นักวิทย์ต่อยอด “งวงยุง” นำมาผลิตเป็นหัวพิมพ์สำหรับการพิมพ์ 3 มิติ ให้ความละเอียดระดับไมโคร ซึ่งเป็นการพิมพ์ที่มีความละเอียดเป็น 2 เท่าของหัวพิมพ์ปกติ

ใครจะเชื่อว่าสัตว์ตัวเล็กอย่าง "ยุง" จะกลายเป็นผู้พลิกเกมในโลกของเทคโนโลยีขั้นสูง นี่ไม่ใช่เรื่องล้อเล่น! เมื่อนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยชั้นนำได้ค้นพบว่า งวงยุง หรือท่อดูดอาหารขนาดเล็กของยุงสามารถนำมาผลิตเป็นหัวพิมพ์ 3 มิติ ที่ให้ความละเอียดสูงกว่าหัวพิมพ์ทั่วไปถึง 2 เท่า ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่พิสูจน์แล้วว่า "เล็กจิ๋วแต่เจ๋งมาก!"

ถอดรหัสงวงยุง สู่หัวพิมพ์ 3 มิติ ระดับไมโคร

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances เป็นผลงานความร่วมมือระหว่างมหาวิทยาลัยแมคกิลล์ (McGill University) ประเทศแคนาดา และมหาวิทยาลัยเดร็กเซล (Drexel University) ประเทศสหรัฐอเมริกา ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคนิค "3D Necroprinting" หรือการผลิตแบบ ไบโอไฮบริด (Biohybrid Manufacturing) คือการนำโครงสร้างทางชีวภาพที่ไม่มีชีวิตแล้วมาใช้เป็นเครื่องมือเทคโนโลยีขั้นสูง

นักวิจัยเลือกใช้ "งวง" (Proboscis) ของยุงตัวเมียสายพันธุ์ Aedes aegypti มาเป็นหัวพิมพ์ โดยพบว่าโครงสร้างตามธรรมชาติของมันมีความแม่นยำสูงสำหรับการพิมพ์ความละเอียดสูง (High-Resolution Printing) หัวพิมพ์ชีวภาพนี้สามารถสร้างเส้นพิมพ์ที่เล็กละเอียดเพียง 20 ไมโครเมตร ซึ่งเล็กกว่าเซลล์เม็ดเลือดขาวเล็กน้อย และมีความละเอียดเหนือกว่าหัวพิมพ์เชิงพาณิชย์ที่ดีที่สุดในตลาดถึง 2 เท่า ซึ่งทลายขีดจำกัดของการพิมพ์ระดับไมโครได้อย่างสิ้นเชิง

ใช้ซากสิ่งมีชีวิต สร้างเทคโนโลยีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

นักวิจัยสำรวจโครงสร้างทางธรรมชาติหลายชนิด ก่อนพบว่างวงยุงตัวเมียคือตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ เนื่องจากมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่เหมาะสม ประมาณ 20-25 ไมโครเมตร และมีความสม่ำเสมอ งวงยุงมีความแข็ง (Stiffness) ประมาณ 200 เมกะปาสกาล (Megapascals) และสามารถทนต่อแรงดันภายในได้สูงถึง 60 กิโลปาสกาล (kPa) ซึ่งเพียงพอต่อการอัดฉีดสารวัสดุพิมพ์ (Bio-ink) ที่มีความหนืดสูงอย่างต่อเนื่อง

แม้ว่าโครงสร้างชีวภาพนี้จะบางเฉียบ แต่ทีมวิจัยได้ใช้ โครงสร้างชีวภาพรองรับที่พิมพ์ 3 มิติ (3D-printed bioscaffolds) มาช่วยเสริมความมั่นคงให้กับหัวพิมพ์งวงยุง เพื่อให้สามารถใช้งานได้อย่างมีเสถียรภาพและต่อเนื่องในกระบวนการพิมพ์แบบ Direct Ink Writing (DIW)

ภาพตัวอย่าง ชิ้นส่วนที่พิมพ์จาก หัวพิมพ์งวงยุง

แนวทางนี้ไม่เพียงช่วยลดต้นทุนในการผลิตหัวพิมพ์ระดับไมโคร แต่ยังสะท้อนการใช้ทรัพยากรอย่างคุ้มค่าและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เมื่อเทียบกับการผลิตหัวฉีดขนาดเล็กด้วยกระบวนการอุตสาหกรรมที่ต้องใช้พลังงานสูงและเครื่องมือซับซ้อน เทคโนโลยีนี้จึงเป็นอีกตัวอย่างของการเรียนรู้จากธรรมชาติ

