Nobel Prize in Mahidol Science Cafe Vol.3 หัวข้อ Spooky action at a distance: quantum entanglement that frightened Einstein wins 2022 Nobel prize in Physics เจาะลึกวิวัฒนาการทฤษฎีควอนตัมและการประยุกต์ใช้

Nobel Prize in Mahidol Science Cafe Vol.3 หัวข้อ Spooky action at a distance: quantum entanglement that frightened Einstein wins 2022 Nobel prize in Physics เจาะลึกวิวัฒนาการทฤษฎีควอนตัมและการประยุกต์ใช้

31 ตุลาคม 2565 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จัดเสวนาพิเศษ Nobel Prize in Mahidol Science Cafe Vol.3 หัวข้อ Spooky action at a distance: quantum entanglement that frightened Einstein wins 2022 Nobel prize in Physics แบบ Hybrid ปิดท้ายเสวนาซีรีส์โนเบลประจำปี 2565 โดยได้รับเกียรติจากอาจารย์ผู้เชี่ยวชาญด้านควอนตัม ศิษย์เก่าภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล อาทิ ดร. ธนภัทร์ ดีสุวรรณ จากภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี, ดร.เอกรัฐ พงษ์โอภาส และ ดร. รุจิภาส บวรทวีปัญญา จากสาขาวิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์, และ ดร.ฟัตต๊ะห์ สกุลดี จาก International Centre for Theory of Quantum Technologies (ICTQT), University of Gdansk, Poland ร่วมพูดคุยเจาะลึกเกี่ยวกับเรื่องราวการวิจัย และสาระน่ารู้ของปรากฏการณ์ความพัวพันเชิงควอนตัมของคู่อนุภาคที่อยู่ห่างกัน (quantum entanglement) ซึ่งขัดกับทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ โดยมี ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.สุจินต์ สุวรรณะ อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล เป็นผู้ดำเนินรายการ ณ ห้องประชุม K102 อาคารเฉลิมพระเกียรติ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล พญาไท และถ่ายทอดสดผ่านทาง Facebook live โดยมีผู้รับชมรวมกว่า 50 คน

ในการเสวนา ดร. ธนภัทร์ ดีสุวรรณ ได้เล่าพื้นฐานแนวคิดของทฤษฎีควอนตัมว่า เป็นทฤษฎีที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ในระบบขนาดเล็ก ๆ เช่น ชั้นพลังงานของอะตอม การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เป็นต้น โดยเปลี่ยนมุมมองว่าอนุภาคสามรถประพฤติตัวเป็นคลื่นได้ ซึ่งช่วยให้เราเข้าใจพฤติกรรมของสิ่งเล็ก ๆ ได้ดียิ่งขึ้น แต่ทฤษฎีนี้กลับไม่สามารถระบุตำแหน่งและการเคลื่อนที่ที่ชัดเจนของสิ่งที่เราสนใจศึกษาได้ โดยบอกได้เป็นค่าความน่าจะเป็นเสมอ

ด้วยเหตุนี้จึงทำให้นักวิทยาศาสตร์หลายคนรวมถึง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) คิดว่าทฤษฎีควอนตัมนั้นไม่ผิดแต่เป็นทฤษฎีที่ไม่สมบูรณ์ เนื่องจากมองว่าทฤษฎีที่สมบูรณ์จะต้องบอกค่าของสิ่งต่าง ๆ ได้อย่างชัดเจน นำไปสู่การร่วมกับนักฟิสิกส์อีก 2 ท่านคือ บอริส โพโดลสกี้ (Boris Podolsky) และ นาธาน โรเซน (Nathan Rosen) เรียกชื่อทั้ง 3 ท่านย่อ ๆ ว่า EPR เสนอการทดลองเชิงความคิดเพื่อพิสูจน์ว่าทฤษฎีควอนตัมนั้นไม่สมบูรณ์ ซึ่งแม้ว่าข้อโต้แย้งของไอน์สไตน์นั้นจะค่อนข้างน่าเชื่อถือและสอดคล้องกับสามัญสำนึกปรกติ แต่ก็ยังไม่สามารถที่จะแสดงอย่างไร้ข้อโต้แย้งได้อยู่ดีว่าธรรมชาติไม่ได้เป็นไปตามที่ทฤษฎีควอนตัมบรรยาย เพราะผลจากการทดลองเชิงความคิดของไอน์สไตน์และแบบควอนตัมนั้นยังคงสอดคล้องกันทุกประการ และทำให้การถกเถียงเกี่ยวกับความสมบูรณ์ของทฤษฎีควอนตัมนั้นกลายไปเป็นคำถามเชิงปรัชญาเพราะไม่มีใครหาวิธีทำการทดลองจริงเพื่อพิสูจน์ได้ว่าแนวคิดแบบใดกันแน่ที่ถูกต้องสอดคล้องกับธรรมชาติจริง ๆ

