เทคโนโลยีนิวเคลียร์ เป็นเทคโนโลยีที่นำปฏิกิริยาหรือกลไกที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสของอะตอมมาใช้ประโยชน์ พลังงานที่ได้จากกระบวนการทางนิวเคลียร์เพื่อนำมาประยุกต์ใช้มักอยู่ในรูปที่เรียกว่า “รังสี”  ซึ่งเป็นรังสีก่อไอออน (ionizing radiation) รังสีนิวเคลียร์แบ่งเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ (1) รังสีประเภทอนุภาค เช่น แอลฟา บีต้า โปรตอน นิวตรอน และ (2) รังสีประเภทคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น รังสีแกมมา และรังสีเอกซ์ การนำรังสีมาใช้ประโยชน์จะเลือกตามลักษณะการใช้งานบนพื้นฐานของอันตรกิริยาที่เกิดระหว่างรังสีและตัวกลาง ซึ่งก่อให้เกิดอนุมูลอิสระที่ว่องไว หรือเกิดปฏิกิริยาทางนิวเคลียร์ นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทั้งสมบัติทางกายภาพหรือชีวภาพของตัวกลางได้ ปัจจุบันมีการค้นคว้าวิจัยเพื่อนำพลังงานนิวเคลียร์ในรูปของรังสีไปใช้ประโยชน์มากขึ้น เนื่องจากรังสีเป็นพลังงานที่สะอาดและมิตรต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้กระบวนการทางรังสียังเป็นอีกเส้นทางหนึ่งที่จะช่วยประหยัดการใช้พลังงานความร้อน ซึ่งกำลังเป็นประเด็นหนึ่งที่สำคัญในโลกยุคปัจจุบัน กระบวนการทางรังสีเป็นกระบวนการที่ง่าย สะดวก สามารถลดปริมาณสารเคมี ขั้นตอนและกระบวนการผลิตได้ ปัจจุบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์ที่นำมาใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลาย ได้แก่การฉายรังสีอาหารเพื่อฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ การใช้รังสีในทางการแพทย์ เช่นการใช้รังสีเพื่อการวินิจฉัยและรักษา การใช้รังสีในทางอุตสาหกรรม เช่นการตรวจสอบวัตถุต้องสงสัย เป็นต้น นอกจากนี้ปัจจุบันยังมีการศึกษาค้นคว้าและวิจัยเพื่อนำเทคโนลียีนิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ให้มีความหลากหลายมากยิ่งขึ้น เช่น  การตรวจสอบอาหารฉายรังสี   การปรับปรุงคุณภาพผลิตผลทางการเกษตร เช่นเมล็ดสบู่ดำ  การปรับปรุงคุณภาพอัญมณีด้วยรังสี ตลอดจนการพัฒนาวัสดุ เช่นการผลิตวัสดุเคลือบด้วยรังสีเพื่อใช้เป็นวัสดุป้องกันหอยศัตรูพืช และการพัฒนาวัสดุในระดับนาโน เช่น การสังเคราะห์พาหนะนำส่งยาด้วยรังสี เป็นต้น

