Nanocatalysis and Molecular Simulation Research Group - NCAS

15/11/2023

ผลิตภัณฑ์ PVC ปลอดภัย ด้วยพลาสติไซเซอร์ชีวภาพ

พูดถึง PVC สิ่งแรกทีทุกคนคงนึกถึง คงจะเป็นท่อน้ำสีฟ้า แต่จริงๆ แล้ว PVC หรือ polyvinyl chloride เป็นพลาสติกที่ใช้มากที่สุดอันดับ 3 ของโลก (รองจาก PE; polyethylene และ PP; polypropylene) และใช้ทำผลิตภัณฑ์ได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็น เสื่อน้ำมัน ยางขอบประตูรถยนต์ บัตรเครดิต ฟิล์มห่อพัสดุและอาหาร ของเล่นเด็ก และถุงน้ำเกลือที่ใช้ในโรงพยาบาล เป็นต้น

โดยปกติแล้ว พลาสติก PVC จะมีความแข็งแรงและยืดหยุ่นน้อย (ดังเช่น ท่อน้ำ) แต่สามารถนำมาปรับปรุงคุณสมบัติให้มีความยืดหยุ่นสูงได้ ด้วยการเติมสิ่งที่เรียกว่า "พลาสติไซเซอร์" หรือ สารเติมแต่งพลาสติกลงไป

สารพลาสติไซเซอร์เหล่านี้จะเข้าไปแทรกอยู่ในเนื้อของ PVC ทำให้โมเลกุลของ PVC ซึ่งปกติจะเกาะตัวกันเหนียวแน่น คลายตัวออกจากกัน ซึ่งทำให้เนื้อพลาสติกยืดหยุ่นได้ดีขึ้น ขณะที่ต้นทุนการผลิตไม่สูงขึ้นมากนัก โดย PVC ที่มีความนิ่มมาก เช่น ยางลบ อาจมีพลาสติไซเซอร์ปนอยู่ถึง 40-60%

อย่างไรก็ตาม ได้มีการค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้ ว่าสารประกอบพทาเลต (phthalate) ซึ่งเป็นพลาสติไซเซอร์ที่นิยมใช้ใน PVC มากที่สุดในปัจจุบัน เช่น สาร DEHP (di(2-ethylhexyl) phthalate) หรือ DINP (Diisononyl phthalate) นั้นสามารถซึมเข้าสู่กระแสเลือดได้ และก่อให้เกิดอันตรายต่อระบบฮอร์โมน ระบบสืบพันธุ์ [1] รวมถึงทำอันตรายต่อทารกในครรภ์ [2] ในกลุ่มประเทศพัฒนาแล้วจึงได้ออกกฎหมายแบนการใช้สารพทาเลตพลาสติไซเซอร์ในผลิตภัณฑ์หลายประเภท เช่น ประเทศแคนาดาได้ออกกฎห้ามใช้สารกลุ่มนี้ในเครื่องสำอาง และจำกัดการใช้ในอุปกรณ์การแพทย์และของเล่นเด็ก [3] สหภาพยุโรปและสหรัฐอเมริกาได้จำกัดปริมาณพลาสติไซเซอร์ชนิดนี้ไว้ที่เพียง 0.1% ของน้ำหนักพลาสติกในของเล่นเด็ก [4-5] ส่วนประเทศฝรั่งเศสได้สั่งห้ามใช้อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่มีส่วนผสมของพลาสติไซเซอร์เหล่านี้ในแผนกกุมารเวชศาสตร์ [6]

ด้วยเหตุผลดังกล่าว ผู้ผลิตพลาสติก PVC จึงได้มีการปรับตัวโดยนำพลาสติไซเซอร์ที่ไร้สารพทาเลต (non-phthalate) ซึ่งมีพิษต่ำกว่ามาใช้ทดแทน โดยพลาสติไซเซอร์ทางเลือกอาจแบ่งได้เป็นสองกลุ่ม คือ พลาสติไซเซอร์ที่ผลิตได้จากอุตสาหกรรมปิโตรเลียม และ พลาสติไซเซอร์ที่ผลิตได้จากวัตถุดิบชีวภาพ โดยในปัจจุบันพลาสติไซเซอร์ในกลุ่มแรก คือสารประกอบ terephthalate เช่น DOTP นั้นมีราคาค่อนข้างถูกและมีประสิทธิภาพที่ทัดเทียมกับพลาสติไซเซอร์จำพวก phthalate ซึ่งมีความเป็นพิษ ในขณะที่พลาติไซเซอร์ชีวภาพในกลุ่มที่สองนั้นมีข้อจำกัดหลายประการ เช่น มีราคาที่สูงกว่ามาก (ATBC; Acetyl Tributyl Citrate) หรือ สามารถผสมเข้ากับ PVC ได้ไม่มากนัก (ESBO; Epoxidized soybean oil) ทำให้สารในกลุ่มที่สองนี้ยังไม่สามารถทดแทนพลาสติไซเซอร์กลุ่ม phthalate ได้อย่างสมบูรณ์

ทางทีมวิจัย NCAS จึงได้มองเห็นช่องว่างทางเทคโนโลยีนี้ เพื่อพัฒนาพลาสติไซเซอร์จากวัสดุชีวภาพที่มีประสิทธิภาพทัดเทียมกับพลาสติไซเซอร์ที่ผลิตได้จากอุตสาหกรรมปิโตรเคมี โดยเราได้เลือกใช้สารเคมีที่เป็นอนุพันธ์ของน้ำตาลเป็นวัตถุดิบ เพื่อผลิตพลาสติไซเซอร์ชีวภาพที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับ terephthalate และ phthalate จึงมีคุณสมบัติและประสิทธิภาพที่ทัดเทียมกันกับพลาสติไซเซอร์จากปิโตรเลียมที่มีการใช้งานในท้องตลาด ในขณะที่ต้นทุนการผลิตไม่ได้สูงกว่ามากเหมือนในกรณีของพลาสติไซเซอร์ชีวภาพอื่นๆ ที่มีการรายงานในปัจจุบัน

เรียบเรียงโดย
ดร. โชติธัช สรรพิทักษ์เสรี
ภาพโดย
ดร.ปองกานต์ จักรธรานนท์


อ้างอิง
[1] https://doi.org/10.1016/j.yhbeh.2014.10.003
[2] https://ehp.niehs.nih.gov/doi/10.1289/ehp.8100
[3] https://www.canada.ca/en/health-canada/services/chemicals-product-safety/phthalates.html
[4] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:31999D0815
[5] https://www.govtrack.us/congress/bill.xpd?bill=h110-4040
[6] https://www.ciel.org/france-adopts-ban-on-uses-of-bpa-and-dehp/ #:~:text=Today%2C%20France%20adopted%20a%20ban,%E2%80%94polycarbonate%20and%20PVC%2C%20respectively.