เวลาผ่านไปกว่า 29 ปี จอห์น สจวร์ต เบลล์ (John Stewart Bell) นักฟิสิกส์ชาวไอร์แลนด์เหนือ จึงได้นำเสนอการทดลองเชิงความคิดขึ้นมาและนำมาสู่การสร้างเป็นอสมการของเบลล์ (Bell’s inequality) ที่ทำให้สามารถแยกคำอธิบายแต่ละแบบออกจากกันได้ และเป็นการทำให้คำถามเชิงปรัชญากลับมาเป็นวิทยาศาสตร์อีกครั้ง แต่ในตอนนั้นก็ยังไม่มีการทดลองจริง ๆ เกิดขึ้น

จนกระทั่งปี ค.ศ. 1972 ดร.จอห์น ฟรานซิส เคลาเซอร์ (John F. Clauser) นักฟิสิกส์ทฤษฎีและการทดลองชาวอเมริกัน ได้พัฒนาแนวคิดจากอสมการของเบลล์สู่การทดลองจริงได้เป็นครั้งแรก และชี้ให้เห็นว่าทฤษฎีควอนตัมเป็นจริง ซึ่งผลงานนี้ทำให้ ดร.เคลาเซอร์ ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ในปีนี้นั่นเอง

ดร.เอกรัฐ พงษ์โอภาส ได้อธิบายงานของ ดร. เคลาเซอร์ ที่แยกอนุภาคของแสงจากอะตอมของแคลเซียมเป็น 2 อนุภาค เพื่อทำการวัดค่า spin ซึ่งเป็นสมบัติโมเมนตัมการหมุนของอนุภาค และพบว่าเมื่อเราวัดอนุภาคตัวหนึ่งได้ค่า spin up อีกอนุภาคจะได้ค่า spin down ทันที ซึ่งตรงตามที่ทฤษฎีควอนตัมทำนาย ทั้งยังเป็นการยืนยันว่าความพัวพันทางควอนตัมมีอยู่จริง โดยการความรู้ถึงสถานะของอนุภาคนี้ดูเหมือนมีความเร็วมากกว่าแสง ซึ่งขัดกับสิ่งที่ทฤษฎีสัมพันธภาพของไอน์สไตน์กล่าวไว้ และการทดลองนี้ยังมีช่องโหว่ที่ทำให้สงสัยได้ว่าเครื่องวัดอนุภาคมีการส่งสัญญาณถึงกันได้ มากกว่าจะผลการทดลองจะมาจากความพัวพันจริง ๆ

ต่อมาในปี ค.ศ. 1982 ศาสตราจารย์ อาลอง แอสเปต์ (Alain Aspect) นักฟิสิกส์เชิงทดลองชาวฝรั่งเศส จากมหาวิทยาลัยปารีส-ซาเคลย์ของฝรั่งเศส ได้ทำการทดลองซึ่งปิดช่องโหว่นี้ลงได้สำเร็จโดยสร้างเครื่องมือเพื่อสลับการวัดสภาวะโพลาไรเซชั่น (polarization) ของอนุภาคแสง (photon) ให้เร็วกว่าที่สัญญาณระหว่างเครื่องวัดทั้งสองจะส่งถึงกันได้ จึงทำให้ ศาสตราจารย์แอสเปต์ ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ในปีนี้ จากการปิดช่องโหว่นี้ และยืนยันความพัวพันทางควอนตัมเช่นกัน

