การพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติแบบความละเอียดสูงกำลังก้าวไปอีกขั้นด้วยแนวคิดที่ไม่คาดคิดมาก่อน นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย McGill ประเทศแคนาดาเผยผลการทดลองเทคนิคใหม่ที่เรียกว่า necroprinting ซึ่งนำ “ปากยุงตัวเมียที่ตายแล้ว” มาใช้เป็นหัวพิมพ์ 3D แบบความละเอียดสูง
โดยพบว่าปากยุงมีความตรง แข็งแรงพอสมควร และมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในเพียงประมาณ 20 ไมโครเมตร ซึ่ง เล็กกว่าหัวพิมพ์ที่มนุษย์สร้างดีที่สุดเกือบ 100% ทำให้สามารถพิมพ์ชิ้นงานที่ต้องการความประณีตมากเป็นพิเศษ เช่น ชิ้นส่วนงานทันตกรรม งานชีวการแพทย์ และไมโครวิศวกรรม
Necroprinting คืออะไร และทำไม “ปากยุง” ถึงดีกว่าหัวพิมพ์ที่มนุษย์สร้าง
เทคนิค necroprinting คือการนำอวัยวะของสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วมาใช้เป็นหัวพิมพ์ 3D โดยตรง ไม่ต้องผ่านกระบวนการผลิตใหม่แบบที่หัวพิมพ์อุตสาหกรรมทั่วไปใช้ แนวคิดนี้ไม่ใช่ “ชีววิศวกรรมแบบเลียนแบบธรรมชาติ” แต่เป็นการนำอวัยวะที่ธรรมชาติสร้างขึ้นมาทั้งชิ้นมาใช้งานโดยตรง
เหตุผลที่ทีม McGill เลือก “ปากยุงตัวเมีย” แทนที่จะใช้เข็มทางการแพทย์หรือหัวพิมพ์จิ๋วแบบดั้งเดิม คือเพราะโครงสร้างของปากยุงนั้นผ่านวิวัฒนาการมายาวนานนับล้านปี ทำให้มีคุณสมบัติเด่นหลายประการ เช่น
- โครงสร้างภายในเส้นผ่านศูนย์กลางแค่ ~20 ไมโครเมตร
- ผนังด้านในเรียบ ทำให้ไหลของวัสดุพิมพ์มีความเสถียรและคงที่
- ตรงเป็นพิเศษ ช่วยลดการบิดเบี้ยวของเส้นพิมพ์
- ทนแรงดันได้สูงถึง 60 กิโลพาสคาล แม้จะเป็นวัสดุชีวภาพ
- ย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ ไม่มีปัญหาขยะอิเล็กทรอนิกส์
- ราคาถูกมาก เมื่อเทียบกับหัวพิมพ์ความละเอียดสูงที่วางขายในตลาด
ตัวเลขที่น่าสนใจคือ หัวพิมพ์ระดับเดียวกันในตลาดมีราคาประมาณ 80 ดอลลาร์สหรัฐ หรือราว 2,880 บาท ต่อหัว และยังทำจากโลหะหรือพลาสติกที่ย่อยสลายได้ยาก ในขณะที่ปากยุงแทบไม่มีต้นทุนการผลิตเลย
ทำไมถึงต้องการหัวพิมพ์ขนาดเล็กขนาดนี้?
