Embed Size (px)
Citation preview
Page | 1
รหสโครงการ 222933 สญญาเลขท 67/2559
รายงานวจยฉบบสมบรณ
โครงการวจยเรอง “การพฒนาไบโอ-นาโนคอมโพสตไฮโดรเจลของ
คารบอกซเมทล เซลลโลสส าหรบใชงานดานชวการแพทย”
ธนดา ตระกลสจรตโชค และ
ปรยา นพาสนต คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยบรพา
กมภาพนธ 2560
Page | 2
กตตกรรมประกาศ -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
งานวจยฉบบนไดรบการสนบสนนทนวจยงบประมาณเงนรายไดจาก เงนอดหนนจากรฐบาล (งบประมาณแผนดน) พ.ศ. 2559 มหาวทยาลยบรพา ผานส านกงานคณะ กรรมการการวจยแหงชาต เลขทสญญา 67/2559
Page | 3
บทสรปผบรหาร (Executive Summary)
ขาพเจา ผศ.ดร.ธนดา ตระกลสจรตโชค ไดรบทนสนบสนนโครงการวจยจากมหาวทยาลยบรพา ประเภทงบประมาณเงนรายได จากเงนอดหนนรฐบาล (งบประมาณแผนดน) มหาวทยาลยบรพา โครงการวจยเรอง “การพฒนาไบโอ-นาโนคอมโพสตไฮโดรเจลของคารบอกซเมทล เซลลโลสส าหรบ ใชงานดานชวการแพทย”
“Development of carboxymethyl cellulose based bio-nanocomposite hydrogels for biomedical applications”
รหสโครงการ 22293 (สญญาเลขท 67/2559) ไดรบงบประมาณทงสน 565,400 บาท (หาแสนแปดหมนบาทถวน) ระยะเวลาด าเนนงาน 1 ป (ระหวางวนท 1 ต.ค. 2558-30 ก.ย. 2559) บทคดยอ
งานวจยนศกษาการเตรยม และวเคราะหสมบตของไบโอนาโนคอมโพสตพอลเมอรผสมระหวางโซเดยม- คารบอกซเมทล เซลลโลส (NaCMC), พอลเอทลน ไกลคอล (PEG) และอนภาคนาโนสองชนดคอ ซลเวอร และซงคออกไซด (NaCMC/PEG/ZnO และ NaCMC/PEG/Ag) ทมปรมาณองคประกอบของอนภาคนาโนตางกน โดยท าให เกดปฏกรยาเชอมโยงระหวางโมเลกลของโซเดยมคารบอกซเมทล เซลลโลสในขณะทมพอลเอทลน ไกลคอล และอนภาคนาโนรวมอยดวย น าตวอยางไฮโดรเจลทเตรยมไดมาศกษาการบวมในตวท าละลายหลายชนด วเคราะหหมฟงกชนดวยเทคนคฟเรยรทรานสฟอรมอนฟราเรดสเปกโทรสโกป (FT-IR) วเคราะหลกษณะสณฐานวทยา และการกระจายตวของอนภาคนาโนดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) และทดสอบประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรยชนด S. aureus และ E. coli ดวยเทคนค clear zone และ standard viable plate count พบวาไบโอนาโนคอมโพสตไฮโดรเจลมความคงรปด มประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรยมากขนเมอเพมองคประกอบของอนภาคนาโน และไบโอนาโนคอมโพสตทเตรยมขนมศกยภาพในการน าไปประยกตใชงานเปนวสดการแพทยตอไป Output/ Outcome ผลผลตทได คอ นาโนคอมโพสตโฮโดรเจลของไบโอพอลเมอรส าหรบน าไปศกษา พฒนา และประยกตใชเปนวสดทางชวการแพทยตอไป
Page | 4
บทคดยอ -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
งานวจยนศกษาการเตรยม และวเคราะหสมบตของไบโอนาโนคอมโพสตพอลเมอรผสมระหวางโซเดยม- คารบอกซเมทล เซลลโลส (NaCMC), พอลเอทลน ไกลคอล (PEG) และอนภาคนาโนสองชนดคอ ซลเวอร และซงคออกไซด (NaCMC/PEG/ZnO และ NaCMC/PEG/Ag) ทมปรมาณองคประกอบของอนภาคนาโนตางกน โดยท าให เกดปฏกรยาเชอมโยงระหวางโมเลกลของโซเดยมคารบอกซเมทล เซลลโลสในขณะทมพอลเอทลน ไกลคอล และอนภาคนาโนรวมอยดวย น าตวอยางไฮโดรเจลทเตรยมไดมาศกษาการบวมในตวท าละลายหลายชนด วเคราะหหมฟงกชนดวยเทคนคฟเรยรทรานสฟอรมอนฟราเรดสเปกโทรสโกป (FT-IR) วเคราะหลกษณะสณฐานวทยา และการกระจายตวของอนภาคนาโนดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) และทดสอบประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรยชนด S. aureus และ E. coli ดวยเทคนค clear zone และ standard viable plate count พบวาไบโอนาโนคอมโพสตไฮโดรเจลมความคงรปด มประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรยเพมขนเมอเพมองคประกอบของอนภาคนาโน และไบโอนาโนคอมโพสตทเตรยมขนมศกยภาพในการน าไปประยกตใชงานเปนวสดการแพทยตอไป
Page | 5
ABSTRACT -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Synthesis and characterization of sodium carboxymethyl cellulose (NaCMC)/ polyethylene glycol (PEG) bio-nanocomposites were investigated using two types of nano-materials, silver and zinc oxide. A series of NaCMC/PEG hydrogels were prepared containing different composition of nano-particles. Crosslinking of NaCMC was formed in the presence of PEG and nano-particles. The obtained hydrogels were characterized by swelling test in different solutions, Fourier transform-infrared spectroscopy (FT-IR), and scanning electron microscopy (SEM). Anti-microbial property of the nano-composite hydrogels against bacteria was tested by clear zone and standard viable plate count techniques. The bio-nanocomposites exhibited good dimensional stability and possessed an anti-microbial activity. The anti-microbial activity was enhanced by increasing the composition of nano-Ag and nano-ZnO in the composites. These properties could enable the use of NaCMC-based nano-composites in biomedical applications.
Page | 6
สารบญเรอง
หนา บทท กตตกรรมประกาศ 2
บทสรปผบรหาร 3 บทคดยอ 4 Abstract 5 สารบญเรอง 6 สารบญตาราง 8 สารบญรป 9 1 บทน า 1.1 วตถประสงคของงานวจย 12 1.2 ขอบเขตของงานวจย 12 1.3 ทฤษฎ และแนวความคดของงานวจย 12 1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 19 2 วธด าเนนการวจย 2.1 เครองมอและอปกรณ 20 2.2 สารเคม 20 2.3 วธการทดลอง 20 2.4 การทดสอบสมบตขอ’ไฮโดรเจล 23 2.5 การทดสอบการตานทานแบคทเรย (antibacterial property) 23 3 ผลการวจยและอภปราย 3.1 โซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลส 26 3.1.1 ไฮโดรเจลทเชอมโยงระหวางโมเลกล 27 3.1.2 การวเคราะหสมบตของโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลส 3.2 โซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสนาโนคอมโพสต 3.2.1 ลกษณะผวหนาของนาโนคอมโพสต
3.2.2 ประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรย 32 33
3.3 พอลเมอรผสม NaCMC/PEG 37
3.3.1 การเตรยมพอลเมอรผสมทเชอมโยงระหวางโมเลกลดวย
เอพคลอโรไฮดรน (ECH) 35
Page | 7
หนา
3.3.2 การวเคราะหสมบตของพอลเมอรผสม
(NaCMC/PEG/ECH) 35
3.4 นาโนคอมโพสต NaCMC/PEG 3.4.1 การวเคราะหดวยเทคนคอนฟราเรดสเปกโทรสโกป 39 3.4.2 การวเคราะหดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด 40 3.4.3 ทดสอบการตานทานแบคทเรยทดดวยเทคนค clear zone 41 3.4.4 ทดสอบการตานทานแบคทเรยทดดวยเทคนค 42 standard viable plate count 4 สรปผลการวจย 4.1 พอลเมอรผสม NaCMC/PEG 45 4.2 นาโนคอมโพสต NaCMC/PEG ไฮโดรเจล 45 รายงานการเงน 46 บรรณานกรม 47 ประวตนกวจยและคณะ 50
Page | 8
สารบญตาราง
ตารางท หนา 2.1 ปรมาณสารเคมทใชในการสงเคราะหคอมโพสตไฮโดรเจล 21 2.2 ปรมาณสารทใชในการเตรยมพอลเมอรผสม และนาโนคอมโพสต 22 2.3 องคประกอบของอาหารวนชนด Mueller Hinton Agar 24 2.4 องคประกอบของอาหารวนชนด Plate Count Agar 25 3.1 หมฟงกชนทพบใน FTIR สเปคตรมของ NaCMC-ECH 30 3.2
หมฟงกชนทพบใน FT-IR สเปคตรมของโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสทไมเชอมโยงระหวางโมเลกล
37
3.3
หมฟงกชนทพบใน FT-IR สเปคตรมของพอลเมอรพอลเอทลน ไกลคอล ทไมเชอมโยงระหวางโมเลกล
38
3.4 หมฟงกชนทพบใน FT-IR สเปคตรมของ NaCMC9/PEG1-110-Z3 39 3.5 ผลทดสอบการตานทานแบคทเรยของนาโนคอมโพสต 41
ดวยเทคนค clear zone 3.6 การตานทานแบคทเรยดวยเทคนค standard viable plate count 42
Page | 9
สารบญรป
รปท หนา 1.1 โครงสรางโมเลกลของ sodium carboxymethyl cellulose 12 1.2
การเกดโครงสรางแบบรางแหของไฮโดรเจลจากพนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลในสภาวะกรด
13
1.3
การเกดโครงสรางแบบรางแหของไฮโดรเจลโดยใชสารเชอมโยงระหวางโมเลกลกลมอลดไฮด
13
1.4
การเตรยมพอลเมอรโครงสรางรางแหแบบอนเทอรเพนเทรทงพอลเมอรเนทเวรค (IPNs) แบบ Semi- และ Full IPNs
15
1.5 ลกษณะของ ZnO NPs ทเตรยมจากสารตงตนตางกน 16 1.6
ผลทดสอบสมบตการตานเชอแบคทเรยของฟลม HTCC/CMC ดวยเทคนค clear zone
17
1.7 ขนตอนการเตรยมนาโนคอมโพสตระหวาง O-carboxymethyl 17 chitosan และนาโนซงคออกไซด
1.8
ผลการยบยงเชอ E.coli (a) ฟลมแคลเซยม แอลจเนท, (b) ฟลมแคลเซยม แอลจเนท ทมองคประกอบของนาโนซงคออกไซด ZNLCaA(25)
19
3.1
ปฏกรยาการเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยอพคลอโรไฮดรน และตวอยางไฮโดรเจล NaCMC-ECH65
26
3.2 ปฏกรยาการเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยกรดซตรกและตวอยาง 27 ไฮโดรเจล NaCMC-C65 ทเตรยมได
3.3 3.4
การบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC-ECH ในน ากลน การบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC-ECH ในสารละลายโซเดยมคลอไรด
28 29
3.5 3.6
การบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC-C ในน ากลน การบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC-C ในสารละลายโซเดยมคลอไรด
29 29
3.7 FT-IR สเปกตรมของฟลมพอลเมอร NaCMC-ECH65โมเลกล 30 3.8 ภาพถาย SEM ของฟลมพอลเมอร NaCMC-ECH65 31 3.9 ภาพถาย TEM ของอนภาคนาโนซลเวอร 32
Page | 10
รปท หนา 3.10
(ก) ฟลมซลเวอรนาโนคอมโพสต และ (ข) ฟลมซงคออกไซดนาโนคอมโพสต
32
3.11
SEM micrograph ของ (ก) ฟลมซลเวอรนาโนคอมโพสต และ (ข) ฟลมซงคออกไซดนาโนคอมโพสต
32
3.12 ปฏกรยาการตานการเจรญเตบโตของแบคทเรยโดยอนภาคนาโนซงคออกไซด 33
3.13 ปฏกรยาตานการเจรญของแบคทเรยโดยอนภาคนาโนซงคออกไซด 33
3.14 กลไกการตานการเจรญของแบคทเรยโดยอนภาคนาโนซงคออกไซด 33
3.15 กลไกการตานการเจรญเตบโตของแบคทเรยโดยอนภาคนาโนซลเวอร 34
3.16
จ านวนแบคทเรย S.aureus ทรอดชวตเมอทดสอบดวยเทคนค standard viable plate count
35
3.17 ปฏกรยาระหวางพอลเอทลน ไกลคอลและเอพคลอโรไฮดรน 35 3.18 รอยละการบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC9/PEG1 ในน า 36 3.19 รอยละการบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC9/PEG1 ในโซเดยมคลอไรด 36 3.20
FT-IR สเปคตรมของโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสทยงไมเชอมโยงระหวางโมเลกล
37
3.21
FT-IR สเปคตรมของพอลเอทลน ไกลคอลทยงไมเชอมโยงระหวางโมเลกล
38
3.22 ภาพถาย SEM ทผวหนาของตวอยาง NaCMC9/PEG1-110 39 3.23 FT-IR สเปคตรมของ NaCMC9/PEG1-110-Z3 40 3.24
ภาพถาย SEM ของ (ก) ฟลมซลเวอรนาโนคอมโพสต และ (ข) ซงคออกไซดนาโนคอมโพสต
40
3.25 Clear-zone การยบยงเชอ S. aureus และ E. coli 41
Page | 11
บทท
บทน า
ไฮโดรเจลเปนพอลเมอรทก าลงไดรบความสนใจอยางกวางขวางในปจจบน เนองจากมสมบตพเศษในการดดซบน า บางชนดสามารถดดซบน าไวไดถงประมาณ 600 เทาของน าหนกตว และสามารถยดน าเอาไวในโครงสรางโดยยงคงรกษาสภาพโครงรางตาขาย สามารถหดตวไดเมอมการสญเสยโมเลกลของน าออกไป ขนรปไดงาย อกทงยงเปนวสดทเปนมตรกบสงมชวต ไฮโดรเจลจงถกน ามาประยกตใชไดหลากหลาย เชน ดานเกษตรกรรมใชเปนตวชวยในการอมน าและท าใหดนมความชมชนสง ดานการแพทยใชเปนแผนปดแผล เชน แผลไฟไหม น ารอนลวก ชวยดดซบของเหลวทไหลออกมาจากแผลไดด นอกจากนยงใชเปนระบบน าสงยา (drug delivery system) เนองจากมสมบตในการดดซบของเหลวไดดจงสามารถดดซบยาเกบไวแลวปลดปลอยยาออกมาในปรมาณทตองการได คารบอกซเมทล เซลลโลส (carboxymethyl cellulose, CMC) หรอ โซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลส (sodium carboxymethylcellulose) เปนพอลเมอรไฮโดรคอลลอยด (hydrocolloid) ชนดชอบน า (hydrophilic) ซงเปนอนพนธของเซลลโลส (เซลลโลสผลตไดจากสารตงตนทเปนวสดทางการเกษตร เปนสวนประกอบของผนงเซลลพช ซงมมากมายในธรรมชาตและสามารถปลกขนใหมเพอทดแทนได) โดยท าใหเกดปฏกรยาการแทนทโครงสรางเดมของเซลลโลสดวยหมเมทล และหมคารบอกซเมทล จดอยในกลมพอลเมอรชวภาพทไมเปนพษ สามารถยอยสลายได มองคประกอบของหมฟงกชนทสามารถดด แปลงดวยปฏกรยาเคมและเกดปฏกรยาการเชอมโยงระหวางโมเลกลไดหลายรปแบบ จงถกน าไปใชในอตสาหกรรมตางๆ อยางแพรหลาย เชน อาหาร, เภสชกรรม และวสดทางการแพทย เปนตน (Hu, 2016; Jebel, 2016; Yadollahi, 2015; Chen, 2013; Chen, 2012; Shafei, 2011; Shuhua, 2011) ในปจจบนมการน าอนภาคระดบนาโน (nano-particle) ชนดตางๆ มาเตรยมเปนวสดคอมโพสต (composite) รวมกบพอลเมอรจากธรรมชาต เชน ซงคออกไซด (ZnO) และซลเวอร (Ag) เปนตน ซงอนภาคนาโนเหลานมขนาดเลกมาก มพนทผวสง และบางชนดมสมบตเดนในดานการยบยงการเจรญของเชอแบคทเรย (antibacterial activity) จงถกน ามาใชในองคประกอบในวสดชวการแพทย และสารเคลอบผวทมสมบตตานหรอยบยงการเจรญของเชอแบคท เ ร ย (Ekthammathat, 2014; Finocchio, 2014; Chu, 2013; Dutta, 2012; Li, 2010; Li, 2009) งานวจยนไดศกษาการเตรยมนาโนคอมโพสตไฮโดรเจลผสมระหวางคารบอกซเมทล เซลลโลส และพอล(เอทลน ไกลคอล) ส าหรบน าไปประยกตใชเปนวสดชวการแพทย รวมถงศกษาการตานหรอยบยง
Page | 12
เชอแบคทเรยของนาโนคอมโพสตไฮโดรเจลทบรรจอนภาคนาโน 2 ชนด ไดแก ซงคออกไซด และซลเวอร 1.1) วตถประสงคของงานวจย 1) เตรยมไบโอ-นาโนคอมโพสตไฮโดรเจลของคารบอกซเมทล เซลลโลส/พอล(เอทลน ไกลคอล) 2) วเคราะหสมบตทางเคม, สมบตทางกายภาพ, สมบตทางความรอน และสมบตตานการเจรญของ
เชอจลนทรยของไบโอ-นาโนคอมโพสตไฮโดรเจล 1.2) ขอบเขตของงานวจย 1) สงเคราะหไบโอ-นาโนคอมโพสตไฮโดรเจลระหวางคารบอกซเมทล เซลลโลส และพอล(เอทลน
ไกลคอล) โดยใชเทคนคการเตรยมพอลเมอรผสมแบบอนเทอรเพนเทรทงพอลเมอรเนทเวรค (IPNs)
2) ศกษาปจจยตาง ๆ ในการสงเคราะหทมตอสมบตของไบโอ-นาโนคอมโพสต 3) วเคราะหสมบตทางกายภาพและสมบตทางเคมของไฮโดรเจลพอลเมอรทเตรยมขน ดวยเทคนค
FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) SEM (scanning electron microscopy) TEM (transmission electron microscopy) EDX (energy Dispersive X-Ray Spectrometry) การบวมตวในตวท าละลาย เชน น า, น าเกลอ, สารละลายปฟเฟอร เปนตน
4) วเคราะหประสทธภาพการยบยงเชอจลนทรยของไฮโดรเจลพอลเมอรทเตรยมขน และศกษาปจจย ทมผลตอประสทธภาพการยบยงเชอจลนทรย 1.3) ทฤษฎ และแนวความคดของงานวจย 1.3.1) คารบอกซเมทลเซลลโลส (carboxymethyl cellulose, CMC) เปนไฮโดรคอลลอยด (hydrocolloid) หรอ พอลเมอรชนดชอบน า (hydrophilic) เปนคารโบไฮเดรตซงเปนอนพนธของเซลลโลส ไฮโดรคอลลอยดชนดนเปนไฮโดรคอลลอยดทดดแปรจากสารจากธรรมชาต (modified natural hydrocolloids) โดยปรบปรงจากโครงสรางของเซลลโลสซงเปนสวนประกอบของผนงเซลลพชใหเกดการแทนทโครงสรางเดมดวยหมเมทลและหมคารบอกซเมทล ซงมโครงสรางโมเลกล ดงน
Page | 13
รปท 1.1 โครงสรางโมเลกลของ sodium carboxymethyl cellulose
รปท 1.2 การเกดโครงสรางแบบรางแหของไฮโดรเจลจากพนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกล
ในสภาวะกรด (Syed, 2011)
รปท 1.3 การเกดโครงสรางแบบรางแหของไฮโดรเจลโดยใชสารเชอมโยงระหวางโมเลกล กลมอลดไฮด (Ahmed, 2013; Syed, 2011)
ลกษณะทางกายภาพของ CMC คอ สขาว ไมมกลน ไมมรส ไมเปนอนตราย ยอยสลายไดทางชวภาพ ไมสงผลเสยตอสงแวดลอม มสมบตเขากนไดกบเนอเยอ (biocompatible) จงถกน าไปใชงานหลายดาน เชน วสดชวการแพทย, ระบบควบคมการปลดปลอยยา, สารเคลอบแคปซลยา ในอตสาหกรรมอาหารใชเปนสารเพมความขน (thickener), สารชวยยดจบ (binding agent), สารชวยในการแขวน
Page | 14
