นักวิจัยร่วมพัฒนา Colour-Based Sensors จากชานอ้อย
กลุ่มนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีรูร์กีแห่งประเทศอินเดีย (IIT Roorkee) และคณะวิศวกรรมกระบวนการการผลิตพอลิเมอร์ ได้พัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจจับโครงสร้างการเกิดสีจากชานอ้อย โดยมีจุดประสงค์ในการหาวิธีการลดภาระด้านสิ่งแวดล้อมอันเนื่องมาจากการเผาทำลายวัสดุทางการเกษตรที่เหลือใช้และค่อย ๆ พัฒนาวิธีที่ใหม่กว่าเพื่อนำไปใช้อย่างยั่งยืน
จากผลลัพธ์จำนวนมากของสีที่มาจากการย้อม สารเคมีที่ดูดซึมความยาวคลื่นแสงนั้น ๆ จะทิ้งความยาวคลื่นที่ถูกสะท้อนกลับที่เหลือไว้เพื่อสร้างสีต่าง ๆ ที่เราเห็นกัน แต่สีพวกนี้สามารถปรากฏขึ้นเมื่อรังสีกระจายออกเป็นโครงสร้างจุลภาคซึ่งเข้าไปแทรกอย่างเป็นรูปแบบของกันและกันที่ความยาวคลื่นแสงบางอย่าง และสิ่งนี้เรียกว่าโครงสร้างการเกิดสี พวกมันถูกมองเห็นได้ในวัตถุที่มีสีเหลือบ เช่น อัญมณีโอปอลหรือขนนกยูง ซึ่งสีต่าง ๆ ของมันเปลี่ยนไปตามองศามุมมอง
นักวิจัยของสถาบัน IITR ชาฮ์วิ เวอร์มา, ซอว์รัห์บ คูมาร์ คาร์ดัม, โมนิกา ชาฮ์เจ็ด, อุเพนทระนาถ นานดิ และ ปราดีป เค มาจิ ใช้ชานอ้อยและสกัดนาโนเซลลูโลส (CNCs) ซึ่งทำหน้าที่สำหรับก่อให้เกิดโครงสร้างสีเนื่องจากมันสามารถก่อตัวเองตามธรรมชาติเพื่อสร้างโครงสร้างไครัลเนมาติกจากความเข้มข้นเฉพาะได้
“แผ่นพลาสติกนาโนเซลลูโลสทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์วัดสีที่ซึ่งสีพวกนั้นสามารถถูกปรับได้โดยการใช้สิ่งเจอปนในรูปแบบของกรดอินทรีย์ แผ่นพลาสติกเหล่านี้ถูกเชื่อมไว้ด้วยกันระหว่างชั้นของพลาสติกชีวภาพเพื่อสร้างโครงสร้างที่ประกอบด้วยชั้นบาง ๆ และมีความเสถียรเชิงกลที่มั่นคง แผ่นพลาสติกพวกนี้ได้ถูกทดสอบคุณสมบัติการต่อต้านแบคทีเรียและการซึมผ่านของไอน้ำ” นักวิจัยชี้แจงต่อเครือข่ายวิทยาศาสตร์ประเทศอินเดีย (India Science Wire)
หากเปรียบเทียบกับวิธีการที่ใช้สารย้อมหรือสีย้อม การผลิตโครงสร้างสีมีข้อดีหลากหลายรวมไปถึง ความมีประสิทธิภาพสูงในการเปลี่ยนแหล่งกำเนิดแสงให้เป็นสีต่าง ๆ สีเหล่านี้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมั่นคงถ้าโครงสร้างของวัสดุไม่โดนทำลายหรือถูกทำให้ผิดรูป โครงสร้างการเกิดสีสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวางทั้งในด้านการแสดง การตกแต่งและการป้องกันสินค้าปลอมแปลง เป็นต้น ทั้งนี้วัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรสามารถนำไปเปลี่ยนให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มมูลค่าในเซ็นเซอร์วัดสีได้