จึงทำให้สรุปได้ว่าเมื่อเราแยกอนุภาคของแสงออกจากกันและทำการวัดค่าของอนุภาคตัวหนึ่ง ค่าของอนุภาคอีกตัวจะเปลี่ยนเป็นอีกค่าทันที ไม่ว่าจะอยู่ห่างไกลแค่ไหน ซึ่งเป็นพื้นฐานในการนำไปพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมที่น่าทึ่ง

และต่อมา ศาสตราจารย์ แอนทัน ไซลิงเงอร์ (Anton Zeilinger) จากมหาวิทยาลัยเวียนนาของออสเตรีย ได้ขยายผลทฤษฎีควอนตัมสู่การประยุกต์ใช้ ผ่านการสาธิตแนวคิดเกี่ยวกับการเคลื่อนย้ายสถานะทางควอนตัม (quantum teleportation) จึงเป็นเหตุให้ ศาสตราจารย์ไซลิงเงอร์ ได้รับรางวัลโนเบลในปีนี้จากการประยุกต์ใช้ทฤษฎีควอนตัม

ในประเด็นนี้ ดร.ฟัตต๊ะห์ สกุลดี ได้อธิบายแนวคิดว่าในการเคลื่อนย้ายสถานะทางควอนตัมว่า เราไม่สามารถส่งต่อข้อมูลต้นฉบับโดยคัดลอกข้อมูลเหมือนการถ่ายเอกสารได้ แต่สามารถส่งต่อข้อมูลคล้ายกับการส่ง Fax โดยเมื่อส่งต่อข้อมูลไปยังปลายทางแล้ว ข้อมูลที่ต้นทางจะหายไป ทำให้การส่งต่อข้อมูลนั้นมีประสิทธิภาพและมีความปลอดภัยมากขึ้น

ปิดท้ายด้วย ดร.รุจิภาส บวรทวีปัญญา ได้เล่าถึงการประยุกต์ใช้ทฤษฎีควอนตัมเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีในปัจจุบันและอนาคต โดยใช้ประโยชน์จาก quantum entanglement ในด้านต่าง ๆ เช่น quantum Sensing ซึ่งจะช่วยให้การรับ-ส่ง สัญญาณมีความแม่นยำขึ้น ซึ่งสามารถนำมาปรับปรุงเทคโนโลยี GPS ให้มีความแม่นยำมากขึ้นในอนาคต, quantum Internet ทำให้เราสามารถส่งข้อมูลได้อย่างปลอดภัยและกว้างไกลขึ้น ซึ่งคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดลเองก็ได้มีการพัฒนาโปรแกรมที่ชื่อว่า qwanta สำหรับจำลอง quantum Internet และ quantum algorithm ซึ่งทำให้เราสามารถจำลองเพื่อศึกษาประสิทธิภาพการทำงานของ quantum internet ได้แม่นยำมากขึ้น และเพื่อใช้ในการออกแบบ quantum internet เป็นต้น

ท้ายที่สุดแล้ว เมื่อเรามองย้อนกลับไปตั้งแต่ต้น จะเห็นได้ว่าการพัฒนาทฤษฎีควอนตัมจากแนวคิดสู่การประยุกต์ใช้ไม่ได้เกิดจากการคิดค้นของคนเพียงคนเดียว แต่เป็นการสานต่อความรู้หนึ่งสู่ความรู้หนึ่ง จากการที่มนุษย์พยายามดิ้นรนหาคำตอบเพื่อเข้าใจธรรมชาติอย่างแท้จริงนั่นเอง

  • เขียนข่าว : นางสาวปัณณพร แซ่แพ
  • ตรวจสอบโดย : ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.สุจินต์ สุวรรณะ
    ดร.ธนภัทร์ ดีสุวรรณ
    ดร.รุจิภาส บวรทวีปัญญา
    ดร.ฟัตต๊ะห์ สกุลดี
  • ภาพข่าวโดย : นางสาวสุภาวดี เพ็ชร์น้อย