การตรวจสอบอาหารฉายรังสี¹

                   ปัจจุบันมีประเทศที่ยอมรับผลิตภัณฑ์อาหารฉายรังสีมากกว่า 40 ประเทศ และมีแนวโน้มเพิ่มมากขึ้น แต่ยังมีอีกหลายประเทศ เช่น บางประเทศในสหภาพยุโรป ยังคงห้ามการนำเข้าผลิตภัณฑ์อาหารฉายรังสีหรือให้การยอมรับอาหารฉายรังสีบางประเภทเท่านั้น ดังนั้น การตรวจสอบอาหารหรือผลิตภัณฑ์อาหารเพื่อตรวจพิสูจน์การฉายรังสี จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่ออุตสาหกรรมอาหารส่งออกของไทย ถึงแม้ว่าวิธีการตรวจสอบอาหารฉายรังสี ได้ถูกกำหนดเป็นวิธีมาตรฐานที่ได้รับการรับรองโดยคณะกรรมาธิการโครงการมาตรฐานอาหารFAO/WHO หรือ Codex Alimentarius Commission แต่การนำเทคนิคดังกล่าวมาประยุกต์ใช้กับผลิตภัณฑ์อาหารของประเทศไทย จำเป็นต้องมีการศึกษาและพัฒนาเทคนิคให้เหมาะสมกับประเภทของอาหาร เพื่อให้ได้วิธีการตรวจสอบที่มีมาตรฐาน ให้ผลถูกต้องและแม่นยำ ภาควิชารังสีประยุกต์และไอโซโทป ได้ดำเนินโครงการวิจัยเพื่อตรวจสอบอาหารฉายรังสีประเภทเครื่องปรุงรสและเส้นหมี่ ด้วยเทคนิค Thermoluminescence (TL) และ Electron spin resonance (ESR) พบว่าทั้งสองเทคนิคสามารถตรวจสอบเพื่อแยกแยะระหว่างตัวอย่างที่ฉายรังสีและไม่ได้ฉายรังสีได้อย่างถูกต้องแม่นยำ

การปรับปรุงคุณภาพสบู่ดำด้วยรังสี¹

          เป็นที่ทราบกันดีแล้วว่า เมล็ดสบู่ดำเป็นส่วนที่ทำประโยชน์ได้มากที่สุดของต้นสบู่ดำ เนื่องจากประกอบด้วยน้ำมันสูงถึงร้อยละ 40 ซึ่งเมื่อสกัดแยกน้ำมันออกแล้ว กากที่เหลือยังอุดมไปด้วยโปรตีนถึงในเมล็ดสบู่ดำบางสายพันธุ์ประกอบด้วยสารต่อต้านโภชนาการหลายชนิด เช่น สารยับยั้งทริปซิน (Trypsin inhibitors) ซึ่งมีผลต่อการดูดซึมของกรดอะมิโนซีสตีนและเมทไธโอนิน นอกจากนี้ยังประกอบด้วยสารพิษในกลุ่ม phorbol esters ซึ่งออกฤทธิ์กระตุ้นการเกิดมะเร็ง  ภาควิชารังสีประยุกต์และไอโซโทป ได้ทำการวิจัยโดยวิธีการฉายรังสีแกมมาเพื่อปรับปรุงคุณภาพเมล็ดสบู่ดำสายพันธุ์ต่างๆ ที่พัฒนาขึ้นโดยนักวิจัยของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ผลการศึกษาพบว่ารังสีแกมมาปริมาณ 60 กิโลเกรย์ สามารถลดปริมาณสารพิษในกลุ่ม phorbol esters ลงได้ร้อยละ 80 และเพิ่มความสามารถในการย่อยโปรตีนในกากเมล็ดสบู่ดำให้สูงขึ้นได้ถึงร้อยละ 90 โดยไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางโภชนะในเมล็ดสบู่ดำ  ดังนั้น การฉายรังสีแกมมาเป็นทางเลือกหนึ่งที่มีศักยภาพสูงในการลดความเป็นพิษจากเมล็ดสบู่ดำและปรับแต่งคุณภาพของกากเมล็ดสบู่ดำ เพื่อนำไปใช้เป็นแหล่งโปรตีนสำหรับอาหารสัตว์ได้ต่อไป เนื่องจากวิธีการฉายรังสีสามารถทำได้คราวละมากๆ และไม่จำเป็นต้องอาศัยกระบวนเตรียมตัวอย่างเหมือนวิธีอื่น นอกจากนี้ยังคงรักษาคุณค่าทางโภชนะไว้ได้อีกด้วย

การปรับปรุงคุณภาพอัญมณีด้วยรังสี : การปรับปรุงคุณภาพการเปลี่ยนสีมุกน้ำจืดค้วยการฉายรังสีแกมมา²

