วัสดุเคลือบพื้นผิวผลิตจากใยแมงมุม
#วัสดุน่าทึ่งจากธรรมชาติ
แมงมุมอาจเป็นสัตว์หลายคนเกลียดกลัว แต่รู้หรือไม่ว่าใยที่แมงมุมผลิตขึ้นมาเพื่อดักจับเหยื่อ ใช้เป็นที่อยู่อาศัย และฟักไข่นั้น มีคุณสมบัติพิเศษอันน่าทึ่งหลายประการที่นักวิทยาศาสตร์พยายามนำมันมาประยุกต์ใช้งานมาโดยตลอด เป็นต้นว่ามันเหนียวกว่าเหล็กกล้าเมื่อเปรียบเทียบที่ความหนาเท่ากัน ทั้งยังเข้ากันกับเนื้อเยื่อของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ได้ดี
แต่สิ่งที่เราจะพูดถึงกันในวันนี้ คือความสามารถในการป้องกันไม่ให้แบคทีเรียเข้ามายึดเกาะ ได้
....
โลกของเราเต็มไปด้วยจุลินทรีย์ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กจิ๋วที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า เมื่อได้รับความชื้น อุณหภูมิ และสารอาหารที่เหมาะสม จุลินทรีย์เหล่านี้จะมาเกาะกลุ่มรวมตัวกันเคลือบวัสดุต่างๆ ที่พวกมันหมายปองเอาไว้จนเกิดเป็นแผ่น “ฟิล์มชีวภาพ” (biofilm) ที่เมื่อลองใช้มือไปสัมผัส จะมีลักษณะเป็นเมือกลื่นๆ
การเข้ามายึดครองพื้นที่โดยการสร้างฟิล์มชีวภาพ จัดเป็นปัญหาที่น่าปวดหัว เพราะมันกำจัดยากสุดๆ ไม่ว่าจะด้วยน้ำยาซักล้างต่างๆ หรือแม้กระทั่งยาปฏิชีวนะ เพราะสารที่จุลินทรีย์สร้างขึ้นเพื่อก่อให้เกิดเป็นแผ่นฟิล์ม เปรียบเสมือนเกราะที่คอยปกป้องเซลล์ที่อยู่ภายใน ต่อให้ลงแรงพยายามขัดออก หากปล่อยให้หลงเหลืออยู่แม้เพียงเล็กน้อย ไม่นานพวกมันก็พร้อมที่จะเพิ่มจำนวนตัวเองแล้วสร้างฟิล์มชีวภาพแผ่นใหม่ขึ้นมา
ฟิล์มชีวภาพที่ใกล้ตัวเราที่สุดหนีไม่พ้นคราบหินปูนอันเป็นต้นตอของโรคในช่องปาก
นอกจากนี้เรายังพบได้ในคอนแทกต์เลนส์แบบใช้ซ้ำ คราบเมือกลื่นๆ ตามพื้นห้องน้ำและโถสุขภัณฑ์ กระบอกน้ำ อุปกรณ์กีฬา เครื่องมือแพทย์ ไปจนถึงระบบท่อน้ำและท่อขนส่งวัตถุดิบตามโรงงานอุตสาหกรรม ซึ่งทำให้เกิดความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนเชื้อโรคได้โดยง่าย
ทีมนักวิจัยจากภาควิชาวัสดุชีวภาพ คณะวิศวศาสตร์ (Faculty of Engineering Science) มหาวิทยาลัยไบรอยท์ (University of Bayreuth) ประเทศเยอรมัน สามารถสร้างวัสดุชีวภาพจากใยแมงมุม ที่มีคุณสมบัติป้องกันการรุกรานจากจุลินทรีย์ได้สำเร็จ ซ้ำยังช่วยสมานแผลได้อีกด้วย
วัสดุชีวภาพดังกล่าวถักทอขึ้นมาจากโปรตีนที่มีต้นแบบมาจากเส้นใยที่ทำหน้าที่เป็นโครงหลัก (dragline) ของแมงมุมสวนยุโรป (European Garden Spider : Araneus diadematus) ที่ผ่านการตัดต่อทางพันธุกรรมโดยปรับเปลี่ยนชนิดของกรดอะมิโนไปเล็กน้อย
โปรตีนเกิดจากโมเลกุลของกรดอะมิโนซึ่งมีทั้งหมด 20 ชนิดมาร้อยเรียงต่อกันจนกลายเป็นโครงสร้างซับซ้อน กรดอะมิโนแต่ละชนิด มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ดังนั้นหากเราปรับเปลี่ยนชนิดของกรดอะมิโน เราก็จะได้โปรตีนที่มีคุณสมบัติและหน้าที่ที่แตกต่างกันออกไป
คณะนักวิจัยสร้างวัสดุชีวภาพจากโปรตีนใยแมงมุมที่ถูกตัดแต่งพันธุกรรมออกมาทั้งหมด 5 รูปแบบ แล้วนำมาขึ้นรูปทั้งในแบบ 2 มิติซึ่งเป็นแผ่นฟิล์มหนาไม่กี่นาโนเมตรสำหรับเคลือบพื้นผิว และใช้เจลวุ้นขึ้นรูปเป็น 3 มิติ ซึ่งจะถูกนำไปพัฒนาต่อเป็นวัสดุปิดแผล
ผลการทดสอบขั้นต้นพบว่าโปรตีนใยแมงมุมที่ถูกปรับเปลี่ยน สามารถนำมาขึ้นรูปเป็นโครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกัน และการกระจายตัวมีความสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยลดการเกาะตัวของแบคทีเรีย Escherichia coli และเชื้อรา Pichia pastoris ได้เป็นอย่างดี เมื่อเทียบกับโปรตีนใยแมงมุมรูปแบบอื่นๆ
ต่อมาทีมนักวิทยาศาสตร์ได้นำวัสดุนี้ไปทดสอบร่วมกับเนื้อเยื่อที่แยกออกมาจากหนูทดลอง
ผลการทดลองยืนยันว่าก้อนโปรตีนใยแมงมุมทำให้กลุ่มเซลล์จากหนูเพิ่มจำนวนได้เร็วขึ้นและช่วยลดการติดเชื้อของจุลินทรีย์ได้ในเวลาเดียวกัน
แม้จะเป็นเพียงจุดเริ่มต้น แต่ผลลัพธ์แสดงให้เราเห็นว่า ในอนาคต เราอาจจะได้เห็นสารเคลือบพื้นผิวป้องกันคราบแบคทีเรียและเชื้อราที่สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์กีฬา คอนแทกท์เลนส์ รวมถึงวัสดุตกแต่งแผลที่ไม่เป็นพิษกับร่างกาย ทั้งยังช่วยเสริมสร้างการเจริญของเนื้อเยื่อขึ้นมาทดแทน และป้องกันการรุกรานของจุลินทรีย์ในเวลาเดียวกันได้ด้วย
“นี่เป็นอีกหนึ่งข้อพิสูจน์ที่ว่า ธรรมชาติเป็นต้นแบบที่ยอดเยี่ยมสำหรับการพัฒนาวัสดุที่มีคุณสมบัติก้าวล้ำ ใยแมงมุมที่พบเห็นได้ทั่วไป สามารถต้านทานเชื้อแบคทีเรียได้อยู่แล้ว และคุณสมบัติทางเทคโนโลยีชีวภาพของมันก็น่าทึ่งทีเดียว” ศ. ดร. เกรเกอร์ แล็ง (Gregor Lang) หัวหน้าทีมวิจัยพอลิเมอร์ชีวภาพแห่งมหาวิทยาลัยไบรอยท์ กล่าวเสริม
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