Mahidol Science Café ตอน Blood Moon Party

Mahidol Science Café ตอน Blood Moon Party

8 พฤศจิกายน 2565 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จัดเสวนาพิเศษ Mahidol Science Café ตอน Blood Moon Party: ลอยกระทงไม่เหงา เพราะเรามาดูจันทรุปราคาด้วยกัน เปิดโอกาสให้น้อง ๆ นักเรียน นักศึกษา อาจารย์และผู้สนใจร่วมส่องกล้องโทรทรรศน์ดูปรากฏการณ์จันทรุปราคาเต็มดวง “จันทร์เพ็ญสีเลือดเดือน 12” ในวันลอยกระทง พร้อมฟังสาระน่ารู้ของปรากฏการณ์จันทรุปราคาและดวงจันทร์ และถามตอบแลกเปลี่ยนความรู้กับอาจารย์ผู้เชี่ยวชาญด้านดาราศาสตร์และฟิสิกส์อวกาศ อาทิ ศาสตราจารย์พิเศษ ดร.เดวิด จอห์น รูฟโฟโล, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วฤทธิ์ มิตรธรรมศิริ, อาจารย์ ดร.เพชระ ภัทรกิจวานิช นักฟิสิกส์อวกาศและอาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ และทีมนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์อวกาศ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ณ ระเบียงหน้าห้อง R603 อาคารวิจัย คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล พญาไท โดยกิจกรรมในครั้งนี้มีผู้สนใจเข้าร่วมกิจกรรมกว่า 104 คน

ศาสตราจารย์พิเศษ ดร.เดวิด จอห์น รูฟโฟโล ได้อธิบายเกร็ดน่ารู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ว่า “จันทรุปราคา” เกิดจากการที่ดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์โคจรมาอยู่ในแนวเดียวกัน โดยมีโลกอยู่ตรงกลางและดวงจันทร์จะโคจรเข้ามาในเงาของโลก ขณะเกิดจันทรุปราคาเต็มดวง ดวงจันทร์จะเข้ามาใน “เงามัว” (penumbra) ของโลก โดยความสว่างของดวงจันทร์ลดลงไม่มากจากปกติจึงยากจะสังเกตเห็นความแตกต่าง จากนั้นดวงจันทร์ทั้งดวงจะเข้าไปใน “เงามืด” (umbra) ของโลก โดยความสว่างของดวงจันทร์จะลดลงมาก ซึ่งในช่วงเวลานี้เราจะสังเกตเห็นดวงจันทร์มีสีแดงเข้ม เนื่องจากแสงจากดวงอาทิตย์ที่ส่องมายังโลกเกิดการหักเหที่ชั้นบรรยากาศของโลกทำให้แสงสีฟ้ากระเจิงออกออกไปเหลือเพียงสีแดง เมื่อแสงนี้ตกกระทบกับดวงจันทร์และสะท้อนกลับมายังโลกอีกครั้ง เราจึงเห็นจันทรุปราคาเป็นสีแดงในทำนองเดียวกันกับที่เราเห็นพระอาทิตย์เป็นสีแดงเมื่อใกล้ลับขอบฟ้า ขณะที่สุริยุปราคานั้น เกิดจากการที่ดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์โคจรมาอยู่ในแนวเดียวกัน โดยมีดวงจันทร์อยู่ตรงกลาง และโลกจะโคจรเข้ามาในเงาของดวงจันทร์ ทำให้เราเห็นดวงอาทิตย์มีแสงมืดลงนั่นเอง

ส่วนสาเหตุที่ว่าทำไมจึงไม่เกิดปรากฏการณ์จันทรุปราคาทุกเดือน เนื่องจากเมื่อเราพิจารณาดูระนาบวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ และระนาบวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลกแบบ 3 มิติ จะพบว่าระนาบวงโคจรของดวงจันทร์ทำมุมกับระนาบของโลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์อยู่ 5 องศา เมื่อดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์มาโคจรมาอยู่ในเส้นตรงเดียวกัน คือเส้นที่ระนาบของวงโคจรทั้ง 2 ตัดกันจะเกิดเงามืดขึ้นได้ ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วช่วงเวลาที่มีโอกาสเกิดจันทรุปราคา และสุริยุปราคา หรือที่เรียกว่า Eclipse seasons จะอยู่ที่ประมาณ 2 ครั้งต่อปี โดยแต่ละครั้งจะเกิดปรากฏการณ์จันทรุปราคา หรือสุริยุปราคา ประมาณ 2 – 3 ครั้ง ในช่วง 31 – 37 วัน

