดหยุ่น และใช้ในเครื่องให้ความร้อนแบบจูล (Joule heater) รวมถึงใช้เป็นอิเล็กโทรดเพื่อวัดสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจได้” หนึ่งในผู้ร่วมวิจัยกล่าว
ต้านเชื้อแบคทีเรีย
เนื่องจากอนุภาค LM สามารถต้านเชื้อจุลชีพได้ ดังนั้นการนำอนุภาค LM มาเคลือบสิ่งทอจึงทำให้สิ่งทอมีสมบัติยับยั้งเชื้อจุลชีพด้วย ทีมวิจัยพบว่าสิ่งทอที่พัฒนาขึ้นนี้สามารถยับยั้งแบคทีเรียดื้อยาปฏิชีวนะที่ก่อให้เกิดการติดเชื้อในโรงพยาบาลสองชนิดคือ Pseudomonas aeruginosa และ Staphylococcus aureus ได้อย่างมีประสิทธิภาพ มันจึงเหมาะนำไปทำเป็นผ้าปูที่นอนต้านจุลชีพที่ใช้ในโรงพยาบาลและเสื้อผ้าผู้ป่วยที่ป้องกันการติดเชื้อโดยใส่ได้นานขึ้น ทำให้ไม่ต้องเปลี่ยนบ่อย ทั้งยังลดกลิ่นที่ไม่พึงประสงค์ได้อีกด้วย
นอกจากนี้ ในงานวิจัยยังพบว่ายิ่งมีการเคลือบสิ่งทอมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งมีผลในการต้านแบคทีเรียมากขึ้นเท่านั้น ผลการทดสอบพบว่าสิ่งทอสามารถยับยั้ง S. aureus ได้ 17% ภายหลังการจุ่มหนึ่งครั้งและเพิ่มขึ้นเป็น 90 % ภายหลังจากการจุ่มห้าครั้ง
ส่วนต้นทุนการผลิตค่อนข้างต่ำ โดยทีมวิจัยอธิบายว่าแม้ว่าแกลเลียมและอินเดียมจะเป็นโลหะที่ไม่ได้พบได้ทั่วไป แต่ปริมาณของโลหะทั้งสองที่ใช้ในการเคลือบค่อนข้างน้อย จึงไม่กระทบถึงต้นทุนการผลิตมากนัก
การศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Materials Technologies
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
ขอขอบคุณข้อมูลจาก
- https://news.flinders.edu.au/blog/2023/04/25/super-charged-textile-sets-trends/
- https://phys.org/news/2023-04-super-charged-textile-heart-rhythm.html
- https://cosmosmagazine.com/technology/materials/smart-textile-liquid-metal-coating/
- https://newatlas.com/materials/liquid-metal-coated-smart-fabric-heals-itself-repels-bacteria/
- งานวิจัยฉบับเต็ม Jiayi Yang et al, Liquid Metal Coated Textiles with Autonomous Electrical Healing and Antibacterial Properties, Advanced Materials Technologies (2023). DOI: 10.1002/admt.202202183
