ฟิสิกส์ราชมงคล

index  64
 
ก๊าซธรรมชาติ "เอ็นจีวี" พระเอกตัวจริงในช่วงวิกฤตน้ำมันแพง (ตอนที่ 1)
 
ผู้เขียน : ดร. อรสา อ่อนจันทร์ (คลิ๊กที่ชื่อเพื่อดูผลงานอื่นของผู้เขียน)
เนื้อหาย่อ : โชคดีที่คนไทยมีทางเลือก เรื่องเชื้อเพลิง เรามี ก๊าซธรรมชาติ ของเราเอง (จากแหล่งอ่าวไทย) ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด ไม่สร้างมลพิษ ทั้งยังมีความปลอดภัยมากกว่าการใช้น้ำมันเสียอีก ดร.อรสา ชวนให้เรามารู้จักก๊าซธรรมชาติกันเถอะ (ตอนที่ 1)

หน้าที่ 1 - เรามารู้จักก๊าซธรรมชาติกันเถอะ!

คำถามประจำวันสำหรับเด็ก คือ “วันนี้คุณดื่มนมหรือยัง?” แต่คำถามประจำวันสำหรับผู้ใหญ่ในยุคนี้ คือ “วันนี้ราคาน้ำมันเป็นเท่าไหร่?” ภาพที่คุ้นตาทุกท่านเป็นอย่างดีทีเดียว คือ ปั๊มน้ำมันที่มีรถต่อคิวกันยาวเหยียดในตอนเย็น (จนล้นบริเวณปั๊ม) เมื่อมีข่าวว่าพรุ่งนี้ตั้งแต่เวลา 5 นาฬิกาเป็นต้นไป ราคาน้ำมันจะปรับขึ้นอีก 40 สตางค์ต่อลิตร ซึ่งในบางช่วงนั้นเราได้ยินข่าวนี้เกือบทุกสัปดาห์เลยทีเดียว แย่ไปกว่านั้นอาจเป็นสองครั้งในบางสัปดาห์เสียด้วยซ้ำ 

ทั้งนี้เป็นเพราะเชื้อเพลิงที่ประเทศไทยใช้ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่ยังคงเป็นน้ำมันที่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ซึ่งราคาจะแปรผันตามสภาวะของตลาดน้ำมันโลก (เดี๋ยวขึ้น...เดี๋ยวลง) แน่นอนที่สุด ประเทศไทยไม่มีความสามารถ ที่จะควบคุมปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อราคาน้ำมันได้  ซึ่งรัฐบาลเองก็พยายามรณรงค์ให้คนไทยใช้น้ำมันอย่างประหยัดให้มากที่สุด เชื่อแน่ว่าทุกคนคงมีคำถามอยู่ในใจว่า  “นี่เราไม่มีทางเลือกอื่นๆ แล้วเหรอเนี่ย? หรือคนไทยอย่างเราๆ จะต้องอยู่ในสภาวะจำยอมอย่างนี้หรือ?”

นับว่าเป็นความโชคดีที่คนไทย ยังมีทางเลือกหนึ่งที่สามารถลดการนำเข้าเชื้อเพลิง จากต่างประเทศได้นั่นคือ การนำก๊าซธรรมชาติ (จากแหล่งอ่าวไทย) มาใช้ ซึ่งได้รับการยอมรับว่าเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด ไม่สร้างมลพิษให้กับสภาพแวดล้อม รวมทั้งยังมีความปลอดภัยมากกว่าการใช้น้ำมันเสียอีกนะค่ะ  

เรามารู้จักก๊าซธรรมชาติกันเถอะ!

ก๊าซธรรมชาติ คือ ส่วนผสมของก๊าซไฮโดรคาร์บอน และสิ่งเจือปนต่างๆในสภาวะก๊าซ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่พบในธรรมชาติ ได้แก่ มีเทน อีเทน โพรเพน บิวเทน เพนเทน เป็นต้น สิ่งเจือปนอื่นๆที่พบในก๊าซธรรมชาติ ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนไดซัลไฟด์ ฮีเลียม ไนโตรเจนและไอน้ำ เป็นต้น การที่ก๊าซธรรมชาติได้ชื่อว่าเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเนื่องจากเป็นสารที่มีส่วนประกอบของอะตอม 2 ชนิด คือ ไฮโดรเจน (H) กับ คาร์บอน (C) รวมตัวกันในสัดส่วนของอะตอมที่ต่างๆกัน โดยเริ่มตั้งแต่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนอันดับแรกที่มีคาร์บอนเพียง 1 อะตอม กับ ไฮโดรเจน 4 อะตอม มีชื่อเรียกโดยเฉพาะว่า "ก๊าซมีเทน"

ก๊าซธรรมชาติ ที่ได้จากแต่ละแหล่งอาจประกอบด้วยก๊าซมีเทนล้วนๆ หรืออาจจะมีก๊าซไฮโดรคาร์บอนชนิดอื่นๆปนอยู่บ้าง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของแหล่งธรรมชาติ แต่ละแห่งเป็นสำคัญ แต่โดยทั่วไปแล้ว ก๊าซธรรมชาติจะประกอบด้วยก๊าซมีเทนตั้งแต่ 70 เปอร์เซนต์ขึ้นไป และมีก๊าซไฮโดรคาร์บอนชนิดอื่นปนอยู่บ้าง ก๊าซธรรมชาติที่ประกอบด้วยมีเทนและอีเทนเกือบทั้งหมด เรียกว่า “ก๊าซแห้ง (dry gas)” แต่ถ้าก๊าซธรรมชาติใดมีพวก โพรเพน บิวเทน และพวกไฮโดรคาร์บอนเหลว หรือก๊าซโซลีนธรรมชาติ เช่น เพนเทน เฮกเทน ฯลฯ ปนอยู่ในอัตราที่ค่อนข้างสูง เรียกก๊าซธรรมชาตินี้ว่า “ก๊าซชื้น (wet gas)”

ก๊าซธรรมชาติ ที่ประกอบด้วยมีเทนหรืออีเทน หรือที่เรียกว่าก๊าซแห้งนั้น จะมีสถานะเป็นก๊าซที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ ดังนั้น การขนส่งจึงจำเป็นต้องวางท่อส่งก๊าซ ส่วนก๊าซชื้นที่มีโพรเพนและบิวเทน ซึ่งทั่วไปมีปนอยู่ประมาณ 4 – 8 เปอร์เซ็นต์ จะมีสถานะเป็นก๊าซ ที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ เช่นกัน เราสามารถแยกโพรเพน และบิวเทน ออกจากก๊าซธรรมชาติได้ แล้วบรรจุลงในถังก๊าซ เรียกก๊าซนี้ว่า ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas หรือ LPG ซึ่งก็คือ ก๊าซหุงต้มที่เราใช้กันในครัวที่บ้านนั่นเอง)

ส่วนก๊าซธรรมชาติเหลวหรือก๊าซโซลีนธรรมชาติ ซึ่งเรียกกันว่า "คอนเดนเซท" (Condensate) คือ พวกไฮโดรคาร์บอนเหลว ได้แก่ เพนเทน เฮกเซน เฮปเทน และอ๊อกเทน ซึ่งมีสภาพเป็นของเหลว เมื่อผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อ บนแท่นผลิต สามารถแยกออกจากก๊าซธรรมชาติ ได้บนแท่นผลิต การขนส่งอาจลำเลียงทางเรือหรือส่งไปตามท่อได้



องค์ประกอบของก๊าซธรรมชาติ
(ส่วนประกอบที่ไม่ใช่ ไฮโดรคาร์บอน เช่น น้ำ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
อยู่ด้านล่างของภาพ)
 

หน้าที่ 2 - ก๊าซธรรมชาติเกิดขึ้นได้อย่างไรล่ะ?
ก๊าซธรรมชาติเกิดขึ้นได้อย่างไรล่ะ ?

ก๊าซธรรมชาติเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ โดยเกิดจากการสะสมและทับถมของซากสิ่งมีชีวิตตามชั้นหิน ดิน และในทะเลหลายร้อยล้านปี ระหว่างนั้นก็มีการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติซึ่งมีสาเหตุมาจากความร้อนและความกดดันของผิวโลก จนซากสัตว์และซากพืชหรือฟอสซิลนั้นกลายเป็นน้ำมันดิบ ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ที่เรานำมาใช้ประโยชน์ได้ในที่สุด เราจึงเรียกเชื้อเพลิงประเภทน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ว่า เชื้อเพลิงฟอสซิล
 


x

ในทางวิทยาศาสตร์ เรารู้กันดีว่า ต้นพืชและสัตว์ รวมทั้งคน ประกอบด้วยเซลล์เล็กๆ มากมาย เซลล์เหล่านี้ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจนและธาตุคาร์บอนเป็นหลัก เวลาซากสัตว์และซากพืชทับถม และเปลี่ยนรูปเป็นน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติหรือถ่านหิน พวกนี้จึงมีองค์ประกอบ ของสารไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ และเมื่อนำไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้มาเผา จะให้พลังงานออกมาแบบเดียวกับที่เราเผาฟืน เพียงแต่เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ หรือถ่านหิน ให้ความร้อนมากกว่า 

โดยปกติก๊าซธรรมชาติจะไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และไม่มีพิษ ซึ่งเราสามารถนำก๊าซธรรมชาติ มาใช้แทนน้ำมันเชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากเมื่อเอาก๊าซธรรมชาติมาเผา จะเผาได้ค่อนข้างสมบูรณ์ ไม่ค่อยมีก๊าซพิษออกมานัก จึงถือว่าเป็นเชื้อเพลิงที่ค่อนข้างสะอาด ดังนั้นก๊าซธรรมชาติจึงได้ชื่อว่าเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาดกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่นๆ จะเห็นได้ว่าในปัจจุบันนี้รถประจำทางของ ขสมก. ได้เอาก๊าซนี้มาใช้ และโฆษณาว่าเป็นรถปลอดมลพิษ (ถ้าใครยังไม่เคยนั่งล่ะ ตกยุคแย่เลย)


รถ NGV ที่เห็นวิ่งอยู่ในบ้านเรา

แหล่งกำเนิดก๊าซธรรมชาติในประเทศไทยมี 2 แหล่งด้วยกันคือ

  • ในทะเล (มีปริมาณมาก) ได้แก่ บริเวณอ่าวไทย (ผู้ผลิต : UNOCAL, TOTAL, THAIPO)
  • บนบก (มีปริมาณน้อย) ได้แก่ อ.น้ำพอง จ.ขอนแก่น (ผู้ผลิต : ESSO)

การใช้ประโยชน์จากก๊าซธรรมชาติ

ดังที่กล่าวข้างต้นว่า ก๊าซธรรมชาติ มีก๊าซหลายอย่างประกอบเข้าด้วยกัน ซึ่งมีชื่อทางวิทยาศาสตร์แตกต่างกันไป คือ ก๊าซมีเทน อีเทน โพรเพน และบิวเทน

ก๊าซพวกนี้เป็นสารไฮโดรคาร์บอนทั้งสิ้น เมื่อจะเอามาใช้ต้องแยกก๊าซออกจากกันและกันเสียก่อน จึงจะใช้ประโยชน์ได้เต็มที่ ในปัจจุบันประเทศไทยมีโรงแยก/แปรสภาพก๊าซธรรมชาติ 2 แห่งด้วยกันคือ
- โรงแยกก๊าซธรรมชาติของการปิโตรเลียม แห่งประเทศไทย ต.มาบตาพุด อ.เมือง จ.ระยอง
- โรงแยกก๊าซธรรมชาติของการปิโตรเลียม แห่งประเทศไทย ต.ท้องเนียน อ.ขนอม จ.นครศรีธรรมราช

กระบวนการแยกก๊าซธรรมชาติ เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ตามความเหมาะสม และให้เกิดคุณค่าทางเศรษฐกิจสูงสุด จะแตกต่าง จากกระบวนการกลั่นน้ำมัน ที่เริ่มต้นการกลั่น ด้วยการแยกองค์ประกอบน้ำมัน ส่วนที่เบาที่สุด ออกมาก่อน ขณะที่การแยกก๊าซธรรมชาตินั้น สารประกอบไฮโดรคาร์บอน ส่วนที่หนักที่สุด จะถูกแยกออกเป็นลำดับแรก ผลิตภัณฑ์ที่ได ้จากโรงแยกแปรสภาพก๊าซธรรมชาติ สามารถจำแนกตามลักษณะ ของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่แยกออก และนำไปใช้ประโยชน์ต่อกระบวนการผลิตอื่น ๆ ดังนี้

1. ก๊าซมีเทน (C1) : ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม และนำไปอัดใส่ถังด้วยความดันสูง เรียกว่าก๊าซธรรมชาติอัด สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ รู้จักกันในชื่อว่า “ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์” (Natural Gas for Vehicles : NGV)

2. ก๊าซอีเทน (C2) : ใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้น สามารถนำไปใช้ผลิตเม็ดพลาสติก เส้นใยพลาสติกชนิดต่าง ๆ เพื่อนำไปใช้แปรรูปต่อไป

3. ก๊าซโพรเพน (C3) และก๊าซบิวเทน (C4) : ก๊าซโพรเพนใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้นได้เช่นเดียวกัน และหากนำเอาก๊าซโพรเพนกับก๊าซบิวเทนมาผสมกัน อัดใส่ถังเป็นก๊าซปิโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas : LPG) หรือที่เรียกว่าก๊าซหุงต้ม สามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือน เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ และใช้ในการเชื่อมโลหะได้รวมทั้งยังนำไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมบางประเภทได้อีกด้วย  โอ้โฮ! มีประโยชน์มากจริงเลยน่ะ

4. ไฮโดรคาร์บอนเหลว (Heavier Hydrocarbon): อยู่ในสถานะที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ เมื่อผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิต สามารถแยกจากไฮโดรคาร์บอนที่มีสถานะเป็นก๊าซบนแท่นผลิต เรียกว่า คอนเดนเสท (Condensate) สามารถลำเลียงขนส่งโดยทางเรือหรือทางท่อ นำไปกลั่นเป็นน้ำมันสำเร็จรูปต่อไป

5. ก๊าซโซลีนธรรมชาติ : แม้ว่าจะมีการแยกคอนเดนเสทออกเมื่อทำการผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิตแล้ว แต่ก็ยังมีไฮโดรคาร์บอนเหลวบางส่วนหลุดไปกับไฮโดรคาร์บอนที่มีสถานะเป็นก๊าซ เมื่อผ่านกระบวนการแยกจากโรงแยกก๊าซธรรมชาติแล้ว ไฮโดรคาร์บอนเหลวนี้ก็จะถูกแยกออก เรียกว่า ก๊าซโซลีนธรรมชาติ หรือ NGL (natural gasoline) และส่งเข้าไปยังโรงกลั่นน้ำมัน เป็นส่วนผสมของผลิตภัณฑ์น้ำมันสำเร็จรูปได้เช่นเดียวกับคอนเดนเสท และยังเป็นตัวทำละลาย ซึ่งนำไปใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภทได้เช่นกัน

6. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ : เมื่อผ่านกระบวนการแยกแล้ว จะถูกนำไปทำให้อยู่ในสภาพของแข็ง เรียกว่า น้ำแข็งแห้ง นำไปใช้ในอุตสาหกรรมถนอมอาหาร อุตสาหกรรมน้ำอัดลมและเบียร์ ใช้ในการถนอมอาหารระหว่างการขนส่ง นำไปเป็นวัตถุดิบสำคัญในการทำฝนเทียม และนำไปใช้สร้างควันในอุตสาหกรรมบันเทิง อาทิ การแสดงคอนเสิร์ต หรือการถ่ายทำภาพยนต์ ซึ่งผลิตภัณฑ์นี้วัยรุ่นคุ้นเคยเป็นอย่างดีล่ะซิ