ลอยของระบบอมลชนในไอศกรม และ เคลอบผลไม เปนตน ในกลมผลตภณฑทไมใชอาหารน าไปใชเปนสวนผสมในยาสฟน, ผงซกฟอก, สสตรน า และอตสาหกรรมกระดาษ เปนตน CMC ไฮโดรเจลในระบบเอเควยสสามารถเตรยมโดยปฏกรยาการเชอมโยงระหวางโมเลกลในสภาวะกรดดวยพนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกล (รปท 1.2) หรอ พนธะโควาเลนตจากการใชสารเชอมโยงระหวางโมเลกล เชน กลตารลดไฮด (รปท 1.3) 1.3.2) ไฮโดรเจล (Hydrogels) ไฮโดรเจลเปนพอลเมอรชนดไฮโดรฟลก (hydrophilic polymer) ทมลกษณะเปนโครงรางตาขายสามมตทเกดการเชอมตอกนเองตามธรรมชาตหรอใชสารเชอมโยงระหวางโมเลกล โครงสรางของไฮโดรเจลประกอบดวย 2 สวนหลก ไดแก สวนทสามารถเกดอนตรกรยา (interaction) กบโมเลกลของน า หรอ สวนทชอบน า (hydrophilic group) เชน หม -OH, -COOH, -CONH2 เปนตน และสวนทไมชอบน า (hydrophobic group) เชน หม -CH2- และ -CH3 เปนตน ระหวางสายโซมการเชอมตอกนดวยพนธะโคเวเลนซ พนธะไฮโดรเจน หรออนตรกรยาระหวางหมตางๆ ในสายโซ ประกอบกนเปนสายโซยาวจ านวนมากมาย โมเลกลมการพนตวกนหรอขดตวท าใหภายในโครงสรางโดยรวมเกดรพรนขนาดเลกๆ สมบตเดนของไฮโดรเจลคอสามารถดดซบน าไวภายในโครงสรางทมลกษณะเปนรางตาขาย (crosslinked network structure) สามารถบวมตวในตวท าละลายทเหมาะสม และสามารถหดตวไดเมอมการสญเสยโมเลกลของน าออกไป (Travan, 2016; Yue, 2016; Lai, 2012) การจ าแนกประเภทของไฮโดรเจลสามารถแบงไดหลายประเภท ตามลกษณะของการสงเคราะหและการประยกตใชทแตกตางกน เชน ก. ไฮโดรเจลแบบโครงรางตาขาย (crosslinked network) ไฮโดรเจลแบบโครงรางตาขายเตรยมจากพอลเมอไรเซชน (polymerisation) ในสารละลายผสมของมอนอเมอร (monomer) ต วร เร มปฏก ร ยา (initiator) และสาร เช อมโยงระหว างโม เลกล (crosslinking agent) หรอในบางกรณอาจเตมตวท าละลายลงไปดวย ข. ไฮโดรเจลแบบกราฟทบนพนผว (surface grafted polymer) การเตรยมไฮโดรเจลแบบกราฟทบนพนผวสามารถใชดดแปร และปรบปรงสมบตของไฮโดรเจลใหเหมาะกบการประยกตใชงานไดหลายดาน เชน ปรบปรงสมบตเชงกลใหดขนโดยท าใหเกดการกราฟตโคพอลเมอรกบพอลเมอรชนดอนทมสมบตเชงกลด หรอ การท าใหไฮโดรเจลละลายน าไดนอยลงโดยเกดพนธะกบพอลเมอรทไมสามารถละลายในน าเปนตน ค. ไฮโดรเจลแบบอนเทอรเพนเทรทงพอลเมอรเนทเวรค (interpenetrating polymer networks, IPNs) (Samandari, 2012)
Page | 15
ไฮโดรเจลแบบ IPNs เปนไฮโดรเจลทมโครงรางตาขาย 2 ชนดแทรกกนอย ท าใหโครงสรางมความแขงแรงมากขน หรอ สามารถดดแปรใหมสมบตตรงกบความตองการในการใชงานได ปจจยทมผลตอการบวมตวของไฮโดรเจลมหลายประการ เชน แรงดนออสโมตก, แรงกระท าระหวางโมเลกลน ากบไฮโดรเจล, ชองวางระหวางสายโซพอลเมอร และความหนาแนนของการเชอมโยงระหวางสายโซพอลเมอร เปนตน
1.3.3) พอลเมอรผสมแบบอนเทอรเพนเทรทงพอลเมอรเนทเวรค (IPNs) พอลเมอรผสมนเตรยมโฮโมพอลเมอร (homopolymer) สองชนด หรอ มากกวา โดยอยางนอยหนงในโฮโมพอลเมอรเหลานถกสงเคราะหจากมอนอเมอรตงตน หรอ เกดปฏกรยาเชอมโยง (crosslink) สายโซพอลเมอรชนดแรกในขณะทถกแวดลอมดวยโฮโมพอลเมอรทเหลอ ปฏกรยาการเตรยมพอลเมอรผสมแบบ IPNs มอยดวยกนหลายวธ วธทจะใชเตรยมไฮโดรเจลของพอลเมอรผสมในงานวจยนคอ full IPNs ซงโฮโมพอลเมอรทงสองชนด (CMC และ PEG) จะถกท าใหเกดการเชอมโยงระหวางโมเลกลโดยปฏกรยาของหมฟงกชนในโครงสรางเคมของพอลเมอรและสารเชอมโยงระหวางโมเลกล เพอใหไดไฮโดรเจลทคงรปเมอน าไปใชงาน ขนตอนการสงเคราะหแสดงในรปของแผนภาพเพอใหงายตอการเขาใจดงรปท 1.4
รปท 1.4 การเตรยมพอลเมอรโครงสรางรางแหแบบอนเทอรเพนเทรทงพอลเมอรเนทเวรค (IPNs)
แบบ Semi- และ Full-IPNs IPNs มสมบตทแตกตางจากพอลเมอรผสม (polymer blend) ทวไป คอ ไมละลายในตวท าละลาย แตสามารถบวมตว (swell) ในตวท าละลายทเหมาะสมบางชนด มความแขงแรงมากกวาพอลเมอรผสมทวไปทเตรยมโดยเทคนค melt blending เนองจากสามารถเตรยมใหมโครงสรางแบบรางแห (crosslink) ท าใหการผสมเขากนระหวางเฟสของคโฮโมพอลเมอรดกวา (Huang, 2013)
Cross-linker for A Polymer A
Polymer B
Cross-linkers for A, B
Semi-IPNs
Full-IPNs
Page | 16
1.3.4) การทบทวนวรรณกรรมทเกยวของ Pandimurugan และ Thambidurai (2016) ไดสงเคราะห seaweed-capped ZnO nanoparticles (ZnO NPs) โดยใช precursors ตางๆ ไดแก zinc chloride, zinc acetate, zinc sulphate และ zinc nitrate และศกษาอทธพลของสณฐานวทยาของ ZnO NPs ทสงผลตอสมบตตานเชอแบคทเรย พบวาอนภาคนาโนทเตรยมขนมเปน hexagonal zinc oxides รปรางตางกน คอ crystals, rods, plates and star (รปท 1.5) ผลทดสอบการตานเชอ Staphylococcus aureus และ Escherichia coli แสดงใหเหนถงประสทธภาพทดของ ZnO NPs ในการตานการเจรญของเชอโดยเฉพาะตวอยางทเตรยมจาก zinc nitrate
รปท 1.5 ลกษณะของ ZnO NPs ทเตรยมจากสารตงตนตางกน
Hu และคณะ (2016) ไดเตรยมฟลมพอลเมอรผสมระหวางคารบอกซเมทลเซลลโลส (CMC) และอนพนธของไคโตซาน (HTCC) เพอน ามาเคลอบและถนอมอาหาร และศกษาสมบตของฟลมดวย FTIR, XRD, SEM, TGA รวมถงสมบตการตานเชอแบคทเรย ผลการศกษาพบวาพอลเมอรทงสองมลกษณะผสมเขากนไดบางสวน (partly miscible) เนองจากมแรงยดเหนยวของพนธะไฮโดรเจน การผสม CMC มผลใหเพมสมบตความทนตอแรงดง ทนตอการละลายน า และเสถยรภาพทางความรอนดขน แตกท าใหความสามารถในการซมผานของออกซเจน การผานของแสง และสมบตการตานเชอแบคทเรยทงแกรมบวก (Staphylococcus aureus) และแกรมลบ (Escherichia coli) ลดลง (รปท 1.6) นอกจากนยงพบวากลวยทเคลอบดวยฟลม HTCC/CMC มอายการเกบรกษานานขน คณะวจยไดสรปวาสามารถน าฟลม HTCC/CMC ไปใชเปนบรรจภณฑได Upadhyaya และคณะวจย (2015) ไดเตรยมนาโนคอมโพสตระหวาง O-carboxymethyl chitosan และนาโนซงคออกไซดโดยเทคนค ex-situ grafting (รปท 1.7) เพอใชเปนระบบน าสง curcumin
Page | 17
ส าหรบตานมะเรง จากนนวเคราะหดวยเทคนค FT-IR, XRD, SEM, TEM และ TGA/DTA พบวานาโนคอมโพสตมศกยภาพน าไปพฒนา ประยกตใชงานเปนนาโนเมทรกซส าหรบยาตานมะเรงได
รปท 1.6 ผลทดสอบสมบตการตานเชอแบคทเรยของฟลม HTCC/CMC ดวยเทคนค clear zone
รปท 1.7 ขนตอนการเตรยมนาโนคอมโพสตระหวาง O-carboxymethyl chitosan และนาโนซงคออกไซด
Page | 18
Zhao, G. และคณะ (2015) สงเคราะหอนภาคนาโนซลเวอรของฟลมไฮโดรเจลระหวาง polyvinyl alcohol (PVA) และ mercaptopropyltriethoxysilane (MPTES) โดยผ านปฏก รยา thermal reduction และใช PVA เปน reducing agent ทดสอบประสทธภาพประสทธภาพการยบยงเช อแบคทเรยแกรมบวก (S. aureus) และแบคทเรยแกรมลบ (E.coli) โดยวธ disc diffusion และวเคราะหสมบตทางกายภาพดวย transmission electron microscopy (TEM) พบวาขนาดของอนภาคนาโนซลเวอรขนอยกบความเขมขนของซลเวอรไนเตรท โดยมขนาดใหญขนเมอความเขมข นของซลเวอรไนเตรทเพมขน นอกจากนยงสามารถยบยงเชอแบคทเรยไดดทงแบคทเรยแกรมบวกและแกรมลบ โดยความสามารถในการยบยงเพมขนเมอความเขมขนของซลเวอรเพมขนเชนกน เนองมาจากอนมลอสระของอนภาคนาโนซลเวอรสามารถท าปฏกรยากบหมซลฟดรล (–SH) ทมหมซลเฟอร (S) เปนองคประกอบของผนงเซลลของแบคทเรย ท าใหผนงเซลลถกท าลายเชอแบคทเรยจงตายในทสด Hebeish และคณะวจย (2013) ไดพฒนาไฮโดรเจลทผานการเชอมโยงระหวางโมเลกลโดยใชคาร -บอกซเมทล เซลลโลสจากวธการเตรยม 2 วธ วธแรกเตรยม CMC ไฮโดรเจลขนกอนและแชในสารละลายซลเวอร ไนเตรท จากนนน าออกมาแชในสารละลายโซเดยมซเตรทเพอเปลยนซลเวอรไน - เตรทใหเปนนาโน-ซลเวอรโดยปฏกรยารดกชน วธทสองท าปฏกรยาแบบขนเดยวระหวาง CMC และ อพคลอโรไฮดรน (epichlorohydrin) ในสารละลายผสมสภาวะเบสระหวางซลเวอรไนเตรท/ไตร-โซเดยมซเตรท เพอเปลยนซลเวอรไนเตรทเปนนาโน-ซลเวอรโดยปฏกรยารดกชน และไดนาโนซลเวอรบรรจอยใน CMC ไฮโดรเจล เมอน าไฮโดรเจลไปวเคราะหสมบตพบวานาโนซลเวอรไฮโดรเจลแสดงสมบตตานการเจรญของเชอแบคทเรยแกรมบวก (S. aureus, B. subtilis ) และแบคทเรยแกรมลบ (E. coli, P. aeruginosa) และมศกยภาพในการน าไปพฒนาใชงานทางการแพทยตอไป
