ใยแมงมุม…สังเคราะห์
ท่านที่ได้เคยชมภาพยนต์เรื่อง มนุษย์แมงมุม (spider man) ที่กำลังลงโรงฉายอยู่ในปัจจุบันอาจจะสงสัยว่าเป็นไปได้อย่างไรที่ใยแมงมุมเส้นเล็กๆ เพียงเท่านั้นจะสามารถรองรับน้ำหนักของมนุษย์คนหนึ่งให้ห้อยโทนโจนทะยานไปมาระหว่างซอกตึกต่างๆ โดยไม่ขาด เป็นไปได้แน่นอน ในความเป็นจริงแล้ว ใยแมงมุมถือได้ว่าเป็นวัสดุธรรมชาติที่มีความแข็งแรงอย่างน่าอัศจรรย์ เนื่องจากโครงสร้างโปรตีนไฟโบรอีน (fibroine) ที่จัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบสูง ถ้าจะเทียบไปแล้วใยแมงมุมแข็งแรงกว่าเหล็กถึง 5 เท่า และแข็งแรงกว่าเส้นใยเคฟลาร์ที่ใช้ผลิตคอมโพสิทในงานทางวิศวกรรมและทางทหารถึง 3 เท่าในน้ำหนักที่เท่ากัน นอกจากมีความแข็งแรงแล้วในแมงมุมยังมีความเหนียวที่ดีมากสามารถยึดตัวออกได้สูง จะเห็นได้จากความมีประสิทธิภาพของมันในการดักจับแมลงต่างๆ ที่บินชนโดยไม่เกิดการขาดแต่อย่างใด ใยแมงมุมหนึ่งเส้นมีขนาดเล็กกว่าเส้นผมมนุษย์กว่า 10 เท่า แต่สามารถที่จะหยุดผึ้งที่บินด้วยความเร็ว 20 ไมล์ต่อชั่วโมงได้ ถ้าจะมองภาพให้ชัดเจนมากขึ้น ใยแมงมุมเส้นเดียวที่มีความหนาขนาดเท่ากับดินสออาจจะมีความสามารถในการที่จะหยุดเครื่องบิน โบอิ้น 747 ให้หยุดบินได้เหมือนแมลงอย่างไม่ยากเย็นนัก
ความมหัศจรรย์ของใยแมงมุมอาจจะเป็นความจริงสำหรับมนุษย์ในไม่ช้า แต่คงไม่ใช้เป็นผลิตภัณฑ์สำหรับการเดินทางแบบใหม่เหมือนในภาพยนตร์ หน่วยงานของกองทัพสหรัฐอเมริกาคือ US Army Soldier Biological Chemical Command (SBCCOM ) ร่วมกับบริษัท Nexia Biotechnologies Inc. ได้พัฒนาเทคนิกในการผลิตและปั่นเส้นใยแมงมุมสังเคราะห์ขึ้นเป็นครั้งแรกในโลก โดยสามารถผลิตให้มีสมบัติเทียบเคียงกับใยแมงมุมในธรรมชาติ เส้นใยดังกล่าวมีชื่อทางการค้าว่า BioSteel ? (ใยแมงมุมสังเคราะห์นี้ ผลิตขึ้นโดยการผลิตโปรตีนซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของใยแมงมุมด้วยเทคนิกการเพาะเลี้ยงเซลล์ (cell culture) ของยีนที่ได้จากแมงมุมจากโปรตีนโมโนเมอร์ที่ผลิตขึ้นได้จะถูกนำไปปั่นผ่านของผสมระหว่างน้ำและเมทานอลเพื่อให้เกิดการแข็งตัวเป็นเส้นใยขึ้น
ความคิดในการผลิตใยแมงมุมขึ้นใช้งานไม่ใช่สิ่งแปลกใหม่ แต่ปัญหาคือจะทำได้อย่างไรถ้าจะผลิตใยธรรมชาติเหมือนกับการผลิตใยไหม แมงมุมก็ไม่สามารถถูกเพาะเลี้ยงเป็นจำนวนมากได้เหมือนหนอนไหม เพราะนิสัยตามธรรมชาติของแมงมุมที่จะรักษาอาณาเขตในการอาศัย ถ้ามองถึงแม้จะมีการสังเคราะห์ ถึงแม้จะมีการศึกษาและสร้างโปรตีนของใยแมงมุมได้นานแล้วก็ตาม แต่ยังไม่สามารถผลิตในปริมาณมากได้ ด้วยเทคนิคที่ได้รับการพัฒนาขึ้นในปัจจุบันนี้เอง จึงเป็นการเปิดโอกาสในการที่จะผลิตใยแมงมุมสังเคราะห์ในปริมาณมากเพื่อนำไปผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้