ในต่างประเทศโดยเฉพาะประเทศที่มีแหล่งก๊าซของตัวเอง เมื่อแยกก๊าซอื่น ๆ ออกไปแล้วก็จะนำส่วนที่มีปริมาณก๊าซ มีเทนมากนี้มาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ เดิมเรียก ก๊าซธรรมชาติอัด (Compressed Natural Gas “CNG”) แต่ต่อมาเปลี่ยนชื่อเรียกใหม่เป็น ก๊าซธรรมชาติสำหรับ ยานพาหนะ หรือ Natural Gas For Vehicles “NGV” หรือที่เรียกกันว่า เอ็นจีวี) ซึ่งสำหรับในประเทศไทยของเราก็ได้มีมาตรการส่งเสริมให้ใช้พลังงานสะอาดในยานพาหนะ โดยมีการปิโตรเลียมแห่งประเทศไทย ดำเนินโครงการทดลองการดัดแปลงเครื่องยนต์เพื่อใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง รายละเอียดของการนำก๊าซธรรมชาติมาใช้สำหรับยานพาหนะของเราจะเป็นเช่นไร มีผลดี – ผลเสียอย่างไรนั้น...ต้องติดตามต่อไปนะค่ะ

หน้าที่ 3 - ก๊าซธรรมชาติในสถานะต่างๆที่ควรรู้จัก
ก๊าซธรรมชาติในสถานะต่างๆที่ควรรู้จัก

1. Pipe Natural Gas หรือก๊าซธรรมชาติที่ขนส่งโดยทางท่อ เรียกชื่อทางการตลาดว่า Sale Gas คือ ก๊าซธรรมชาติที่มีก๊าซมีเทนเป็นส่วนใหญ่ ถูกขนส่งด้วยระบบท่อเพื่อส่งให้กับผู้ใช้ที่เป็นลูกค้า นำไปเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า หรือในโรงงานอุตสาหกรรมในปัจจุบันนี้ประเทศไทยใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นพลังงานหลักในการผลิตกระแสไฟฟ้า โดยคิดเป็นกว่าร้อยละ 60 ของพลังงานทั้งหมดที่ใช้ผลิตไฟฟ้า

2. NGV หรือ Natural Gas for Vehicles คือ รูปแบบของการใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ ส่วนใหญ่เป็นก๊าซมีเทน เมื่อขนส่งก๊าซธรรมชาติมาทางท่อ จะส่งเข้าสถานีบริการ และเครื่องเพิ่มความดันก๊าซ ณ สถานีบริการจะรับก๊าซธรรมชาติที่มีความดันต่ำจากระบบท่อมาอัดเพิ่มความดันประมาณ 3,000-3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว จากนั้น ก็จะสามารถเติมใส่ถังเก็บก๊าซฯ ของรถยนต์ต่อไป
(บางท่านอาจจะสงสัยว่า 3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้วเนี่ยมันมีแรงดันมากแค่ไหนกันน่ะ จริงๆ แล้วเป็นแรงดันที่ค่อนข้างสูงมากทีเดียว คิดแล้วเท่ากับ 240 เท่าของความดันบรรยากาศ หรือ ลองคิดว่ามีของหนักถึงประมาณ 38,730 กิโลกรัมอยู่บนฝ่ามือข้างเดียวของท่านดูซิค่ะ ฮึม!!! หนักมากๆ เลยละค่ะ)

3. LNG หรือ Liquefied Natural Gas ในการขนส่งก๊าซธรรมชาติจากแหล่งผลิตไปยังบริเวณที่ใช้ ปกติจะขนส่งโดยระบบท่อ แต่ในกรณี ที่ระยะทาง ระหว่างแหล่งผลิตกับบริเวณที่ใช้ มีระยะทางไกลเกินกว่า 2,000 กิโลเมตร การวางท่อส่งก๊าซฯ จะต้องใช้เงินลงทุนเป็นจำนวนมาก จึงมีการขนส่งด้วยเรือที่ถูกออกแบบไว้เฉพาะ โดยการทำก๊าซธรรมชาติ ให้กลายสภาพเป็นของเหลว เพื่อให้ปริมาตรลดลงประมาณ 600 เท่า โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิ -160 องศาเซลเซียส (ต่ำกว่าอุณหภูมิที่ขั้วโลกเสียอีกนะค่ะ จากสถิติอุณหภูมิต่ำสุดของโลก คือ ที่ วอสตอก ทวีปแอนตาร์กติก อุณหภูมิอยู่ในระดับ -89.2 องศาเซลเซียส เป็นอุณหภูมิที่วัดในวันที่ 21 กรกฎาคม พ.ศ.2526) ซึ่งการขนส่งก๊าซในรูปของ LNG นี้ จะประหยัดค่าใช้จ่าย มากกว่าการขนส่งด้วยระบบท่อ

วิชาการดอทคอม
รางวัลโนเบลด้านการแพทย์ แด่ชายผู้หาญกล้ากลืนกินเชื้อโรค
 
ผู้เขียน : ดร. นำชัย ชีววิวรรธน์ (คลิ๊กที่ชื่อเพื่อดูผลงานอื่นของผู้เขียน)
เนื้อหาย่อ : เบื้องหลังการค้นพบว่า โรคกระเพาะอาหารอักเสบ และแผลในลำไส้ตอนต้น เกิดจาก แบคทีเรีย ที่ส่งผลทำให้แพทย์และนักวิทยาศาสตร์สองท่าน ได้รับรางวัลโนเบลการแพทย์ ปี 2005

หน้าที่ 1 - โรคกระเพาะไม่ใช่แค่แผลในกระเพาะ
ผมมีเบื้องหลังการค้นพบสำคัญที่ส่งผลทำให้แพทย์และนักวิทยาศาสตร์สองท่านคือ โรบิน วอร์เรน (Robin Warren) และ แบรี มาร์แชล (Barry Marshall) ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ปีนี้ (ค.ศ. 2005) ไปครอง มาฝากกันครับ

ในคำประกาศของคณะกรรมการโนเบลที่ออกมาในวันที่ 3 ตุลาคม 2548 ที่ผ่านมา ระบุว่านักวิทยาศาสตร์ ชาวออสเตรเลียทั้งสองท่าน ได้รับรางวัลโนเบล จากผลงานเกี่ยวกับการค้นพบอันโดดเด่น และไม่คาดฝัน เกี่ยวกับ “แบคทีเรีย Helicobacter pylori และบทบาทของมัน ในการก่อโรคกระเพาะอาหารอักเสบ และแผลในลำไส้ตอนต้น”

อ่านแล้วมีใครสงสัยไหมครับว่า ทำไมแค่การค้นพบแบคทีเรียชนิดเดียว จึงทำให้ได้รับรางวัลโนเบลไปได้? ถ้าสงสัยก็ต้องอ่านต่อไปกันทันทีเลยครับ
 



วอร์เรน (ไว้หนวดเครา) และมาร์แชล
ผู้พิสูจน์ว่าโรคกระเพาะมีสาเหตุมาจากแบคทีเรียชนิดหนึ่ง
 

คู่หูนักคิดนอกกรอบ
การค้นพบดังกล่าวสำคัญอย่างไร?

เพื่อจะตอบคำถามนี้ ต้องย้อนยุคกลับดูวิทยาศาสตร์ในสมัยต้นทศวรรษ 1980 หรือราว 20 ปีที่แล้วที่ทั้งคู่เริ่มจับงานวิจัยนี้กันครับ ในตอนนั้น ดร. วอร์เรน ซึ่งเป็นนักพยาธิวิทยาสังเกตเห็นว่า คนไข้ราวครึ่งหนึ่งที่เขาตัดชิ้นเนื้อกระเพาะอาหารส่วนล่างมาตรวจ มีแบคทีเรียขนาดเล็กรูปทรงโค้งหรือคล้ายเกลียวปะปนปรากฏให้เห็น แบคทีเรียชนิดนี้ต่อได้รับการขนานนามว่า เฮลิโคแบคเทอร์ ไพโลไร (Helicobacter pylori) นั่นเอง

สังเกตนะครับว่า ชื่อเจ้าแบคทีเรียแสนประหลาดตัวนี้ แม้ว่าจะยาวแต่ก็จำได้ง่ายมาก เพราะคล้ายกันเสียเหลือเกินกับคำว่า เฮลิคอปเทอร์ (helicopter) ต่างกันนิดเดียว อันที่จริงชื่อสกุล (genus) ว่า Helicobacter มีความหมายแสดงถึงรูปร่างของมันว่าเป็น “แบคทีเรียรูปเกลียว” โดยมีรูปร่างหน้าตาที่มีลักษณะเฉพาะตัวดังแสดงในรูปประกอบ สำหรับข้อมูลที่น่าสนใจบางอย่างของแบคทีเรียชนิดนี้ก็ดูได้จากในกรอบข้อมูล

ความจริงแล้ว วอร์เรนไม่ใช่คนแรกที่เสนอสมมติฐานนี้นะครับ ก่อนหน้านั้นราว 30 ปีก็มีคนเสนอว่า โรคกระเพาะอักเสบอาจมาจากการติดเชื้อ แต่หลังจากพยายามตรวจสอบชิ้นเนื้อกว่าพันชิ้น แต่ก็ไม่พบเชื้อต้นเหตุแต่อย่างใด ก็เลยไม่มีใครสนใจสมมติฐานเรื่องนี้ไปอีกนานหลายทศวรรษ

 


โฉมหน้าของ H. pylori ที่บันทึกภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์และดัดแปลงภาพด้วยเทคนิคต่างๆ กัน

แต่เรื่องสำคัญที่ทำให้เรื่องนี้ไปไกลกว่าแค่ความเชื่อ ก็คือ วอร์เรนสังเกตเห็นว่า บ่อยครั้งที่พบว่า มีอาการอักเสบ ของเนื้อเยื่อ ใกล้กับบริเวณใกล้กับที่พบแบคทีเรียพวกนี้ ตรงนี้เองที่คุณหมอมาร์แชล เข้ามาเกี่ยวข้อง เพราะในขณะนั้น เขายังเป็นแพทย์ฝึกหัด และเกิดสนใจ ในการค้นพบของดร. วอร์เรน จึงได้เข้ามาร่วมงานกัน และศึกษาชิ้นเนื้อที่ได้จากผู้ป่วยราว 100 คน จนสังเกตพบหลักฐานยืนยันว่า ผู้ป่วยที่เกิดการอักเสบ ของกระเพาะอาหาร หรือลำไส้ส่วนต้นแทบทุกคน จะพบแบคทีเรียนี้อยู่ในเนื้อเยื่อด้วย

พวกเขาจึงเสนอสมมติฐานว่า Helicobacter pylori น่าจะเป็นสาเหตุของโรค ในกลุ่มดังกล่าว อาจมีบางคนที่คิดว่า ทุกคน (หรือส่วนใหญ่) จะยินดีปรีดากับแนวคิดนี้? แต่ … ผิดครับ ตรงกันข้ามเลย มีแต่คนไม่เห็นด้วยเต็มไปหมด มีเพียงไม่กี่คนที่เชื่อว่า แนวคิดที่ว่า แบคทีเรีย ทำให้เกิดแผลในกระเพาะ หรือลำไส้ จะเป็นเรื่องจริงไปได้ เมื่อยี่สิบกว่าปีก่อน หากพูดถึงโรคกระเพาะ แพทย์จะวินิจฉัย ว่าสาเหตุจะมีหลายอย่าง ไม่ว่าจะเป็นกรดในกระเพาะที่มากเกินไป, ความเครียด, อาหารเผ็ดร้อน, การสูบบุหรี่, แอลกอฮอล์ หรือแม้แต่ผลจากพันธุกรรม!

สาเหตุหลักๆ ที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ ไม่เชื่อว่า จะมีแบคทีเรีย อาศัยอยู่กินเที่ยวท่อง ในกระเพาะอาหารของคนเราได้ ก็เพราะว่า สภาพความเป็นกรด อย่างมาก ของกระเพาะอาหาร (pH ~ 2-3) ที่น่าจะทำให้กระเพาะเป็น “บ่อกรดสังหาร” สำหรับสิ่งมีชีวิต ทุกชนิดในโลกนั่นเอง ประกอบกับในยุคนั้น ยังไม่มีใครเคย ค้นพบว่ามีแบคทีเรีย ที่อาศัยในสภาพกรดยิ่งยวด เช่นนั้นได้มาก่อน แต่ความเป็นจริงก็คือ กระเพาะ เป็นนรกสำหรับสิ่งมีชีวิตแทบทุกชนิด

ยกเว้นก็แต่ H. pylori ที่มันสามารถอาศัย อยู่ได้ในกระเพาะอาหาร อย่างสบายๆ … ราวกับ อยู่ในรังนอนอันอบอุ่นก็ไม่ปาน
 

หน้าที่ 2 - แบคทีเรีย H. pylori และโรคกระเพาะอักเสบ
นอกจากนี้แล้ว ยาลดกรดที่ใช้รักษาอาการในยุคนั้น ก็ดูเหมือนจะได้ผลดีอยู่ไม่น้อย แม้ว่าในผู้ป่วยบางรายอาจจะกลับมาเป็นโรคเดิมได้อีกครั้งก็ตาม อีกข้อหนึ่งที่ทำให้หลายคนไม่อาจเชื่อคำอธิายแบบใหม่นี้ได้อย่างสนิทใจนักในเวลาอันสั้นก็คือ การค้นพบแบคทีเรีย ในกระเพาะอาหารบ่อยๆ อาจจะไม่ใช่ ตัวบ่งบอกได้อย่างแน่นอน ว่าแบคทีเรียดังกล่าวเป็นตัวก่อโรค เพราะอาจเป็นแค่เรื่องบังเอิญ

ในทางวิทยาศาสตร์ของโรคติดเชื้อนั้น หากต้องการแสดงให้เห็นจริง และครบถ้วนกระบวนความว่า แบคทีเรีย (หรือจุลินทรีย์อื่นใด) เป็นตัวก่อโรคจริงๆ จะต้องพิสูจน์ให้เห็นถึงรายละเอียด ที่ชัดเจนในหลายขั้นตอน เช่น ต้องสามารถแยกแบคทีเรียเหล่านั้น ออกมาเพาะเลี้ยงในห้องทดลองให้ได้ จากนั้น ยังควรจะต้องใส่แบคทีเรียเหล่านั้น เข้าไปในสัตว์ทดลอง แล้วเห็นผลที่ชัดเจนอย่างไม่อาจปฏิเสธว่า แบคทีเรียเหล่านี้ ทำให้สัตว์ทดลองเป็นโรคที่สงสัยอยู่จริง

 


กลไกลการเกิดโรคของ H. pylori เริ่มจากการติดเชื้อที่บริเวณกระเพาะอาหารส่วนล่าง
จากนั้นจะเกิดการอักเสบของชั้นเยื่อบุผิวกระเพาะ ซึ่งเมื่อผนวกเข้ากับกรดในกระเพาะ
ที่หลั่งออกมามากขึ้น อาจทำให้เกิดเป็นฝีหนอง ตกเลือด หรือแม้แต่มะเร็ง


อย่าว่าแต่ขั้นตอนอันหลากหลายดังว่าเลยครับ

ลำพังเพียงแค่แต่ละขั้นตอน เพียงขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่ง ก็อาจกินเวลาเป็นปีๆ หรืออาจไม่สามารถทำได้เลยก็เป็นได้ ตัวอย่างก็เช่น แม้แต่ในปัจจุบัน ก็ยังมีเชื้อโรคหลายชนิด ที่เพาะเลี้ยงในห้องทดลองไม่ได้)

ทั้งวอร์เรนและมาร์แชลเองต่างก็เจอปัญหาเหล่านี้ ตั้งแต่แรกสุดเมื่อเริ่มงานนี้เลย นั่นก็คือ ทั้งคู่ ไม่สามารถแยกแบคทีเรียดังกล่าว ออกมาเลี้ยงในจานเพาะเลี้ยงได้อยู่นานมาก … ซึ่งกว่าจะแก้ปัญหาเรื่องนี้ ได้ก็หมดเวลาไปเป็นปี ที่สำคัญก็คือ ที่แก้ปัญหาลุล่วงไปได้ ส่วนหนึ่งก็อาศัยลูกฟลุค แบบไม่น่าเชื่อเป็นตัวช่วยอีกด้วย!