สำหรับปรากฏการณ์จันทรุปราคาเต็มดวงครั้งนี้นับเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ในปี พ.ศ. 2565 ที่มีความพิเศษและได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก เนื่องจากเกิดขึ้นในวันที่ 8 พฤศจิกายน 2565 ซึ่งตรงกับวันลอยกระทงตามประเพณีไทย และสามารถสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่าจากทุกภูมิภาคของประเทศไทย

โดยในช่วงแรกของปรากฏการณ์เกิดขึ้นใต้เส้นขอบฟ้าเราจึงไม่สามารถสังเกตเห็นได้ จากนั้นเมื่อดวงจันทร์เริ่มขึ้นเหนือขอบฟ้าเราจึงสามารถสังเกตเห็นจันทรุปราคาเต็มดวง และช่วงที่ดวงจันทร์อยู่ลึกที่สุดในเงามืด (greatest eclipse) ในเวลา 17:59 น. แล้วจึงเริ่มออกจากเงามืดบางส่วน (third umbral contact) เป็นการสิ้นสุดจันทรุปราคาเต็มดวง เริ่มเข้าสู่จันทรุปราคาบางส่วนเวลา 18:41 น. และออกจากเงามืดทั้งดวง (fourth umbral contact) เวลา 19:49 ก่อนออกจากเงามัวแล้วกลับมาสว่างเต็มดวงตามปกติเป็นการสิ้นสุดปรากฏการณ์จันทรุปราคาในเวลา 20:56 น. ปรากฏการณ์ครั้งนี้ถือเป็นจันทรุปราคาเต็มดวงส่งท้ายปี พ.ศ. 2565 ก่อนที่เราจะไม่สามารถสังเกตเห็นจันทรุปราคาได้ในพื้นที่ประเทศไทยเป็นระยะเวลานานกว่า 3 ปี เพราะขณะที่เกิดปรากฏการณ์ เวลาท้องถิ่นที่ประเทศไทยจะเป็นกลางวันทั้งหมด โดยปรากฏการณ์จันทรุปราคาเต็มดวงที่สามารถสังเกตเห็นได้จากประเทศไทยครั้งถัดไปจะเกิดขึ้นตรงกับคืนวันที่ 7 ถึงเช้ามืดวันที่ 8 กันยายน พ.ศ. 2568
  • เขียนข่าว : นางสาวปัณณพร แซ่แพ
  • ตรวจสอบโดย : ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วฤทธิ์ มิตรธรรมศิริ
  • ภาพข่าวโดย : นางสาวปัณณพร แซ่แพ
    นางสาวนันท์มนัส วิมลเศรษฐ
    รองศาสตราจารย์ ดร.พลังพล คงเสรี
    ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.สาโรจน์ รุจิสรรค์สกุล
    Dr. Alejandro Saiz Rivera
    นายกช อามระดิษฐ์

Nobel Prize in Mahidol Science Cafe Vol.2: สู่ยุคของโมเลกุลเชิงหน้าที่ Click Chemistry and Bioorthogonal Chemistry: Entering the Era of Functionalism

Nobel Prize in Mahidol Science Cafe Vol.2: สู่ยุคของโมเลกุลเชิงหน้าที่ Click Chemistry and Bioorthogonal Chemistry: Entering the Era of Functionalism

