เลียนแบบหอยแมลงภู่ สร้าง “กาวชีวภาพ” ยึดติดใต้น้ำ สู่ทางเลือกวัสดุแห่งอนาคต

เมื่อพูดถึง “กาว” สิ่งแรกที่หลายคนนึกถึงคือวัสดุที่ใช้เชื่อมสิ่งของสองชิ้นเข้าด้วยกัน แต่กาวทั่วไปมีข้อจำกัดสำคัญอย่างหนึ่ง คือประสิทธิภาพในการยึดเกาะมักลดลงเมื่ออยู่บนพื้นผิวที่เปียกหรือจมอยู่ใต้น้ำ

นักวิจัยจึงหันไปมองสิ่งมีชีวิตที่สามารถทำสิ่งนี้ได้ตามธรรมชาติอย่าง “หอยแมลงภู่” และนำกลไกการยึดเกาะของมันมาพัฒนาเป็น กาวชีวภาพใต้น้ำ ซึ่งนอกจากจะเป็นนวัตกรรมด้านวัสดุแล้ว ยังสะท้อนแนวคิดการนำธรรมชาติมาเป็นต้นแบบเพื่อสร้างเทคโนโลยีที่ตอบโจทย์อนาคต

 

จากความสามารถของหอยแมลงภู่ สู่กาวที่ทำงานได้แม้อยู่ใต้น้ำ

หอยแมลงภู่สามารถเกาะติดกับโขดหิน พืชน้ำ รวมถึงพื้นผิวของวัสดุหลากหลายชนิด แม้ต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่เปียกและมีน้ำอยู่ตลอดเวลา ความสามารถดังกล่าวเกิดจากโปรตีนยึดเกาะที่เรียกว่า Mussel Foot Proteins (Mfps) ซึ่งเป็นส่วนสำคัญที่ช่วยให้หอยสามารถยึดติดกับพื้นผิวได้อย่างเหนียวแน่น

นักวิจัยจาก McKelvey School of Engineering แห่ง Washington University in St. Louis จึงนำโปรตีนดังกล่าวมาเป็นต้นแบบในการพัฒนากาวสังเคราะห์ โดยใช้จุลินทรีย์ที่ผ่านการดัดแปลงทางพันธุกรรมให้ผลิตโปรตีนเลียนแบบโปรตีนยึดเกาะของหอยแมลงภู่

งานวิจัยที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้พบว่า โปรตีน Mfp5 ที่ผลิตด้วยวิธีทางชีววิทยาสังเคราะห์สามารถแสดงคุณสมบัติการยึดเกาะใต้น้ำได้ดี และเมื่อปรับโครงสร้างของโปรตีนให้มีสายที่ยาวขึ้น ก็สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการยึดเกาะได้อีกด้วย

แนวคิดนี้เรียกว่า Biomimicry หรือการเลียนแบบธรรมชาติ โดยนักวิทยาศาสตร์ไม่ได้พยายามสร้างสิ่งใหม่จากศูนย์ แต่ศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตสามารถแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติได้อย่างไร แล้วนำหลักการเหล่านั้นมาประยุกต์ใช้กับเทคโนโลยี

 

Synthetic Biology เปลี่ยนจุลินทรีย์ให้เป็น “โรงงานผลิตวัสดุ”

อีกหนึ่งประเด็นที่น่าสนใจคือกระบวนการผลิตกาวไม่ได้พึ่งพาการสกัดโปรตีนจากหอยแมลงภู่โดยตรง แต่นักวิจัยใช้แนวทาง Synthetic Biology หรือชีววิทยาสังเคราะห์ เพื่อให้จุลินทรีย์ทำหน้าที่ผลิตโปรตีนที่ต้องการ

ทีมวิจัยระบุว่า การใช้ชีววิทยาสังเคราะห์ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถปรับเปลี่ยนรหัสพันธุกรรมและออกแบบคุณสมบัติของโปรตีนได้อย่างเป็นระบบ เช่น การปรับความยาวของสายโปรตีนเพื่อศึกษาว่าปัจจัยใดส่งผลต่อประสิทธิภาพการยึดเกาะ

นี่จึงเป็นอีกตัวอย่างของการเปลี่ยน “สิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก” ให้กลายเป็นเครื่องมือสำหรับสร้างวัสดุสมรรถนะสูง ซึ่งเป็นแนวทางที่กำลังได้รับความสนใจในอุตสาหกรรมชีวภาพและวัสดุแห่งอนาคต

 