 

จะได้โนเบล อาจต้องทั้งเก่ง…และเฮง!
วอร์เรนและมาร์แชลพยายามจะเพาะเชื้อในห้องทดลองให้ได้ในปี 1982 แต่ทว่าไม่ว่าจะปรับปรุงเปลี่ยนแปลงวิธีการไปอย่างไร ก็ยังไม่สามารถเพาะเชื้อได้อยู่นั่นเอง แต่ในที่สุด วันแห่งโชคของพวกเขาก็มาเยือน เมื่อเกิดการระบาดของเชื้อ Staphylococcus aureus ซึ่งดื้อยาก่อนเทศกาลอีสเตอร์เพียงไม่กี่วัน ทำให้ต้องมีตัวอย่างเชื้อที่ต้องตรวจสอบมากมายไปหมด และทำให้จานเลี้ยงเชื้อของพวกเขาก็ถูกลืมทิ้งไว้ในตู้เพาะเชื้อในช่วงวันหยุดเทศกาลอีสเตอร์นานถึงห้าวัน จากที่ปกติแล้ว การเพาะเชื้อทั่วไปใช้เวลาเพียง 2 วัน

ปรากฏว่า คราวนี้พวกเขาเพาะได้เชื้อในจานเพาะเลี้ยงตามที่ต้องการครับ!

พวกเขารายงานการค้นพบไว้ในวารสารวิจัยทางการแพทย์ชื่อดัง แลนเซท (Lancet) ในปี 1983 โดยใช้หัวข้อชื่อเรื่องว่า “Unidentified curved bacilli on gastric epithelium” ซึ่งในปัจจุบันก็ถือว่าเป็นรายงานการวิจัยฉบับคลาสสิกไปแล้วอีกฉบับหนึ่ง
 


H. pylori ที่อยู่บนเซลล์กระเพาะของผู้ป่วย


H. pylori ที่เพาะเลี้ยงบนเซลล์ในห้องทดลอง


ภายหลังที่เพาะเชื้อ H. pylori ที่เติบโตช้ามากได้แล้ว พวกเขาก็พยายาม ทดสอบสมมติฐานเรื่องแบคทีเรีย เป็นสาเหตุของโรคดังกล่าว ด้วยการให้ยาปฏิชีวนะ (antibiotics) กับผู้ป่วย ซึ่งก็ได้ผลดี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ดีกว่าวิธีการที่รักษากัน ในสมัยนั้น คือการให้ยาลดกรด ซึ่งบ่อยทีเดียว ที่พบว่าผู้ป่วยกลับมาเป็นโรคได้อีก ในขณะที่ผู้ป่วย ที่กินยาปฏิชีวนะ ไม่พบว่าผู้ป่วยเกิดเป็นโรคซ้ำแต่อย่างใด ซึ่งก็ช่วยตอกย้ำให้ทั้งคู่มั่นใจ ว่าแบคทีเรียรูปเกลียวชนิดนี้น่าจะเป็นสาเหตุอย่างแน่แท้

แม้กระนั้น แนวคิดใหม่ๆ ก็ยากที่จะได้รับการยอมรับโดยง่าย เห็นได้ชัดเจนจากประสบการณ์ ที่นักวิทยาแบคทีเรีย (bacteriologist) ชาวฝรั่งเศสชื่อ Francis M?graud เล่าเอาไว้ว่าในปี 1988 เมื่อเขาเข้าร่วมประชุม Pan American Congress of Gastroenterology เขาเผอิญได้ยินแพทย์บางคน คุยกันในทำนองดูถูกว่า “จะให้เรารักษาโรคกระเพาะด้วยยาปฏิชีวนะนะเหรอ ทำยังกับรักษาโรคโกโนเรีย (โรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ชนิดหนึ่ง) ไปได้!”

ในยุคนั้น คงยังเป็นเรื่องยากเกินไปจริงๆ สำหรับแพทย์ทั่วไปที่จะรับได้ว่า โรคกระเพาะอักเสบ จะเกิดการติดเชื้อแบคทีเรีย … เพียงแค่นั้น!

ปัญหาไม่เพียงแต่เท่านั้น บริษัทยาที่ทำกำไรจากยาเคลือบรักษาโรคกระเพาะ ก็ต่อต้านเรื่องนี้อย่างหนักเช่นกัน แม้แต่นักวิทยาแบคทีเรียหลายๆ คนก็ยังข้องใจในช่วงแรก เพราะสภาพกรดยิ่งยวด ของกระเพาะดูจะเป็นสภาวะแวดล้อม ที่โหดร้าย ต่อแบคทีเรียเกินไป ที่แย่ไปกว่านั้นก็คือ มาร์แชลเองพยายาม ทดสอบการก่อโรคในสัตว์ทดลอง โดยการใส่เชื้อแบคทีเรียเข้าไปในลูกหมู แต่ก็ไม่ได้ผลชัดเจนนัก

ในท่ามกลางความสับสนวุ่นวาย ของสถานการณ์ในราวกลางปี 1984 มาร์แชลก็ทำการทดลองอันหนึ่ง ที่น่าตกอกตกใจ และไม่ควรเลียนแบบเป็นอย่างยิ่ง แต่เป็นการทดลอง ที่ตรงไปตรงมาอย่างที่สุด ในการแสดงความสัมพันธ์เชิงสาเหตุ-ผลลัพธ์ ของแบคทีเรีย H. pylori และโรคกระเพาะอักเสบ นั่นก็คือ เขาใช้ตัวเองเป็นหนูทดลอง!
 

หน้าที่ 3 - รางวัลโนเบล แด่ชายผู้หาญกล้ากลืนกินเชื้อโรค
ชายผู้หาญกล้ากลืนกินเชื้อโรค … เอื๊อก!

มาร์แชลเล่าประสบการณ์ในตอนนี้ ไว้อย่างน่าสนใจในวารสาร Medical Journal of Australia ว่า ผู้ทำการทดลองเป็นชายอายุ 32 ปี สูบบุหรี่เล็กน้อย และดื่มเมื่อเข้าสังคมบ้าง แต่ไม่เคย เป็นโรคเกี่ยวกับระบบทางเดินอาหาร และไม่มีประวัติครอบครัวว่า มีสมาชิกคนใด เคยเป็นโรคแผลเปื่อย ในกระเพาะอาหารมาก่อน ซึ่งก็นับได้ว่าเป็นผู้เข้าร่วมการทดลอง ที่มีลักษณะสมบูรณ์แบบ สำหรับการทดลองนี้
เขาเทสารอาหารเลี้ยงเชื้อ ห้ามิลลิลิตรลงในจานเลี้ยงเชื้อ จากนั้น ก็หมุนจานไปรอบๆ จนกลุ่มเซลล์แบคทีเรีย ละลายปนในอาหารจนหมด ซึ่งทำให้ดูคล้ายกับซุปไก่สีเข้ม แล้วเขาก็ปิดตา เทใส่ปากแล้วก็ ... กลืนลงคอไป (เอื๊อกๆ)

ได้ผลแทบจะทันตาเห็นตามต้องการก็คือ ตลอดเวลาห้าวันต่อมาเขาต้องลุกมาอ้วกทุกเช้า ซึ่งเป็นอาการมาตรฐานสำหรับโรคนี้ ในเวลาเพียงหนึ่งสัปดาห์ต่อมา เขาก็ทนทุกข์ จากอาการของโรคกระเพาะอักเสบ และเกิดฝีหนองในกระเพาะอาหารในที่สุด

ในที่สุด จากผลการวิจัยที่ทำซ้ำและขยายขอบเขต ออกไปทั่วโลก ทำให้งานของพวกเขาได้รับการยอมรับมากขึ้นเรื่อยๆ จุดเปลี่ยนสำคัญในเรื่องนี้มีอย่างน้อย 2 เหตุการณ์นั่นก็คือ ปี 1991 มีการประชุมที่ศูนย์ควบคุมและป้องกันโรค (the Centers for Disease Control and Prevention) ในเมืองแอตแลนตา รัฐจอร์เจีย ประเทศสหรัฐอเมริกา และมีคำประกาศเรื่องความเกี่ยวข้องระหว่าง H. pylori กับโรคกระเพาะ ซึ่งเปรียบเสมือนกับเป็นการยอมรับ ความถูกต้อง และความมุ่งมั่นทุ่มเท อุทิศตนด้านการวิจัย ของมาร์แชลและวอร์เรน อย่างเป็นทางการจากแวดวงการวิจัยที่เป็นแนวทางหลัก

เช่นเดียวกับในปี 1994 ที่สถาบันสุขภาพแห่งชาติ (the National Institutes of Health) ซึ่งเป็นหน่วยงานวิจัย และให้ทุนที่สำคัญที่สุดแห่งหนึ่ง ของประเทศสหรัฐอเมริกา ตีพิมพ์ความเห็นเป็นทางสนับสนุน สมมติฐานที่ว่า โรคกระเพาะอักเสบ ที่เกิดซ้ำในผู้ป่วยนั้น ส่วนใหญ่แล้วน่าจะมีสาเหตุจากผู้ป่วยติดเชื้อ H. pylori นั่นเอง

ปัจจุบัน เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางทั่วไปว่า โรคแผลในกระเพาะอาหารราว 3 ใน 4 มีสาเหตุมาจาก H. pylori ซึ่งสามารถรักษาได้อย่างถาวรด้วยชุดยาปฏิชีวนะที่เหมาะสม สำหรับการติดเชื้อนั้น มักจะเกิดตั้งแต่ในวัยเด็ก ผ่านทางสมาชิกในครอบครัวด้วยกัน แต่มักจะยังไม่แสดงอาการจนเข้าสู่วัยผู้ใหญ่แล้ว
 


แผนที่แสดงเปอร์เซ็นต์ความถี่ที่พบเชื้อ H. pylori ในประชากรโลก

นอกจากนี้ ยังสังเกตเห็นกันด้วยว่าในกรณีของผู้ป่วย ที่ไม่ได้รับการรักษา การติดเชื้อดังกล่าว อาจจะนำไปสู่โรคมะเร็ง ของกระเพาะอาหารได้อีกต่างหาก
อ่านที่มาของการค้นพบ และผลกระทบที่เกิดขึ้นแล้ว คุณเห็นด้วยกับคณะกรรมการคัดเลือก รางวัลโนเบล หรือเปล่าครับ ที่จะมอบรางวัล ให้คู่อาจารย์ลูกศิษย์ นักวิจัยสองคนนี้ …

แต่ไม่ว่าจะเห็นด้วยหรือไม่ก็ตาม เมื่อวันที่ 10 ตุลาคมที่ผ่านมา มาร์แชลและวอร์เรน ก็ได้รับรางวัลโนเบล ที่มีมูลค่าราว1.3 ล้านดอลลาร์ ไปเรียบร้อยแล้ว (อยากรู้ว่าเป็นเงินไทยเท่าไหร่ ก็ไปคูณกันเอาเองนะครับ)

แต่ที่เหนือกว่าเงินทองเป็นไหนๆ ก็คงจะได้แก่ ความเป็น “นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล” ซึ่งถือว่าเป็นสุดยอดนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งในโลกนี้มีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นเอง


หนังสือรวมบทความเกี่ยวกับ H. pylori ที่
มาร์แชลเป็นบรรณาธิการ


ตุ๊กตาหน้าตาน่าเอ็นดูที่ออกแบบตามลักษณะของ H. pylori
 

สถิติต่างๆ ของ เฮลิโคแบคเทอร์ ไพลอไร (Helicobacter pylori)

+ พบแบคทีเรีย H. pylori ในกระเพาะของราวครึ่งหนึ่งของคนในโลกนี้
+ ในประเทศที่กำลังพัฒนา เกือบทุกคนติดเชื้อนี้
+ การติดเชื้อปกติแล้วเกิดในวัยเด็ก แต่แบคทีเรียอาจจะยังคงอาศัยอยู่ ในกระเพาะอาหาร ได้ตลอดชีวิตของคนผู้นั้น
+ ในคนส่วนใหญ่จะไม่พบอาการป่วยแต่อย่างใด
+ แบคทีเรียนี้ก่อโรคได้ราว 10-15 เปอร์เซ็นต์ของผู้ที่ติดเชื้อ


แนะนำแหล่งข้อมูลเพิ่มเติม
1. http://nobelprize.org/
2. http://www.nature.com/news/2005/051003/pf/051003-2_pf.html
3. http://news.bbc.co.uk/2/hi/asia-pacific/4307826.stm
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Helicobacter_pylori
5. หนังสือ Secret Agents The Menace of Emerging Infections (2002) โดย Madeline Drexler สำนักพิมพ์ The National Academies Press. ISBN: 0-309-51085-6

บทความนี้ตีพิมพ์ครั้งแรกใน วารสาร อัพเดท ฉบับ 219 เดือนธันวาคม 2548 และ อนุญาตให้เผยแพร่โดยผู้เขียน

 

เกี่ยวกับผู้เขียน
 
ดร.นำชัย ชีววิวรรธน์ จบ ม.ปลาย จากโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา และรับทุนการศึกษาโครงการ พสวท เพื่อศึกษาต่อ ป.ตรี ด้านชีววิทยา ที่คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และ ป.โท ด้านชีวเคมี จากมหาวิทยาลัยมหิดล และสำเร็จปริญญาเอก Molecular Genetics จาก Kumamoto University ประเทศญี่ปุ่นจ๊ะ

ดร.นำชัย ชีววิวรรธน์ ไม่เพียงแค่เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ฝีมือดีของ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ แต่ยังเป็นคนที่ถ่ายทอด เรื่องราววิทยาศาสตร์ได้อย่างดีเยี่ยม สนุกสนาน ฟังง่าย เข้าใจง่าย นอกเหนือจากผลงานวิจัย ดร.นำชัย มีผลงานด้านการเขียน เรื่องวิทยาศาสตร์ด้วยเช่นกัน ดังเช่น สู่ชีวิตอมตะ (เทคโนโลยีชีวภาพและการแพทย์ศตวรรษที่ 21), ดีเอ็นเอ ปริศนาลับรหัสชีวิต, จากอณูถึงอนันต์ วิทยาศาสตร์ต้องรู้, วิทยาศาสตร์ในสตาร์ วอร์ส เป็นต้น

ดร.นำชัย เป็นอีกหนึ่งท่าน ที่ขอเป็นอีกแรง ช่วยผลักดัน การเผยแพร่เรื่องราววิทยาศาสตร์ดีๆ สู่ประเทศไทย ผ่านวิชาการ.คอม
Eric Drexler บิดาแห่งนาโนเทคโนโลยี หรือ เพียงแค่นักฝัน
 
ผู้เขียน : ดร. สิรพัฒน์ ประโทนเทพ (คลิ๊กที่ชื่อเพื่อดูผลงานอื่นของผู้เขียน)
เนื้อหาย่อ : Eric Drexler ถือได้ว่าเคยเป็นเจ้าพ่อของวงการนาโนเทคโนโลยี แต่อัจฉริยะจากสถาบัน MIT ผู้นี้ ผู้ซึ่งฝันที่จะสร้างเครื่องจักรขนาดจิ๋วระดับโมเลกุล ไม่สามารถทนกระแสต้านจากวงการวิทยาศาสตร์ดั้งเดิมได้ และเขาได้กลายผู้ที่ไม่มีใครในวงการอุตสาหกรรมเหลียวแลอีกแล้ว