31 ตุลาคม 2565 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จัดเสวนาพิเศษ Nobel Prize in Mahidol Science Café Vol.2: สู่ยุคของโมเลกุลเชิงหน้าที่ Click Chemistry and Bioorthogonal Chemistry: Entering the Era of Functionalism แบบ Hybrid ซึ่งนับเป็นตอนที่ 2 ของเสวนาซีรีส์โนเบลประจำปี 2565 โดยได้รับเกียรติจากอาจารย์ผู้เชี่ยวชาญการสร้างและประยุกต์ใช้ Click Chemistry and Bioorthogonal Chemistry ของมหาวิทยาลัยมหิดล อาทิ รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ อาจารย์ ดร.สิทธิวุฒิ เจริญสุทธิวรากุล อาจารย์ประจำกลุ่มสาขาวิชาชีวนวัตกรรมและผลิตภัณฑ์ฐานชีวภาพอัจฉริยะ คณะวิทยาศาสตร์ อาจารย์ ดร.ณัฐวดี ปัญญาอินทร์ อาจารย์ประจำภาควิชาชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ และ อาจารย์ ดร.มัทธิว พันชนะ อาจารย์ประจำ ภาควิชาชีวโมเลกุลและพันธุศาสตร์โรคเขตร้อน คณะเวชศาสตร์เขตร้อน ร่วมพูดคุยเจาะลึกเกี่ยวกับเรื่องราว การวิจัย และสาระน่ารู้ของการพัฒนาคุณสมบัติโมเลกุลและเซลล์ด้วยปฏิกิริยาคลิก ซึ่งเป็นการเปิดประตูสู่ยุคของการศึกษาและสร้างสรรค์โมเลกุลเชิงหน้าที่ ณ ห้อง K102 อาคารเฉลิมพระเกียรติ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล พญาไท และถ่ายทอดสดผ่านทาง Facebook live โดยมีผู้รับชมรวมกว่า 50 คน

รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล ได้กล่าวถึงผู้ได้รับรางวัลโนเบล สาขาเคมี ในปี ค.ศ. 2022 นี้ ได้แก่ ศาสตราจารย์ มอร์เทน เมลดัล (Morten Meldal) จากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนประเทศเดนมาร์ก ศาสตราจารย์ เค. แบร์รี ชาร์ปเลส (K. Barry Sharpless) จากสถาบันวิจัยสคริปส์ประเทศสหรัฐฯ ผู้ศึกษาเกี่ยวกับ “Click Chemistry” หรือ “ปฏิกิริยาคลิก” และ ศาสตราจารย์ คาโรลีน อาร์. เบอร์ทอซซี (Carolyn R. Bertozzi) จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดประเทศสหรัฐฯ นักวิทยาศาสตร์หญิงผู้ต่อยอดปฏิกิริยาคลิกสู่ศาสตร์ “Bioorthogonal Chemistry” หรือ “เคมีไบโอออร์โทโกนอล” โดยในปีนี้ ศาสตราจารย์ ชาร์ปเลส เป็นบุคคลที่ 5 ตั้งแต่เริ่มมีการประกาศรางวัลโนเบล ที่ได้รับรางวัลโนเบลถึง 2 ครั้ง

ในปี ค.ศ. 2001 Sharpless และผู้ร่วมงานได้ตีพิมพ์แนวคิดของ “ปฏิกิริยาคลิก” ว่าเป็นปฏิกิริยาที่เชื่อมต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันอย่างเรียบง่าย รวดเร็ว และมีขอบเขตที่กว้าง โดยไม่ใช้ตัวทำละลาย หรือใช้ตัวทำละลายที่ไม่เป็นพิษ และให้ร้อยละผลิตภัณฑ์สูง ผลพลอยได้จากผลิตภัณฑ์ (by-products) ไม่เป็นพิษ สามารถกำจัดออกได้โดยไม่ต้องใช้เทคนิคในห้องปฏิบัติการทางเคมีเพื่อใช้ในการแยกสารผสม และมีแรงผลักทางพลังงานสูง เปรียบการเชื่อมต่อโมเลกุลเหมือนกับการใส่หัวเข็มขัด และเสียงคลิกคือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น โดยปฏิกิริยาที่เข้าข่ายปฏิกิริยาคลิก ได้แก่ Diels-Alder thiol-ene และ 1,3-dipolar cycloaddition เป็นต้น