นักวิจัยเสนอแผนงานการแต่งเรื่องราวของเซ็นเซอร์สีจากเซลลูโลส ซึ่งจะแทนที่เซ็นเซอร์แบบเดิมที่ใช้ปัจจุบันในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ เครื่องสำอาง อาหาร สิ่งทอและฉลากรักษาความปลอดภัย การให้ความสำคัญต่อนาโนเซลลูโลสเซ็นเซอร์จะทำให้การผลิตตัวเลือกที่สามารถบริโภคได้อย่างมีศักยภาพ เข้ากันได้ดีทางชีวภาพและส่งต่อความยั่งยืนไปยังเซ็นเซอร์สีธรรมดาทั่วไปสำหรับการประยุกต์ใช้ด้านการค้าหรือด้านอื่น ๆ ทั่วไป และแผ่นพลาสติกที่ประกอบขึ้นนี้แสดงลักษณะของเซ็นเซอร์สีเป็นรูปร่างด้วยฤทธิ์ต้านแบคทีเรียปานกลางสำหรับแบคทีเรียเอสเชอริเชีย โคไล
“การใช้สิ่งของเหลือใช้ทางการเกษตรจะส่งผลเชิงบวกให้แก่ชาวไร่ที่จะได้รับการแก้ปัญหาโดยการเพิ่มมูลค่าไปยังผลผลิต ไม่เช่นนั้นแล้วจะถูกมองว่าเป็นการสิ้นเปลือง จากมุมมองด้านเศรษฐกิจชีวภาพนั้นผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมและการจัดวางตำแหน่งสินค้าทางการตลาดของกระบวนการการผลิต และผลผลิตขั้นสุดท้ายจะถูกวิเคราะห์โดยใช้จุดยืนทางนิเวศวิทยาและจุดยืนทางเศรษฐกิจของเซ็นเซอร์ตรวจจับสีที่ยั่งยืน” กลุ่มนักวิจัยอธิบาย
สีทางโครงสร้างหรือทางกายภาพถูกผลิตโดยโครงสร้างทางกายภาพที่บริสุทธิ์โดยปราศจากการย้อมสี ความแตกต่างของสีถูกสร้างขึ้นง่าย ๆ โดยการปรับเปลี่ยนระเบียบของนาโนคริสตัลโดยใช้สิ่งเจือปนภายนอกที่หลากหลายในรูปแบบของกรดอินทรีย์ ทีมวิจัยแยกนาโนเซลลูโลส (CNCs) จากชานอ้อยได้สำเร็จและพบว่า การลอยตัวของ CNC เมื่อทำให้เข้มข้นไปยังค่าเทรชโฮลด์จะก่อให้เกิดสถานะผลึกเหลวที่ผลึกถูกจัดอยู่ในลำดับของไครัลเนมาติก การลอยตัวนี้เมื่อวางลงบนพลาสติกบาง ๆ จะเกิดการสะท้อนของแสงที่มองเห็นได้บนปฏิกิริยาตอบสนองกับนาโนคริสตัลที่ถูกจัดเรียงตามลำดับ แผ่นพลาสติกเหล่านี้ทนทานและแข็งแรงทางกลไกในการใช้เป็นเซ็นเซอร์เปรียบเทียบสีในอุตสาหกรรมชีวการแพทย์หรืออุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์
เศรษฐกิจชีวภาพสามารถนำมาซึ่งชุมชนที่ยั่งยืนขึ้นได้ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมเซ็นเซอร์สี ไม่เพียงเพราะลดการพึ่งพาอาศัยเชื้อเพลิงฟอสซิลของเราในการใช้เป็นพลังงานและวัตถุดิบทางอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ก่อให้เกิดการบริโภคพลังงานให้สิ้นเปลืองน้อยลงและการใช้น้ำอย่างประหยัด วัสดุนี้มีสิ่งที่เกี่ยวข้องทางศักยภาพในการใช้ให้เป็นประโยชน์ในอุตสาหกรรมการบรรจุภัณฑ์เพราะไม่มีอันตรายใดและประหยัด CNCs สามารถเป็นวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมทดแทนต้นแบบได้เนื่องมาจากแหล่งวัตถุดิบมากมาย ไม่มีพิษ ความเข้ากันได้ดีทางชีวภาพและการย่อยสลายได้ดีทางชีวภาพ
การศึกษาค้นคว้านี้ถูกตีพิมพ์ลงในวารสาร ACS Applied Nano Materials.