หน้าที่ 1 - Eric Drexler เจ้าพ่อของวงการนาโนเทคโนโลยี
Eric Drexler ถือได้ว่าเคยเป็นเจ้าพ่อของวงการนาโนเทคโนโลยี แต่อัจฉริยะจากสถาบัน MIT ผู้นี้ ผู้ซึ่งฝันที่จะสร้างเครื่องจักรขนาดจิ๋วระดับโมเลกุล ไม่สามารถทนกระแสต้านจากวงการวิทยาศาสตร์ดั้งเดิมได้ และเขาได้กลายผู้ที่ไม่มีใครในวงการอุตสาหกรรมเหลียวแลอีกแล้ว

 

การประชุมสุดยอดด้านนาโนเทคโนโลยี (NanoSummit) ของกระทรวงพลังงาน ประเทศสหรัฐอเมริกา ในเมืองวอชิงตันดีซี เมื่อเดือนมิถุนายน ค.ศ. 2004 ถือเป็นสัญญาณประกาศว่า เทคโนโลยีที่เล็กที่สุดในโลกได้ถือกำเนิดขึ้นแล้ว Spencer Abaraham เลขาธิการด้านพลังงาน ได้กล่าวเปิดงานการประชุมต่อกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จำนวนมาก ทั้งจากมหาวิทยาลัย ภาคอุตสาหกรรม และสถาบันวิจัยของสหรัฐหลายแห่ง การกล่าวปิดการประชุมได้รับเกียรติจาก Richard Smalley นักเคมีจากมหาวิทยาลัย Rice ผู้ร่วมรับรางวัลโนเบลปี ค.ศ. 1996 สำหรับการค้นพบโครงสร้างใหม่ของถ่านคาร์บอน ซึ่งเป็นโมเลกุลใหญ่มีโครงสร้างเป็นรูปลูกฟุตบอล เรียกว่า ฟูลเลอร์ลีน (Fullerene) หรือ บักมินส์เตอร์ฟูลเลอร์ลีน (Buckminsterfullerene) ในระหว่างการประชุมมีนักวิทยาศาสตร์ชื่อดังในแวดวงนาโนเทคโนโลยีมากมาย ซึ่งได้บรรยายถึงอนาคตที่สดใสของศาสตร์ที่รุดหน้าไปอย่างรวดเร็วนี้
(อ่านรายละเอียดของ BuckyBall โดย ดร. ณัฐพันธุ์ จาก นาโนเทค ได้ที่ วิชาการ.คอม เช่นกัน คลิ๊กที่นี่จ้า)

แต่งานนี้ขาดคนสำคัญผู้หนึ่งไป นั่นคือ อิริก เดร็กซ์เลอร์ (Eric Drexler) ซึ่งถือได้ว่าเป็นเจ้าพ่อแห่งวงการนาโนฯ และได้เสนอคำว่า นาโนเทคโนโลยี ในปี ค.ศ. 1977 ระหว่างที่Drexlerเรียนปริญญาตรีที่มหาวิทยาลัย MIT เขาได้เกิดความคิด จินตนาการขึ้นว่า ในอนาคตอาจจะมีกองทัพหุ่นยนต์จิ๋วที่สามารถนำโมเลกุลและอะตอมของสสารธรรมดาทั่วไปมาต่อเรียงกันด้วยความแม่นยำ เพื่อสร้างเป็นสสารใหม่ได้ตามที่ต้องการในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง ด้วยเครื่องจัดเรียงอะตอมนี้ เราอาจจะเปลี่ยนสารเคมีทั่วๆไป ไปเป็นสารต่างๆ เช่น น้ำมันเชื้อเพลิง เพชร จรวด อะไรก็ได้ตามที่ต้องการ ในกระแสเลือดเครื่องจักรจิ๋วจะเข้าไปรักษาโรคต่างๆได้ ในอากาศพวกมันอาจจะช่วยกำจัดมลพิษได้ ความคิดของDrexlerได้ชักจูงกลุ่มนักเคมี นักคอมพิวเตอร์ วิศวกร จำนวนมาก ให้หันมาสนใจศึกษาด้านวิทยาศาสตร์ที่ระดับนาโนเมตร

William Goddard ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ ผู้เชี่ยวชาญด้านการคำนวณจำลองระบบโมเลกุล ที่มหาวิทยาลัย Caltech กล่าวไว้ว่า “Drexlerได้สร้างสรรค์จินตนาการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งให้กับเยาวชน Drexler ทำให้หลายคนเชื่อในความคิดที่ว่าเราสามารถทำอะไรที่พิเศษๆได้ โดยการคิดแบบในระดับจิ๋วนาโน ความคิดเขาก้าวไกลไปเหนือคนอื่นมาก เขาเป็นวีรบุรุษ”

 

เครื่องจักรวิเศษในฝันของ Drexler

 
หลักการ จุดมุ่งหมายของนาโนเทคโนโลยี ตามแนวคิดของDrexler คือ การสร้างเครื่องผลิตโมเลกุล ในแบบเครื่องจักรขนาดนาโนที่สามารถสร้างวัตถุขนาดเท่าใดก็ได้โดยจัดเรียงอะตอมต่างๆทีละอะตอม วิธีนี้ต่างจากการสังเคราะห์ทางเคมีแบบดั้งเดิมที่จะผสมสารหลายอย่างในจำนวนเป็นล้านๆโมเลกุลให้ทำปฏิกิริยากัน ส่วนDrexler เสนอวิธีสร้างโมเลกุลแบบ “การสังเคราะห์เชิงกล” หมายถึง การนำอะตอมไปวางเรียงให้ใกล้กันมากๆจนเกิดพันธะทางเคมีได้ และมีการควบคุมที่แม่นยำ ตัดแต่งออก หรือ วางลงในตำแหน่งที่ต้องการ

เทคโนโลยี เครื่องจักรตามจินตนาการของเขาจึงมีภาพคล้ายกับเครื่องจักรกลตามโรงงานทั่วไป ซึ่งจะมีสายพานลำเลียงโมเลกุล ผ่านไปตามหัวเข็มที่บรรจุอะตอมชนิดต่างๆเพื่อฉีดอัดเข้าไปที่ตัวโมเลกุล หรือ ตัดเล็มอะตอมที่ไม่ต้องการออก เขาคาดว่าเครื่องจักรนี้จะสามารถสร้างโมเลกุลอะไรก็ได้ อย่างรวดเร็วและค่าใช้จ่ายไม่สูง

ปัญหา Drexler ถูกวิจารณ์อย่าง เพราะในความเป็นจริงแล้วกระบวนการทางเคมีนั้นซับซ้อนมาก อะตอมแต่ละตัวในโมเลกุลหนึ่งจะทำปฏิกิริยากับอะตอมแทบทุกตัวที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียง ทั้งในโมเลกุลเองและตามชิ้นส่วนของเครื่องจักร เช่น สายพาน เข็มฉีด ฟันเฟือง ดังนั้นการที่เครื่องจักรในฝันนี้จะวางอะตอมหนึ่งลงบนโมเลกุล มันต้องควบคุมไม่ให้มีการทำปฏิกิริยากับอะตอมรอบๆข้างนี้ การควบคุมอะตอมจำนวนมหาศาลเช่นนี้ รวมถึงเครื่องมือที่ต้องใช้ แทบจะไม่มีโอกาสเป็นไปไม่ได้เลยในทางปฏิบัติ



 

หน้าที่ 2 - นักวิทยาศาสตร์หลายคนที่คิดว่า Drexler เป็นหนึ่งในพวกนักฝันเลื่อนลอย
ถึงกระนั้น ยังมีนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่คิดว่า Drexler เป็นหนึ่งในพวกนักฝันเลื่อนลอย ในช่วง 6 เดือนก่อนการประชุมสุดยอดด้านนาโนเทคโนโลยีนั้นกลุ่มต่อต้าน Drexler ได้โยนหมัดเด็ดเข้าใส่เขาอย่างจัง ในวันที่ 1 ธันวาคม ค.ศ. 2003 วารสารทางวิชาการชื่อ Chemical and Engineering News ตีพิมพ์จดหมายโต้ตอบระหว่างDrexler และSmalley ซึ่งSmalleyในฐานะผู้ได้รับรางวัลโนเบล แสดงจุดยืนของเขาอย่างชัดเจนว่า การประกอบชิ้นส่วนระดับโมเลกุลนั้นเป็นเรื่องที่เป็นไม่ได้ Smalley เขียนไว้ว่า “กระบวนการทางเคมีที่ต้องใช้ในการที่จะสร้างให้ได้อะไรที่คล้ายกับเครื่องจักรนาโนที่ประกอบโมเลกุลได้นั้น จะมีความซับซ้อน ความหลากหลาย และต้องอาศัยความแม่นยำสูง ทั้งนี้ยังไม่รวมไปถึงการสร้างเครื่องจักรนาโนที่สร้างจำลองตนเองได้ มันไม่สามารถจะทำได้เพียงแค่เอาวัตถุระดับโมเลกุลสองอย่างมาขยำผสมกัน” นี่เป็นโจมตี Drexler อย่างโจ่งแจ้งโดยผู้ที่ต่อมาได้แทนเขาในฐานะผู้นำในวงการนาโนฯ แต่ Smalleyไม่ได้จบแค่นั้น คำวิจารณ์หนึ่งที่ค่อนข้างรุนแรงและออกแนวพิลึก คือ Smalley กล่าวหา Drexler ว่าเป็นผู้ที่ทำให้โลกหวาดกลัวกับนาโนเทคโนโลยี ด้วยความคิดที่ว่า หุ่นยนด์จิ๋วที่สร้างตัวเองได้จะหลุดออกมาจากห้องทดลอง และทำลายล้างทุกอย่างที่ขวางหน้า จนโลกพินาศไป

 


ภาพแสดงกลไกระดับนาโน จาก http://www.jeol.co.jp/

Smalleyได้ต่อว่า Drexlerไว้ว่า “คุณและคนของคุณมาหลอกให้เด็กๆกลัว” และเสริมว่า “ผมไม่หวังหรอกว่าคุณจะหยุดความคิดนี้ แต่ผมหวังว่า คนอื่นในวงนักเคมีจะช่วยกันทำให้คนตาสว่าง และบอกกับเด็กๆทุกคนว่า อนาคตของโลกเราในความเป็นจริงถึงแม้จะมีความท้าทายและความเสี่ยงอยู่บ้าง แต่ไม่มีทางที่จะมีสัตว์ประหลาดตัวจิ๋วที่จะขยายพันธุ์สร้างตัวเอง อย่างที่คุณคิดไว้”

หลังจากถูกโจมตีครั้งแรกเพียงแค่ 2 วัน Drexler ต้องเผชิญกับเรื่องร้ายหนที่สอง เมื่อประธานาธิบดีบุชลงนามอนุมัติบัญญัติการวิจัยและพัฒนาด้านนาโนเทคโนโลยีสำหรับศตวรรษที่ 21 ซึ่งจะจัดสรรงบประมาณ 3.7 ล้านดอลลาร์สหรัฐสำหรับการวิจัยพัฒนาเชิงวิศวกรรมโมเลกุล ช่วงหลายเดือนก่อนการลงนาม กฎหมายนี้ได้เป็นหลักสำคัญที่จะส่งงานของDrexler ขึ้นไปเป็นวาระเร่งด่วนด้านวิทยาศาสตร์ของสหรัฐฯ สุดท้ายแล้วก็ไม่มีงบประมาณจัดสรรมาให้กับด้านวิศวกรรมการผลิตโมเลกุลแม้แต่น้อย งบประมาณส่วนใหญ่ได้ถูกแจกจ่ายไปให้โครงการต่างๆที่ศึกษากระบวนการเคมีดั้งเดิมเพื่อผลิตสสารใหม่ “ที่จะมีคุณลักษณะพิเศษใหม่ๆรวมในสารเดียว เช่น ความแข็ง ความเหนียว ความหนาแน่น ความนำไฟฟ้า ความทนไฟ และคุณสมบัติการเป็นเยื่อกรองสาร เป็นต้น”


 


ภาพแสดงโครงสร้างระดับนาโน จาก http://www.jeol.co.jp/

จากเหตุการณ์ทั้งสองครั้งนั้น Drexlerได้กลายเป็นเสมือนคนนอกวงการที่เขาเองเป็นผู้ริเริ่มแนวคิด เขาได้ตามล่าฝันเรื่องเครื่องสร้างโมเลกุลมาตลอดชีวิตการทำงานด้วยความมุ่งมั่นไปในเรื่องเดียว โดยไม่สนใจเรื่องอื่นๆ แต่แล้วความฝันของเขาที่จะสามารถสร้างสสารที่ใหม่ๆจำนวนมาก ยาวิเศษ และสารมหัศจรรย์ที่ฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมได้ ก็ได้พังทลายลงอย่างสิ้นเชิง


ในการสัมภาษณ์สำหรับบทความนี้ที่ห้องพักของโรงแรม Palo Alto เมื่อเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2004 ขณะนี้ Drexler เป็นผู้ที่สูญเสียอย่างสาหัส แต่ยังมีหัวใจสู้ เขาดูแก่กว่าวัย 49 ปีของเขา เขาได้เตือนถึงภยันตรายจากผู้ไม่หวังดีที่จะแสวงประโยชน์จากนาโนเทคโนโลยีว่า “ในโลกซึ่งมีการแข่งขัน การยับยั้งงานวิจัยทางนาโนเทคโนโลยีด้านการสร้างโมเลกุล เท่ากับเป็นการโยนทิ้งอาวุธของตนเองและเปิดโอกาสให้ฝ่ายตรงข้าม” และเตือนถึงผลลัพธ์ที่จะตามมาว่าอย่างน้อยที่สุดอาจจะนำไปสู่ “การล้มสหรัฐจากการเป็นประเทศมหาอำนาจของโลก”


การที่ Drexler ถูกกีดกันออกจากทั้งวงการนาโนเทคและการเมืองนั้น เกิดในช่วงเวลาที่ย่ำแย่ของชีวิตเขา หนึ่งปีก่อนหน้านั้นเขาได้หย่าร้างกับ Christine Peterson อดีตภรรยา ที่อยู่ร่วมกันมา 21 ปีและเธอยังเป็นประธานของสถาบัน Foresight ซึ่งเป็นเหมือนแหล่งความคิดของเขา เธอได้ลาออกจากตำแหน่งเพื่อไปเขียนหนังสือเรื่องนาโนเทคโนโลยี Drexler ซึ่งไม่ได้ร่ำรวยและไม่มีเงินเหลือเก็บจึงต้องย้ายจากบ้านใหญ่ใน Silicon Valley ไปอยู่ในอพาร์ตเมนต์ธรรมดาๆ

หน้าที่ 3 - เครื่องจักรผู้สร้าง (Engines of Creation)
นอกจากความโกรธที่มีแล้ว เขาเริ่มวิตกว่าความพยายามหลายสิบปีของเขาได้สูญเปล่าไปแล้ว สิ่งที่แทงใจเขามากที่สุด คือ คำว่า นาโนเทคโนโลยี ที่เขาคิดขึ้นมานั้น ได้ถูกแปรความหมายไปโดยกระแสจากคนกลุ่มอื่นที่ไม่เกี่ยวข้องเลยกับความคิดแรกเริ่มของเขา เขากล่าวว่า “ผมไม่เคยคิดเลยว่า พวกนักวิจัยกลุ่มหนึ่งจะหยิบตราคำว่านาโนเทคโนโลยี ไปติดบนงานของตัวเอง แล้วพยายามนิยามความหมายของมันใหม่ เป็นเรื่องเหลือเชื่อมาก มันนำมาซึ่งความยุ่งเหยิงและสับสนวุ่นวายให้กับทุกคน”