17/07/2023

เผยความลับตัวเร่งปฏิกิริยา NiCu สำหรับกระบวนการผลิตสารเคมีชีวภาพพื้นฐาน GVL

GVL มีชื่อเต็มว่า gamma-valerolactone เป็นสารเคมีชีวภาพพื้นฐานที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลายรูปแบบ เช่น เป็นตัวทำละลายในการสกัดสารเคมีจากชีวมวล เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ เป็นสารตั้งต้นในกระบวนการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพชนิดเหลว เป็นต้น สารชนิดนี้สามารถสังเคราะห์ได้จากชีวมวลในกลุ่มลิกโนเซลลูโลส โดยต้องผ่านกระบวนการต่างๆ หลายขั้นตอน ในงานวิจัยชิ้นนี้เน้นการศึกษาขั้นตอนสุดท้ายคือการเปลี่ยนจากสาร methyl levulinate (ML) เป็น GVL โดยผ่านปฏิกิริยาที่เรียกว่า การไฮโดรจีเนชันแบบส่งผ่าน (catalytic transfer hydrogenation) ซึ่งเป็นกระบวนการเติมไฮโดรเจนเข้าไปยังสารตั้งต้นให้เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการโดยปราศจากการใช้แก๊สไฮโดรเจนซึ่งเป็นสารไวไฟ และมีราคาสูง โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิล และนิกเกิล-คอปเปอร์

ทีมวิจัย NCAS ได้ใช้แบบจำลองเชิงโมเลกุลซึ่งเป็นกระบวนการด้านเคมีเชิงคำนวณร่วมกับการทดลองจริงในห้องปฏิบัติการเพื่อเผยความลับของบทบาทตัวเร่งปฏิกิริยา นิกเกิล-คอปเปอร์ (NiCu) ในการผลิตสาร GVL

ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าขั้นตอนการผลิต GVL ประกอบด้วย 2 กระบวนการหลักคือ hydrogenation และ cyclization โดยพบว่า ในขั้นตอนแรก ตัวเร่งปฏิกิริยา Ni และ NiCu มีความสามารถใกล้เคียงกันในการเปลี่ยนสาร ML ให้เป็นสารตัวกลาง 4-hydroxypentanoic acid (HPA) อย่างก็ตามในขั้นตอนที่ 2 ตัวเร่งปฏิริยา NiCu สามารถลดพลังงานก่อกัมมันต์ของกระบวนการลงได้มากกว่า เมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยา Ni ทำให้มี NiCu มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนสาร HPA ให้เป็นสาร GVL ได้ดีกว่าอย่างมีนัยสำคัญ ผลการศึกษาเคมีเชิงคำนวณสนับสนุนความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของ Ni และ NiCu โดยแสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยา Ni นั้นสามารถเปลี่ยนสาร ML ให้เป็น GVL ผ่านกลไก concerted pathway เท่านั้น ซึ่งจำเป็นต้องใช้พลังงานที่สูงเพื่อให้สามารถเกิดปฏิกิริยาได้ ในทางตรงกันข้ามตัวเร่งปฏิริยา NiCu ซึ่งมีทั้ง Ni และ Cu อยู่ร่วมกัน สามารถผลิต GVL จาก ML ผ่านทั้งช่องทาง concerted pathway และ non-concerted pathway ที่ใช้พลังงานที่ต่ำกว่าในการเกิดปฏิกิริยา จึงทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยา NiCu มีความสามารถในการเร่งกระบวนการผลิต GVL ได้ดีกว่านั่นเอง

ผลที่ได้จากการศึกษานี้สามารถนำไปต่อยอดในกระบวนการออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมในการผลิต GVL ในระดับอุตสาหกรรมได้ในอนาคต การที่ตัวเร่งปฏิกิริยาใช้พลังงานที่น้อยกว่าในการเร่งกระบวนการผลิตสาร GVL จะเป็นการลดต้นทุนในกระบวนการผลิตได้ อีกทั้งการที่สามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิต GVL ในสภาวะที่ปราศจากแก๊สไฮโดรเจน เป็นการเพิ่มความปลอดภัยในกระบวนการผลิตได้อีกทางนึงด้วย

ติดตามอ่านเพิ่มเติมได้ที่ Mechanistic investigation of Ni and NiCu for catalytic transfer hydrogenation of methyl levulinate to γ-valerolactone: A combined experimental and DFT study, Chirawat Chitpakdee, Pawan Boonyoung, Chaianun Pansakdanon, Khomson Suttisintong, Kajornsak Faungnawakij, Pongtanawat Khemthong, Saran Youngjan, Wasawat Kraithong, Suchinda Sattayaporn, Waraporn Tanthanuch, Pinit Kidkhunthod, Worapak Tanwongwan, Jatuporn Wittayakun, Manaschai Kunaseth, Sanchai Kuboon, Applied Catalysis A: General, 2023 https://doi.org/10.1016/j.apcata.2023.119230

เรียบเรียงโดย ดร. สัญชัย คูบูรณ์
ภาพประกอบโดย ดร. ปองกานต์ จักรธรานนท์

10/07/2023

ChatGPT: ปฏิวัติวงการวิจัยด้วยพลังของ AI?

ณ วินาทีนี้ คงไม่มีใครในโลกเทคโนโลยี ไม่รู้จัก ChatGPT generative AI model อันเลื่องชื่อ ที่มีความสามารถในการสื่อสารกับมนุษย์อย่างเป็นธรรมชาติ ในบทความนี้ ทีม Nanoinformatics and Artificial Intelligence (NAI) Research Team จากกลุ่มวิจัย NCAS ของพวกเราจะขอมานำเสนอวิธีการใช้ ChatGPT ข้อจำกัดของมันในการนำมาใช้ช่วยเขียนและอ่านงานวิจัย จะเป็นอย่างไร ตามอ่านได้เลย

ก่อนที่เราจะพูดถึง ChatGPT จะขอเกริ่นเกี่ยวกับโมเดลทางภาษาขนาดใหญ่ (Large Language Models, LLMs) ที่สามารถสร้างรูปแบบสนทนาและข้อมูลได้คล้ายกับมนุษย์เสียก่อน โดยทั่วไป LLMs ทำงานผ่านการเรียนรู้เชิงลึก (deep learning) ซึ่งสร้างขึ้นด้วยโครงข่ายประสาทเทียมจำนวนหลายล้านพารามิเตอร์ที่ได้รับการฝึกสอนด้วยฐานข้อมูลขนาดใหญ่ [1] LLMs ที่เป็นที่นิยมและรู้จักใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ BERT ของ google, AlexaTM (Teacher Models) ของ Amazon และแน่นอน GPT หรือ Generative Pretrained Transformer ของ OpenAI ซึ่งเป็นองค์กรวิจัยที่ก่อตั้งเมื่อปี 2015 มีวัตถุประสงค์มุ่งเน้นงานวิจัย พัฒนา และส่งเสริมปัญญาประดิษฐ์ เพื่อให้เป็นสมบัติของมนุษยชาติ ให้ทุกคนสามารถเข้าถึงและสามารถใช้งานได้

