ไหมไฟโบรอิน

ไหมไฟโบรอิน (silk fibroin) มีหลายคนคงอาจจะไม่รู้จักเพราะว่าเมื่อฟังจากชื่อแล้วอาจคิดว่าเป็นชุดผ้าไหมหรืออะไรที่เกี่ยวข้องกับหนอนไหม ก็ขอบอกเลยว่าไหมไฟโบรอินนั้นก็คือส่วนหนึ่งในเส้นไหมที่เรานิยมนำไปถักทอเป็นเสื้อผ้าที่มีสีเงางามนั้นเอง ไหมไฟโบรอินสามารถนำไปใช้งานได้หลายอย่างโดยเฉพาะด้านการแพทย์ คราวนี้หลายคนอาจจะพอนึกออกอย่างนั้นเรามาฟังเรื่องของไหมกันดีกว่า

เส้นไหมได้ถูกนำมาใช้งานมานานแล้วโดยเริ่มแรกแพทย์ใช้ในการผ่าตัดโดยนำเส้นไหม (non-absorbable sutures) มาใช้สำหรับเย็บแผลให้ผู้ป่วย [1] เส้นไหมเป็นโปรตีนที่พ่นออกมาจากหนอนไหมเพื่อทำห่อหุ้มตัวเองให้ปลอดภัยจากศัตรู ซึ่งเส้นไหมประกอบไปด้วยโปรตีนสองชนิด ได้แก่ เซริซิน (sericin) และ ไฟโบรอิน (fibroin) [2] โดยไฟโบรอินจะอยู่เป็นเส้นคู่ยาวต่อเนื่องตรงแกนกลางแล้วถูกเคลือบไว้ด้วยเซริซิน ดังแสดงในรูปที่ 1 ไฟโบรอินเป็นพอลิเปบไทด์สายตรงที่ประกอบด้วยกรดอะมิโน จำนวน 17 ตัว ได้แก่ อะลานิน (Ala) ไกลซีน (Gly) เซรีน (Ser) และไทโรซีน (Thy) เป็นต้น

รูปที่ 1 เส้นไหมที่ประกอบด้วยไฟโบรอินและเซริซิน [3]

สำหรับการเตรียมผงไหมไฟโบรอินนี้ได้นำมาจากงานวิจัยที่นำไหมไฟโบรอินมาใช้ประโยชน์โดยการนำมาทำเป็นชุดตรวจสอบกลูโคสในน้ำผลไม้ [2] จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าเซริซินที่เคลือบไว้ไม่เรียบ ดังนั้นเมื่อทำการลอกกาวไหม (degumming) หรือกำจัดเซริซินออกจากไฟโบรอินแล้วจะทำให้เส้นไหมไฟโบรอินมีความเงางาม ซึ่งเป็นขั้นตอนก่อนที่จะนำไปย้อมสีต่าง ๆ นอกจากนี้เซริซินนิยมสกัดออกมานำไปใช้ทางด้านเครื่องสำอาง เพราะเซริซินนั้นช่วยรักษาความชุ่มชื้นได้ดี สำหรับการกำจัด เซริซิน นิยมใช้ด่างอ่อนพร้อมให้ความร้อน 100 oC นาน 30 นาที ทำเช่นนี้ซ้ำสามครั้งจะได้ไฟโบรอินที่เป็นเส้นไม่ละลายน้ำดังรูปที่ 2 (ค)

รูปที่ 2 กระบวนการกำจัดเซริซิน (ก) เศษไหม (ข) ลอกไหมเซริซิน (ค) ไหมไฟโบรอินที่ไม่ละลายน้ำ