สำหรับทุกคนนั้นถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ Drexler


 


Kim Eric Drexler

Kim Eric Drexler เกิดเมื่อวันที่ 25 เม.ย. ค.ศ. 1955 ที่เมือง Oakland รัฐ California มารดาเป็นนักคณิตศาสตร์ และบิดาเป็นนักบำบัดความบกพร่องทางการพูด บุคลิกของ Drexler ออกแนวหนอนหนังสือ เขาจึงเข้าไม่ค่อยได้กับเด็กในวัยเดียวกัน Dave Anderson เพื่อนสมัยเด็ก เล่าว่า “ Eric เป็นคนเข้าสังคมไม่ได้ ลองนึกว่าเขาเป็นเหมือนเพื่อนที่เราอาจจะเคยมีในวัยเด็ก ที่ทำตัวแปลก ไม่ยุ่งกับใคร เขาจะเป็นยิ่งกว่านั้นหลายเท่า”

เมื่อเข้ามาเป็นน้องใหม่ที่ MIT ในปี 1974 เขาได้เสนอผลงานวิชาการเกี่ยวกับการทำเหมืองแร่บนดาวอุกาบาต ในการประชุมของมหาวิทยาลัย Princeton เรื่องการสร้างอาณานิคมในอวกาศ (Space Colonization) ครั้งที่หนึ่ง ช่วงนั้นเขามีความฝันที่จะเป็นนักวิทยาศาสตร์ด้านอวกาศที่จะช่วยนำพามนุษย์ไปยังโลกใหม่ด้วยยานอวกาศที่ขับเคลื่อนโดยใบเรือพลังงานลมสุริยะ

แต่ในวิชาพื้นฐานเขาได้ศึกษาเรื่องพันธุวิศวกรรมด้วย Drexler ได้ศึกษาค้นคว้าด้วยตนเองถึงงานวิจัยล่าสุดในด้านนี้ เขาเริ่มที่ตั้งคำถามว่าการเลียนแบบกระบวนการสร้างสารทางชีวภาพด้วยกระบวนการเชิงกลนั้นเป็นไปได้หรือไม่ การจำลองการทำงานของ ดีเอ็นเอ ไรโบโซม และเอ็นไซม์ ด้วยเครื่องจักรขนาดจิ๋ว จะทำให้เราสามารถสร้างวัตถุทางชีวภาพและวัถตุชนิดอื่นๆใดๆก็ได้ แต่มันจะไม่ใช่พันธุวิศวกรรม แต่เป็นวิศวกรรมโมเลกุล เทคโนโลยีที่จะแทนที่ทุกๆเทคโนโลยี เขาเล่าว่า “ตอนนั้นมันเริ่มจะดูเหมือนอะไรที่สำคัญและยิ่งใหญ่มาก เพราะถ้าเรามีความสามารถพื้นฐานที่จะเคลื่อนย้ายอะตอมในลักษณะที่ซับซ้อน เราจะสามารถสร้างอะไรก็ได้ที่เป็นสิ่งของที่จับต้องได้”
 


ริชาร์ด ฟายน์แมน

แม้ว่าความคิดของ Drexler นี้จะเป็นความคิดของเขาเอง แต่เขามาค้นพบว่า เขาไม่ใช่คนแรก คืนหนึ่งในเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 1979 ระหว่างที่ค้นคว้าอ่านหนังสือในห้องสมุด เขาได้พบเจอว่า มีการเสนอความคิดนี้มาก่อนแล้วโดย Richard Feynman นักฟิสิกส์ที่ถือกันว่าเป็นอัจฉริยะที่สุดนับตั้งแต่ Albert Einstein Feynman ได้กล่าวไว้ในปี ค.ศ. 1959 ระหว่างบรรยายเรื่อง “ข้างล่างยังมีที่ว่างอีกเยอะ” ว่า “เราจะสามารถจัดเรียงอะตอมได้ตามที่เราต้องการ คือ จัดเรียงตัวอะตอมจริงๆ ที่เป็นที่สุดของสารนั่นแหละ”

 

การนำความสามารถในการสร้างโมเลกุลมาสู่มนุษยชาติให้ได้กลายเป็นความใฝ่ฝันสูงสุดของDrexler แต่นั่นไม่ใช่เรื่องง่าย เหตุผลหนึ่ง คือ อัจฉริยะจาก MIT คนนี้ขาดทักษะมนุษยสัมพันธ์ที่จำเป็นมากต่อความสำเร็จในแวดวงวิทยาศาสตร์วงกว้าง อีกเหตุผลหนึ่ง คือ ความสนใจของเขาหลายอย่างเป็นเรื่องสุดขั้ว ในช่วงยุค1980 ระหว่างที่อยู่ที่ MIT เขากับภรรยาได้จัดการสัมมนานอกสถานที่ในช่วงสุดสัปดาห์ ในป่าอุทยานในรัฐ New Hampshire สำหรับให้นักศึกษามาประชุมกันในหัวข้อเรื่อง เช่น การยืดอายุคนด้วยการแช่แข็ง เป็นต้น ถึงกระนั้นแนวคิดของDrexler เป็นที่น่าเชื่อถือพอที่ทำให้วารสารที่มีชื่อ คือ Proceedings of the National Academy of Science ได้รับตีพิมพ์บทความซึ่งเป็นผลงานชิ้นเอกอันแรกของเขา เรื่อง “วิศวกรรมโมเลกุล: แนวทางสำหรับการพัฒนาศักยภาพพื้นฐานในการจัดเรียงโมเลกุล (Molecular Engineering: An Approach to the Development of General Capabilities for Molecular Manipulation”

หนังสือเล่มแรกของเขาที่มีชื่อว่า “เครื่องจักรผู้สร้าง (Engines of Creation)” ซึ่งตีพิมพ์เมื่อปี ค.ศ. 1986 ได้นำเสนอคำว่า นาโนเทคโนโลยี ต่อคนทั่วโลก หนังสือเล่มนี้นอกจากได้บรรยายถึงนานาสัพคุณที่อาจจะเกิดขึ้นจากเทคโนโลยีนี้แล้ว ยังพูดถึงกรณีที่โลกอาจจะกลายเป็นผงทุลี และหนทางที่จะหลีกเลี่ยงมัน คำนิยมในหนังสือนั้นเขียนขึ้นโดย Marvin Minsky นักคณิตศาสตร์จาก MIT ผู้กว้างขวางในวงการสมองเทียม (Artificial Intelligence) Minsky เขียนไว้ว่า “นาโนเทคโนโลยีอาจจะมีผลกระทบต่อโลกของเรามากกว่าพัฒนาการครั้งใหญ่ในด้านวัสดุศาสตร์สองครั้งที่แล้วมา คือ การเปลี่ยนจากการใช้อิฐและหินมาใช้โลหะและซีเมนต์ และการใช้ประโยชน์จากไฟฟ้า”
 

หน้าที่ 4 - การประกอบเรียงโมเลกุลอาจจะนำไปสู่หายนะที่คาดไม่ถึง
ในที่สุดDrexlerได้สำเร็จปริญญาเอกในปี ค.ศ. 1991 ซึ่งเป็นครั้งแรกที่มหาวิทยาลัย MIT ได้ให้ปริญญาสาขานาโนเทคโนโลยีระดับโมเลกุล

แม้ว่าเขาไม่ชอบยุ่งเรื่องการเมือง ในปี ค.ศ. 1992 Drexlerได้นำเสนอทฤษฎีของเขาต่อคณะอนุกรรมการวุฒิสมาชิกด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและอวกาศ ในระหว่างการประชุมเรื่อง “นวัตกรรมเทคโนโลยีสำหรับโลกที่ยั่งยืน” ประธานคณะอนุกรรมการนั้น คือ Al Goreได้ตอบรับความตั้งใจของDrexler และให้คำมั่นในการจัดสรรทุนสำหรับงานวิจัยแนวหน้าล้ำยุคเช่นนี้

ในปี ค.ศ. 1992 เช่นกัน Drexlerได้ตีพิมพ์ผลงาน 550 หน้าเกี่ยวกับแนวทางการสร้างระบบวิศวกรรมโมเลกุล มีชื่อว่า “ระบบนาโน: เครื่องจักรกลโมเลกุล การสร้าง และการคำนวณ (Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation” หนังสือเล่มหนานี้ ซึ่งเต็มไปด้วยสมการ กราฟ และรูปภาพ แสดงให้เห็นวิธีการที่โมเลกุลจะสามารถถูกลำเลียง คัดแยกและเพิ่มความบริสุทธิ์ แล้วหมุนจัดมุม จากนั้นจึงส่งต่อไปที่แขนกล ซึ่งจะนำโมเลกุลนั้นไปวางตามที่ที่ต้องการ ซึ่งเป็นวิธีการสร้างวัตถุใหญ่ตั้งแต่ระดับโมเลกุลขึ้นไป

 


Kim Eric Drexler

หนังสือ “ระบบนาโน” นี้ เป็นผลงานเอกชิ้นเดียวของDrexler เป็นผลงานที่ไม่เคยมีมาก่อน และจนถึงปัจจุบันยังไม่มีใคร เหมือน แม้ว่าจะมีข้อมูลต่างๆมากมาย แต่หนังสือนี้ไม่ได้รับความสนใจมากนักจากวงการวารสารวิทยาศาสตร์ ซึ่งอาจเป็นเพราะว่าเนื้อหานั้นไม่ตรงกับศาสตร์สาขาใดสาขาหนึ่งโดยตรง มีเพียงวารสารวิทยาศาสตร์ชื่อดัง คือ Nature เท่านั้น ที่ได้เขียนวิจารณ์เกี่ยวความเป็นไปได้ของแนวคิดของDrexlerในหนังสือนี้ไว้ว่า “ยังไม่มีใครที่แม้แต่จะเริ่มแสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปได้”


ข้อเท็จจริงที่กล่าวมาแล้วทั้งหมดข้างต้นนี้เป็นนัยสื่อถึงคำถามต่างๆที่คาใจDrexler มาตั้งแต่เริ่มแรก แนวคิดของเขาเป็นสิ่งที่เป็นไปได้หรือแค่ความคิดฝัน? มันอันตรายหรือเป็นเรื่องเหลวไหลหรือไม่? มันเป็นผลิตผลจากความรู้ขั้นสูงที่หยั่งลึกถึงกระบวนการธรรมชาติหรือว่าเป็นเพียงความคิดที่ผิดหลักพื้นฐานทางเคมี? แม้แต่ที่ MIT เองผลงานของDrexlerได้สร้างความแตกแยกในภาควิชา

“มันน่าทึ่งมาก นั่นไม่ต้องสงสัยเลย” เป็นคำกล่าวของ Rick Danheiser นักเคมีที่ MIT ผู้เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาในการทำวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของDrexlerในปี ค.ศ. 1992 เขาเสริมอีกว่า “ผมคงทำได้ไม่ดีไปกว่าเขาหรอก”

“มันแสดงถึงความละเลยต่อหลักทางเคมีอย่างมาก” เป็นข้อโต้แย้งจาก Julius Rebeck เพื่อนร่วมงานของ Danheiser ซึ่งได้เสริมว่า “พวกเรื่องการสังเคราะห์เชิงกลที่ผมอ่านในวิทยานิพนธ์เล่มนั้น อาจจะคิดได้ว่าเป็นงานที่เขียนขึ้นโดยใครที่กำลังเมายาก็ได้”

 


Bill Joy

แม้แต่คนที่เชื่อในวิสัยทัศน์ของDrexler ยังมีความกลัวเหมือนกัน ในเรื่องที่ว่า การประกอบเรียงโมเลกุลอาจจะนำไปสู่หายนะที่คาดไม่ถึง ในวารสาร Wired ฉบับเดือนเมษายนปี ค.ศ. 2000 Bill Joy ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัท Sun Microsystems และนักวิจัยอาวุโส ได้เล็งเห็นว่าถึงแม้ว่าอาจจะมีใครประดิษฐ์เครื่องจักรจิ๋วของDrexler นี้ได้ในช่วง 20 ปีข้างหน้า และมันจะเป็นความผิดพลาดครั้งใหญ่ Joy เขียนไว้ว่า “นาโนเทคโนโลยีสามารถใช้ในการทหารและการก่อการร้ายได้อย่างเห็นๆ แต่เราไม่จำเป็นต้องทำลายตัวเองด้วยการปล่อยให้เครื่องจักรนาโนมหาประลัยให้หลุดออกมา” แต่มันยังอาจจะมีตัวทำลายล้าง “ที่อาจจะหลุดออกมาจากอุบัติเหตุในห้องทดลองเพียงครั้งเดียวเท่านั้น อ้าวแย่แล้วซิ”

 

ไม่นานหลังจากนั้น Michael Crichton ได้จับแนวเรื่องความหายนะนี้มาเขียนเป็นนิยายดังเรื่อง เหยื่อ (Prey) เนื้อเรื่องหลัก คือ กลุ่มควันของ “อนุภาคนาโน” หลุดออกมาจากห้องทดลอง อนุภาคเหล่านั้นเกิดการสร้างตัวเอง วิวัฒนาการไปจนมีความฉลาด แล้วบินแพร่ไปทั่วทะเลทรายนาวาดา ฆ่าทุกอย่างที่ขวางหน้าตั้งแต่กระต่ายทุ่ง สุนัขจิ้งจอง และมนุษย์

หน้าที่ 5 - วิศวกรรมโมเลกุลนั้นเป็นเหมือน “คำต้องห้าม”
Crichton ได้เขียนคำนำในหนังสือนิยายของเขา ด้วยการแนะนำเรื่องนาโนเทคโนโลยี ซึ่งได้อ้างถึงDrexlerไว้หลายที่ แม้ว่าเหตุการณ์ต่างๆที่เล่ามาในหนังสือนี้จะเป็นเรื่องในนิยาย แต่ Crichton เตือนไว้ว่าเทคโนโลยีที่อ้างถึงนั้นมีโอกาสเป็นไปได้จริงมาก

การถูกมองว่าแนวคิดของเขานั้นเป็นเรื่องอันตรายนั้น มันแตกต่างอย่างมากกับ การมองว่ามันเป็นเรื่องเพ้อฝัน ในวารสาร Scientific American ประจำเดือนกันยายน ปี ค.ศ. 2001 Richard Smalley ได้แสดงความคิดเห็นออกมาเป็นครั้งแรกว่า เครื่องจักรประกอบโมเลกุลนั้นไม่มีทางเป็นไปได้ เขาชี้แจงว่า เครื่องจักรนาโนนั้นต้องอาศัยแขนกลเป็นร้อยเป็นพันในการควบคุมทุกๆอะตอมที่ร่วมในการเกิดปฏิกิริยา มากเกินกว่าที่จะจับใส่เข้าไปในพื้นที่เล็กๆได้ Smalley ยังเขียนไว้อีกว่า “ข้างล่างมีที่ว่างไม่มากขนาดนั้น” ซึ่งเป็นการล้อ Feynman นักฟิสิกส์โนเบลชื่อดังที่เคยไม่มีใครกล้าแตะต้อง

 

ขณะที่Drexler ถูกโจมตีจากทุกฝ่าย เขาดูเหมือนว่ายังมีความหวังสำหรับชัยชนะที่ทำเนียบขาว จากการที่ Foresight Instituteได้ไปเกลี้ยกล่อมสภาผู้แทนฯอยู่หลายปี ในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2003 สภาจึงได้ผ่านร่างบัญญัติว่าด้วยการวิจัยและพัฒนาด้านนาโนเทคโนโลยี ด้วยคะแนนเสียงท่วมท้นถึง 405 ต่อ 19 เสียง ร่างบัญญัตินั้นรวมบทนำซึ่งเขียนขึ้นโดย Bred Sherman ผู้แทนรัฐ California และเป็นผู้สนับสนุนDrexler Sherman ได้กล่าวบรรยายที่งานประชุมประจำปีของ Foresight Institute โดยได้เรียกร้องให้มีงานการศึกษาความเป็นไปได้อย่างถี่ถ้วนที่สุด เพื่อไขปัญหาที่ว่าเรื่องวิศวกรรมโมเลกุลนั้นเป็นไปได้ทางเทคนิคหรือไม่ ถ้าผลออกมาว่าเป็นไปได้ งานนี้ต้องทำต่อไปด้วย ”การประมาณระยะเวลาที่จะต้องใช้ในการศึกษาพัฒนาเรื่องวิศวกรรมโมเลกุลจนไปสู่การค้าได้ และยังให้ข้อแนะนำในการวางแผนงานด้านการวิจัย ที่สำคัญต่อความสำเร็จของงานนี้”