ประโยชน์ทางเศรษฐศาสตร์และความยั่งยืน

หัวพิมพ์โลหะหรืองานพิมพ์ละเอียดพิเศษทั่วไปมีราคาสูงถึงหน่วยละ 80 ดอลลาร์สหรัฐฯ (ประมาณ 2,800 บาท) และมักเป็นแบบใช้แล้วทิ้ง ซึ่งก่อให้เกิดขยะและต้นทุนที่สูง แต่หัวพิมพ์งวงยุงมีต้นทุนการผลิตต่ำมาก น้อยกว่า 1 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อชิ้น หรือประมาณ 35 บาทเท่านั้น

นวัตกรรมนี้จึงเป็นการส่งเสริม การผลิตที่ยั่งยืน (Sustainable Manufacturing) เนื่องจากงวงยุงเป็นวัสดุชีวภาพที่ ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (Biodegradable) ซึ่งช่วยลดขยะอิเล็กทรอนิกส์ หัวพิมพ์ชีวภาพนี้ยังสามารถเก็บแช่แข็งเพื่อรอการนำมาใช้งานได้นานถึง 1 ปี และสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้หลายครั้ง เมื่อได้รับการทำความสะอาดอย่างเหมาะสม

ต่อยอดสู่งานอิเล็กทรอนิกส์และวิศวกรรมระดับจิ๋ว

การพิมพ์ 3 มิติที่มีความละเอียดสูงขึ้นมีความสำคัญอย่างมากต่อวงการแพทย์ นักวิจัยชี้ว่า หัวพิมพ์จากงวงยุงสามารถนำไปใช้สร้างโครงสร้างเลียนแบบเนื้อเยื่อมนุษย์ เช่น โครงร่างสำหรับเพาะเลี้ยงเซลล์ หรือโครงข่ายหลอดเลือดขนาดเล็ก ซึ่งต้องการความแม่นยำระดับไมโคร นอกจากนี้ยังอาจช่วยในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ขนาดจิ๋ว เช่น ชิ้นส่วนสำหรับการนำส่งยาเฉพาะจุด หรืออุปกรณ์ฝังในร่างกายที่ต้องการผิวสัมผัสละเอียด

นอกจากการแพทย์ เทคโนโลยีหัวพิมพ์ขนาดจิ๋วนี้ยังมีศักยภาพในงานด้านอิเล็กทรอนิกส์และวิศวกรรมไมโคร การพิมพ์เส้นวัสดุที่บางและแม่นยำช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างวงจรหรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กมากได้ง่ายขึ้น นักวิทยาศาสตร์มองว่าในอนาคต เทคโนโลยีนี้อาจช่วยลดข้อจำกัดในการผลิตอุปกรณ์อัจฉริยะ เซนเซอร์ หรือไมโครชิป ที่ต้องการรายละเอียดสูงแต่ต้นทุนต่ำได้

จากห้องแล็บสู่อนาคตของการพิมพ์ระดับไมโคร

ความสำเร็จของ 3D Necroprinting เป็นการตอกย้ำการใช้งานโดยตรงของวัสดุจากธรรมชาติ เพื่อนำมาสู่กระบวนการผลิตสมัยใหม่ ในอนาคต ทีมวิจัยวางแผนที่จะสำรวจโครงสร้างทางชีวภาพอื่น ๆ ที่เล็กกว่า เช่น ท่อดูดของเพลี้ย (Aphid Proboscides) ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่เล็กกว่า 1 ไมโครเมตร เพื่อขยายขอบเขตความละเอียดของการพิมพ์ 3 มิติ ให้เล็กจิ๋วลงไปอีกขั้น ความก้าวหน้าครั้งนี้เป็นสัญญาณสำคัญที่ชี้ให้เห็นว่าวัสดุจากธรรมชาติที่เคยถูกมองข้าม จะกลายเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนและเป็นนวัตกรรม ที่สามารถทดแทนชิ้นส่วนวิศวกรรมที่ซับซ้อนและมีราคาสูงได้ในอนาคต

การผลิตหัวพิมพ์ 3 มิติจากงวงยุงเป็นตัวอย่างของการผสานชีววิทยาเข้ากับเทคโนโลยีการผลิตสมัยใหม่อย่างสร้างสรรค์ โครงสร้างเล็กจิ๋วจากธรรมชาติช่วยเพิ่มความละเอียดในการพิมพ์ได้ถึงสองเท่า และเปิดโอกาสใหม่ให้กับงานแพทย์ วิศวกรรม และอิเล็กทรอนิกส์ แม้ยังต้องพัฒนาอีกหลายด้าน แต่แนวคิดนี้สะท้อนให้เห็นว่าธรรมชาติยังเป็นแหล่งความรู้สำคัญที่มนุษย์สามารถนำมาต่อยอดเป็นนวัตกรรมเพื่อสังคมได้

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: arstechnica, mcgill, science, newscientist
ที่มาภาพ: mcgill

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

เล็กจิ๋วแต่เจ๋งมาก! หัวพิมพ์ 3 มิติ ทำจาก "งวงยุง" พิมพ์ได้ละเอียดกว่าปกติ 2 เท่า