Bajpai, Chand และ Chaurasia (2012) ไดเตรยมฟลมพอลเมอรชวภาพจากแคลเซยม แอลจเนททมองคประกอบของนาโนซงคออกไซด (nano zinc oxide-loaded calcium alginate; ZNLCaA) ทมประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรย การเตรยมตวอยางประกอบดวย 2 ขนตอน คอสงเคราะหนาโนซงคออกไซดจากปฏกรยาระหวาง NaOH และ ZnCl2 ทอณหภม 60oC ขนทสองเตรยมฟลม ZNLCaA จากสารผสมโซเดยม แอลจเนท/นาโนซงคออกไซด/CaCl2/กลเซอรอล น าไปเทลงแมแบบและใหความรอนท 50oC, 24 ชวโมง จากนนน าตวอยางแชในสารละลาย CaCl2 เปนเวลา 1 นาท เพอใหเกดการเชอมโยงระหวางโมเลกล, ลางดวยน า และใหความรอน 40oC จนแหง
Page | 19
รปท 1.8 ผลการยบยงเชอ E.coli (a) ฟลมแคลเซยม แอลจเนท, (b) ฟลมแคลเซยม แอลจเนท ทมองคประกอบของนาโนซงคออกไซด ZNLCaA(25)
เมอศกษาประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรยโดยวธ zone inhibition พบวาเกดการตายของเชอแบคทเรย (E.coli) เปนวง (zone of inhibition) รอบชนตวอยางทมองคประกอบของนาโนซงคออกไซด ZNLCaA(25) ซงมอตราสวนนาโนซงคออกไซด 25 mg ตอ 1 g แคลเซยม แอลจเนท (รปท 1.8) Shuhua และคณะวจย (2011) ไดเตรยมและศกษาเสนใยเซลลโลสทกราฟตดวยอะครลาไมดและมองคประกอบของ Ag-loaded nano-SiO2 โดยท าใหเกดแรงยดเหนยวระหวางพอลเมอรเมตรกซและ nano-SiO2 โดยใช silane coupling agent [KH-550: H2N(CH2)3Si(OC2H5)3] จากนนเกดปฏกรยาระหวางหมอะมโนของพอลเมอรเมตรกซและหมไฮดรอกซลของอนภาคนาโนซลเวอร ผลจากการทดสอบประสทธภาพการยบยงเชอ E. coli และ S. aureus พบวาตวอยางเสนใยเซลลโลสทมความเขมขนของอนภาคนาโนซลเวอร 0.034% แสดงอตราการยบยงเชอ E. coli และ S. aureus เทากบ 98 และ 97% ตามล าดบ
1.4) ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 1) ดานวชาการ: เผยแพรความรจากงานวจยโดยตพมพในวารสารวชาการ หรอน าเสนอผลงานวจย ในงานประชมเพอเปนองคความรในการวจยตอไป 2) หนวยงานทใชประโยชนจากผลการวจย: นกวจย นสตระดบปรญญาตรและบณฑตศกษาบคลากร ของหนวยงานวจย และหนวยงานทพฒนาดานกบวสดการแพทย
Page | 20
บทท
วธด าเนนการวจย
2.1 เครองมอและอปกรณ 1. เครอง Fourier Transform Infrared Spectrometer (FT-IR) รน FT-IR PERKIN ELMER system 2000 2. เครอง Scanning Electron Microscope (SEM) รน LOE 1450 VP 3. เครองใหความรอนและปนกวน (hot plate and mechanical stirrer) รน IKA C-MAG HS7 4. เครองโซนเคท (sonicator)
2.2 สารเคม 1. โซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลส, sodium carboxymethyl cellulose (NaCMC) เกรด วเคราะห (medium molecular weight) บรษท Fluka 2. พอลเอทลน ไกลคอล, polyethylene glycol (PEG) เกรดวเคราะห (MW 20,000) บรษท Fluka 3. ซงคออกไซดขนาดอนภาคระดบนาโน, nano zinc oxide (nano-ZnO) บรษท Nano materials Technology co.,LTD 4. เอพคลอโรไฮดรน, epichlorohydrin (ECH) เกรดวเคราะห บรษท MERCK 5. โซเดยมไฮดรอกไซด, sodium hydroxide (NaOH) บรษท RANKEN 6. โซเดยมคลอไรด, sodium chloride (NaCl) บรษท J.T.Baker 7. กรดซตรก (citric acid) บรษท Riebel-de haen 8. ซลเวอรไนเตรท (silver nitrate, AgNO3) บรษท Merck 9. โซเดยมไฮดรอกไซด (sodium hydroxide, NaOH) บรษท Merck 10. ด-กลโคส (D-glucose, C6H12O6) บรษท Univar
2.3 วธการทดลอง 2.3.1 การเตรยมโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสไฮโดรเจลทเชอมโยงระหวางโมเลกล 1) ชงโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลส (NaCMC) ละลายใน 1% โซเดยมไฮดรอกไซด ปรมาตร 50
mL ปนกวนจนเปนเนอเดยวกนทอณหภม 65 oC เปนเวลา 2 ชวโมง 2) เตมอพคลอโรไฮดรน หรอกรดซตรก (ตารางท 2.1) ลงในสารละลายจากนนปนกวนใหเปนเนอ
เดยวกนใชเวลา 15 นาท
Page | 21
3) น าสารละลายทไดเทลงแมพมพ อบทอณหภม 80oC เปนเวลา 15 นาท และ 130oC เปนเวลา 3.5 ชวโมง
2.3.2 การเตรยมนาโนคอมโพสตไฮโดรเจลของโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลส 1) ชงโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสละลายใน 1% โซเดยมไฮดรอกไซด ปรมาตร 50 mL ปนกวน
ดวยเครองปนกวนจนเปนเนอเดยวกนทอณหภม 65 oC เปนเวลา 2 ชวโมง 2) ผสมอนภาคนาโนตามปรมาณดงตารางท 3.1 ลงในสารละลาย ปนกวนดวยเปนเวลา 15 นาท สลบ
กบโซนเคต 15 นาท จนสารผสมเปนเนอเดยวกนใชเวลา 1 ชวโมงทอณหภมหอง 3) เตมสารเชอมโยงระหวางโมเลกล และปนกวนเปนเวลา 15 นาท 4) น าสารผสมทไดเทลงแมพมพ อบทอณหภม 80 oC 15 นาท และ 130 oC เปนเวลา 3.5 ชวโมง ตารางท 2.1 ปรมาณสารเคมทใชในการสงเคราะหคอมโพสตไฮโดรเจล
ตวอยาง NaCMC (g)
ECH (mL)
NaOH (mL)
C6H8O7 (g)
H2O (mL)
Nanoparticle (g)
NaCMC-ECH10 2 0.2 50 0 0 0 NaCMC-ECH30 2 0.6 50 0 0 0 NaCMC-ECH65 2 1.3 50 0 0 0 NaCMC-C10 2 0 0 0.2 50 0 NaCMC-C30 2 0 0 0.6 50 0 NaCMC-C65 2 0 0 1.3 50 0 NaCMC-NaECH65A1 2 1.3 50 0 0 0.01* NaCMC-ECH65A3 2 1.3 50 0 0 0.06* NaCMC-ECH65A5 2 1.3 50 0 0 0.1* NaCMC-ECH65Z1 2 1.3 50 0 0 0.01** NaCMC-ECH65Z3 2 1.3 50 0 0 0.06** NaCMC-ECH65Z5 2 1.3 50 0 0 0.1** *เตม Ag nano-particle **เตม ZnO nano-particle
Page | 22
2.3.3 การเตรยมพอลเมอรผสมระหวางโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสและพอลเอทลน ไกลคอล (NaCMC/PEG) 1. ชง NaCMC และ PEG น าไปละลายดวยสารละลาย 1% NaOH ปนกวนทอณหภม 65 oC เปนเวลา
2 ชวโมง 2. เตม ECH ลงในสารละลายผสม ปนกวนจนกระทงสารละลายเปนเนอเดยวกนทอณหภมหอง 3. เทสารละลายผสมลงแมพมพ ใหความรอนท 80oC 15 นาท และ 130 oC เปนเวลา 3.5 ชวโมง 2.3.4 การเตรยมนาโนคอมโพสตระหวางโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลส/พอลเอทลน ไกลคอล 1. ชง NaCMC และ PEG น าไปละลายดวย 1%NaOH ปรมาตร 50 mL ปนกวนท 65 oC เปนเวลา
2 ชวโมง เพอใหพอลเมอรทงสองชนดละลายเปนเนอเดยวกน 2. เตมอนภาคนาโน 1, 3 และ 5% เทยบกบพอลเมอร ปนกวนเปนเวลา 15 นาทสลบกบน าไปโซ
นเคท 15 นาท เปนเวลา 1 ชวโมง และควบคมอณหภมของอางโซนเคททอณหภมหอง 3. เตม ECH 10, 30, 60 และ 110 % เทยบกบพอลเมอร น าไปปนกวนเปนเวลา 2 ชวโมง 4. เทสารละลายผสมลงแมพมพและน าไปอบทอณหภม 80oC เปนเวลา 15 นาท จากนนเพมอณหภม
เปน 130 oC เปนเวลา 3.5 ชวโมง
ตารางท 2.2 ปรมาณสารทใชในการเตรยมพอลเมอรผสม และนาโนคอมโพสต
ชอตวอยาง NaCMC (wt%) PEG (wt%.) ECH
(wt%) Nanoparticle
(wt%)
NaCMC-10 100 - 12 -
NaCMC-110 100 - 130 -
NaCMC9/PEG1-10 90 10 12 -
NaCMC9/PEG1-30 90 10 35.5 -
NaCMC9/PEG1-60 90 10 71 -
NaCMC9/PEG1-110 90 10 130 -
NaCMC9/PEG1-110-A1 90 10 130 1*
NaCMC9/PEG1-110-A3 90 10 130 3*
NaCMC9/PEG1-110-A5 90 10 130 5*
NaCMC9/PEG1-110-Z1 90 10 130 1**
NaCMC9/PEG1-110-Z3 90 10 130 3**
NaCMC9/PEG1-110-Z5 90 10 130 5**
*เตม Ag nano-particle **เตม ZnO nano-particle
Page | 23
2.4 การทดสอบสมบตของไฮโดรเจล 2.4.1 การบวมตวในตวท าละลาย (swelling ratio) ชงน าหนกตวอยางประมาณ 0.50 กรม ดวยเครองชงละเอยด น าตวอยางแชในน าและ NaCl ปรมาตร 50 mL ทอณหภมหอง จบเวลาและน าตวอยางออกจากตวท าละลายมาวางบนตะแกรง โดยชงน าหนกทกๆ 3 นาท ทงหมด 10 ครง ค านวณรอยละการบวมตวดงสมการ ตอไปน
% swelling ratio = [(M2-M1)/M1] x 100
เมอ M1 = น าหนกของตวอยางกอนการบวมตวในตวท าละลาย (g) M2 = น าหนกของตวอยางหลงการบวมตวในตวท าละลายทเวลาตางๆ (g)
2.4.2 เทคนคฟเรยรทรานสฟอรมอนฟราเรดสเปกโทรสโกป (FT-IR) น าตวอยางไปบดผสมกบ KBr ใหละเอยด น าไปวเคราะหท wave number 400-4000 cm-1
2.4.3 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) น าตวอยางตดลงบน stub และเคลอบดวยทอง น าไปวเคราะหลกษณะผวหนาของตวอยาง
2.5 การทดสอบการตานทานแบคทเรย (antibacterial property) 2.5.1. สมบตการตานเชอแบคทเรยดวยเทคนค clear zone 1. น าแผนกระดาษ (paper disk) ขนาดเสนผานศนยกลาง 13 มลลเมตร มาจมในสารละลายพอล