ไม่ได้หยุดแค่กาวสำหรับใช้งานใต้น้ำ

ศักยภาพของกาวที่เลียนแบบหอยแมลงภู่ไม่ได้จำกัดอยู่แค่การซ่อมแซมสิ่งของใต้น้ำเท่านั้น งานวิจัยต้นทางมองถึงการนำไปใช้กับงานซ่อมแซมโครงสร้าง รวมถึงการประยุกต์ด้านการแพทย์ เช่น กาวสำหรับปิดบาดแผล ซึ่งอาจช่วยลดการพึ่งพาการเย็บแผลในอนาคต หากสามารถพัฒนาคุณสมบัติด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพได้เพียงพอ

ขณะเดียวกัน งานวิจัยในช่วงหลังยังคงต่อยอดแนวคิดกาวเลียนแบบหอยแมลงภู่อย่างต่อเนื่อง โดยในปี 2025 มีการพัฒนากาวใต้น้ำจากวัสดุชีวภาพที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และออกแบบให้มีความแข็งแรง รวมถึงทนต่อน้ำและเชื้อราได้ดีขึ้น

อีกงานหนึ่งในปี 2025 พัฒนากาวชีวภาพโดยใช้กรดคาเฟอิกจากชีวมวลและเลียนแบบกลไกการยึดเกาะของหอยแมลงภู่ พร้อมออกแบบโครงสร้างให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยนักวิจัยรายงานว่าสามารถยึดติดกับวัสดุหลายประเภท รวมถึงในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำทะเลได้

 

จาก “ความเหนียวของหอย” สู่แนวคิดวัสดุยั่งยืน

แม้กาวเลียนแบบหอยแมลงภู่ในระยะแรกจะเป็นงานวิจัยด้านวัสดุและชีววิทยา แต่แนวคิดดังกล่าวสามารถเชื่อมโยงกับ ESG ได้ โดยเฉพาะมิติ Environment (E) ผ่านการพัฒนาวัสดุชีวภาพและวัสดุที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้

หัวใจสำคัญจึงไม่ได้อยู่ที่การสร้าง “กาวที่เหนียวกว่าเดิม” เพียงอย่างเดียว แต่คือการตั้งคำถามว่า เราสามารถออกแบบวัสดุให้มีประสิทธิภาพสูง ขณะเดียวกันลดการใช้ทรัพยากรและเพิ่มโอกาสในการนำวัสดุกลับมาใช้ใหม่ได้หรือไม่

งานวิจัยรุ่นใหม่กำลังสะท้อนทิศทางดังกล่าวมากขึ้น เช่น การพัฒนากาวใต้น้ำที่ใช้วัตถุดิบชีวภาพและมีคุณสมบัติรีไซเคิลได้ ซึ่งนักวิจัยมองว่าเป็นแนวทางที่สามารถช่วยลดการใช้ทรัพยากรและสนับสนุนการพัฒนาวัสดุที่ยั่งยืนมากขึ้น

 

ธรรมชาติอาจเป็น “ห้องทดลอง” สำหรับวัสดุแห่งอนาคต

กาวชีวภาพใต้น้ำจากแนวคิดของหอยแมลงภู่เป็นตัวอย่างที่แสดงให้เห็นว่า นวัตกรรมเพื่อความยั่งยืนอาจไม่ได้เริ่มต้นจากเทคโนโลยีที่ซับซ้อนเสมอไป แต่อาจเริ่มจากการกลับไปศึกษากลไกที่ธรรมชาติพัฒนามาเป็นเวลานาน

ตั้งแต่โปรตีนของหอยแมลงภู่ ไปจนถึงโครงสร้างของใยแมงมุมและสารจากพืช นักวิทยาศาสตร์กำลังนำ “คำตอบจากธรรมชาติ” มาสร้างวัสดุรูปแบบใหม่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว

ในอนาคต แนวทาง Biomimicry และ Synthetic Biology จึงอาจกลายเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบวัสดุที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ใช้ทรัพยากรอย่างคุ้มค่า และตอบโจทย์เศรษฐกิจหมุนเวียนได้มากขึ้น

จากสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ที่เกาะอยู่บนโขดหิน จึงอาจกลายเป็นแรงบันดาลใจสำคัญในการสร้าง “วัสดุแห่งอนาคต” ที่ไม่ได้วัดความก้าวหน้าจากความแข็งแรงเพียงอย่างเดียว แต่รวมถึงคำถามสำคัญว่า วัสดุนั้นสามารถอยู่ร่วมกับโลกได้อย่างยั่งยืนแค่ไหน

 

ที่มา : phys

 

เรื่องอื่นๆที่น่าสนใจ : นักวิจัยจุฬาฯ เปลี่ยน “ไขมันสุนัข” เป็นเซลล์สร้างอินซูลิน เปิดทางรักษาเบาหวานสัตว์เลี้ยงในอนาคต – ESG Universe

กาวชีวภาพ หอยแมลงภู่