นักวิจัย MIT พัฒนาไฮโดรเจลวัสดุแห่งอนาคตที่กำลังปฏิวัติวงการแพทย์และสิ่งแวดล้อม

นักวิจัยที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) สหรัฐอเมริกา กำลังศึกษาและพัฒนา “ไฮโดรเจล” วัสดุอันน่าทึ่งที่มีคุณสมบัติคล้ายเนื้อเยื่อมีชีวิต สามารถกักเก็บน้ำได้จำนวนมาก และเริ่มเข้ามามีบทบาทสำคัญในการแก้ปัญหาใหญ่ของโลก เช่น การแพทย์ เทคโนโลยี และความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม 

“ไฮโดรเจล” คือ วัสดุที่เหมือนฟองน้ำขนาดจิ๋วที่สร้างจากตาข่ายโมเลกุล ตัวมันไม่ใช่ทั้งของแข็งเหมือนหิน และก็ไม่ใช่ของเหลวเหมือนน้ำ แต่เป็นกึ่งกลางระหว่างทั้งสอง จึงทำให้โมเลกุลน้ำสามารถแทรกตัวเข้าไปอยู่ภายในได้อย่างอิสระ ไฮโดรเจลประกอบด้วยเส้นใยพอลิเมอร์เล็ก ๆ ที่เชื่อมโยงกันเป็นเครือข่าย ทำให้สามารถดูดซับและเก็บน้ำไว้ได้มหาศาล บางชนิดเก็บน้ำได้มากถึง 99% ของน้ำหนักทั้งหมด ความสามารถนี้ทำให้ไฮโดรเจลทั้งนุ่มและแข็งแรงในเวลาเดียวกัน และทำให้มันมีพฤติกรรมใกล้เคียงกับเนื้อเยื่อมีชีวิต มากกว่าวัสดุทั่วไปที่เรารู้จัก

ปฏิวัติวงการดูแลสุขภาพด้วยชีวอิเล็กทรอนิกส์ไฮโดรเจล

ในวงการดูแลสุขภาพ "ไฮโดรเจล" กำลังก้าวจากการทดลองในห้องปฏิบัติการสู่การนำมาใช้ในร่างกายมนุษย์ นักวิจัยได้บุกเบิกสาขาใหม่ที่เรียกว่า "ชีวอิเล็กทรอนิกส์ไฮโดรเจล" (Hydrogel bioelectronics) ซึ่งเข้ามาแก้ปัญหาสำคัญที่วัสดุฝังในร่างกายแบบดั้งเดิม เช่น โลหะและเซรามิก มักก่อให้เกิดเนื้อเยื่อแผลเป็นบริเวณรอยต่อ 

ไฮโดรเจลชนิดพิเศษที่มีคุณสมบัติเป็นกาว (Adhesive hydrogels) สามารถช่วยลดหรือป้องกันการเกิด “พังผืด” หรือเนื้อเยื่อแผลเป็นในร่างกายได้ โดยปกติแล้วพังผืดที่เกิดขึ้นจะทำให้เนื้อเยื่อรอบ ๆ แข็งและหนาขึ้น ส่งผลให้ขาดความยืดหยุ่น อาจรบกวนการทำงานของอวัยวะที่บอบบาง และทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ฝังอยู่ในร่างกาย เช่น อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ ทำงานได้ไม่เต็มที่

เนื่องจากอุปกรณ์ที่ทำจากไฮโดรเจลมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและเลียนแบบคุณสมบัติทางกล และทางสรีรวิทยาของเนื้อเยื่อชีวภาพ จึงสามารถคงอยู่ในร่างกายได้นานหลายเดือนหรือหลายปี 

นอกจากนี้ ไฮโดรเจลยังถูกนำไปใช้ในงานทางการแพทย์หลากหลายรูปแบบ เช่น วัสดุรองรับสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อ (Scaffolds for tissue engineering), การฟื้นฟูอวัยวะ, พาหะสำหรับการปล่อยยา, และวัสดุปิดแผลเพื่อช่วยให้แผลหายเร็วขึ้นโดยการรักษาความชุ่มชื้นและสภาพแวดล้อมที่ปกป้อง

แก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมจากการเกษตรถึงน้ำสะอาด

ในภาคการเกษตร ไฮโดรเจลถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงการกักเก็บน้ำในดินที่แห้งแล้ง ลดความจำเป็นในการชลประทาน และช่วยให้พืชรอดในสภาพอากาศที่คาดเดาไม่ได้มากขึ้น และยังมีการพัฒนาเซ็นเซอร์ไฮโดรเจลที่สามารถฝังในพืชได้โดยไม่รบกวนการเจริญเติบโตของพืช เพื่อบันทึกให้ข้อมูลสุขภาพพืชแบบเรียลไทม์

การผลิตน้ำสะอาด ไฮโดรเจลที่ปรับแต่งด้วยเกลือสามารถเก็บเกี่ยวไอน้ำจากอากาศแม้ในพื้นที่แห้งแล้ง การดูดซับน้ำตอนกลางคืนและปล่อยออกมาตอนกลางวันด้วยพลังงานจากแสงแดด ทำให้ได้แหล่งน้ำดื่มสะอาดโดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้า

อนาคตและการวิจัยที่ MIT

ความท้าทายต่อไป คือ การพัฒนาไฮโดรเจลให้สามารถผลิตได้ในปริมาณมากและรวมเข้ากับระบบที่ใช้งานง่ายขึ้น นักวิจัย MIT หลายกลุ่มกำลังทดลองสร้างต้นแบบใหม่ ๆ ตั้งแต่วัสดุที่ซ่อมแซมตัวเองได้เพื่อดักจับคาร์บอนและมีเทน ระบบกรองมลพิษในน้ำ ไปจนถึงแนวคิดไฮโดรเจลที่อาจนำไปสู่การสร้างระบบทำความร้อนและความเย็นที่ยั่งยืนสำหรับบ้านในอนาคต

ไฮโดรเจล คือ หนึ่งในวัสดุแห่งอนาคตที่มีศักยภาพสูงในการแก้ปัญหาใหญ่ของโลก ทั้งในด้านการแพทย์ เทคโนโลยี และสิ่งแวดล้อม คุณสมบัติพิเศษและความยืดหยุ่นของมันกำลังทำให้โลกวิทยาศาสตร์เชื่อว่า ไฮโดรเจลจะเป็นวัสดุสำคัญที่ช่วยกำหนดทิศทางอนาคตของมนุษยชาติได้