งานพิมพ์ 3D ความละเอียดสูงกำลังเป็นที่ต้องการในหลายอุตสาหกรรม เช่น
- ทันตกรรม ที่ต้องผลิตชิ้นงานระดับไมครอนให้เข้ากับสรีระผู้ป่วย
- งานชีวการแพทย์ เช่น พิมพ์โครงสร้างเนื้อเยื่อหรือวัสดุช่วยการงอกของเซลล์
- ไมโครวิศวกรรม เช่น ชิ้นส่วนเล็กระดับเส้นผม
- อวกาศและอากาศยาน ที่ต้องผลิตชิ้นส่วนที่เบา แข็งแรง และละเอียดสูงมาก
หัวพิมพ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยิ่งเล็ก ระดับรายละเอียดในการพิมพ์ก็ยิ่งสูง แต่ยิ่งทำให้ต้นทุนการผลิตสูงขึ้นตามไปด้วย การมีหัวพิมพ์จากวัสดุชีวภาพอย่างปากยุงที่มีคุณภาพดีกว่าสิ่งที่มนุษย์สร้างได้ จึงอาจลดต้นทุนและเปิดโอกาสให้งานวิจัยด้านไมโครพิมพ์พัฒนาเร็วขึ้นมาก
นักวิจัยไม่ได้หยุดแค่นี้: ทดลองอวัยวะอื่น ๆ ก่อนลงตัวที่ปากยุง
ก่อนที่จะลงเอยกับปากยุง ทีม McGill ได้สำรวจตัวเลือกอื่น ๆ เช่น
- เหล็กในของแมลงต่าง ๆ
- เขี้ยวงูบางชนิด
- ท่อลำต้นพืชที่มีโครงสร้างแข็งแรง
แต่ผลทดลองพบว่าปากยุงตัวเมียให้ความสมดุลดีที่สุด ทั้งในด้านความเรียวเล็ก ความแข็งแรง และความตรง รวมถึงไหลของวัสดุพิมพ์ที่เหมาะสมสำหรับ bio-ink ต่าง ๆ ที่มีความหนืดสูง
จุดอ่อนของปากยุง และการแก้ปัญหาด้วย “โครงสร้างพิมพ์เสริม”
ถึงแม้ปากยุงจะมีศักยภาพสูง แต่ก็มีจุดอ่อนคือ
- ความแข็งแรงเชิงโครงสร้างต่ำกว่าโลหะ
- เสียรูปได้หากรับแรงกดหรือแรงดันผิดมุม
นักวิจัยจึงใช้วิธีพิมพ์ โครงสร้างเสริม (bioscaffold) ด้วย 3D printer มาช่วยพยุงตัวปากยุงให้แข็งแรงขึ้น ก่อนนำไปใช้จริง วิธีนี้ทำให้หัวพิมพ์มีอายุใช้งานนานขึ้น และรับแรงดันได้มากขึ้นโดยไม่แตกหักง่าย
อนาคตและการค้นหา “อวัยวะธรรมชาติ” รุ่นต่อไป
ทีม McGill ระบุว่างานวิจัยนี้เป็นเพียงก้าวแรกของเทคโนโลยี และกำลังค้นหา “ผู้สมัครรายใหม่” ทั้งจากพืช สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง และโครงสร้างธรรมชาติอื่น ๆ ที่อาจเป็นหัวพิมพ์ 3D ที่ดียิ่งกว่า เช่น
- ท่อส่งน้ำเล็กในพืชบางชนิดที่มีความแข็งแรงสูง
- โครงสร้างปีกแมลงขนาดเล็กที่มีความเหนียว
- เขี้ยวสัตว์เล็กที่มีความคมและทนแรงดันได้ดี
ทีมวิจัยเชื่อว่าวิวัฒนาการทางธรรมชาติอาจสร้าง “หัวพิมพ์สมบูรณ์แบบ” ไว้แล้ว เพียงแต่มนุษย์ต้องค้นหาให้เจอ
Necroprinting อาจเปลี่ยนภูมิทัศน์การพิมพ์ 3D ระดับไมครอนไปตลอดกาล
จากการทดลอง ทีม McGill ยืนยันว่าปากยุงสามารถผลิตชิ้นงานที่มีพื้นผิวเรียบ รายละเอียดคมชัด และไหลของวัสดุพิมพ์มีความสม่ำเสมอมากกว่าหัวพิมพ์ทั่วไปในระดับราคาเดียวกัน เมื่อผสานกับข้อดีด้านต้นทุนที่ต่ำมากและเป็นวัสดุย่อยสลายได้ วิธีนี้จึงอาจช่วยให้การวิจัยด้านงานพิมพ์ชีววัสดุและไมโครชิ้นส่วนเติบโตเร็วขึ้น รวมถึงเปิดประตูสู่นวัตกรรมใหม่ ๆ ที่ต้นทุนต่ำกว่าเดิมหลายเท่า
ในอนาคตเราอาจเห็นหัวพิมพ์ที่ผลิตจากอวัยวะของสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิดถูกนำมาใช้งานจริง หากงานวิจัยสามารถยืนยันความเสถียรและความปลอดภัยได้ในระยะยาว ซึ่งก็อาจเป็นการพลิกโฉมโลกของการพิมพ์ 3D ให้ก้าวไปอีกระดับอย่างที่ไม่มีใครคาดคิดมาก่อน
ที่มา: tomshardware