ด้วยคำโน้มน้าวเช่นนี้ รัฐสภาสหรัฐเกือบที่จะทำให้ฝันของ Drexler เป็นจริง แต่พอ 5 เดือนให้หลัง ในเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 2003 บทนำเรื่องนั้นไม่ปรากฏอยู่ในบัญญัติกฎหมายเรื่องนาโนเทคโนโลยีฉบับจริง

อะไรเป็นสิ่งที่เปลี่ยนกระแสความคิดในรัฐสภา แนวคิดของ Drexler นั้นที่จริงแล้วถูกคิดว่าเป็นเรื่องที่ค่อนข้างจะไกลตัวเสมอมา นอกจากนั้นเขาไม่เคยมีความช่ำชองจากการเมือง ทั้งสองสิ่งได้กลายเป็นจุดอ่อนของเขา ในเวลาเดียวกันผู้ที่ต่อต้านเขาได้เริ่มแสดงตัวออกมาถึงสองกลุ่ม กลุ่มแรก คือ กลุ่มพันธมิตรธุรกิจ (NanoBusiness Alliance) ซึ่งก่อตั้งขึ้นในเดือนตุลาคม ค.ศ. 2001 กลุ่มพันธมิตรนี้ไม่สนใจในสิ่งที่หวือหวาหรือน่าหวาดกลัวอย่างเครื่องจักรกลนาโนที่สร้างจำลองตัวเองได้ กลุ่มนี้ต้องการแค่จะขายผลิตภัณฑ์ไฮเทค เช่น ครีมกันแดดนาโนเทค สเปรย์เคลือบสกี สีนาโน F. Mark Modzelewski หนึ่งในกลุ่มผู้ก่อตั้งและนักบุกเบิกธุรกิจ เป็นผู้ต่อต้านชื่อดังในแนวคิดของDrexler เขาได้เขียนจดหมายอีเมลติดต่อกับ Glen Reynolds ผู้สนับสนุนเรื่องธุรกิจนาโนเทค โดย Modzelewski เปรียบทฤษฎีต่างๆของDrexlerว่าเหมือนกับ “คนขี้เมาที่มาบอกให้คนอื่นเชื่อว่ามีแมลงเลื้อยอยู่ใต้ผิวหนังของเขา”

ในขณะที่แรงสนับสนุนในแนวคิดของDrexler จากฝ่ายต่างๆในวอชิงตันได้เริ่มอ่อนลง สำนักงานนโยบายด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่ทำเนียบขาวเริ่มกังวลว่า ความหวาดกลัวที่ปลุกเร้าขึ้นมาโดยคนอย่าง Crichton และJoy จะชักนำให้คนทั่วไปต่อต้านเรื่องนาโนเทคโนโลยี ซึ่งเหมือนกับที่เคยเกิดกับอาหารจีเอ็มโอและพลังงานนิวเคลีย์มาแล้ว John Sununu วุฒิสมาชิกรัฐ New Hampshire ตั้งข้อสังเกตไว้ต่อที่ประชุมวุฒิสมาชิกว่า “หลายคนได้แสดงความวิตกกังวลว่า นาโนเทคโนโลยีจะนำมาซึ่งเผ่ามนุษย์ที่พิเศษเหนือคนธรรมดา หรือ สถานการณ์ที่เครื่องจักรนาโนจู่โจมหรือมาควบคุมปกครองมนุษย์”

เจ้าหน้าที่วุฒิสภาคนหนึ่งเล่าไว้ว่า วิศวกรรมโมเลกุลนั้นเป็นเหมือน “คำต้องห้าม” และเสริมว่า “มันทำให้หลายคนไม่สบอารมณ์”

กลุ่มผู้สนับสนุนร่างบัญญัตินาโนเทคโนโลยีนี้ห่วงเรื่องการทำให้มันได้รับอนุมัติผ่านวุฒิสภาไปได้ มากกว่าที่มาพะวงเรื่องการรักษาแนวคิดของDrexlerไว้ในฉบับร่างนี้ด้วย ดังนั้นเมื่อสภาผู้แทนและวุฒิสภาประชุมร่วมกันเพื่อพิจารณาร่างบัญญัตินี้ สภาจึงมีมติตัดเรื่องวิศวกรรมโมเลกุลออกไป ในการแถลงการณ์ของวุฒิสภา โดย John McCain วุฒิสมาชิกรัฐ Arizona อ้างถึง “การแก้ไขโดยวิจารณญาณของผู้แทน” ซึ่งทำให้บทนำเรื่องนาโนเทคโนโลยีในแนววิศวกรรมโมเลกุลนั้นถูกตัดออกไป

ร่างบัญญัติใหม่นี้ซึ่งได้ลดความแรงของเนื้อหาลง ได้ผ่านวุฒิสภาไปด้วยมติเอกฉันท์ในวันที่ 18 พ.ย. ค.ศ. 2003และประธานาธิบดี Bush ลงนามออกเป็นกฎหมายในวันที่ 3 ธ.ค. ปีนั้น ในระหว่างพิธีการลงนาม คนหนึ่งที่ยืนอยู่ข้างท่านประธานาธิบดีก็คือ Richard Smalley

 


ภาพข่าวจากสำนักข่าว AP

เรื่องผิดขาดที่เกิดในรัฐสภานี้ เผยให้เห็นถึงความแตกร้าวที่ซ่อนอยู่ในวงการนาโนเทคโนโลยี ฝ่ายหนึ่ง คือ Drexler กับแนวคิดพลิกโลกของเขาเรื่องการประกอบโมเลกุล อีกฝ่ายหนึ่ง คือ Smalley กับนักวิทยาศาสตร์ส่วนมาก ซึ่งในแนวคิดของพวกเขา นาโนเทคโนโลยีนั้นหมายรวมถึงการศึกษาวิจัยใดๆก็ตามที่มุ่งศึกษาวัตถุในขนาดช่วงนาโนเมตร ซึ่งโดยแก่นแท้ มันก็คือการศึกษาทางเคมีของโมเลกุลขนาดเล็กหรือการศึกษาทางวัสดุศาสตร์ในระดับอะตอมนั่นเอง

Smalleyได้ให้สัมภาษณ์ที่โรงแรมแห่งหนึ่งในระหว่างการประชุมสุดยอดนาโนเมื่อเดือนมิถุนายนปี ค.ศ. 2004 ว่าเขาเองก็ได้เคยหลงใหลในแนวคิดของ Drexler เช่นกัน โดยเล่าว่า “ผมคลั่งไคล้กับหนังสือเรื่อง เครื่องจักรผู้สร้าง นั้นมาก ผมอ่านทั้งเล่มจนจบในรวดเดียว และอ่านซ้ำอีกครั้งด้วย” แม้จนกระทั่งเมื่อไม่นานนักในปี ค.ศ. 1999 Smalleyเองได้กล่าวรายงานต่อหน้ารัฐสภาถึง “ประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นได้ถ้าเราเรียนรู้ถึงการสร้างวัตถุด้วยความสามารถในการควบคุมระดับสุดยอด นั่นคือการเรียงต่อทีละอะตอม”

แต่ความสงสัยได้เริ่มเกิดขึ้นกับSmalley เมื่อเขาเริ่มคิดถึงหลักทางทฤษฎี เขาเล่าว่า “ผมถามตัวเองตลอดเวลาหลายเดือนว่า เราพลาดเรื่องนี้ไปได้อย่างไร? มันจะเป็นไปได้หรือไม่ที่จะสังเคราะห์สารเคมีด้วยวิธีแบบนี้? หลังจากที่คิดอยู่นานผมจึงเริ่มมองเห็นสิ่งที่เป็นปัญหาในหลายด้าน ยิ่งคิดเรื่องนี้มากเท่าไร ก็ดูจะมีปัญหามากขึ้น สุดท้ายผมเลยคิดสรุปว่ามันไม่มีทางเป็นไปได้”

หน้าที่ 6 - ยังตามล่าฝันของอย่างไม่ท้อถอย
Smalley กล่าวถึงการสนทนาเมื่อประมาณ 10 ปีที่แล้วที่เขาได้นัดDrexlerมาคุยกันระหว่างที่อยู่ที่มหาวิทยาลัย Stanford เขาเล่าว่า “ผมอยากจะคุยกับเขามากเรื่องจุดขาย” ซึ่งมาถึงโอกาสทางธุรกิจของเครื่องจักรนาโนของ Drexler และเล่าต่อว่า “ผมติดใจในความคิดเรื่องเครื่องจักรนาโนมาก จึงอยากที่จะชวนเขามาคุยกันเรื่องจุดขายนั้น แต่เขาก็ปิดกั้นตัวเอง ทำเหมือนกับว่าเรื่องจุดขายนั้นไม่สำคัญ ค่อยเอาไว้คิดทีหลัง”

Drexler เองก็จำเรื่องการสนทนานั้นได้ด้วยความรู้สึกหงุดหงิดพอกัน เขาเล่าว่า “ผมรู้สึกลำบากมากที่จะอธิบายอะไรให้เขาเข้าใจ เขาถามแต่สิ่งที่ไม่ใช่ประเด็นหลักและเป็นไปไม่ได้ ในเรื่องของการที่จะต้องควบคุมการเคลื่อนที่ของทุกๆอะตอม คำถามที่ควรถามไม่ใช่ว่าจะมีความคิดอะไรบ้างที่จะทำงานไม่ได้จริง แต่ควรจะถามว่า จะมีอะไรที่ทำได้จริง”

 

ข้อเท็จจริง คือ Smalleyไม่สนใจในแนวคิดของ Drexler ต่อไปแล้ว และเริ่มหันเหไปหาหนทางที่จะสังเคราะห์โครงสร้างทางเคมีที่มีคุณสมบัติพิเศษใหม่ๆแทน ผลที่ตามมานั้นมีสองประการ ประการแรก คือ นักเคมีคนนี้ได้ร่วมค้นพบกลุ่มสารโมเลกุลใหม่ ที่เรียกว่า ฟูลเลอร์ลีน ประการที่สอง คือ เขาได้ก่อตั้งบริษัทธุรกิจขึ้นมาเพื่อแสวงผลประโยชน์จากการค้นพบของเขา เทคโนโลยีคาร์บอน ซึ่ง Smalleyเป็นเลขาธิการคณะกรรมธิการแห่งชาติในเรื่องนี้อยู่ เป็นเทคโนโลยีที่อาจเรียกได้ว่าเป็น “ผู้ผลิตผูกขาดของโลกเราในเรื่องบักค์กีย์ทิวป์ (Buckytubes)” หรือที่รู้จักกันว่า นาโนทิวป์ (Nanotubes) หรือ ท่อคาร์บอนนาโน

ท่อคาร์บอนนาโนมีความแข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้าถึง 100 เท่า และสามารถนำไฟฟ้าได้ดีกว่าวัสดุใดๆที่มีใช้กันอยู่ จึงเป็นวัสดุที่เหนือกว่าอย่างอื่น โดยอาจจะใช้เป็น เช่น สายไฟฟ้าแรงสูงสำหรับส่งระยะไกล Smalley ได้ทำนายไว้ว่า สายไฟฟ้าทำด้วยท่อคาร์บอนนาโนจะมีประสิทธิภาพมาก จนอาจจะเป็นเรื่องไม่แปลกที่สายไฟฟ้าแรงสูงแบบท่อคาร์บอนนาโนจะไป “แทนที่สายไฟฟ้าแรงสูงของเดิมทุกเส้นในโลกจนหมด”

แนวคิดการใช้ประโยชน์ได้จริงเช่นนี้ ซึ่งเป็นการพัฒนาที่มีผลตอบสนองกลับมาได้เร็วกว่าเครื่องจักรนาโนหลายเท่า ส่งผลให้รัฐสภาให้การสนับสนุนเรื่องนี้อย่างเต็มที่ และเลิกล้มความสนใจในเรื่องวิศวกรรมโมเลกุล กลุ่มธุรกิจที่มี Smalley เป็นแกนนำ และหลายกลุ่มอื่น ล้วนได้รับผลพลอยได้จากมติของสภาในครั้งนั้น แต่สำหรับDrexler เขาเหลือเพียงวิสัยทัศน์ที่สวยหรูในโลกของความฝันเท่านั้น

ในการประชุมประจำปีของสถาบัน Foresight เมื่อเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2004 ที่ Palo Alto ในช่วงระหว่างการบรรยาย กลุ่มผู้สนันสนุนDrexler รุ่นใหม่ ได้โจมตี Smalley ในเรื่องการวิจารณ์ของเขา ที่ว่า “เป็นการทำให้เด็กๆหวาดกลัว” ในวารสาร Chemical and Engineering News ผู้บรรยายคนแล้วคนเล่าตั้งคำถามในทำนองว่า “การทำแบบนี้มันเป็นการวิจารณ์ด้วยหลักเชิงวิทยาศาสตร์ด้วยหรือ?”