เมอรตวอยางตามองคประกอบในตารางท 2.1 เปนเวลา 10 นาท จากนนน าไปอบทอณหภม 80oC เปนเวลา 1 ชวโมง
2. น าดสกตวอยางมาจมในสารละลายพอลเมอรครงทสองเปนเวลา 15 นาท และน าไปอบทอณหภม 130 oC เปนเวลา 15 นาท จากนนลดอณหภมเปน 80oC อบเปนเวลา 2 ชวโมง
3. ปเปตสารแขวนลอยแบคทเรยชนด E. coli หรอ S. aureus ปรมาตร 20 ไมโครลตร ทเตรยมจากแบคทเรยในระยะ log phase ความเขมขนเทากบสารละลาย Macfarland No. 0.5 (ปรมาณเชอ 1.5x108 CFU/mL) เกลยลงบนจานอาหาร Mueller Hinton Agar (องคประกอบของ Mueller Hinton Agar แสดงดงตารางท 2.3) ใหทว
4. วางแผนดสกตวอยางลงบนจานอาหารน าไปบมทอณหภม 37 oC เปนเวลา 24 ชวโมงวดเสนผาน
ศนยกลางของบรเวณทไมพบการเจรญของเชอ ซงมลกษณะเปนวงใส (วดรวมแผนดสกดวย)
Page | 24
ตารางท 2.3 องคประกอบของอาหารวนชนด Mueller Hinton Agar สารเคม ปรมาณ (กรม)
Beef Extract Acid hydrolysate of casein
Starch Agar
2 17.5 1.5 17
pH 7.3±0.1 ทอณหภม 25 oC
2.5.2 สมบตการตานทานแบคทเรยดวยเทคนค standard viable plate count 1. ทดสอบการรอดชวตของแบคทเรย E. coli หรอ S. aureus เมอสมผสกบพอลเมอรขนาด 10 x 10
มม. โดยหยดสารแขวนลอยแบคทเรยในระยะ log phase ทมการควบคมความเขมขน 2. น าตวอยางพอลเมอรใสลงในหลอดทดลอง เตมสารแขวนลอยแบคทเรย E. coli หรอ S. aureus
ปรมาตร 20 ไมโครลตร จากนนน าไปบมในอางน ารอนทอณหภม 37oC เปนเวลา 3 ชวโมง 3. การนบโคโลนดวยวธน จ านวนโคโลนทเจรญบนจานอาหารมความส าคญ คอ ตองมจ านวนไมมาก
หรอนอยเกนไป โดยทวไปจะนบเฉพาะจานอาหารทมจ านวนเซลลระหวาง 25-250 เซลลเทานน จงตองน าตวอยางมาเจอจางเปนล าดบ ดวยวธ serail dilution
4. วธ serail dilution คอ เจอจางตวอยาง เชอเรมตนโดยทวไปท าเปนล าดบๆ ละ 10 เทา 5. ปเปตตวอยางในหลอดทดลองมา 0.1 mL เตม 0.85% NaCl ปรมาตร 1,980 ไมโครลตร ลงไปเพอ
เจอจางในอตราสวน 1:100 และเขยาใหเขากนจะไดระดบความเจอจาง 10-2
6. ปเปตตวอยางทเจอจาง 1 mL ใสลงบนจานอาหารวน plate count agar (ตารางท 2.4) ใชแทงแกวปลอดเชอเกลยเชอใหทวผวหนาของจานอาหาร จากนนน าไปบมทอณหภม 37oC เปนเวลา 24 ชวโมง นบโคโลน (colony) โดยใชแวนขยายและน ามาหาคาเฉลย คาทไดมหนวยเปน colony forming unit (CFU)
5. ค านวณโคโลน Colony Forming Unit (CFU)
CFU/mL =[(𝑋1 + 𝑋2)/2]𝑥10
10𝑛
เมอ X1 = จ านวนโคโลนครงท 1
X2 = จ านวนโคโลนครงท 2
10n = ความเขมขนของแบคทเรยทเจอจาง
Page | 25
ตารางท 2.4 องคประกอบของอาหารวนชนด Plate Count Agar
สารเคม ปรมาณทใช (%w/v)
Peptone Yeast extract
Glucose Agar
0.5 0.25 0.1 1.5
pH 7, อณหภม 25 oC
Page | 26
บทท
ผลการวจยและอภปราย
3.1) โซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสไฮโดรเจล 3.1.1) ไฮโดรเจลทเชอมโยงระหวางโมเลกล ปฏกรยาการเชอมโยงระหวางโมเลกลของ NaCMC ดวยอพคลอโรไฮดรนเกดภายใตสภาวะเบส และการเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยกรดซตรกโดยผานหมฟงกชนบนสายโซโมเลกลของ NaCMC แสดงดงรปท 3.1 และ 3.2 ตามล าดบ
O
O
CH2OCH2COONa
OHOH
O
n
H2C
O
CHCH2Cl
NaOH
O
O
CH2OCH2COONa
OHO
O
n
H2C
CH
H2C
OH
O
CH2OCH2COONa
O
O
HO
O
n
รปท 3.1 ปฏกรยาการเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยอพคลอโรไฮดรน และตวอยางไฮโดรเจล NaCMC-ECH65 (Rafft และคณะ, 2012)
Page | 27
O
CH2OCH2COONa
O
O
OH
OH
OO
CH2OCH2COONa
O
n
OH
HOOC COOH
COOH
OH
OO
O
OH
O
OO
CH2OCH2COONa
O
n
O
C=O
H2C
C
OHHOC
OO
C=O
H2C
C
OH
HOC
O
O
HO
HO
HO
O
HO
CH2OCH2COONa
OH
CH2OCH2COONa
CH2OCH2COONa
HO
O O
O
CH2OCH2COONa
O
HOO
O
CH2OCH2COONa
OHHO
O
O
O
CH2OCH2COONa
HOO
รปท 3.2 ปฏกรยาการเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยกรดซตรกและตวอยางไฮโดรเจล NaCMC-C65 ทเตรยมได
3.1.2) การวเคราะหสมบตของโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสไฮโดรเจล 1) รอยละการบวมตวของไฮโดรเจล จากการศกษาการบวมตวของไฮโดรเจล 2 ชนด คอ NaCMC-ECH (CMC-ECH10, NaCMC-ECH30 และ NaCMC-ECH65) และ NaCMC-C (CMC-C10, NaCMC-C30 และ NaCMC-C65) ในน ากลน
Page | 28
0
1000
2000
3000
4000
0 5 10 15 20 25 30 35
%Sw
ell
Time (min)
CMC-ECH10
และสารละลายโซเดยมคลอไรด ผลการทดลองแสดงดงรปท 3.3-3.6 ไฮโดรเจลทเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยอพคลอโรไฮดรน 10% เมอเทยบกบปรมาณพอลเมอร (NaCMC-ECH10) มความคงรปนอย เนองจากความหนาแนนของการเชอมโยงระหวางโมเลกลต า เมอทดสอบการบวมในตวท าละลายเปนเวลานานพบวาตวอยางบางสวนละลายไปกบตวท าละลาย สงเกตไดจากน าหนกของตวอยางทลดลงหลงทดสอบการบวมตวในน าเปนเวลานาน เมอเพมความหนาแนนของการเชอมโยงระหวางโมเลกลโดยใชอพคลอโรไฮดรนและ 65% (NaCMC-ECH65) พบวาตวอยางคงรปไดดเมอบวมตวในตวท าละลาย แตรอยละการบวมตวลดลงเมอเปรยบเทยบกบ NaCMC-ECH30 ส าหรบไฮโดรเจลทเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยกรดซตรก 10% เมอเทยบกบปรมาณพอลเมอร (CMC-C10) พบวาสดสวนการบวมตวในสารละลายคอนขางดแตเนองจากความหนาแนนของการเชอมโยงระหวางโมเลกลต าจงท าใหไฮโดรเจลไมคงรปเทาทควร เมอเพมความหนาแนนของการเชอมโยงระหวางโมเลกลกรดซตรกท 30 และ 65% (NaCMC-C30 และNa CMC-C65) พบวาพอลเมอรมความคงรปมากกวาแตสดสวนการบวมตวนอยกวาเมอเทยบกบ NaCMC-C10 นอกจากนยงพบวาไฮโดรเจลทงสองชนดบวมตวในน ากลนดกวาในสารละลายโซเดยมคลอไรด เนองจากเมออยในน ากลนหมฟงกชน COO- ในโครงสรางหลกของ NaCMC ซงมสภาพประจเปนลบจะเกดการผลกกนท าใหสายโซโมเลกลอยหางกน โมเลกลของน าจงแทรกเขาระหวางโครงรางตาขายไดดท าใหรอยละการบวมตวสง แตเมออยในสารละลายโซเดยมคลอไรดหมฟงกชน COO- สามารถเกดแรงยดเหนยวกบ Na+ ไอออน การผลกกนของหมฟงกชน COO- จงลดลงท าใหสายโซพอลเมอรขยบเขาใกลกนมากขน การบวมตวในสารละลายโซเดยมคลอไรดจงลดลง
รปท 3.3 การบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC-ECH ในน ากลน
Page | 29
0500
100015002000250030003500
0 5 10 15 20 25 30 35
%Sw
ell
Time (min)
CMC-ECH10
CMC-ECH30
CMC-ECH65
รปท 3.4 การบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC-ECH ในสารละลายโซเดยมคลอไรด
รปท 3.5 การบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC-C ในน ากลน
รปท 3.6 การบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC-C ในสารละลายโซเดยมคลอไรด
0
2000
4000
6000
8000
0 5 10 15 20 25 30
%Sw
ell
Time(min)
CMC-C10
CMC-C30
CMC-C65
0
500
1000
1500
2000
2500
0 5 10 15 20 25
%Sw
ell
Time (min)
CMC-C10
CMC-C30
CMC-C65
Page | 30
400900140019002400290034003900
%T
Wavenumber (cm-1)
2) การวเคราะหดวยเทคนคอนฟาเรดสเปกโทรสโกป (FT-IR Spectroscopy) จากรปท 3.7 สเปคตรมของฟลมโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสทเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยอพคลอโรไฮดรน (NaCMC-ECH) พบวาปรากฏพค -R-C-O-O-R stretching ท 1740 cm-1, ท 2930 cm-1 ปรากฏพค –CH stretching, 1600 cm-1 ปรากฏพค –COO group, 1400 cm-1 ปรากฏพค –CH bending และ 1080 cm-1 ปรากฏพค -C-O-C stretching สามารถยนยนโครงสรางวาเกดการเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยอพคลอโรไฮดรน ซงสอดคลองกบผลทดสอบการบวมตวทแสดงวาไฮโดรเจลหลงการเชอมโยงระหวางโมเลกลมความคงรปด ไมละลายไปกบตวท าละลาย
รปท 3.7 FT-IR สเปกตรมของฟลมพอลเมอร NaCMC-ECH65
ตารางท 3.1 หมฟงกชนทพบใน FTIR สเปคตรมของ NaCMC-ECH
เลขคลน (cm-1) หมฟงกชน
1080 1600 1740 2930 3400
-C-O-C stretching -COO- stretching -R-COO-R‘ stretching -C-H stretching -O-H stretching