GPT จัดเป็นโมเดลภาษาขนาดใหญ่ถูกฝึกฝนกับข้อมูลจำนวนมหาศาลจากหนังสือ บทความ ข้อมูลบนอินเตอร์เน็ตจากทั่วโลก จึงมีความสามารถในการสื่อสารกับมนุษย์อย่างเป็นธรรมชาติ

ก่อนจะมาเป็น GPT เวอร์ชั่นปัจจุบัน OpenAI ได้พัฒนา GPT-1 ขึ้นในปี 2018 ซึ่งเป็นโมเดลต้นแบบขนาดเล็กที่ถูกฝึกสอนด้วยฐานข้อมูลหนังสือ “BookCorpus” (ฐานข้อมูลหนังสือฟรี ประมาณหมื่นกว่าเล่ม ประกอบด้วย 74 ล้านประโยค หรือ 1 พันล้านคำ)

ถัดมาในปี 2019 GPT-2 ถูกพัฒนาต่อยอดจาก GPT-1 โดยมีขนาดโมเดลที่ใหญ่ขึ้นและมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ถูกฝึกสอนด้วยข้อมูลที่เพิ่มขึ้นจำนวนมากจากเว็บไซต์ GPT-2 นี้เริ่มได้รับความสนใจเนื่องจากความสามารถในการสร้างข้อความที่มีคุณภาพและความน่าเชื่อถือ

จากนั้นในปี 2020 ทีม OpenAI ได้เปิดตัว GPT-3 ซึ่งพัฒนาต่อจาก GPT-2 จุดเด่นของ GPT-3 คือความสามารถในการทำงานที่มีความเชื่อถือได้สูง และสามารถสร้างข้อความที่สมเหตุสมผลและถูกต้องมากยิ่งขึ้น เนื่องจากโมเดลที่ใหญ่ขึ้น มีพารามิเตอร์มากถึง 175 พันล้านตัว และถูกฝึกสอนด้วยข้อมูลที่เพิ่มขึ้นมากกว่าสองรุ่นก่อนหน้า [1] ซึ่งโมเดล GPT-3 และ GPT-3.5 เป็นรุ่นที่เปิดให้บุคคลทั่วไปได้ทดลองใช้งาน ด้วยรูปแบบฟังก์ชั่นหลักๆ คือการเขียนข้อความ หรือตอบคําถามจากผู้ใช้งาน โดยตัวระบบเรียนรู้ที่จะตอบได้อย่างเป็นธรรมชาติมาก และใกล้เคียงกับมนุษย์

ล่าสุดเมื่อวันที่ 14 มีนาคม 2023 ทีมวิจัย OpenAI ได้เปิดตัว GPT-4 ซึ่งเป็นรุ่นอัพเกรดล่าสุด ซึ่งยังไม่ได้เปิดให้บุคคลทั่วไปเข้าใช้งาน ข้อแตกต่างระหว่างรุ่น 4 และ 3 คือ มีความแม่นยำและถูกต้องมากยิ่งขึ้น มีความสามารถในการบรรยายภาพ มีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางมากยิ่งขึ้น เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ผู้คิดค้นและพัฒนา ChatGPT ก็ยอมรับว่าโมเดลมีข้อจำกัดและยังไม่สามารถเชื่อถือได้อย่างสมบูรณ์


ตัวอย่างการใช้งาน ChatGPT ในงานวิจัย

*การใช้ ChatGPT กับงานเขียนบทความทางวิชาการ (ผ่าน https://chat.openai.com/)*

ChatGPT สามารถใช้เป็นเครื่องมือในการทำวิจัย ค้นคว้าหาข้อมูล ตลอดจนใช้ในการช่วยเขียนบทความทางวิชาการได้อยู่บ้าง แต่ต้องใช้ด้วยความระมัดระวัง เพื่อให้อยู่ภายใต้นโยบายของสำนักพิมพ์

จากข้อมูลอัพเดทล่าสุดในปี 2023 สำนักพิมพ์ชื่อดังอย่าง Nature, Springer-Nature, Elsevier และ Taylor and Francis ได้มีการปรับนโยบายการเป็นผู้เขียน (authorship) ระบุไม่ให้ ChatGPT มีชื่อเป็นผู้เขียนหลักหรือผู้เขียนร่วมในบทความทางวิชาการ [2-4] หากนักวิจัยใดใช้เครื่องมือเหล่านี้จะต้องระบุการใช้งานในส่วนที่เหมาะสม เช่น "methodology" หรือ "acknowledgment" อย่างไรก็ดี ถึงแม้ว่าเราไม่สามารถให้ ChatGPT เป็นผู้เขียนได้ แต่เราสามารถใช้เป็นเครื่องมือในการช่วยเกลาบทความได้ หากแต่เราต้องตรวจเช็คความถูกต้องของเนื้อหาอย่างรอบคอบด้วย นอกจากนั้น ด้วยการที่มันเรียนรู้จากฐานข้อมูลจำนวน ChatGPT อาจมีการคัดลอกข้อความบางส่วนมาจากแหล่งที่มาต่างๆ ซึ่งจะนำไปสู่ plagiarism ได้ จึงจำเป็นต้องมีการเช็คในส่วนนี้ด้วย

ต่อไปจะขอยกตัวอย่างบทความ ชื่อเรื่องว่า “Is ChatGPT a Reliable Source for Writing Review Articles in Catalysis Research? A Case Study on CO2 Hydrogenation to Higher Alcohols” [5] ผู้เขียนลองให้ ChatGPT ช่วยวางโครงเรื่องของรีวิวเปเปอร์ในหัวข้อที่กำหนด แล้วก็ใช้ ChatGPT เติมข้อมูลทั้งหมดตาม outline ที่มันเสนอมา จากนั้นผู้เขียนก็นำข้อมูลที่ได้มาเปรียบเทียบกับเปเปอร์ที่ผ่าน peer review ในหัวข้อเดียวกัน ก็พบว่าข้อมูลที่ ChatGPT นำเสนอมานั้น มีโครงสร้างที่คล้ายกับรีวิวเปเปอร์ทั่วไป แต่ยังขาดข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ เช่น กลไกการเกิดปฏิกิริยา

นอกจากนี้ ChatGPT ที่เป็น text-based AI model ยังไม่สามารถใช้ช่วยเขียนตารางหรือเขียนกราฟสำหรับข้อมูลจากผลงานวิจัยเฉพาะทาง และที่แย่ไปกว่านั้นคือ ChatGPT ยังไม่สามารถอ้างอิงที่มาของเนื้อหา (ก็คือยังไม่สามารถ cite ไปยังบทความอื่นได้) ทำให้ยากต่อการเช็คว่าเนื้อหานั้นมีความถูกต้องขนาดไหน เพราะไม่ทราบแหล่งที่มา และเนื้อหาข้อความที่ ChatGPT เขียนขึ้นนั้นในหลายส่วนยังไม่ถูกต้องนักและมีความคลาดเคลื่อนในเชิงเทคนิคอยู่มาก

