นักวิทยาศาสตร์พัฒนา “สิ่งทอโปรตีนสังเคราะห์” ที่สามารถนำกลับมารีไซเคิลเป็นเส้นใยใหม่ได้ ช่วยลดขยะจากแฟชั่นและปัญหาไมโครพลาสติก พร้อมต่อยอดสู่เสื้อผ้าอัจฉริยะตรวจเช็กสุขภาพ
อุตสาหกรรมแฟชั่นและสิ่งทอ ถืออีกหนึ่งสาเหตุที่สร้างขยะและมลพิษให้แก่โลก โดยเฉพาะปัญหาขยะเสื้อผ้าล้นเมืองและการหลุดรอดของไมโครพลาสติกจากใยสังเคราะห์ในระหว่างซัก ทีมนักวิจัยจึงได้พัฒนาเส้นใยสิ่งทอชนิดใหม่จากเทคโนโลยีชีวภาพสังเคราะห์ (Synthetic Biology) ซึ่งเป็นนวัตกรรมโปรตีนที่สามารถนำมารีไซเคิลหมุนเวียนได้แบบ 100%
ความสำเร็จนี้เสะท้อนให้เห็นจุดเปลี่ยนสำคัญที่จะพลิกโฉมเสื้อผ้าที่เราสวมใส่ให้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างแท้จริง พร้อมทั้งขับเคลื่อนการดูแลสุขภาพของมนุษย์ไปอีกขั้น
เมื่อธรรมชาติถักทอกับวิทยาศาสตร์
เส้นใยรักษ์โลกชนิดใหม่นี้ไม่ได้ผลิตจากปิโตรเคมีเหมือนพอลิเอสเตอร์ทั่วไป แต่เกิดจากการปฏิวัติระบบวิศวกรรมโปรตีนในห้องปฏิบัติการ ทีมนักวิจัยได้นำเอาลำดับพันธุกรรมโปรตีนที่เด่น ๆ จากธรรมชาติ 3 ชนิดมารวมกัน ได้แก่ โปรตีนจากใยแมงมุม (Spider Silk) ที่ขึ้นชื่อเรื่องความเหนียวทนทาน โปรตีนจากไหมหอยแมลงภู่ (Mussel Foot Proteins) ที่เด่นเรื่องการยึดเกาะและทนน้ำ และโปรตีนอะไมลอยด์ (Amyloids) ที่ช่วยจัดเรียงตัวของโมเลกุล
สิ่งทอโปรตีนสังเคราะห์ ย่อยสลายและนำกลับมาใช้ใหม่ได้
นักวิทยาศาสตร์นำรหัสพันธุกรรมที่ผ่านการออกแบบนี้ไปใส่ในจุลินทรีย์ และทำการเพาะเลี้ยงในถังปฏิกรณ์ชีวภาพ (Bioreactor) ขนาดใหญ่ ซึ่งจุลินทรีย์เหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นโรงงานขนาดเล็กคอยผลิตโปรตีนไฮบริดออกมา จากนั้นจึงนำโปรตีนดังกล่าวมาปั่นเป็นเส้นใยสังเคราะห์ที่มีความเหนียว แข็งแรง และยืดหยุ่นสูง โดยมีจุดเด่นคือ โครงสร้างระดับโมเลกุลจะสามารถเชื่อมต่อกันใหม่ได้เองอย่างสมบูรณ์หลังผ่านกระบวนการรีไซเคิล
นวัตกรรมรักษ์โลกที่รีไซเคิลได้
ความสำเร็จในการสร้างเส้นใยอัจฉริยะที่แยกโครงสร้างได้นี้ เป็นผลงานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจาก มหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์ (Washington University in St. Louis) ประเทศสหรัฐอเมริกา นำโดยศาสตราจารย์ Fuzhong Zhang ซึ่งได้รับการตีพิมพ์และเผยแพร่ลงในวารสาร Advanced Materials ทีมวิจัยสามารถควบคุมความแข็งแรงและความสามารถในการรีไซเคิลของเส้นใยโปรตีนนี้ให้แยกออกจากกันได้อย่างอิสระ ทำให้ผืนผ้าคงทนขณะใช้งาน แต่พร้อมสลายตัวเมื่อเข้าสู่กระบวนการจัดเก็บเพื่อแปรรูปใหม่ ซึ่งคุณสมบัตินี้ไม่เคยมีมาก่อนในวัสดุสิ่งทอแบบเดิม