-O-H
C-H stretching -COO-
C-H bending
-C-O-C
R-COO-R‘
Page | 31
3) การศกษาลกษณะผวหนาของฟลมคารบอกซเมทลเซลลโลสดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอน แบบสองกราด (Scanning Electron Microscope, SEM) ศกษาลกษณะผวหนาของตวอยางพอลเมอรชนด NaCMC-ECH65 ทเตรยมโดยการ cast-film ทก าลงขยาย 1,000 และ 10,000 เทา ไดผลการวเคราะหดงรปท 3.8
10000X 1000X
รปท 3.8 ภาพถาย SEM ของฟลมพอลเมอร NaCMC-ECH65
3.2) โซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสนาโนคอมโพสต ในงานวจยนเตรยมอนภาคนาโนซลเวอร จากปฏกรยารดกชนของซลเวอรไนเตรทโดยมกลโคสและโซเดยมไฮดรอกไซดเปนสารตงตนดงปฏกรยาตอไปน (Nguyen, N,T., & Liu, J,H., 2014)
2AgNO3 + C5H11O5CHO + 2NaOH 2Ag + C5H11O5COOH + NaNO3 + H2O
รปท 3.9 ภาพถาย TEM ของอนภาคนาโนซลเวอร
เมอน าสารละลายแขวนลอยของอนภาคนาโนซลเวอรท เตรยมไดมาวเคราะหดวยเทคนค transmission electron microscope (TEM) ไดผลการวเคราะหดงรปท 3.9 พบอนภาคนาโนซล
Page | 32
เวอรซงมขนาดโดยเฉลยไมเกน 20 นาโนเมตร จากนนน าสารละลายแขวนลอยของอนภาคนาโน - ซลเวอรไปใชเตรยมนาโนคอมโพสตในขนตอไป 3.2.1) ลกษณะผวหนาของนาโนคอมโพสต ฟลมซลเวอรนาโนคอมโพสต และซงคออกไซดนาโนคอมโพสตทเตรยมไดมลกษณะดงรปท 3.10 พบวาฟลมมความขนมากขนเมอเพมปรมาณอนภาคนาโน ผลวเคราะหฟลมนาโนคอมโพสตทงสองชนดดวยเทคนค SEM แสดงดงรปท 3.11 พบวามกระจายตวของอนภาคนาโนหนาแนนขนในตามปรมาณองคประกอบของอนภาค
(ก) (ข)
รปท 3.10 (ก) ฟลมซลเวอรนาโนคอมโพสต และ (ข) ฟลมซงคออกไซดนาโนคอมโพสต
(ก)
(ข)
รปท 3.11 SEM micrograph ของ (ก) ฟลมซลเวอรนาโนคอมโพสต และ (ข) ฟลมซงคออกไซดนาโนคอมโพสต
Page | 33
3.2.2) ประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรย 1) กลไกการยบยงแบคทเรย มงานวจยทไดเสนอกลไกการตานเชอแบคทเรยของอนภาคนาโนซงคออกไซดไวหลายลกษณะ เชน Chu และคณะ (2013) เสนอวาเกดจากการแตกตวของ ZnO ใหแรดคลของ O2
- และ OH ท าปฏกรยากบสารอนทรยสารบนผนงเซลลของแบคทเรยสงผลใหเกดการตายของเซลลดงรปท 3.12 นอกจากนยงมกลไกทเสนอโดย Dutta และคณะ (2012) และ Ekthammathat และคณะ (2014) ซงแสดงโดยปฏกรยาในรปท 3.13 และการท าลายผนงเซลลของแบคทเรยในรปท 3.14 ตามล าดบ
ZnO + hv e- + h+
e- + O2+
•O2
-
h+ + H2O OH• + H+
รปท 3.12 ปฏกรยาการตานการเจรญเตบโตของแบคทเรยโดยอนภาคนาโนซงคออกไซด (Chu และคณะ, 2013)
ZnO + hv ZnO + e- + h+ h+ + H2O OH• + H+ e- + O2
+
•O2-
•O2- + H+ HO2
• HO2
• + e- + H+ H2O2
รปท 3.13 ปฏกรยาตานการเจรญของแบคทเรยโดยอนภาคนาโนซงคออกไซด
(Dutta และคณะ, 2012)
รปท 3.14 กลไกการตานการเจรญของแบคทเรยโดยอนภาคนาโนซงคออกไซด (Ekthammathat และคณะ, 2014)
Page | 34
Feng และคณะ (2000) ไดเสนอเกยวกบกลไกการตานเชอแบคทเรยโดยอนภาคนาโนซลเวอรวาเกดจากการปลดปลอยซลเวอรไอออน (Ag+) ซง Ag+ จะเขาไปจบกบโปรตนทผนงเซลลของแบคทเรยทหมซลฟดรล (–SH) เนองจาก Ag+ เปน soft acid จงสามารถจบกบ soft base เชน ก ามะถน (S) และฟอสฟอรส (P) ไดด และ Ag+ ยงท าใหโปรตนเกดการเปลยนแปลงสภาพ (denature) สงผลใหการควบคมการขนสงสารเขาและออกจากเซลลผดปกต Ag+ จงสามารถแทรกเขาสภายในเซลลได จากนน Ag+ ทแทรกเขาไปในเซลลจะท าใหดเอนเอซงประกอบดวยฟอสฟอรสจ านวนมากเกดการรวมตวและสญเสยความสามารถในการเพมจ านวน (replication) แบคทเรยจงไมสามารถเพมจ านวนได นอกจากน Ag+ ยงสามารถจบกบโปรตนทส าคญอน ๆ อก เชน โปรตนทเกยวของกบการหายใจระดบเซลล เมอโปรตนเหลานนไมสามารถท างานไดตามปกตแบคทเรยกจะตาย (รปท 3.15)
รปท 3.15 กลไกการตานการเจรญเตบโตของแบคทเรยโดยอนภาคนาโนซลเวอร (Feng และคณะ, 2000)
2) ประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรยดวยเทคนค Standard viable plate count อตราการรอดชวตของจ านวนเชอแบคทเรย E.coli เมอผานการทดสอบการตานเชอดวยตวอยางนาโนคอมโพสตไฮโดรเจล แสดงดงรปท 3.16 พบวาเมอผสมอนภาคนาโนทงสองชนดลงในตวอยางไฮโดรเจลสงผลใหการเจรญเตบโตของแบคทเรยลดลง โดยผลการรอดชวตททดสอบโดยใชนาโนคอมโพสตทงสองไมตางกนมาก
Page | 35
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
1 2 3 4 5 6
log
colo
ny fo
mrin
g ui
nt
ครงททดสอบ
รปท 3.16 จ านวนแบคทเรย S.aureus ทรอดชวตเมอทดสอบดวยเทคนค standard viable plate count
3.3) พอลเมอรผสม NaCMC/PEG 3.3.1) การเตรยมพอลเมอรผสมทเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยเอพคลอโรไฮดรน (ECH) ปฏกรยาการเชอมโยงระหวางโมเลกลของ PEG เกดขนผานหมไฮดรอกซล (-OH) ดงรปท 3.17
HO
OH
j
+O
H2C CHCH
2Cl
NaOH HO
Oj
CH2
CHH
2C OH
OO
H
j
รปท 3.17 ปฏกรยาระหวางพอลเอทลน ไกลคอลและเอพคลอโรไฮดรน
3.3.2) การวเคราะหสมบตของพอลเมอรผสม (NaCMC/PEG/ECH) 1) การบวมตว (swelling) จากการศกษาการบวมตวของพอลเมอรผสม 3 ชนดคอ NaCMC9/PEG1-10, NaCMC9/PEG1-30 และ NaCMC9/PEG1-60 ในน ากลนและสารละลายโซเดยมคลอไรด ไดผลการศกษาดงรปท 3.18 และ 3 .19 พบว าพอล เมอรผสมชนด NaCMC9/PEG1-30 มการบวมต ว ไดดท ส ด ส วน NaCMC9/PEG1-10 มความหนาแนนของการเชอมโยงระหวางโมเลกลนอยกวาจงท าใหการบวมตวมคาต า เนองจากสายโซโมเลกลของพอลเมอรเกดการเชอมโยงไมหนาแนน ท าใหพอลเมอรผสมละลายไปกบตวท าละลาย ส าหรบตวอยางพอลเมอรผสม NaCMC9/PEG1-60 ซงเตรยมโดยใชสารเชอมโยงระหวางโมเลกลปรมาณมากเพยงพอท าใหไดพอลเมอรทมลกษณะโครงสรางรางแหหนาแนนแต
Ag nanocomposite ZnO nanocomposite
Page | 36
ความสามารถในการดดซบตวท าละลายลดลง คาการบวมตวทวเคราะหไดจงต า เมอน าตวอยางไป
ทดสอบการบวมตวในน าหมฟงกชน COO- ในโครงสรางหลกของ NaCMC ซงมสภาพประจลบจะเกด
การผลกกน ท าใหสายโซโมเลกลอยหางกนโมเลกลของน าจงแทรกเขาระหวางโครงสรางรางแหไดดท า
ใหคารอยละการบวมตวสง แตเมออยในสารละลายโซเดยมคลอไรด COO- สามารถเกดแรงยด
เหนยวกบ Na+ ไอออน ท าใหการผลกกนของหมฟงกชน COO- ลดลง สายโซโมเลกลขยบเขาใกลกน
มากขน การบวมตวในตวท าละลายจงลดลง
รปท 3.18 รอยละการบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC9/PEG1 ในน า
รปท 3.19 รอยละการบวมตวของไฮโดรเจล NaCMC9/PEG1 ในโซเดยมคลอไรด
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 5 10 15 20 25 30
% S
well
Ratio
Time(min)
NaCMC9/PEG1-10 NaCMC9/PEG1-30 NaCMC9/PEG1-60
0
1000
2000
3000
0 5 10 15 20 25 30
% S
well
Ratio
Time(min)
NaCMC9/PEG1-10 NaCMC9/PEG1-30 NaCMC9/PEG10-60
Page | 37
2) การวเคราะหดวยเทคนคอนฟราเรดสเปกโทรสโกป (FT-IR Spectroscopy)
โซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสทไมเชอมโยงระหวางโมเลกล
ตารางท 3.2 หมฟงกชนใน FT-IR สเปคตรมของโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลส ทไมเชอมโยงระหวางโมเลกล
รปท 3.20 FT-IR สเปคตรมของโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสทยงไมเชอมโยงระหวางโมเลกล
จากรปท 3.20 FT-IR สเปกตรมของ NaCMC พบวาท 3450 cm-1 ปรากฏพค –OH stretching, 2900 cm-1 ปรากฏพค –CH stretching, 1600 cm-1 ปรากฏพค –COO group, 1430 cm-1 ปรากฏพค –CH bending และ 1080 cm-1 ปรากฏพค -C-O-C stretching ซงสอดคลองกบโครงสรางเคมของหนวยทซ าๆกน (repeating unit) ของโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลส
20
30
40
50
60
400900140019002400290034003900
Tran
smitt
ance
(%)
Wavenumber(cm-1)
-O-H
C-H stretching -COO-
C-H bending -C-O-C
เลขคลน (cm-1) หมฟงกชน 3450 2900 1600 1430 1080
-O-H stretching -C-H stretching -COO- stretching -C-H bending -C-O-C stretching
Page | 38
พอลเอทลน ไกลคอลทไมเชอมโยงระหวางโมเลกล