               มุก (pearl) เป็นอัญมณีที่เกิดจากผลผลิตของสิ่งมีชีวิต เป็นอัญมณีอินทรีย์ (Organic Gems) ชนิดหนึ่งที่มีราคาสูง เป็นที่นิยมนำมาใช้เป็นเครื่องประดับเนื่องจากเป็นอัญมณีที่มีความสวยงามในตัวเอง มีความวาวแบบมุก (pearly) และการเหลือบสีรุ้ง (iridescence) โดยไม่ต้องตกแต่งเจียระไน มีองค์ประกอบหลักคือแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3)  วิธีการปรับปรุงคุณภาพ (Enhancement) การเปลี่ยนสีของมุกเลี้ยงน้ำจืดด้วยการฉายรังสีแกมมาเป็นวิธีหนึ่งที่มีการนำมาใช้  โดยมีการตรวจสอบโทนสีที่ได้จากการปรับปรุงคุณภาพ เพื่อระบุสีได้อย่างชัดเจนและแม่นยำด้วย UV–VIS  Spectrometry เป็นเทคนิคสำหรับวิเคราะห์โทนสีและวิธีการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (X-ray Diffractrometer) ใช้ในการการ
วิเคราะห์โครงสร้างผลึกของมุกเลี้ยงน้ำจืด

                       ภายหลังการฉายรังสีแกมมาในปริมาณรังสีตั้งแต่ 10- 50 กิโลเกรย์  พบว่าตัวอย่างมุกเลี้ยงน้ำจืดทุกตัวอย่างเปลี่ยนจากสีขาวเป็นสีเทาทุกค่าปริมาณรังสี และความเข้มของสีเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณรังสีเพิ่มขึ้น แสดงว่าปริมาณรังสีมีผลต่อสีและความเข้มของสีไข่มุก การวิเคราะห์โครงสร้างผลึกโดยวิธีการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (X-ray Diffractrometer) ในตัวอย่างมุกเลี้ยงน้ำจืดก่อนและหลังการฉายรังสีแกมมาเพื่อดูสารประกอบแคลเซียมคาร์บอเนตในรูปอะราโกไนท์ แคลไซท์ และวาเทอไรท์  ผลการทดลองพบสารประกอบแคลเซียมคาร์บอเนตในรูปของอะราโกไนท์ที่มีผลต่อความวาว (Luster) ของมุก และไม่พบความแตกต่างของตำแหน่งพีคของอะราโกไนท์ในนตัวอย่างมุกเลี้ยงน้ำจืดก่อนและหลังการฉายรังสีแกมมา แสดงให้เห็นรังสีแกมมาไม่ได้เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติด้านความวาวของมุก

                       สรุปได้ว่าการฉายรังสีแกมมาก็เป็นเทคนิคหนึ่งในการปรับปรุงคุณภาพมุกเลี้ยงน้ำจืดให้มีสีสันหลากหลายและเป็นที่ต้องการของท้องตลาด ข้อดีของการฉายรังสีแกมมาคือตัวอย่างไม่เปลี่ยนเป็นไอโซโทปรังสี และยังคงคุณสมบัติเดิมของมุกในด้านความวาวไว้ ในขณะที่ทำให้มีสีสันสวยงามมากขึ้น ในด้านปริมาณรังสีที่ใช้ในการปรับปรุงคุณภาพนั้นเป็นปริมาณรังสีที่ไม่สูง เวลาที่ใช้ฉายรังสีสั้น ทำให้ประหยัดต้นทุนและเวลาที่ใช้ในการปรับปรุงคุณภาพ ดังนั้นการฉายรังสีแกมมาจึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่มีประสิทธิภาพสูงในการปรับปรุงคุณภาพมุก เพื่อเพิ่มมูลค่าของมุกเลี้ยงน้ำจืดอีกทางหนึ่ง