ยกตัวอย่างเช่น ChatGPT เขียนเกี่ยวกับกลไกการเกิดปฏิกิริยา CO2 Hydrogenation (การเติมไฮโดรเจนให้กับ CO2) เป็นแอลกอฮอล์ว่า CO2 + 2H2 → CH3OH ซึ่งเป็นเพียงกรณีหนึ่งที่เกิดขึ้นได้ของปฏิริยา CO2 Hydrogenation แต่เมื่อถามนักเคมีที่มีความรู้และความเชี่ยวชาญจะเขียนสมการรูปทั่วไปของปฏิกิริยานี้ได้เป็น nCO2 + 3nH2 → CnH2n+1OH +(2n-1)H2O จะเห็นได้ว่านักเคมีสามารถให้คำตอบที่ครบถ้วนมากกว่า โดยเฉพาะสำหรับงานที่ต้องการความเชี่ยวชาญเฉพาะทาง ChatGPT ยังต้องอาศัยการพัฒนาและเรียนรู้อีกมาก


*การใช้ ChatPDF - ChatGPT to PDF ให้อ่านบทความทางวิชาการ พร้อมตอบคำถามและสรุปประเด็นสำคัญ (ผ่าน https://www.chatpdf.com/)*

ตัวอย่างถัดไป เราจะมาลองใช้ ChatPDF ซึ่งเป็นแชทบอทของ ChatGPT ที่รับข้อมูลจากไฟล์เอกสาร PDF ซึ่งผู้ใช้ต้องการให้สรุป ถามคำถามเกี่ยวกับเนื้อหา หรือช่วยอธิบายเอกสารรายงานและงานวิจัยที่ซับซ้อนได้ เป็นต้น ตัวอย่างไฟล์เอกสารที่เราเลือกมาเป็น บทความตีพิมพ์จากกลุ่มวิจัย NCAS ชื่อเรื่องว่า "Energy efficiency of bio-coal derived from hydrothermal carbonized biomass: Assessment as sustainable solid fuel for municipal biopower plant" [6] ซึ่งบทความนี้ได้เขียนลงในเพจของกลุ่มวิจัย เมื่อวันที่ 2 พฤษภาคม 2023 สามารถตามอ่านเวอร์ชั่นที่สมาชิกของเราเขียนไว้ได้ในโพสต์ก่อน ทีนี้เรามาลองให้ ChatPDF สรุปเนื้อหาจากเปเปอร์

Q: สรุปเกี่ยวกับเปเปอร์นี้

ChatPDF : “งานวิจัยนี้เน้นการใช้กระบวนการ Hydrothermal Carbonization (HTC) เพื่อผลิตไบโอคอลจากไบโอมาสจากเปลือกปาล์มและต้นไผ่ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไบโอคอลและการใช้งานเป็นเชื้อเพลิงที่มีคุณภาพสูงในโรงไฟฟ้าไบโอมาส โดยได้ศึกษาผลกระทบของอัตราส่วนไบโอมาสต่อน้ำ อุณหภูมิและเวลาปฏิกิริยา รวมถึงการเพิ่มสารเติมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต ไบโอคอลที่ได้จากกระบวนการ HTC นี้มีคุณสมบัติที่คล้ายถ่านหินและมีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าเชื้อเพลิงจากแหล่งธรรมชาติ งานวิจัยนี้ยังพูดถึงการใช้ไบโอคอลเป็นแหล่งพลังงานทดแทนเชื้อเพลิงจากแหล่งธรรมชาติ การลดขนาดการเก็บเชื้อเพลิง ต้นทุนขนส่ง และการปลดปล่อยก๊าซ CO2 ในโรงไฟฟ้าไบโอมาส โดยไบโอคอลที่ได้จากกระบวนการ HTC นี้สามารถนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานทดแทนเชื้อเพลิงจากแหล่งธรรมชาติได้ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเช่นเดียวกับการใช้เชื้อเพลิงจากแหล่งธรรมชาติที่มีการใช้งานอย่างไม่มีวิจารณญาณ และส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมากในปัจจุบัน งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากทุนการศึกษาและทุนวิจัยต่างๆ อย่างมากมาย”

ในตัวอย่างข้างต้นเราอัพโหลดไฟล์ PDF ซึ่งเป็นภาษาอังกฤษ แต่ถามคำถามให้ ChatPDF สรุปเปเปอร์เป็นภาษาไทย จะเห็นว่า ChatPDF สามารถสรุปได้ประมาณนึง แต่อาจจะไม่แม่นยำถูกต้องมากนักในเชิงเทคนิค และถ้าเปรียบเทียบกับการถามตอบเป็นภาษาอังกฤษ เราพบว่าภาษาไทยจะใช้เวลามากกว่าภาษาอังกฤษ และภาษาที่เขียนในหลายส่วนอาจจะไม่ได้อ่านแล้วลื่นไหล อ่านแล้วยังสะดุดเพราะแปลตรงเกินไป ซึ่งอาจจะเกิดจากที่การเรียนรู้ของโมเดลด้วยภาษาไทยยังต้องการการพัฒนาต่อไปให้ดียิ่งขึ้น

นอกจากความสามารถข้างต้นแล้ว โมเดลตระกูล ChatGPT ยังสามารถช่วยร่างจดหมาย ช่วยเขียนอีเมล์สมัครงาน ช่วยเขียนโค้ดในการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ เขียนบทละคร อธิบายเกี่ยวกับสมการทางคณิตศาสตร์ และอื่นๆ อีกมากมายที่ยังมีคนทดลองใช้งานกันต่อไป อย่างไรก็ตามความรู้ของ ChatGPT สร้างมาจากฐานข้อมูลจนถึงปี 2021 นั่นหมายความว่าคำถามหรือการค้นหาบางอย่างในปัจจุบัน ChatGPT (เวอร์ชั่นที่บุคคลทั่วไปทดลองใช้งาน) ยังไม่สามารถตอบได้ และถึงแม้ตอบได้ก็อาจจะไม่ได้ถูกต้องนัก ทั้งหมดเหล่านี้ยังต้องการการพิสูจน์และพัฒนาต่อไป ไม่แน่ว่าวันนึงอาจใช้ทำงานแทนมนุษย์เลยก็เป็นได้


เรียบเรียงโดย Nanoinformatics and Artificial Intelligence Research Team, NCAS
https://www.nanotec.or.th/ncas/research/artificial-intelligence/
ดร. มนฤดี เลี้ยงรักษา, ดร. อิทธิ ฉัตรนันทเวช, ดร. กนกกร พิมพ์เจริญ, ดร. สุรัฐ ธีรพิทยานนท์
ภาพประกอบสร้างโดย ใช้ chatGPT เขียน prompt สรุปเนื้อหาจากบทความ และป้อนเข้า stable diffusion (https://clipdrop.co/stable-diffusion)