บนจอภาพฉาย Drexler ได้นำเสนอภาพตัวอย่างโรงงานผลิตโมเลกุล ซึ่งมีฟันเฟืองที่จะส่งอะตอมทีละอะตอมไปต่อกับโมเลกุลที่ถูกลำเลียงมาตามสายพาน ภาพล่าสุดนี้แสดงให้เห็นถึงวิสัยทัศน์ของ Drexler แต่เป็นแบบที่ง่ายเกินไปจนแทบจะไม่เหลือความจริงอยู่เลย ในภาพนั้นเครื่องจักรนาโนถูกแสดงเป็นวัสดุที่มีพื้นผิวเรียบ แทนที่จะแสดงเป็นโครงสร้างที่ทำด้วยอะตอมและโมเลกุลอย่างที่ควรจะเป็น การเลือกแสดงภาพแบบนี้เป็นประเด็นให้ฝ่ายตรงข้ามวิพากษ์วิจารณ์ได้อย่างมาก

ถึงกระนั้น ยังมีบางสิ่งที่บอกว่า Drexler ยังมีใจสู้ต่อไป แม้ว่าอาจจะต้องกลับไปตั้งหลักใหม่บ้างก็ตาม ประการแรก คือ เขาได้ล้มเลิกแนวคิดชูโรงของเขา เขาเขียนไว้ในจดหมายข่าวของสถาบัน Foresight ฉบับเดือนมกราคม ค.ศ. 2004 ว่า “เครื่องจักรนาโนที่สามารถสร้างจำลองตัวเองได้นั้นไม่จำเป็นสำหรับวิศวกรรมโมเลกุล และไม่ควรจะนำมารวมในจุดมุ่งหมายหลักของมัน” แนวคิดใหม่ที่มาแทนที่เป็นในลักษณะ “โรงงานนาโนขนาดตั้งโต๊ะ” ซึ่งจะเป็น “ระบบประกอบสร้างโมเลกุลอเนกประสงค์” ประการที่สอง คือ เขาได้อ้างชื่อ Richard Feynman สม่ำเสมอโดยโยงไปถึงคำกล่าวของ Feynman ที่ว่า โมเลกุลต่างๆสามารถถูกจัดเรียงและประกอบด้วยวิธีเชิงกล และเรียกมันว่าเป็น “วิทยานิพนธ์ของ Feynman” ประการสุดท้าย คือ เขาได้เสนอให้เปลี่ยนชื่อเรียกแนวคิดของเขาใหม่ว่าเป็น เซตตาเทคโนโลยี (Zettatechnology) ซึ่ง zeta หมายถึง 10+21 (คำว่า Zetta คือ 10^21 ซึ่งไม่ได้หมายความถึงขนาดของวัตถุ แต่เป็นชิ้นส่วนอุปกรณ์จำนวนมหาศาลที่เกี่ยวข้องในกระบวนการสร้างของเตรื่องจักรนาโน) ซึ่งนั่นบ่งชี้ว่า เขาได้ยอมแพ้ในการเรียกร้องอ้างสิทธิ์ในคำว่า นาโนเทคโนโลยี ที่เขาเป็นคนริเริ่ม

ไม่ว่าใครจะวิพากษ์วิจารณ์เขาอย่างไร ปัญหาหลักเรื่องนาโนเทคโนโลยีตามแนวคิดของ Drexler ที่ว่าวิศวกรรมระดับโมเลกุลนั้นจะเป็นไปได้จริงหรือไม่ ไม่สามารถหาคำตอบได้ไม่ว่าจะเป็นโดยทางทฤษฎี การคำนวณจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ การประชุมสัมมนา การโต้เถียงกัน หรือ แม้แต่การวิเคราะห์ศึกษาเบื้องต้น มันก็เหมือนกับปัญหาทางวิทยาศาสตร์ทั่วๆไปที่ต้องหาคำตอบด้วยการทำการทดลอง แต่เราอาจจะต้องรออีกหลายปีกว่าที่จะมีผู้อุปถัมภ์ใจดีออกมายอมให้ทุนสนับสนุนการทดสอบต่างๆที่จำเป็น เมื่อยังไปไม่ถึงจุดนั้น เครื่องจักรของ Drexler จะยังเป็นเพียงเครื่องจักรในอุดมคติ ที่อาจจะมีโอกาสเป็นไปได้เท่านั้น

 

สำหรับ Drexler ในขณะนี้ เขาไม่มีที่อื่นที่จะไปนอกจากจะกลับที่จุดตั้งต้น และพยายามโน้มน้าวคนที่ยังสงสัยในตัวเขาให้เปลี่ยนใจ เขายังตามล่าฝันของเขาอยู่อย่างไม่ท้อถอย โดยเขียนบทความทางวิชาการ วาดออกแบบเครื่องจักรสร้างโมเลกุล และอาจจะต้องระบายอารมณ์ด้วยการไปเดินเล่นตามป่าเขาเงียบๆคนเดียว

 

ดร. สิรพัฒน์ ประโทนเทพ เรียบเรียงจาก The Incredible Shrinking Man, Wired Magazine, Oct 2004 เขียนโดย Ed Regis

หลังจากสำเร็จการศึกษาปริญญาเอก จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม ประเทศอังกฤษ และกลับมารับตำแหน่งเป็นนักวิจัยหนุ่มไฟแรงแห่ง ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ ดร. สิรพัฒน์ ประโทนเทพ ยังคงยินดีที่จะช่วย วิชาการ.คอม เขียนบทความดีๆ ให้คนไทยได้อ่านกันฟรีๆ ซึ่งเรื่องนี้เป็นเรื่องที่สอง ที่ exclusive เฉพาะเจาะจงส่งให้แก่ วิชาการ.คอม เท่านั้น จากเรื่องแรกที่ได้รับความสนใจอย่างสูง "นาโนเทคโนโลยี คืออะไรกันแน่"
นาโนเทค คืออะไร ลองคลิ๊กไปอ่านกันได้ที่นี่จ้า (เขียนโดย ดร.สิรพัฒน์ คนเดียวกับที่เขียนตอนนี้หล่ะจ้า)


 

บัคกี้บอล…ยามหัศจรรย์แห่งยุคนาโน
 
ผู้เขียน : ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา (คลิ๊กที่ชื่อเพื่อดูผลงานอื่นของผู้เขียน)
เนื้อหาย่อ : สรรพคุณทางเภสัชกรรมอันน่าทึ่งของบัคกี้บอล ก็คือ..โมเลกุลมหัศจรรย์ชนิดนี้สามารถเป็นได้ทั้ง ยารักษาโรคเอดส์ ยารักษาโรคมะเร็ง ยาปฏิชีวนะ ยายับยั้งการตายของเซลล์ สารต่อต้านอนุมูลอิสระ ...
หน้าที่ 1 - บัคกี้บอล
 
บัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน (Buckminsterfullerene) หรือที่เรียกสั้นๆ ว่า บัคกี้บอล (Bucky ball) เป็นสารที่มีโครงสร้างโมเลกุลประกอบด้วยคาร์บอน 60 อะตอม (C60) เชื่อมต่อกันเป็นรูปทรงกลมคล้ายกับลูกฟุตบอล จัดเป็นสารในกลุ่มฟูลเลอรีนส์ (fullerenes, Cn) ซึ่งเป็นอัญรูป (allotrope) แบบที่สามของคาร์บอนต่อจากเพชรและกราไฟต์ บัคกี้บอลมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุลประมาณ 1 นาโนเมตร ประกอบด้วยวงหกเหลี่ยมของคาร์บอน (hexagons) จำนวน 20 วง และวงห้าเหลี่ยม (pentagons) จำนวน 12 วง โดยที่บัคกี้บอลถือว่าเป็นโมเลกุลสารอินทรีย์ที่มีรูปทรงสมมาตรที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยค้นพบจนถึงปัจจุบัน

 


“สรรพคุณทางเภสัชกรรมอันน่าทึ่งของบัคกี้บอล ก็คือ..โมเลกุลมหัศจรรย์ชนิดนี้สามารถเป็นได้ทั้ง ยารักษาโรคเอดส์ ยารักษาโรคมะเร็ง ยาปฏิชีวนะ ยายับยั้งการตายของเซลล์ สารต่อต้านอนุมูลอิสระ ตัวนำส่งยาและสารพันธุกรรมแบบนำวิถี ฯลฯ ดังนั้นถ้าจะกล่าวว่าบัคกี้บอลเป็นยาครอบจักรวาลในยุคนาโนเทคโนโลยีก็คงจะไม่ผิดแต่ประการใด”

ในขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกำลังพากันค้นหาแนวทางในการนำเอาบัคกี้บอลมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ กันอย่างมากมาย ทั้งนี้เป็นเพราะว่าบัคกี้บอลมีคุณสมบัติเชิงฟิสิกส์และเคมีที่แปลกประหลาดหลายประการ ซึ่งสามารถนำมาประยุกต์ใช้เป็นยารักษาโรคได้หลายชนิด และใช้เป็นพาหนะนำส่งยาแบบนำวิถี (drug delivery) นอกจากนี้ยังสามารถนำบัคกี้บอลไปใช้ประโยชน์ในด้านนาโนอิเล็กทรอนิกส์ (nanoelectronic) ทั้งนี้เนื่องจากบัคกี้บอลมีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) แต่ถ้ามีการเจือกลุ่มโมเลกุลบัคกี้บอลด้วยอะตอมของโลหะอัลคาไลน์ จะทำให้กลุ่มโมเลกุลบัคกี้บอลมีคุณสมบัติเป็นตัวนำยิ่งยวด (superconductor) นอกจากนี้ยังมีการใช้บัคกี้บอลเป็นส่วนประกอบหลักในการพัฒนาเซลล์สุริยะแบบไดแอด (Dyads) รวมทั้งการใช้บัคกี้บอลเป็นตัวบรรจุอะตอมโลหะและโมเลกุลของก๊าซชนิดต่างๆ เช่น ไฮโดรเจน เป็นต้น

หน้าที่ 2 - การค้นพบบัคกี้บอล
เรื่องราวของการค้นพบบัคกี้บอลนั้นน่าอัศจรรย์ใจมาก โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

ย้อนกลับไปเมื่อ ค.ศ. 1985 ศ.ดร. ฮาร์โรลด์ โครโต้ (Harold Kroto) นักฟิสิกส์ด้านอวกาศแห่งมหาวิทยาลัยซัสเซ็ก (University of Sussex) สหราชอาณาจักร กำลังวางแผนงานวิจัยเพื่อทำการศึกษาโครงสร้างของกลุ่มสารประกอบคาร์บอนที่น่าจะพบในบริเวณบรรยากาศรอบๆ ดาวยักษ์แดง (Giant red star) ดวงหนึ่งที่อยู่ห่างจากโลกไปเป็นระยะทางประมาณ 1 พันล้านปีแสง..! แต่เนื่องจากที่ห้องทดลองของโครโต้ นั้นไม่มีอุปกรณ์ที่มีศักยภาพเพียงพอที่จะทำงานวิจัยนี้ได้เพียงลำพัง เขาจึงตัดสินใจเดินทางไปทำงานวิจัยร่วมกับ ศ.ดร. ริชาร์ด สมอลลีย์ (Richard Smalley) และ ศ.ดร. โรเบิร์ต เคิร์ล (Robert Curl) ณ มหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice university) สหรัฐอเมริกา ระหว่างการทดลองโดยการจำลองสภาพบรรยากาศของดาวยักษ์แดงขึ้นมาโดยการใช้แสงเลเซอร์ความร้อนสูงยิงไปยังกราไฟต์ เพื่อให้สารประกอบคาร์บอนรูปแบบต่างๆ กลายเป็นไอระเหยขึ้นมาในบรรยากาศที่เป็นก๊าซฮีเลียม หลังจากปล่อยให้ไอระเหยของโมเลกุลคาร์บอนรูปแบบต่างๆ เย็นลงและจับตัวกันเป็นโครงสร้างโมเลกุลรูปแบบต่างๆ

 


นักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านต่างก็ประหลาดใจมากที่พบว่าโครงสร้างโมเลกุลคาร์บอนที่พบเกือบทั้งหมดมีรูปร่างเป็นทรงกลมเหมือนลูกฟุตบอลที่ประกอบด้วยคาร์บอน 60 อะตอม นักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านได้ตั้งชื่อรูปทรงกลมนี้ว่า “บัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน” เพื่อให้เกียรติแด่ มร. บักมินสเตอร์ ฟูลเลอร์ (Buckminster Fuller) สถาปนิกและวิศวกรชื่อดังแห่งยุค ค.ศ. 1960 ซึ่งเป็นผู้ออกแบบอาคารและสิ่งก่อสร้างรูปโดมทรงกลมที่มีลักษณะคล้ายกับลูกฟุตบอลขนาดใหญ่อันเลื่องชื่อหลายแห่ง

 


ตัวอย่างอาคารรูปโดมที่ออกแบบโดย มร. บัคมินสเตอร์ ฟูลเลอร์


ภาพหน้าปกนิตยสารไทม์เป็นรูปการ์ตูนล้อเลียนใบหน้าของ มร. บัคมินสเตอร์ ฟูลเลอร์


และเมื่อทำการศึกษาเพิ่มเติม พบว่าบัคกี้บอลมีความเสถียรสูงมากและมีคุณสมบัติที่แปลกประหลาดทั้งทางกายภาพและทางเคมีหลายประการ นอกจากนี้ยังสามารถพบบัคกี้บอลได้ในธรรมชาติอีกด้วย เช่น ในเขม่าของเทียนไขและไส้ตะเกียงน้ำมันก๊าซ ผลจากการค้นพบครั้งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี ค.ศ. 1996

 


ส่วนประกอบและขั้นตอนการทำงานของอุปกรณ์ที่ริชาร์ด สมอลลีย์ ใช้ในการสังเคราะห์และตรวจสอบบัคกี้บอล


แมสสเปกตรัมของบัคกี้บอลที่ริชาร์ด สมอลลีย์ และทีมงาน ค้นพบโดยบังเอิญจากการระเหยกราไฟต์ด้วยแสงเลเซอร์พลังงานต่ำ ซึ่งทำให้ทีมนักวิจัยทราบว่าโมเลกุลบัคกี้บอลประกอบด้วยคาร์บอน 60 อะตอมเชื่อมต่อกัน

หน้าที่ 3 - สรรพคุณทางเภสัชกรรมของบัคกี้บอล

หลังจากการค้นพบบัคกี้บอล นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกจำนวนมากต่างก็พากันศึกษาคุณสมบัติในด้านต่างๆ ของบัคกี้บอลกันอย่างมโหฬาร หนึ่งในนั้นก็คือการศึกษาสรรพคุณทางยาของบัคกี้บอล ซึ่งมีบริษัทประกอบธุรกิจเทคโนโลยีชีวภาพชื่อ ซี ซิกตี้ (C sixty Inc.) ของสหรัฐฯ เป็นแกนนำในการศึกษาทางด้านนี้ ผลจากการศึกษาที่ได้จนถึงปัจจุบันนี้ พอจะสรุปสรรพคุณทางยาของบัคกี้บอลได้ดังนี้

1. สรรพคุณในการเป็นยาต่อต้านไวรัส (Antivirals)

ในปี ค.ศ. 1993 นักวิทยาศาสตร์พบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอลชนิดหนึ่ง (MSAD-C60) มีฤทธิ์ในการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ โปรตีเอส (protease) ของไวรัสเอชไอวี (HIV) หรือ ไวรัสเอดส์ได้ และจากการตรวจสอบโดยละเอียดพบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอลชนิดนี้จะมีครึ่งชีวิต (half-life) อยู่ในกระแสเลือด 6.8 ชั่วโมง โดยที่เมื่อเข้าไปในกระแสเลือดแล้วอนุพันธ์ชนิดนี้จะกระจายตัวเข้าไปจับกับโปรตีนในไซโตพลาสซึม และจากการนำเอาเทคนิคสร้างแบบจำลองโดยใช้คอมพิวเตอร์มาช่วยในการออกแบบยารักษาโรคเอดส์ ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเคราะห์อนุพันธ์ของบัคกี้บอลขึ้นมาใหม่อีกสองชนิดที่มีความเฉพาะเจาะจงในการจับกับบริเวณเร่งปฏิกิริยา (active site) ของเอนไซม์โปรตีเอสของไวรัสเอดส์ได้มากขึ้นเกือบ 50 เท่าตัว


ภาพจำลองแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลของบัคกี้บอลสามารถกีดขวางบริเวณเร่งปฏิกิริยา (active site) ของเอชไอวี-วัน โปรตีเอส (HIV-1 protease) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะส่งผลให้ไวรัสเอชไอวีไม่สามารถเพิ่มจำนวนได้

ในช่วงปลายปี ค.ศ. 1998 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอลบางชนิดสามารถทำลายเชื้อไวรัสได้โดยอาศัยปฏิกิริยาแบบใช้แสง(photodynamic reaction) ในการปลดปล่อยซิงเกล็ตออกซิเจน (singlet oxygen, 1O2) ออกมาเพื่อใช้ในการทำลายเปลือกหุ้ม (enveloped) ของไวรัส จากการทดลองเติมอนุพันธ์ของบัคกี้บอลลงในสารละลายบัฟเฟอร์ที่มีไวรัสเอสเอฟวี (Semliki Forest virus, SFV) หรือไวรัสวีเอสวี (vesicular stomatitis virus, VSV) แขวนลอยอยู่ และให้แสงในช่วงวิซิเบิล (visible light) เป็นวลา 5 ชั่วโมง พบว่าไวรัสเอสเอฟวีจะหมดสมรรถภาพในการก่อโรคโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียนยังพบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอลอีกชนิดหนึ่งคือ ฟูลเลอโรไพโรลิโดน (fulleropyrrolidone) มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อไวรัสโดยใช้ปฏิกิริยาที่เร่งด้วยแสงเช่นเดียวกัน