เทคโนโลยีนิวเคลียร์กับการพัฒนาวัสดุ และวัสดุระดับนาโน

แผ่นฟิล์มป้องกันหอยศัตรูพืช ^3,4




        แผ่นฟิล์มเพื่อป้องกันการแพร่พันธุ์ของหอยศัตรูพืช เป็นอีกหนึ่งนวัตกรรมหนึ่งที่ใช้ เทคโนโลยีนิวเคลียร์ บนพื้นฐานทางด้านเคมีและกระบวนการทางรังสี เพื่อการปรับพื้นผิวของวัสดุพอลิเมอร์ให้มีสมบัติตามที่เราต้องการ โดยรังสีแกมมา กระตุ้นให้เกิดอนุมุลอิสระซึ่งมีความว่องไวต่อปฏิกิริยาบนพื้นผิวของวัสดุ และเหนี่ยวนำให้เกิดการกราฟต์โมเลกุลที่ต้องการลงบนวัสดุรองรับ ซึ่งจะเสมือนการเคลือบบาง ๆ อยู่บนผิวของวัสดุนั่นเอง  ซึ่งเราสามารถเคลือบโดยการกราฟต์โมเลกุลที่ต้องการลงบนวัสดุใด ๆ ที่ต้องการได้ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม สำหรับแผ่นฟิล์มป้องกันหอยศัตรูพืชนี้ จะเป็นการกราฟต์โมเลกุลไคโตซานลงบนแผ่นฟิล์มด้วยการฉายรังสีแกมมา เพื่อให้แผ่นฟิล์มมีสมบัติในการยึดจับไอออนโลหะหนัก

 

(2) พาหนะนำส่งยาระดับนาโนเพื่อการแพทย์และการเกษตร⁵  

                        ปัจจุบันนาโนเทคโนโลยีได้รับความสนใจในกลุ่มนักวิจัย ตลอดจนกลุ่มผู้ประกอบการอย่างกว้างขวาง พาหนะนำส่งยา หรือที่เรียกว่า Drug carrier เป็นผลิตกรรมนาโนประเภทหนึ่งที่ได้รับความสนใจอย่างมากในทางการแพทย์ ซึ่งเป็นวัสดุที่มีสมบัติในการห่อหุ้มยาเพื่อนำไปส่งในบริเวณเป้าหมายที่ต้องการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของยา และการรักษาให้มากขึ้น พาหนะนำส่งยาดังกล่าวนิยมสังเคราะห์ขึ้นด้วยกระบวนการทางเคมี ซึ่งต้องใช้สารเคมีในการเร่งปฏิกริยา หรือกระตุ้นให้เกิดอนุมูลตั้งต้นในปฏิกริยา หรือเพื่อช่วยต่อเชื่อมโมเลกุลหนึ่งเข้ากับอีกโมเลกุล ซึ่งสารบางตัวมีความเป็นพิษ และยังต้องผ่านกระบวนการให้ความร้อน รวมทั้งกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ก่อนนำมาใช้ประโยชน์ ซึ่งค่อนข้างซับซ้อน การใช้เคมีรังสีและกระบวนการทางรังสีโดยผ่านกลไกราดิโอไลซีส (radiolysis) เป็นทางเลือกหนึ่งที่จะนำมาใช้สังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ โดยใช้พลังงานจากรังสีกระตุ้นให้เกิดอนุมูลอิสระเพื่อเป็นตัวริเริ่มในปฏิกริยา ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมี และนำไปสู่การปรับปรุงเปลี่ยนแปลงสมบัติของวัสดุ ภายใต้สภาวะควบคุมที่เหมาะสม เช่นการสร้างอนุภาคนาโนไคโตซานทั้งที่ไม่ได้ผ่านการปรับโครงสร้างทางเคมี และที่ผ่านการปรับโครงสร้างทางเคมีด้วยกระบวนการทางรังสี นอกจากนี้รังสียังสามารถลดและควบคุมขนาดอนุภาคนาโนไคโตซานได้อีกด้วย เมื่อฉายรังสีไคโตซานในรูปสภาวะคอลลอยด์ ด้วยปริมาณรังสี 10 กิโลเกรย์ สามารถลดขนาดอนุภาคลงให้อยู่ในระดับนาโน (50 นาโนเมตร) เป็นต้น




[1] วันวิสา สุดประเสริฐ : fsciwasu@ku.ac.th
[2] พรรณี พักคง : fscipnp@ku.ac.th
[3] Pasanphan, W. and S. Chirachanchai. 2008. React. Funct. Polym. 68: 1231. fsciwvm@ku.ac.th
[4] Pasanphan, W. and S. Chirachanchai. 2007. Thailand Innovation Awords 2007. fsciwvm@ku.ac.th
[5] Pasanphan, W. et al. 2010. Rad.Phys.Chem. 79: 109.