ก่อนกล่าวถึงงานวิจัยสำคัญของ เมลดัล และ ชาร์ปเลส ซึ่งได้รับตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 2002 ในเวลาใกล้เคียงกัน ที่ศึกษาปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่มีหมู่ฟังก์ชัน “อะไซด์” (azide) กับ “อัลไคน์” (alkyne) โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นไอออนของทองแดง (Cu+) ซึ่งจัดเป็นปฏิกิริยาคลิก โดย เมลดัล ใช้คอปเปอร์ (I) ไอโอไดด์ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วน ชาร์ปเลส ใช้คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต ซึ่งราคาถูกและเสถียรกว่า และเกลือของวิตามินซีเป็นตัวรีดิวซ์ เพื่อให้ตัวเร่งปฏิกิริยา Cu+ ในสารละลาย และได้เรียกชื่อปฏิกิริยาว่า Cu-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition หรือ CuAAC ผลการศึกษาของทั้ง 2 กลุ่มวิจัย พบว่าปฏิกิริยามีประสิทธิภาพสูง เหมาะกับการเติมหมู่ฟังก์ชันหรือสังเคราะห์วัสดุใหม่ ๆ เนื่องจากปฏิกิริยา CuAAC ได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก เพราะหมู่ฟังก์ชัน azide และ alkyne ไม่ซับซ้อน สามารถเติมเข้าไปในโมเลกุลสารตั้งต้นได้ง่าย และตัวเร่งคอปเปอร์มีความเรียบง่าย ปฏิกิริยาเกิดได้ดี ทำให้ในปัจจุบันปฏิกิริยาคลิก มักสื่อถึงปฏิกิริยา CuAAC ถึงแม้ว่าในความเป็นจริงมีหลายปฏิกิริยาที่จัดเป็นปฏิกิริยาคลิกตามที่กล่าวไปข้างต้น

นับจากการค้นพบที่สำคัญของเมลดัลและชาร์ปเลสในปีค.ศ. 2002 จนถึงปัจจุบัน เป็นระยะเวลาประมาณ 20 ปี มีผลงานวิจัยเกี่ยวกับปฏิกิริยาคลิกตีพิมพ์เกือบ 10,000 ผลงาน และมีการนำไปใช้ในการศึกษาวิจัยหลายด้าน ทั้งด้านเคมี วิศวกรรมเคมี วัสดุศาสตร์ การสังเคราะห์ยา การแพทย์ และสิ่งแวดล้อม เป็นต้น โดยคณาจารย์ภาควิชาเคมีและนักศึกษาคณะวิทยาศาสตร์ก็ได้นำเอาแนวคิดปฏิกิริยาคลิกมาประยุกต์ใช้กับงานวิจัยด้วยเช่นกัน อาทิ การสร้างระบบเร่งปฏิกิริยาที่สามารถละลายน้ำได้ ไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถนำตัวเร่งปฏิกิริยากลับมาใช้ซ้ำได้ การพัฒนาฟลูออเรสเซนต์เซนเซอร์ และเซนเซอร์เปลี่ยนสีที่มีความจำเพาะสูง เพื่อตรวจวัดไอออนของเหล็ก และคอปเปอร์ รวมถึงตรวจวัดไอออนไซยาไนด์ และคลอไรด์ในน้ำ การสังเคราะห์โมเลกุลขนาดใหญ่และศึกษาสเปซเซอร์ของโมเลกุล เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจจับไอออนของไอโอไดด์ และ มาโลเนต เป็นต้น นอกจากนี้ ยังกล่าวถึงงานวิจัยที่นำปฏิกิริยาคลิกมาพัฒนาระบบนำส่งยาคีโมที่มีความจำเพาะสูงต่อเซลล์มะเร็งบางประเภท การปรับปรุงคุณสมบัติพอลิเมอร์ให้สามารถเชื่อมปิดพื้นผิวบริเวณที่เสียหายเองได้และเรืองแสงแสดงตำแหน่งที่เกิดการขีดข่วน รวมถึงการนำปฏิกิริยาคลิกไปใช้เป็นขั้นตอนสำคัญในการสังเคราะห์ยาฆ่าเชื้อแบคทีเรีย และยารักษามะเร็งเต้านม เป็นต้น

อ่านบทความฉบับเต็มได้ที่นี่
สู่ยุคของโมเลกุลเชิงหน้าที่
  • เขียนข่าว : นางสาวปัณณพร แซ่แพ
  • ตรวจสอบโดย : รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล
    อาจารย์ ดร.สิทธิวุฒิ เจริญสุทธิวรากุล
    อาจารย์ ดร.ณัฐวดี ปัญญาอินทร์
    อาจารย์ ดร.มัทธิว พันชนะ
  • ภาพข่าวโดย : นางสาวสุภาวดี เพ็ชร์น้อย