รีไซเคิลได้ไม่จำกัดและไม่สร้างมลพิษ
ความลับของการรีไซเคิลแบบ 100% อยู่ที่วิธีการสลายโมเลกุล เมื่อเสื้อผ้าที่ทำจากเส้นใยโปรตีนสังเคราะห์นี้หมดอายุการใช้งาน มันจะถูกนำไปจุ่มลงในสารละลายกรดฟอร์มิก (Formic Acid) เส้นใยผ้าจะละลายกลายเป็นของเหลวภายในเวลาเพียงไม่กี่วินาที แต่โครงสร้างหลักของโปรตีนจะไม่ถูกทำลาย
หลังจากนั้น โรงงานจะนำโปรตีนนี้กลับไปปั่นเป็นเส้นใยผ้าผืนใหม่ที่มีความแข็งแรงเท่าเดิมได้ทันที โดยสามารถทำซ้ำได้หลายรอบในระบบปิด (Closed-loop) ยิ่งไปกว่านั้น ปัญหาโลกแตกอย่าง "ไมโครพลาสติก" ที่มักหลุดรอดจากเสื้อผ้าไปปนเปื้อนในแหล่งน้ำเวลาเราซักผ้า จะหมดไปด้วยเทคโนโลยีนี้ เพราะหากมีเศษเส้นใยโปรตีนขนาดเล็กหลุดออกมาในเครื่องซักผ้า เศษเหล่านั้นก็จะสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้เองในธรรมชาติ ไม่ตกค้างเป็นมลพิษในห่วงโซ่อาหารเหมือนพลาสติกทั่วไป
จาก“สิ่งทออัจฉริยะ” สู่การยกระดับการแพทย์
ความล้ำหน้าของเทคโนโลยีนี้ไม่ได้หยุดอยู่แค่เรื่องของการลดขยะแฟชั่น แต่โครงสร้างทางเคมีของเส้นใยโปรตีนสังเคราะห์ยังมีความปลอดภัยต่อร่างกายมนุษย์สูงมาก (Biocompatible) นวัตกรรมนี้จึงสามารถนำไปผสานเข้ากับระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่นสูง เพื่อพัฒนาเป็น "สิ่งทออัจฉริยะ" (Smart Fabrics) หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์แบบสวมใส่ได้ (Medical Wearables)
ในอนาคต เสื้อผ้าที่เราสวมใส่ในชีวิตประจำวันจะสามารถทำหน้าที่เป็นเซนเซอร์ทางการแพทย์ คอยตรวจวัดสัญญาณชีพ อัตราการเต้นของหัวใจ ความดันโลหิต หรือแม้แต่ตรวจจับสารเคมีในเหงื่อเพื่อเฝ้าระวังโรคภัยไข้เจ็บได้แบบเรียลไทม์ และเมื่ออุปกรณ์อัจฉริยะเหล่านี้หมดอายุการใช้งาน โปรตีนที่เป็นส่วนประกอบหลักก็ยังคงนำไปละลายเพื่อแปรรูปเป็นไฮโดรเจลเหนียวทางการแพทย์ หรือนำกลับมารีไซเคิลเป็นเสื้อผ้าผืนใหม่ได้อีกครั้ง ถือเป็นประโยชน์ที่ทั้งช่วยชีวิตมนุษย์และปกป้องสิ่งแวดล้อม
เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร
ที่มาข้อมูล: washu, phys
ที่มาภาพ: washu
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