เอกสารอ้างอิง
1. [https://en.wikipedia.org/wiki/Large_language_model]
2. Else, H., Abstracts written by ChatGPT fool scientists. Nature, 2023. 613(7944): p. 423.
3. Stokel-Walker, C., ChatGPT listed as author on research papers: many scientists disapprove. Nature, 2023. 613(7945): p. 620-621.
4. Dwivedi, Y.K., et al., Opinion Paper: “So what if ChatGPT wrote it?” Multidisciplinary perspectives on opportunities, challenges and implications of generative conversational AI for research, practice and policy. International Journal of Information Management, 2023. 71: p. 102642.
5. Zhong, Q., et al., Is ChatGPT a Reliable Source for Writing Review Articles in Catalysis Research? A Case Study on CO2 Hydrogenation to Higher Alcohols. 2023, Preprints.org.
6. Sattasathuchana, S., et al., Energy efficiency of bio-coal derived from hydrothermal carbonized biomass: Assessment as sustainable solid fuel for municipal biopower plant. Applied Thermal Engineering, 2023. 221: p. 119789.
https://m.facebook.com/story.php?story_fbid=pfbid0ogW1CbcJJtJvsnbSoRqXS4sbaUaQnzxuavxEBuXTFGQv57CJDdd4HJxU66X5odtMl&id=100076463822982&mibextid=qC1gEa

06/06/2023

รู้จักกับ “ลิกนิน” สารธรรมชาติที่แสนจะไม่ธรรมดา

ลิกนิน (Lignin) เป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ ที่สามารถพบได้ในพืชทั่วไปสูงถึง 30% ทำหน้าที่เปรียบเสมือนกาวประสานช่วยยึดโครงสร้างพืชให้มีความแข็งแรง นอกจากนี้ยังช่วยลดการระเหยของน้ำ และช่วยป้องกันการถูกทำลายของเนื้อเยื่อจากจุลินทรีย์ได้อีกด้วย

ลิกนินมีโครงสร้างแบบอะโรมาติก (Aromatic structures) ประกอบด้วยมอนอเมอร์ 3 ชนิด ได้แก่ coniferyl, sinapyl และ p-coumaryl alcohols ที่เชื่อมต่อกันจนทำให้เกิดโมเลกุลชีวภาพขนาดใหญ่ที่ซับซ้อน และมีคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ เช่น สามารถป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ชะลอการเกิดอนุมูลอิสระ (Antioxidant) ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ (Antimicrobial) และมีเสถียรภาพทางความร้อน (Thermal stability) ด้วยเหตุนี้ลิกนินจึงเป็นสารชีวภาพทางเลือกเพื่อทดแทนการใช้สารเคมีที่ผลิตจากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม และยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ในภาคอุตสาหกรรม ลิกนินสามารถพบได้ในน้ำดำ หรือ “Black liquor” ซึ่งเป็นของเสียจากขั้นตอนการผลิตเยื่อกระดาษ นอกจากนี้ลิกนินยังเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการผลิตไบโอเอทานอลรุ่นที่ 2 (2G ethanol) ซึ่งใช้วัตถุดิบจำพวกชีวมวลลิกโนเซลลูโลสมาหมักแทนการใช้น้ำตาลอีกด้วย ปริมาณการผลิตลิกนินทั่วโลกมีแนวโน้มเฉลี่ยเพิ่มสูงขึ้นโดยเฉลี่ย 5.6% ต่อปี และคาดว่าจะมีมูลค่าตลาดถึง 1,162 ดอลลาร์สหรัฐในปี 2028 [1] แต่ในปัจจุบันมีลิกนินเพียงแค่ 5% ที่ถูกนำกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับโรงงานกระดาษ/โรงไฟฟ้า [2] ดังนั้นนักวิจัยทั่วโลกจึงได้มีความพยายามคิดค้นและพัฒนากระบวนการสกัดลิกนินออกจากน้ำดำ เพื่อนำลิกนินกลับมาใช้ประโยชน์ให้ได้มากที่สุด จนกระทั่งในปี 2008 บริษัท Valmet จากประเทศฟินแลนด์ เป็นบริษัทชั้นนำแห่งแรกของโลกที่ได้พัฒนาเทคโนโลยีการสกัดลิกนินคุณภาพสูงออกจากน้ำดำ ที่ชื่อว่า “LignoBoost™” เกิดเป็นจุดเริ่มต้นที่ทำให้ลิกนินเป็นที่รู้จักในวงกว้าง ทั้งในทวีปอเมริกาและยุโรป และมีการนำลิกนินไปประยุกต์ใช้ในหลายอุตสาหกรรม เช่น ใช้เป็นส่วนผสมในปุ๋ย ยาฆ่าแมลง และอาหารสัตว์ในอุตสาหกรรมการเกษตร ใช้เป็นส่วนผสมในปูนซีเมนต์เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความคงทน ใช้เป็นสารเติมแต่งและสารเร่งปฏิกิริยาวัลคาไนซ์ในอุตสาหกรรมยาง เป็นต้น [3, 4]

นอกจากจะขึ้นอยู่กับประเภทและที่มาของชีวมวล เช่น ไม้เนื้ออ่อน (Softwood) ไม้เนื้อแข็ง (Hardwood) และกลุ่มหญ้า (Grasses) องค์ประกอบและคุณสมบัติของลิกนิกยังแปรผันตามกระบวนการสกัดแยกลิกนินอีกด้วย ในปัจจุบันกระบวนการสกัดลิกนินที่นิยมใช้มี 4 กระบวนการ ซึ่งทำให้ได้ลิกนินประเภทต่างๆ ได้แก่ กระบวนการคราฟท์ (Kraft lignin) กระบวนการลิกโนซันโฟเนต (Lignosulfonate lignin) กระบวนการโซดา (Soda lignin) และกระบวนการสกัดที่ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ (Organosolv lignin) เนื่องจากแต่ละกระบวนการมีการใช้กรดหรือตัวทำละลายอินทรีย์ที่ต่างกัน จึงส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของลิกนินดั้งเดิม ทั้งเชิงโครงสร้าง น้ำหนักโมเลกุล ปริมาณสารอนินทรีย์ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งปริมาณหมู่ฟังก์ชัน ได้แก่ หมู่ไฮอะลิฟาติกไฮดรอกซิล (Aliphatic OH) หมู่ฟีนอลิกไฮดรอกซิล (Phenolic OH) หมู่กรดคาร์บอกซิลิก (Carboxylic acids) และหมู่คาร์บอนิล (Carbonyl) นำไปสู่ผลิตภัณฑ์ลิกนินที่มีคุณสมบัติทางเคมีที่ต่างกัน และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้มากมาย ไม่ว่าจะใช้เป็นสารเคมีที่มีมูลค่าสูง (Biochemicals) เชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuels) วัสดุฐานชีวภาพ (Bio-based materials) หรือแม้กระทั่งสารเติมแต่งเชิงหน้าที่ (Functional additives)