สารต่อต้านไวรัสเอชไอวีที่เป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอล ชื่อ ซีเอสดีเอฟวัน (CSDF1) ของบริษัทซีซิกตี้ได้ถูกออกแบบให้สามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์โปรตีเอสของไวรัสเอดส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้สารชนิดนี้ยังถูกสังเคราะห์ให้ละลายน้ำได้ดีมาก (200 กรัมต่อลิตร) และสามารถถูกขับออกจากร่างกายได้อย่างรวดเร็วโดยการปัสสาวะ ทำให้สารซีเอสดีเอฟวันมีความเป็นพิษกับเซลล์ร่างกายค่อนข้างต่ำกว่ายารักษาโรคเอดส์ที่ใช้กันในปัจจุบัน ซึ่งจากการทดสอบความเป็นพิษของสารชนิดนี้ในหนูทดลองพบว่ามีความเป็นพิษต่ำ (LD50 เท่ากับ 800 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม)

2. สรรพคุณในการเป็นสารต่อต้านเชื้อแบคทีเรีย (Antibacterials)

คาร์บอกซีฟูลเลอรีน (carboxyfullerene) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอลที่ละลายน้ำได้ดี สามารถนำมาใช้รักษาหนูทดลองที่ป่วยเป็นโรคเยื่อหุ้มสมองอักเสบ (meningitis) ที่มีสาเหตุมาจากการติดเชื้อแบคทีเรีย E. coli ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และจากการตรวจสอบโดยละเอียดพบว่าหนูที่ได้รับการรักษาโดยใช้สารคาร์บอกซีฟูลเลอรีนจะมีปริมาณของทีเอ็นเอฟ อัลฟา (tumor necrosis factor alpha, TNF-alpha) และปริมาณของอินเตอร์ลิวคิน-วัน เบต้า (interleukin-1beta, IL-1β) น้อยกว่าหนูที่ไม่ได้รับการรักษา นอกจากนี้สารคาร์บอกซีฟูลเลอรีนยังมีฤทธิ์ยับยั้งการเพิ่มอัตราการซึมผ่านของสารต่างๆ บริเวณทำนบกั้นระหว่างกระแสโลหิตและเซลล์สมอง (blood-brain barrier) ซึ่งมีสาเหตุมาจากความเป็นพิษของเชื้อ E. coli ได้

นอกจากนี้อนุพันธ์ของบัคกี้บอลอีกชนิดหนึ่งคือ ฟูลเลอรีนที่มีประจุบวกและละลายน้ำได้ มีฤทธิ์ในการยับยั้งการเจริญของเชื้อ Mycobacterium tuberculosis ซึ่งเป็นสาเหตุของวัณโรคได้ ส่วนคาร์บอกซีฟูลเลอรีนมีฤทธิ์ในการยับยั้งการเจริญของเชื้อ Streptococcus pyogenes จากการทดสอบในระดับหลอดทดลอง และเมื่อทดสอบการออกฤทธิ์ในหนูทดลองพบว่าคาร์บอกซีฟูลเลอรีนสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิด นิวโทรฟิลส์ (neutrophils) ในการกำจัดเชื้อแบคทีเรียชนิดเดียวกันนี้ได้ และจากงานวิจัยเพิ่มเติมทำให้ทราบว่าการที่อนุพันธ์ของบัคกี้บอลสามารถยับยั้งแบคทีเรียแกรมบวก (Gram-positive bacteria) ได้นั้นเนื่องมาจากอนุพันธ์เหล่านี้สามารถแทรกตัวลงไปที่บริเวณผนังเซลล์ของแบคทีเรียซึ่งจะส่งผลให้ผนังเซลล์ของแบคทีเรียเสียสภาพและทำให้แบคทีเรียตายในที่สุด


โครงสร้างโมเลกุลของฟูลเลอโรไพร์โรลิดีนส์ (Fulleropyrrolidines) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอลที่มีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเชื้อ Mycobacterium tuberculosis ที่เป็นสาเหตุของโรควัณโรคได้

3. สรรพคุณในการต่อต้านมะเร็งและเนื้องอก (Tumor/Anti-Cancer therapy)

คุณสมบัติพิเศษอีกประการหนึ่งของบัคกี้บอลคือสารชนิดนี้สามารถถูกเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง ซึ่งสามารถนำมาประยุกต์ให้ในการรักษาโรคมะเร็งและเนื้องอกแบบใช้แสง (photodynamic tumor therapy) ได้ อนุพันธ์ของบัคกี้บอลที่มีโมเลกุลเชื่อมติดกับพอลิเอทธิลีนไกลคอล (C60-polyethylene glycol) เมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสงจะมีฤทธิ์ในการทำลายเซลล์มะเร็งได้โดยไม่มีผลข้างเคียงกับเซลล์ร่างกายที่ปกติ จากผลการทดลองพบว่าอนุพันธ์ชนิดนี้เข้มข้น 0.424 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม โดยให้พลังงานแสงเท่ากับ 1011 จูลต่อตารางเมตร จะสามารถกำจัดเซลล์มะเร็งให้ได้อย่างสมบูรณ์ จากการทดสอบในหลอดทดลองพบว่าฟูลเลอรีน-พอลิเอทธิลีนไกลคอล สามารถยับยั้งการเจริญของเซลล์เพาะเลี้ยงชนิดฮีลาเอสสาม (HeLa S3 cell lines) ซึ่งจัดว่าเป็นเซลล์มะเร็งชนิดหนึ่งได้ นอกจากนี้ยังมีรายงานว่าอนุพันธ์แบบฟูลเลอรีน-พอลิเอทธิลีนไกลคอลยังสามารถกำจัดเซลล์มะเร็งชนิดไฟโบรซาร์โคมา (fibrosarcoma tumors) ในหนูทดลองและที่เยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดงได้

พอลิไฮดรอกซีฟูลเลอลีน (C60(OH)24) เป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอลที่ละลายน้ำได้ดี และมีฤทธิ์ในการยับยั้งการเจริญของเซลล์มะเร็งโดย
1.) ยับยั้งการประกอบตัวของไมโครทิวบูล (microtubule) ของเซลล์มะเร็ง
2.) ยับยั้งการสร้างไมโตติกสปินเดิล (mitotic spindle) ของเซลล์มะเร็ง ซึ่งคล้ายกับการออกฤทธิ์ของยาแทกซอล (taxol) ที่ใช้รักษาโรคมะเร็งในปัจจุบันนี้

นอกจากนี้ยังมีการออกแบบวิธีการนำส่งยาต่อต้านมะเร็งที่เป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอลไปยังเซลล์มะเร็งแบบนำวิถี (anticancer delivery system) โดยการบรรจุอนุพันธ์ของบัคกี้บอลเอาไว้ภายในแคปซูลแบบไลโปโซม (liposome) โดยที่ทางบริษัทซี ซิกตี้ ซึ่งเป็นผู้ผลิตได้ตั้งชื่อทางการค้าว่า “บัคกี้โซมส์ (buckysomes)”

4. สรรพคุณในการเป็นสารต่อต้านการตายของเซลล์ (Anti-apoptosis agents)

บัคกี้บอลมีคุณสมบัติในการสะเทินความเป็นพิษของอนุมูลอิสระและสามารถยับยั้งขั้นตอนการตายโดยอัตโนมัติ (apoptosis) ของเซลล์ได้เป็นอย่างดี จากการศึกษาโดยละเอียดพบว่า คาร์บอกซีฟูลเลอรีน ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอล สามารถยับยั้งการตายของเซลล์ได้โดยการขัดขวางการส่งสัญญาณของ ทรานสฟอร์มมิ่ง โกรว์ท แฟคเตอร์-เบต้า (Transforming growth factor-beta, TGF-ß) ซึ่งเป็นตัวการในการชักนำให้เซลล์เข้าสู่ระยะการตายแบบอัตโนมัติ นอกจากนี้คาร์บอกซีฟูลเลอรีนยังสามารถป้องกันเซลล์ผิวหนังไม่ให้ถูกทำลายด้วยรังสียูวีบี(UVB) และจากสภาวะออกซิเดชันต่างๆ ได้เป็นอย่างดี


โครงสร้างโมเลกุลของอนุพันธ์คาร์บอกซีฟูลเลอรีน (hexacarboxylic acid-C60) ซึ่งมีฤทธิ์ในยับยั้งการตายของเซลล์ Hep3B ได้โดยการขัดขวางการส่งสัญญาณของสาร TGF-ß ได้

แต่สิ่งที่น่าสนใจมากกว่า คือ การที่ค้นพบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอล คือ ฟูลเลอรีนอล (fullerenol) และคาร์บอกซีฟูลเลอรีนสามารถยับยั้งการตายของเซลล์ประสาทที่สัมผัสกับสารพิษหลายชนิดที่นำมาทดสอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้นักวิทยาศาสตร์มีความหวังในการที่จะนำเอาอนุพันธ์ของบัคกี้บอลเหล่านี้ไปรักษาผู้ที่ป่วยด้วยโรคร้ายแรงที่เกี่ยวข้องกับระบบประสาทเช่น โรคอัลไซเมอร์ (Alzheimer’s disease) และโรค ALS หรือที่เรียกว่าโรค Lou Gehrig ต่อไปในอนาคต โดยที่บริษัทซีซิกตี้กำลังทดสอบการออกฤทธิ์ของอนุพันธ์ของบัคกี้บอลในการรักษาโรค ALS และโรคพาร์คินสัน (Parkinson’s disease) ในมนุษย์อยู่ในขณะนี้

5. สรรพคุณในการเป็นสารต่อต้านอนุมูลอิสระ (Antioxidants)

อนุพันธ์ของบัคกี้บอลหลายชนิดมีคุณสมบัติในการเป็นสารต่อต้านอนุมูลอิสระ ยกตัวอย่างเช่น ฟูลเลอรีนอลส์ (fullerenols) คาร์บอกซีฟูลเลอรีน พอลิอัลคิลซัลโฟเนตฟูลเลอรีน (polyalkylsulfonated C60 ) เฮกซา(ซัลโฟบิวทิล)ฟูลเลอรีน (hexa(sulphobutyl)fullerene) และกรดฟูลเลอรีน-ไดมาโลนิก (C60-dimalonic acid) โดยที่อนุพันธ์ของบัคกี้บอลเหล่านี้สามารถป้องกันความเป็นพิษของอนุมูลอิสระต่างๆ เช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และคูมีนไฮโดรเปอร์ออกไซด์ (cumene hydroperoxide) ซึ่งสามารถทำความเสียหายให้กับเซลล์ปกติได้ และจากการทดสอบประสิทธิภาพในการเป็นสารต่อต้านอนุมูลอิสระพบว่า อนุพันธ์ของบัคกี้บอลมีความสามารถในการต่อต้านอนุมูลอิสระสูงกว่า ไวตามินอี (vitamin E) หลายร้อยเท่าตัวเลยทีเดียว นอกจากนี้อนุพันธ์ชนิด โมโนมาโลเนตฟูลเลอรีน (C60 monomalonate) สามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ ไนตริกออกไซด์ซินเทส (nitric oxide synthase, nNOS) ของเซลล์ประสาทได้อย่างเฉพาะเจาะจง


อนุพันธ์ของบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนมีคุณสมบัติในการเป็นสารต่อต้านอนุมูลอิสระ สามารถสะเทินความเป็นพิษของอนุมูลอิสระกลุ่ม reactive oxygen species (ROS) ทำให้เซลล์สิ่งมีชีวิตไม่ได้รับความเสียหายจากการถูกทำลายโดยอนุมูลอิสระ


อย่างไรก็ตาม ทุกสิ่งทุกอย่างย่อมมีทั้งข้อดีและข้อเสียอยู่ในตัวเองทั้งสิ้น บัคกี้บอลก็หลีกหนีความจริงข้อนี้ไปไม่พ้นเช่นเดียวกัน เพราะเมื่อต้นปี ค.ศ. 2004 ดร. อีวา โอเบอร์ดอสเตอร์ (Eva OberdÖrster) ได้รายงานผลการตรวจสอบความเป็นพิษของบัคกี้บอลไว้ในการประชุมของสมาคมเคมีอเมริกัน (American Chemical Society) ว่าบัคกี้บอลสามารถชักนำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมัน (lipid peroxidation) ซึ่งจะนำไปสู่การทำลายเยื่อหุ้มเซลล์สมองของปลาที่ใช้ในการทดลอง นอกจากนี้เขายังพบว่า บัคกี้บอลมีความเป็นพิษต่อสัตว์น้ำขนาดเล็กๆ เช่น ไรน้ำ อีกด้วย ดร. โอเบอร์ดอสเตอร์ ได้กล่าวทิ้งท้ายไว้ด้วยว่าการที่ บัคกี้บอล เข้าไปสะสมในสัตว์น้ำเล็กๆ เหล่านี้ได้ อาจจะทำให้บัคกี้บอลมีโอกาสเข้าไปสะสมอยู่ในห่วงโซ่อาหารของสิ่งมีชีวิตในน้ำ และมีโอกาสเข้ามาสู่มนุษย์ในท้ายที่สุดได้

ดังนั้น ทางออกที่ดีที่สุดในการนำบัคกี้บอลมาใช้ประโยชน์ในทางการแพทย์และทางเภสัชกรรม คือ ต้องทำความเข้าใจคุณสมบัติต่างๆ ของบัคกี้บอลให้ถ่องแท้เสียก่อน รวมทั้งต้องตรวจสอบความเป็นพิษของบัคกี้บอลอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจเสียก่อนว่าอนุพันธ์ต่างๆ ของบัคกี้บอลมีความปลอดภัยต่อสิ่งมีชีวิต ก่อนที่จะปล่อยให้มีการใช้อย่างแพร่หลาย


เขียนโดย ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา ปัจจุบัน เป็นนักวิชาการประจำศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ
(บทความนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารเทคโนโลยีชีวภาพปริทรรศน์ ฉบับที่ 21 เดือน กันยายน 2547 และบางส่วนของบทความได้ถูกตีพิมพ์ในวารสารนาโนเทค อินโฟ ฉบับที่ 2 เดือน กุมภาพันธ์ 2548)

แหล่งอ้างอิงและรูปภาพประกอบจาก

- J. Am. Chem. Soc. 115(1993):6510-6512.
- Bioorg. Med. Chem. Lett. 6(1996):1253-1256.
- http://aac.asm.org/cgi/reprint/40/10/2262
- J. Med. Chem. 41(18 June 1998):2424-2429.
- http://aac.asm.org/cgi/content/full/43/9/2273
- http://aac.asm.org/cgi/content/full/45/6/1788
- J. Antimicrob. Chemother. 49 (April 2002):641-649.
- Fullerene Sci. Technol. 9 (2001):307-320.
- Langmuir 14(1998):1955-1959.

  หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ 

ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์) 

 ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)

ฟิสิกส์ 2  กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์ เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์  2 (บรรยาย) แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c  
ฟิสิกส์พิศวง สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์ วีดีโอการเรียนการสอน
หน้าแรกในอดีต  

   การทดลองเสมือน 

บทความพิเศษ  ตารางธาตุ(ไทย1)   2  (Eng)
พจนานุกรมฟิสิกส์ 

 ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์

ธรรมชาติมหัศจรรย์ 

 สูตรพื้นฐานฟิสิกส์

การทดลองมหัศจรรย์  ดาราศาสตร์ราชมงคล

  แบบฝึกหัดกลาง 

แบบฝึกหัดโลหะวิทยา  

 แบบทดสอบ

ความรู้รอบตัวทั่วไป 

 อะไรเอ่ย ?

ทดสอบ(เกมเศรษฐี) 

คดีปริศนา

ข้อสอบเอนทรานซ์ เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
คำศัพท์ประจำสัปดาห์  

  ความรู้รอบตัว

การประดิษฐ์แของโลก ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง  การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ  

กลับเข้าหน้าแรก

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

ภาพประจำสัปดาห์