จากนั้นเราสามารถดัดแปรเส้นไหมที่ไม่ละลายน้ำให้ละลายน้ำได้ด้วยสารละลาย tertiary solvent ของ CaCl2/EtOH/H2O ในอัตราส่วนโดยโมล 1/2/8 ที่อุณหภูมิ 1105 oC เป็นเวลา 2 ชั่วโมง (รูปที่ 3 (ข)) หลังจากนั้นกำจัดเกลือออกจากสารละลายที่ได้ด้วยการใส่ในถุงเลือกผ่าน (dialysis bag) และนำไปแช่ไว้ในน้ำกลั่น เป็นเวลา 3 วัน เพื่อให้เกลือที่อยู่ในสารละลายนั้นออกมา (รูปที่ 3 (ค)) จากนั้นนำสารละลายที่ได้ทำให้แห้งแบบเยือกแข็ง (freeze drying method) จนได้ผงไหมไฟโบรอินที่สามารถละลายน้ำได้ (รูปที่ 3 (จ)) [2]

รูปที่ 3 กระบวนการเตรียมผงไหมไฟโบรอิน (ก) ไหมไฟโบรอินที่ไม่ละลายน้ำ (ข) ละลายไหมไฟโบรอิน (ค) กำจัดเกลือออกด้วยถุงเลือกผ่านในน้ำกลั่น (ง) สารละลายไหมไฟโบรอิน (จ) ผงไหมไฟโบรอินที่ละลายน้ำ

เราสามารถนำผงไหมมาเตรียมแผ่นฟิล์มได้ เช่น แผ่นฟิล์มสำหรับห่อหุ้มอาหาร [4] หรือแผ่นไฮโดรเจล [5] อย่างไรก็ตามเนื่องจากแผ่นฟิล์มไหมไฟโบรอินที่ได้นั้นละลายน้ำแต่แผ่นฟิล์มที่จะนำไปใช้นั้นต้องไม่ละลายน้ำ เนื่องจากโครงสร้างของไหม ไฟโบรอินที่ละลายน้ำนั้นมีโครงสร้างเป็นแบบอสันฐาน (amorphous) หรือโครงรูปไร้รูปร่าง (random coil) (รูป 3 (ก)) ซึ่งเราสามารถทำให้แผ่นฟิล์มไม่ละลายน้ำโดยการนำไปแช่ในสารละลายเมธานอลหรือเอธานอล [2] ซึ่งทำให้หมู่ -NH2 ที่ขั้วบวกและจะไปจับกับหมู่ C=O ที่ขั้วลบ ส่งผลให้โมเลกุลเข้ามาอยู่ชิดกันจนเกิดเป็นผลึก (crystal) หรือแบบบีต้า (-sheet) (รูป 3 (ข)) จนทำให้ขนาดโมเลกุลของน้ำไม่สามารถแทรกเข้าไปได้จึงได้แผ่นฟิล์มไฟโบรอินที่ไม่ละลายน้ำ

รูปที่ 4 โครงสร้างของไหมไฟโบรอิน (ก) random coil (ข) -sheet

เอกสารอ้างอิง

[1] Cao, Y.; Wang, B. Biodegradation of silk biomaterials. Int. J. Mol. Sci.,2009, 10, 1514-1524.

[2] Cross-sectional image of cocoon [Online]. Online at: http://www.hiroshima-u.ac.jp/ upload/en/0/research_hu/researchnow/ no18/07sericin-mini.jpg (25 October 2010).

[3] Moonsri, P.; Watanesk, R.; Watanesk, S.; Niamsup, S.; Deming, R. L., Fibroin membrane preparation and stabilization by polyethylene glycol diglycidyl ether. J. Appl. Polym. Sci., 2008, 108, 1402–1406.

[4] Kuchaiyaphum, P.; Punyodom, W.; Watanesk, R.; Watanesk S., Composition optimization of polyvinyl alcohol/ rice starch/silk fibroin blended films for improving its eco-friendly packaging properties. J. Appl. Polym. Sci., 2013, 129, 2614–2620.

[5] Racksanti, A.; Janhom, S.; Punyanitya, S.; Watanesk, R.; Watanesk, S. An Approach for Preparing an Absorbable Porous Film of Silk Fibroin – Rice Starch Modified with Trisodium Trimetaphosphate. J. Appl. Polym. Sci. 2015, 132, DOI: 10.1002/app.41517.

[6] Protein beta sheet [Online]. Online at: http://www.tutornext.com/help/protein-beta-sheet (4 February 2011).