แต่การแปรรูปลิกนินที่มีโครงสร้างซับซ้อนนั้นเป็นเรื่องท้าทาย ต้องอาศัยกระบวนการดัดแปลงลิกนินทางเคมี (Chemical modification) และกระบวนการดีพอลิเมอร์ไรเซชัน (Depolymerization) เพื่อแปลงสภาพลิกนินให้แตกออกเป็นโมเลกุลเล็กๆ ได้แก่ โมโนเมอร์ (Monomer) หรือ โอลิโกเมอร์ (Oligomers) ด้วยการให้อุณหภูมิและ/หรือสารเคมี ร่วมกับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ในบทความนี้ เราจะขอยกตัวอย่างของกระบวนการแปรรูปลิกนินเชิงเคมีที่ได้ผลิตภัณฑ์ที่น่าสนใจหลายชนิด ได้แก่

การผลิต “วานิลลิน (Vanillin)” หรือกลิ่นวานิลลาสังเคราะห์ เพื่อทดแทนการใช้ฟีนอลจากปิโตรเลียม วานิลลินเป็นที่ต้องการในตลาดโลกมากถึง 12,000 ตันต่อปี และเป็นสารเคมีที่มีมูลค่าสูงกว่าคราฟท์ลิกนินถึง 100 เท่า (ราคาลิกนินอยู่ที่ประมาณ 150 ดอลลาร์ต่อตัน แต่วานิลินมีมูลค่าสูงถึง 15,000 ดอลลาร์ต่อตัน) [5] การผลิตวานิลลินจากลิกนิน ถูกค้นพบในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 โดย Borregaard นักวิจัยชาวนอร์เวย์ ที่นำลิกโนซัลโฟเนตลิกนินจากอุตสาหกรรมกระดาษมาทำปฏิกิริยาออกซิเดชันร่วมกับการใช้ทองแดงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในปัจจุบันบริษัท Borregaard เป็นบริษัทเดียวในยุโรปที่สามารถผลิตและจำหน่ายวานิลลินเชิงพาณิชย์ “Biovanillin”

การสังเคราะห์โฟมฟีนอลิก (Phenolic foam) ซึ่งเป็นวัสดุฐานชีวภาพจากลิกนิน นำมาใช้เป็นฉนวนกันความร้อนภายในอาคาร ท่าอากาศยาน และท่อขนส่งสารเคมี [6] โดยทั่วไปการสังเคราะห์โฟมฟีนอลิกจะถูกเตรียมจากปฏิกิริยาเรโซลที่มีฟอร์มาลดีไฮด์และฟีนอลเป็นส่วนประกอบหลัก อย่างไรก็ตามกระบวนการสังเคราะห์ลิกนินโฟมจำเป็นต้องมีขั้นตอนการดัดแปรหมู่ฟังก์ชันทางเคมี (Chemical modification) เพื่อปรับปรุงโครงสร้างและตำแหน่งกัมมันต์ (Active sites) ของลิกนินให้มีโครงสร้างบางส่วนที่ใกล้เคียงกับฟีนอล ปฏิกิริยาหลักที่ใช้ในการปรับปรุงหมู่ฟังก์ชันของลิกนิน ได้แก่ 1) เมธิเลชัน (Methylolation) 2) ฟีนอเลชัน (Phenolation) และ 3) ดีเมธิเลชัน (Demethylation) โดยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัท Sumitomo Bakelite จากประเทศญี่ปุ่น ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเรซินฟีนอลิกจากลิกนิน สำหรับใช้เป็นชิ้นส่วนรถยนต์ไฟฟ้าในอุตสาหกรรมรถยนต์ ซึ่งพบว่าสามารถทดแทนการใช้ฟีนอลได้มากถึงร้อยละ 50 โดยน้ำหนัก [6]

การใช้ลิกนินเป็นสารเติมแต่งเชิงหน้าที่ (Functional additives) ในพลาสติกบรรจุภัณฑ์และทางการแพทย์ ก็เป็นอีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ลิกนิกที่ได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้เติมแต่งพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เพราะจากพลาสติกชีวภาพยังมีข้อจำกัดในด้านคุณสมบัติเชิงกล มีเสถียรภาพทางความร้อนต่ำ และดูดซับรังสียูวีและอนุมูลอิสระได้ค่อนข้างต่ำ การเติมลิกนินลงในผลิตภัณฑ์จึงมีส่วนช่วยในการปรับปรุงข้อบกพร่องเหล่านี้ เพื่อนำไปสู่การใช้งานที่กว้างขวางมากขึ้น [7]

หวังว่าตัวอย่างเหล่านี้ จะแสดงให้เห็นว่าลิกนินมีศักยภาพในการเป็นแหล่งวัตถุดิบหมุนเวียนที่สำคัญ สำหรับอุตสาหกรรมเชื้อเพลิงและเคมีชีวภาพที่มีความยั่งยืน ส่งผลกระทบต่อธรรมชาติน้อย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นในอนาคตอันใกล้

เรียบเรียงโดย ดร. วรรณวิทู วรรณโมลี
ภาพประกอบโดย ปริณวดี ชูแก้ว


อ้างอิง
[1] ILI, EPA, USDA, Finnish Forest Association, Company Annual Reports, Primary Research, Global Market Insights.
[2] Sivagurunathan, P., Tirath Raj, Chandra Sekhar Mohanta, Surbhi Semwal, Alok Satlewal, Ravi P. Gupta, Suresh K. Puri, S. S. V. Ramakumar, and Ravindra Kumar. "2G waste lignin to fuel and high value-added chemicals: Approaches, challenges and future outlook for sustainable development." Chemosphere 268 (2021): 129326.
[3] Stewart, D. (2008). Lignin as a base material for materials applications: Chemistry, application and economics. Industrial crops and products, 27(2), 202-207.
[4] https://www.valmet.com/pulp/other-value-adding-processes/lignin-extraction/lignin-uses/ [5] https://www.borregaard.com/company/news-archive/borregaard-increases-production-of-bio-based-vanillin/
[6] Zhang, Wei, Yufeng Ma, Chunpeng Wang, Shouhai Li, Mingming Zhang, and Fuxiang Chu. "Preparation and properties of lignin–phenol–formaldehyde resins based on different biorefinery residues of agricultural biomass." Industrial Crops and Products 43 (2013): 326-333.
[7] https://www.plasticstoday.com/sustainability/plant-derived-phenolic-resin-debuts-japan

31/05/2023

ฝากประชาสัมพันธ์ค่ะ

29/05/2023

ดร. พงษ์ธนวัฒน์ นำทีมคาร์บอนออกสื่อค่ะ

📢 NANOTEC Newsletter ฉบับที่ 28 ประจำเดือนพฤษภาคม 2566 พบกับ
"เรื่องจากปก" - นาโนเทค สวทช. ออกแบบวัสดุดูดซับยาโซลิโดรนิกแอซิดจากถ่านกัมมันต์เจือ MgO ลดเสี่ยงภาวะกระดูกขากรรไกรตาย ในผู้ป่วยมะเร็ง-กระดูกพรุน