โดยปรกติแมงมุมจะผลิตใยขึ้นแตกต่างกันถึง 7 ประเภท ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์การใช้งาน แต่ใยแมงมุมประเภท dragline เป็นเส้นใยประเภทที่ได้รับความสนใจในการสังเคราะห์ขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากเส้นใยประเภทนี้มีความแข็งแรงมากเป็นเส้นใยที่แมงมุมใช้ปล่อยตัวจากที่สูงและใช้เป็นใยวงนอกสุดและเส้นใยโครงที่แผ่จากจุดศูนย์กลางของใยแมงมุมในการดักแมลง อย่างไรก็ตามเส้นใยแมงมุมที่สังเคราะห์และผลิตขึ้นได้นี้มีความแข็งแรงที่ต่ำกว่าใยแมงมุมธรรมชาติ แต่มีความแกร่งและความเหนียวเทียบเท่ากันในอนาคตจะมีการพัฒนาให้ใยสังเคราะห์มีสมบัติที่ดีขึ้นและมีหลายประเภทเช่นเดียวกับใยในธรรมชาติเพื่อการใช้งานที่แตกต่างกัน
ประโยชน์ของใยแมงมุมสังเคราะห์ในทางการแพทย์นั้น ใยเหล่านี้คาดว่าสามารถถูกนำมาใช้ผลิตวัสดุและอุปกรณ์ทางการแพทย์ได้หลากหลายไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์เย็บหลอดเลือด แผ่นปิดแผล กาว ไหมละลาย หรือแม้แต่เส้นเอ็นเทียม ทั้งนี้ด้วยความเหนียวที่เป็นเยี่ยมของใยแมงมุม ทำให้การขาดเสียหายของอุปกรณ์เหล่านี้จากการใช้งานลดต่ำลง นอกจากนี้ยังสามารถที่จะลดขนาดของอุปกรณ์บางประเภทแต่ยังคงความแข็งแรงตามเดิม เช่น ไหมละลาย เป็นต้น นอกจากนี้อุปกรณ์การแพทย์ที่ใช้งานระยะยาวไม่ว่าจะเป็นแบบถาวรหรือแบบสลายตัวได้ก็จะสามารถถูกผลิตจากใยแมงมุมสังเคราะห์ได้เช่นกัน นอกจากประโยชน์ทางการแพทย์แล้ว ใยแมงมุมสังเคราะห์ยังสามารถใช้งานทางอุตสาหกรรมที่ต้องการเส้นใยประสิทธิภาพสูง เช่น การทำเสื้อเกราะอ่อนกันกระสุน เชือกหรือเส้นเอ็น หรือเอ็นของเบ็ดตกปลา เป็นต้น
BioSteel จะเป็นวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเช่นเดียวกับใยแมงมุมตามธรรมชาติ (แต่อาจจะไม่เป็นมิตรต่อแมลง) มันสามารถที่จะสลายตัวได้เองในภาวะที่มีน้ำ นอกจากนี้กระบวนการผลิตก็ยังไม่ต้องใช้ตัวทำละลายที่เป็นพิษอีกด้วย คงอีกไม่นานเกินรอ ที่เราจะได้ใช้ใยแมงมุมเหมือนมนุษย์แมงมุม แต่จะเอาไว้ปราบปรามเหล่าร้ายหรือไม่นั้นคุณเป็นคนเลือก
ที่มา/เอกสารอ้างอิง
1.Lazaris et al. (2002), Science, 295. Pp. 572-576.
2.Bijal P. Trivedi (2002), National Geographic Today, January 17.
3.
http://www.denniskunkel.com/
4.
http://www.nexiabiotech.com/
ดร.จินตมัย สุวรรณประทีป
เว็บไซต์เผยแพร่ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค)
http://www.mtec.or.th/
ข้อมูลจาก…วงการแพทย์ ฉบับวันที่ 1-10 มิถุนายน 2545
ข้อมูลเพิ่มเติม ใยแมงมุม เกราะใยแมงมุม
http://www.vcharkarn.com/vcafe/9886
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น