ตารางท 3.3 หมฟงกชนทพบใน FT-IR สเปคตรมของพอลเอทลนไกลคอล
ทไมเชอมโยงระหวางโมเลกล
รปท 3.21 FT-IR สเปคตรมของพอลเอทลน ไกลคอลทยงไมเชอมโยงระหวางโมเลกล จากรปท 3.21 FT-IR สเปกตรมของ PEG พบวา 3479 cm-1 ปรากฏพค –OH stretching, 2898 cm-1 ปรากฏพค –CH stretching, 1474 cm-1 ปรากฏพค –CH bending และ 1100 cm-1 ปรากฏพค C-O-C stretching ซอนทบกบพค -C-O stretching ซงสอดคลองกบโครงสรางของพอลเมอร 3) วเคราะหลกษณะผวหนาของพอลเมอรผสมดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (scanning electron microscope; SEM) ศกษาลกษณะผวหนาของตวอยางพอลเมอรชนด NaCMC9/PEG1-110 ทเตรยมโดยการ cast-film พบวาทก าลงขยายตาง ๆ พบวาตวอยางมลกษณะผวหนาคอนขางเรยบ (รปท 3.22) ไมพบการแยกเฟสระหวางคพอลเมอร
0
10
20
30
40
50
60
70
400900140019002400290034003900
Tran
smitt
ance
(%)
Wavenumber(cm-1)
-O-H
C-H stretchingC-H bending
C-O
เลขคลน (cm-1) หมฟงกชน 3479 2898 1474 1100
-O-H stretching -C-H stretching -C-H bending
-C-O stretching
Page | 39
(ก) (ข)
รปท 3.22 ภาพถาย SEM ทผวหนาของตวอยาง NaCMC9/PEG1-110
3.4) นาโนคอมโพสต NaCMC/PEG ศกษาสมบตของนาโนคอมโพสตโดยวเคราะหดวยเทคนคอนฟราเรดสเปกโทรสโกป (FT-IR Spectroscopy), กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) และศกษาประสทธภาพในการตานทานเชอแบคทเรย 3.4.1) การวเคราะหดวยเทคนคอนฟราเรดสเปกโทรสโกป (FT-IR Spectroscopy) FT-IR สเปคตรมของนาโนคอมโพสตทงสองชนด (ซงคออกไซด และ ซลเวอร) ทผสมกบโซเดยมคารบอกซเมทลเซลลโลสและพอลเอทลน ไกลคอล ซงเชอมโยงระหวางโมเลกลดวยเอพคลอไฮดรน ไมแสดงความแตกตางในผลวเคราะหดวย FT-IR เนองจากมองคประกอบของอนภาคนาโนในประมาณนอย ในทนจงแสดงเฉพาะตวอยางทผสม 3% ซงคออกไซด (NaCMC9/PEG1-110-Z3) ดงรปท 3.23
ตารางท 3.4 หมฟงกชนทพบใน FT-IR สเปคตรมของ NaCMC9/PEG1-110-Z3
เลขคลน (cm-1) หมฟงกชน 3400 2900 1600 1430 1098
-O-H stretching -C-H stretching
-COO- stretching -C-H bending
C-O-C stretching
Page | 40
รปท 3.23 FT-IR สเปคตรมของ NaCMC9/PEG1-110-Z3
จากรปท 3.23 FT-IR สเปกตรมของตวอยาง NaCMC9/PEG1-110-Z3 พบวาทเลขคลน 3400 cm-
1 ปรากฏพค –OH stretching, 2900 cm-1 ปรากฏพค –CH stretching, 1600 cm-1 ปรากฏพค -COO stretching, 1430 cm-1 ปรากฏพค –CH bending และ 1098 cm-1 ปรากฏพค -C-O-C stretching ซงเปนหมฟงกชนทอยในโครงสรางของ NaCMC และ PEG 3.4.2) การวเคราะหดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (scanning electron microscope; SEM)
รปท 3.34 ภาพถาย SEM ของ (ก) ฟลมซลเวอรนาโนคอมโพสต และ (ข) ซงคออกไซดนาโนคอมโพสต
0
10
20
30
40
50
60
70
400900140019002400290034003900
Tran
smitt
ance
(%)
Wavenumber(cm-1)
-OHC-H stretching
-COO-
C-O-C
ก ข
Page | 41
จากการศกษาลกษณะผวหนาของตวอยางพอลเมอรนาโนคอมโพสตทมองคประกอบของอนภาคนาโนปรมาณตางๆ พบวามกระจายตวของอนภาคคอนขางด ไมพบการเกาะกนเปนกอน (agglomerate) สงเกตเหนไดชดจากภาพถาย SEM ทก าลงขยายสง (รปท 3.24)
3.4.3) ทดสอบการตานทานแบคทเรยดวยเทคนค clear zone ศกษาการตานทานเชอแบคทเรยดวยเทคนค clear zone ไดผลแสดงดงตารางท 3.4 พบวาตวอยาง NaCMC9/PEG1-110 ซงไมมองคประกอบของอนภาคนาโนซงคออกไซดไมท าใหเกด clear zone ของแบคทเรยทง 2 ชนด ไดแก E. coli และ S. aureus แตเมอผสมอนภาคนาโนลงไปพบวาเกด clear zone กบแบคทเรยดงผลการทดสอบทแสดงในตารางท 3.5 และรปท 3.35
(ก)
(ข)
รปท 3.35 Clear-zone การยบยงเชอ S. aureus และ E. coli
ตารางท 3.5 ผลทดสอบการตานทานแบคทเรยของนาโนคอมโพสตดวยเทคนค clear zone
ตวอยางพอลเมอร Clear-zone (mm)
E. coli S. aureus NaCMC9/PEG1-110 NaCMC9/PEG1-110-Z1 NaCMC9/PEG1-110-Z3 NaCMC9/PEG1-110-Z5
- - -
14
- 20 21 22
NaCMC9/PEG1-110-A1 - 18 NaCMC9/PEG1-110-A3 5 23 NaCMC9/PEG1-110-A5 18 24
Page | 42
3.4.4) ทดสอบการตานทานแบคทเรยดวยเทคนค standard viable plate count รปท 3.35 และตารางท 3.6 แสดงผลจากการศกษาการตานทานเชอแบคทเรยดวยเทคนค standard viable plate count โดยใชแบคทเรย 2 ชนด ไดแก E. coli และ S. aureus พบวา ตวอยางทไมผสมนาโนซงคออกไซดมปรมาณการเจรญของแบคทเรยใกลเคยงกนแตนาโนคอมโพสตทกตวอยางแสดงผลการยบยงแบคทเรยทงสองชนดอยางชดเจนจากปรมาณแบคทเรยทนอยวา โดยมผลยบยง S. aureus ไดมากกวา E. coli เนองจากแบคทเรยชนด E. coli เปนแบคทเรยทมผนงเซลล 2 ชน จงท าใหทนทานตอกลไกการยบยงเชอโดยโนนาซงคออกไซด ตารางท 3.6 การตานทานแบคทเรยดวยเทคนค standard viable plate count
Standard viable plate count ตวอยางพอลเมอร E. coli
(log CFU) S. aureus (log CFU)
NaCMC10-10 NaCMC10-110 NaCMC9/PEG1-10 NaCMC9/PEG1-110 NaCMC9/PEG1-110-Z1 NaCMC9/PEG1-110-Z3 NaCMC9/PEG1-110-Z5
6.54 6.56 6.58 6.51 5.95 5.91 5.90
6.32 6.37 6.48 5.61 5.54 5.53 5.59
Page | 43
บทท
สรปผลการวจย
4.1 พอลเมอรผสม NaCMC/PEG สามารถเตรยมตวอยางไฮโดรเจลพอลเมอรผสม NaCMC/PEG ทมการเชอมโยงระหวางโมเลกลโดยเทคนค cast-film จากนนน าไปทดสอบสมบตการบวมตว, วเคราะหหมฟงกชนดวยเทคนค FT-IR, วเคราะหลกษณะผวหนาวทยาดวยเทคนค SEM พบวาไฮโดรเจลสมบตความคงรปด คาการบวมตวสงสดในน าและสารละลายโซเดยมคลอไรดของไฮโดรเจลขนอยกบความหนาแนนของการเชอมโยงระหวางโมเลกล และองคประกอบของคพอลเมอร ซงสามารถปรบไดตามวตถประสงคในการใชงาน คาการบวมตวสงสดในน าและสารละลายโซเดยมคลอไรดของ NaCMC9/PEG1-30 เทากบ 4,000% และ 2,500% ตามล าดบ
4.2 นาโนคอมโพสตของ NaCMC/PEG ไฮโดรเจล นาโนคอมโพสตไฮโดรเจลทมองคประกอบของอนภาคนาโน 2 ชนด คอ นาโนซงคออกไซด และ ซลเวอรในปรมาณ 1, 3 และ 5% ถกเตรยมขน และทดสอบสมบตการบวมตว, วเคราะหหมฟงกชนดวยเทคนค FT-IR, วเคราะหการกระจายตวของอนภาคนาโนดวยเทคนค TEM และ SEM และทดสอบประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรย S. aureus (แกรมบวก) และ E. coli (แกรมลบ) โดยเทคนค clear zone และ standard viable plate count พบวาประสทธภาพการยบยงเชอแบคทเรยเพมขนเมอเพมปรมาณอนภาคนาโน และนาโนคอมโพสตสามารถยบยงเชอ S. aureus ไดดกวา ผลการศกษาพบวานาโนคอมโพสตของพอลเมอรผสมชวภาพมศกยภาพในการน าไปพฒนาเพอใชงานดานชวการแพทยตอไป
Page | 44
รายงานสรปการเงน เลขทโครงการระบบบรหารงานวจย 2559A10802143 สญญาเลขท 67/2559
โครงการวจยประเภทงบประมาณเงนรายไดจากเงนอดหนนรฐบาล (งบประมาณแผนดน) ประจ าปงบประมาณ พ.ศ. 2559
มหาวทยาลยบรพา ชอโครงการ “การพฒนาไบโอ-นาโนคอมโพสตไฮโดรเจลของคารบอกซเมทล เซลลโลสส าหรบใช งานดานชวการแพทย”
ชอหวหนาโครงการวจย ผศ.ดร.ธนดา ตระกลสจรตโชค รายงานชวงวนท 1 ต.ค. 2558 ถงวนท 30 ก.ย. 2559 ระยะเวลาด าเนนการ 1 ป
รายรบ จ านวนเงนทไดรบ (หลงจากหกคาธรรมเนยมอดหนนสถาบนแลว) งวดท 1 (50%) 254,430 บาท เมอวนท 20 ม.ค.2559 งวดท 2 (40%) 203,544 บาท เมอวนท 20 ม.ค.2559 งวดท 3 (10%) 50,886 บาท - รวม 508,860 บาท
รายจาย รายการ งบประมาณทตงไว งบประมาณทใชจรง จ านวนเงน
คงเหลอ/เกน 1. งบบคลากร 96,000 96,000 - 2. งบด าเนนงาน 2.1 คาใชสอย 115,000 115,000 - 2.2 คาวสด 247,860 247,860 - 2.3 คาตอบแทน 50,000 50,000 - 3. คาธรรมเนยมอดหนนสถาบน 56,540 56,540 -
รวม 565,400 565,400 -
(...................................................................) ผศ.ดร.ธนดา ตระกลสจรตโชค หวหนาโครงการวจยผรบทน
Page | 45
บรรณานกรม
Ahmed, N., Noura, M., Al-mehbad, Y. (2013), “Novel terephthaloyl thiourea cross-linked chitosan hydrogels as antibacterial and antifungal agents”, International Journal of Biological Macromolecules, 57, 111–117.