"Highlight"
👍 ครั้งแรกของการสัมมนาเชิงปฏิบัติการ CCUS Roadmap นำไทยสู่ความเป็นกลางทางคาร์บอน
👍 นาโนเทค สวทช. ต้อนรับคณะผู้บริหารสภาอุตสาหกรรมแห่งประเทศไทย
👍 University of Sydney (AUSTRALIA) – NANOTEC (THAILAND) Kicked off the Workshop on “Hydrogen Production”

อ่านเพิ่มเติมได้ที่ https://www.nanotec.or.th/th/nanotec-newsletter

18/05/2023

ตัวเก็บประจุ Water-in-Salt ประสิทธิภาพสูง จากแผ่นกั้นขั้วนาโนเซลลูโลส

ตัวเก็บประจุ (Capacitor) คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่กักเก็บพลังงานไว้ในรูปของสนามไฟฟ้า ทำงานคล้ายคลึงกับแบตเตอรี่ แต่สามารถคายประจุ หรือเก็บประจุได้ว่องไวกว่า (แลกกับความหนาแน่นเชิงพลังงานที่ต่ำกว่า) ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้ในปัจจุบันที่มีความต้องการใช้พลังงานหลากหลายรูปแบบ หนึ่งในรูปแบบตัวเก็บประจุที่ได้รับความนิยมอย่างมาก คือ ตัวเก็บประจุไฟฟ้าเคมียิ่งยวด (supercapacitor) ซึ่งมีอัตราการเก็บและคายประจุที่รวดเร็ว มีอายุการใช้งานนาน และกักเก็บพลังงานได้มาก

ส่วนประกอบหลักในตัวเก็บประจุเคมีไฟฟ้ายิ่งยวด คือ ขั้วไฟฟ้า (electrodes) สองขั้ว สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (electrolyte) ที่มีไอออนของเกลือละลายอยู่ และแผ่นกั้นขั้ว (separator membrane) ซึ่งนอกจากเป็นวัสดุที่ใช้กั้นระหว่างขั้วแคโทดและแอโนดเพื่อป้องกันการเกิดกระแสลัดวงจรในอุปกรณ์แล้ว แต่ยังเอื้อต่อการไหลผ่านของไอออนระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองข้าง จึงเป็นชิ้นส่วนสำคัญที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยและประสิทธิภาพการเก็บกักพลังงานของตัวอุปกรณ์

สารละลายอิเล็กโทรไลต์กลุ่ม “water-in-salt” (WISE) เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีใหม่ที่น่าจับตามอง โดยดึงจุดเด่นของอิเล็กโทรไลต์กลุ่มน้ำและไอออนิคลิควิด (ionic liquid) ผนวกเข้าด้วยกัน ทำให้มีช่วงความต่างศักย์ในการใช้งานที่กว้างขึ้นกว่าเดิมในราคาต้นทุนที่ถูกลง และมีความเป็นพิษต่ำ อย่างไรก็ตาม WISE ซึ่งก็คือสารละลายเกลือเข้มข้น นั้นมีค่าแรงตึงผิวสูงและมักจะไม่เกาะขั้วคาร์บอน (มี wettability หรือค่าความเปียกที่ต่ำ) ทำให้เมื่อนำมาใช้งานกับแผ่นกั้นทั่วไปที่ผลิตจากพอลิเมอร์กลุ่มพอลิโพรพิลีน (PP) ซึ่งมีความไม่ชอบน้ำ (hydrophobicity) สูง จึงส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์ไม่ดีเท่าที่ควร

คณะวิจัยจาก Nanocatalysis and Molecular Simulation (NCAS) ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (NANOTEC) ได้เล็งเห็นโอกาสที่จะพัฒนาแผ่นกั้นที่มีสมบัติพื้นผิวที่ดีกว่าแผ่นกั้น PP ทั่วไป ที่นอกจากจะไม่ชอบน้ำแล้ว ยังทำมาจากทรัพยากรปิโตรเลียม ทีมวิจัยจึงนำเทคโนโลยีเส้นใยนาโนเซลลูโลส (cellulose nanofiber, CNF) ซึ่งเป็นวัสดุชีวภาพ (biomaterial) ที่หมุนเวียนได้ (renewable) และเป็นความเชี่ยวชาญของทีมวิจัย มาผลิตเป็นแผ่นกั้นที่มีสภาพขั้วและพื้นผิวที่ปรับจูนได้เหมาะสมกับระบบอุปกรณ์ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ WISE จากผลการทดสอบในอุปกรณ์ตัวเก็บประจุเคมีไฟฟ้ายิ่งยวด พบว่าแผ่นกั้นจากเส้นใยนาโนเซลลูโลสที่ปรับปรุงด้วยหมู่ฟังก์ชัน succinic group (SCNF) มีสภาพพื้นผิวที่ชอบน้ำ (hydrophilic) มีรูพรุนระดับนาโน (nanopore) และมีปริมาณรูพรุนที่เหมาะสมทำให้ช่วยเพิ่ม wettability ของพื้นผิววัสดุ เมื่อใช้ WISE ที่มีความเข้มข้นของน้ำเกลือสูง ซึ่งลดค่า cell resistance และส่งผลต่อการเพิ่มความสามารถในการเก็บประจุได้มากขึ้นกว่าเดิมถึง 7 เท่า เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้แผ่นกั้นทั่วไปทางการค้า

ผลงานวิจัยนี้เป็นความร่วมมือระหว่างคณะวิจัยจากกลุ่มวิจัย NCAS, NANOTEC และคณะวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร (SIIT) มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ สามารถติดตามอ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ Varisara Deerattrakul, Phongphot Sakulaue, Aritsa Bunpheng, Wasawat Kraithong, Aniwat Pengsawang, Pongkarn Chakthranont, Pawin Iamprasertkun, Vorranutch Itthibenchapong,
Introducing hydrophilic cellulose nanofiber as a bio-separator for “water-in-salt” based energy storage devices, Electrochimica Acta, 2023 (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142355)

เรียบเรียงโดย ดร. วรนุช อิทธิเบญจพงศ์
Image credit: ดร. ปองกานต์ จักรธรานนท์ + https://clipdrop.co/stable-diffusion

15/05/2023

University of Sydney (AUSTRALIA) - NANOTEC (THAILAND) Kicked off the Workshop on “Hydrogen Production”

On 10 May 2023, NANOTEC, Thailand in collaboration with The University of Sydney, Australia organized the workshop on hydrogen production (virtual meeting). This is the kick-off activity between NANOTEC and The University of Sydney with an aim to bring together Australian and Thai professors and researchers to learn and share research experiences on “hydrogen production”.
The workshop started with the Welcome and Introductory Overview of the Net Zero Initiative and context within Australia by Professor Deanna M. D’Alessandro, Professor & Director, Net Zero Initiative, School of Chemical & Biomolecular Engineering (Faculty of Engineering), School of Chemistry (Faculty of Science), University of Sydney. Then, Dr. Wannee Chinsirikul, NANOTEC Executive Director, gave a welcome remark and presented on Introduction of Carbon Capture Utilization and Storage Technology Roadmap (CCUS TRM) in Thailand. There were six speakers from The University of Sydney and NANOTEC sharing their recent works related to decarbonization and net zero. Both sides are interested in granting opportunity for research collaboration and partnership.