Bajpai, S.K., Chand, N., Chaurasia, V. (2012) “Nano zinc oxide-loaded calcium alginate films with potential antibacterial properties”, Food and Bioprocess Technology, 5, 1871-1881.
Chen, H., Guo, L., Li, G., Zhang, T. (2012) “Synthesis of thermo-sensitive CS-g-PNIPAM/ CMC complex nanoparticles for controlled release of 5-FU”, International Journal of Biological Macromolecules, 51, 1109– 1115.
Chen, C., Chen, X.Y., Xie, D.H. (2013), Synthesis of nitrogen doped porous carbons from sodium carboxymethyl cellulose and the capacitive performance, Acta Phys-Chim. Sin, 29, 102-110.
Chu, L.C., Zhou, Z.W., Duan, X.F., Tang, L.L. (2013), A study of zinc oxide whisker/nano-ZnO composite antimicrobials, Materials Review, 17, 84-95.
Dutta, R.K., Nenavathu, B.P., Gangishetty, M.K., Reddy, A.V.R. (2012), Studies on antibacterial activity of ZnO nanoparticles by ROS induced lipid peroxidation, Colloids Surf. B: Biointerfaces, 94, 143–150.
Ekthammathat, N., Thongtem, S., Thongtema, T., Phuruangrat, A. (2014), Characterization and antibacterial activity of nanostructured ZnO thin films synthesized through a hydrothermal method, Powder Technology, 254, 199-205.
Finocchio, E., Cristiani, C., Cristiani, C., Stampino, P.G., Zampori, L. (2014), Thermal evolution of PEG-based and BRIJ-based hybrid organo-inorganic materials. FT-IR studies, Vibrational Spectroscopy, 71, 47-56.
Hebeish, A., Hashem, M.M., Hady, A.E., Sharaf, S. (2013), Development of CMC hydrogels loaded with silver nano-particles for medical applications, Carbohydrate Polymers, 92, 407-413.
Hu, D., Wang, H., Wang, L. (2016), “Physical properties and antibacterial activity of quaternized chitosan/carboxymethyl cellulose blend films”, LWT - Food Science and Technology, 65, 398-405.
Huang, D.J., Kang, Y.R., Wang, A.Q., Wang, W.B. (2013), “One-step in situ fabrication of a granular semi-IPN hydrogel based on chitosan and gelatin for fast and
Page | 46
efficient adsorption of Cu2+ ion”, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 106, 51–59.
Jebel, F.S., Almasi, H. (2016) “Morphological, physical, antimicrobial and release properties of ZnO nanoparticles-loaded bacterial cellulose films”, Carbohydrate Polymers, 149, 8-19.
Lai, J.Y., Hsieh, A.C. (2012) “A gelatin-g-poly(N-isopropylacrylamide) biodegradable in situ gelling delivery system for the intracameral administration of pilocarpine”, Biomaterials, 33, 2372-2387.
Li, J.H., Honga, R.Y., Li, M.Y., Li, H.Z., Zhengd, Y., Dinge, J. (2009), Effects of ZnO nanoparticles on the mechanical and antibacterial properties of polyurethane coatings, Progress in Organic Coatings, 64, 504-509.
Li, L.H., Deng, J.C., Deng, H.R., Liu, Z.L., Li, X.L. (2010), Preparation, characterization and antimicrobial activities of chitosan/Ag/ZnO blend films, Chemical Engineering Journal, 160, 378-382.
Liu, Y., Kim H.I. (2012), Characterization and antibacterial properties of genipin-crosslinked chitosan/poly(ethylene glycol)/ZnO/Ag nanocomposites, Carbohydrate Polymers, 89, 111-116.
Pandimurugan, R., Thambidurai, S. (2016), “Novel seaweed capped ZnO nano- particles for effective dye photodegradation and antibacterial activity”, Advanced Powder Technology, 27(4), 1062-1072.
Raaft, A.I., Magda, M.E., El-Arnaouty, M.B. (2012) “Radiation synthesis of super-absorbent CMC based hydrogels for agriculture applications”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 283, 71–76.
Samandari, S.S., Gazi, M., Yilmaz, E. (2012) “UV-induced synthesis of chitosan-g-polyacrylamide semi-IPN superabsorbent hydrogels”, Polymer Bulletin, 68, 1623-1639.
Shafei, A.E., Okeil, A.A. (2011), ZnO/carboxymethyl chitosan bionano-composite to impart antibacterial and UV protection for cotton fabric, Carbohydrate Polymers, 83, 920-925.
Shuhua, W., Runlin, N., Husheng, J., Liqiao, W., Xuguang, D.L., Bungshe, X., (2011) “Preparation of cellulose fibres with antibacterial Ag-loading nano-SiO2”, Bulletin of Materials Science, 34(4), 629–634.
Page | 47
Syed, K.H., Al-Assaf, S., Phillips, G.O. (2011) "Progress in Molecular and Environmental Bioengineering-From Analysis and Modeling to Technology Applications", InTech Press, Croatia.
Travan A., Scognamiglio, F., Borgogna, M., Marsich, E., Donati, I., Tarusha, L., Grassi, M., Paoletti, S. (2016) “Hyaluronan delivery by polymer demixing in polysac-charide-based hydrogels and membranes for biomedical applications”, Carbohydrate Polymers, 150, 408-418.
Upadhyayaa, L., Singh, J., Agarwal, V., Pandey, A.C., Verma, S.P., Das P., Tewari, R.P. (2015), “Efficient water soluble nanostructured ZnO grafted O-carboxy methyl chitosan/curcumin-nanocomposite for cancer therapy, Process Biochemistry, 50, 678–688.
Yadollahi, M., Gholamali, I., Namazi, H., Aghazadeh M. (2015) “Synthesis and characterization of antibacterial carboxymethyl cellulose/ZnO nano-composite hydrogels”, International Journal of Biological Macromolecules, 74, 136-141.
Yue, Y., Han, J., Han, G., French, A.D., Qi, Y., Wu, D. (2016) “Cellulose nanofibers reinforced sodium alginate-polyvinyl alcohol hydrogels: Core-shell structure formation and property characterization”, Carbohydrate Polymers, 147, 155-164.
Zhao, G., Chen, J., Huang, Y., & Bryaskova, R. (2015). Novel antibacterial hybrid materials based on polyvinyl alochol and mercaptopropyltriethoxysilane with embedded silver nanoparticles (PVA/AgNps/MPTES). Comptes Rendus Chimie, 18(5), 586-592.
Page | 48
ประวตคณะผวจย 1) หวหนาโครงงาน
1.1) ชอ-สกล นาง ธนดา ตระกลสจรตโชค (Mrs. Thanida Trakulsujaritchok) 1.2) หนวยงานทสงกด ภาควชาเคม คณะวทยาศาสตร
ทอย ภาควชาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยบรพา ถนนลงหาด ต. แสนสข อ.เมอง ชลบร 20131 E-mail [email protected]
1.3) ประวตการศกษา สถาบน สาขา ปรญญา ปการศกษา
สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง
เคมอตสาหกรรม วท.บ. 2531-2534
จฬาลงกรณ มหาวทยาลย วทยาศาสตรพอลเมอร วท.ม. 2535-2538 Loughborough University, UK
Polymer Science Ph.D. 2540-2543
2) ผรวมงานวจย 2.1) ชอ-สกล นางปรยา ปะบญเรอง (Mrs.Pariya Pabunruang) 2.2) หนวยงานทสงกด ภาควชาจลชววทยา คณะวทยาศาสตร
ทอย ภาควชาจลชววทย คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยบรพา ถนนลงหาดบางแสน ต.แสนสข อ.เมอง จ.ชลบร 20131 E-mail [email protected]
2.3) ประวตการศกษา สถาบน สาขา ปรญญา
มหาวทยาลยบรพา วทยาศาสตร (จลชววทยา) วท.บ. มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาศาสตร (จลชววทยา) วท.ม.