12/05/2023

ทีมวิจัย NCAS ของเราร่วมจัดงาน workshop เพื่อ brainstorm roadmap CCUS ของประเทศ

09/05/2023

นักวิจัยออกแบบวัสดุดูดซับยาโซลิโดรนิกแอซิด จากถ่านกัมมันต์เจือ MgO เพื่อลดสภาวะกระดูกขากรรไกรตาย

ยาโซลิโดรนิก แอซิด (Zoledronic acid; ZA) เป็นยาในกลุ่มบิสฟอสโฟเนต (Bisphosphonate) ที่มีฤทธิ์ยับยั้งการสลายตัวของกระดูก (Osteoclastic bone resorpion) จึงนิยมใช้บำบัดสภาวะสลายตัวของกระดูกอันมีสาเหตุจากมะเร็ง (Osteolytic bone metastasis) [1] ปัจจุบันยา ZA ได้รับการรับรองให้ใช้ในการรักษาโรคกระดูกพรุน (Osteoporosis) ทั้งในหญิงวัยหมดประจำเดือนและในผู้ชาย รวมถึงใช้ป้องกันและรักษาโรคกระดูกพรุนจากยาสเตียรอยด์ (Steroid induced osteoporosis) อย่างไรก็ตาม การใช้ ZA ในระยะยาว จะก่อให้เกิดสภาวะแทรกซ้อน เรียกว่า ภาวะกระดูกขากรรไกรตายเนื่องจากยา (medication-related osteonecrosis of the jaw; MRONJ) ซึ่งมักจะเกิดขึ้นหลังการถอนฟัน [2] มีอาการแรกเริ่มคล้ายฟันผุ แต่รักษาไม่หาย จนกระทั้งพบกระดูกโผล่ในช่องปากและไม่มีเนื้อเยื่อปกคลุมเป็นเวลานาน หากร้ายแรงมากอาจจะส่งผลให้กระดูกขากรรไกรหัก ในปัจจุบันยังไม่มีวิธีมาตรฐานในการรักษา MRONJ ทำให้กระบวนการรักษามีราคาแพง นอกจากนี้ยังพบว่าร้อยละ 25 ของผู้ป่วยจากการใช้ยา ZA มีภาวะโรคกระดูกตาย ดังนั้นการป้องกันไม่ให้เกิดโรคกระดูดตายจึงเป็นหนทางที่ดีที่สุด ซึ่งทำได้โดยการใช้วัสดุดูดซับดักจับยา ZA ส่วนเกินก่อนที่จะถูกดูดซึมเข้าเซลล์ เช่น การใช้แคลเซียมฟอสเฟตที่ดักจับ ZA ได้ดีและพบว่าไม่เป็นพิษต่อเซลล์ในสัตว์ทดลอง แต่แคลเซียมฟอสเฟตนั้นเป็นวัสดุดูดซับยาที่ประสิทธิภาพไม่สูงนัก เพราะมีพื้นที่ผิวต่ำ

ดังนั้นในงานวิจัยนี้ ทีมวิจัยจาก NCAS ของเราจับมือกับ SIIT ศูนย์วิจัยสเต็มเซลล์ฟอร์ไลฟ์ เนคเทค สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน และทีมวิจัยจากคณะทันตแพทย์ศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ทำการพัฒนาวัสดุดูดซับยา ZA ตัวใหม่ จากถ่านกัมมันต์ที่มีรูพรุน (Activated carbon) ที่ปรับปรุงคุณสมบัติด้วย MgO ซึ่งทีมวิจัยได้ศึกษาปริมาณการเจือสาร Mg และศึกษาค่าความเป็นกรด-ด่าง ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการดูดซับของวัสดุ โดยพบว่าถ่านกัมมันต์ที่ผลิตได้มีพื้นที่ผิวที่สูงและมีอนุภาคของ MgO ที่มีกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอจะช่วยทำให้วัสดุ MgO/AC มีคุณสมบัติในการดูดซับสาร ZA ได้มากถึง 73 mg/g ภายใต้สภาวะที่เป็นกลาง เมื่อเปรียบเทียบกับถ่านกัมมันต์ที่ดูดซับได้แค่ 14 mg/g นอกจากนี้ยังประยุกต์ใช้การคำนวณด้วยทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (Density functional theory; DFT) โดยพบว่า MgO ช่วยเพิ่มอัตราการดูดซับ ZA บนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ ยิ่งไปกว่านั้น วัสดุดูดซับ MgO/AC ยังสามารถเข้ากันได้ดีกับเซลล์ของมนุษย์ในหลอดทดลอง ซึ่งงานวิจัยนี้ถือได้ว่าเป็นงานวิจัยแรกที่มีการรายงานว่าวัสดุ MgO/AC เป็นตัวดูดซับที่มีศักยภาพในการกำจัด ZA เพื่อป้องกันภาวะแทรกซ้อนที่เกี่ยวข้องกับกระดูกพรุน

ติดตามอ่านเพิ่มเติมได้ที่ Rational design for MgO-modified porous carbon towards enhancing zoledronic acid adsorption, Unchidtha Wongthong, Pongtanawat Khemthong, Saran Youngjan, Jakkapop Phanthasri, Montree Toso, Chompoonut Rungnim, Suwimon Boonrungsiman, Teera Butburee, Manus Sriring, Chalathorn Chanthad, Paiboon Sreearunothai, Toshiyuki Ikoma, Hideki Nakajima, Wantana Klysubun, Ratchadaporn Supruangnet, Weerachai Singhatanadgit, Applied Surface Science, 2023 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.156359.

เรียบเรียงโดย: ดร. จักรภพ พันธศรี นางสาวอัญชิษฐา วงศ์ทอง และ ดร.พงษ์ธนวัฒน์ เข็มทอง


เอกสารอ้างอิง
[1] Nicolatou-Galitis O, Schiødt M, Mendes RA, Ripamonti C, Hope S, Drudge-Coates L, et al. Medication-related osteonecrosis of the jaw: definition and best practice for prevention, diagnosis, and treatment. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol 2019;127:117–35. https://doi.org/10.1016/j.oooo.2018.09.008.

[2] de Almeida AD, Leite FG, Chaud MV, Rebelo M de A, Borges LCF de S, Viroel FJM, et al. Safety and efficacy of hydroxyapatite scaffold in the prevention of jaw osteonecrosis in vivo. J Biomed Mater Res - Part B Appl Biomater 2018;106:1799–808. https://doi.org/10.1002/jbm.b.33995.