มาแล้ว...หน้ากากอนามัยตรวจจับโควิด-19 รู้ผลใน 90 นาที

หลายคนอาจรู้ดีอยู่แล้วว่าวิธีการตรวจโควิด-19 ในปัจจุบันทำได้ 2 วิธี คือ วิธี Real-time PCR หรือ RT-PCR ซึ่งทำได้โดยการ Swab หรือแยงจมูก ก่อนนำเชื้อไปตรวจที่ห้องปฏิบัติการ ซึ่งให้ผลที่แม่นยำสูงและใช้เชื้อปริมาณน้อยได้ กับอีกวิธีคือ วิธี Rapid Antigen Test ซึ่งใช้วิธีแยงจมูกเช่นกัน ก่อนหยดน้ำยาเพื่อตรวจหาเชื้อเพื่อคัดกรองเบื้องต้น ซึ่งข้อดีของวิธีนี้ก็คือใช้งานง่าย สะดวก และทราบผลภายใน 15-30 นาทีเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม แม้ทั้งสองวิธีดังกล่าวจะมีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันออกไป แต่ก็ปฏิเสธไม่ได้ว่า กว่าเราจะไปตรวจหาเชื้อโควิดกันด้วยวิธีเหล่านั้น เราอาจต้องรู้สึกว่ามีอาการป่วยคล้ายอาการของโควิดอยู่บ้าง หรือไม่อย่างนั้นก็เป็นกลุ่มเสี่ยงที่เป็นผู้ใกล้ชิดกับผู้ติดเชื้อ

แต่จะดีแค่ไหน หากเราสามารถทราบผลได้ทันทีว่าเราได้รับเชื้อจากคนอื่นหรือไม่ หรือตัวเราเองติดเชื้อแล้วหรือยัง แม้ว่าจะยังไม่มีอาการใด ๆ ก็ตาม

©Harryarts / Freepik

เหตุผลดังกล่าวนำมาสู่การพัฒนา "หน้ากากอนามัยตรวจโควิดได้" ที่คิดค้นขึ้นโดยกลุ่มวิศวกรจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts Institute of Technology - MIT) และมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด โดยทำการติดตั้งเซ็นเซอร์ตรวจเชื้อขนาดเล็กแบบใช้แล้วทิ้งไว้ที่หน้ากากอนามัย ซึ่งผู้สวมใส่จะต้องกดเปิดใช้งานเมื่อพร้อมทำการทดสอบ จากนั้นเซ็นเซอร์จะแสดงผลลัพธ์การติดเชื้อจากด้านในเพื่อความเป็นส่วนตัวของผู้ใช้ และที่น่าสนใจ คือ เซ็นเซอร์ดังกล่าวสามารถวินิจฉัยผลการติดเชื้อได้ภายใน 90 นาที

ทั้งนี้ หน้ากากอนามัยดังกล่าวใช้เทคโนโลยีการแช่เยือกแข็งเซลล์ (Freeze-dried cellular) มาสร้างเป็นไบโอเซ็นเซอร์ หรือเซ็นเซอร์ตรวจวิเคราะห์โดยอาศัยการจับกันของโมเลกุลทางชีววิทยา ซึ่งนักวิจัยได้พัฒนาขึ้นมาตั้งแต่ก่อนสถานการณ์โควิด เพื่อนำไปใช้ในการวินิฉัยเชื้อชนิดอื่น เช่น อีโบลา และไข้ซิกา ก่อนจะนำมาประยุกต์ใช้กับโรคโควิดในปัจจุบัน ซึ่งไม่เพียงแต่จะฝังเซ็นเซอร์การตรวจลงบนหน้ากากอนามัยได้เท่านั้น แต่ยังสามารถฝังไว้บนเสื้อผ้า เช่น เสื้อกาวน์ ได้อีกด้วย ทำให้นี่จะเป็นวิธีใหม่ในการติดตามการสัมผัสกับเชื้อโรคของผู้ปฏิบัติงานด้านสุขภาพ

“นวัตกรรมครั้งนี้เป็นการแสดงให้เห็นว่าเราสามารถใช้เทคโนโลยีไบโอเซ็นเซอร์กับเซลล์ฟรีซดราย เพื่อตรวจหากรดนิวคลีอิกของเซลล์ได้อย่างกว้างขวาง ไม่ว่าจะเป็นไวรัสหรือแบคทีเรีย ตลอดจนสารเคมีที่เป็นพิษ รวมถึงสารพิษในระบบประสาท ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งกับผู้สวมใส่ โดยเฉพาะผู้ที่ทำงานด่านหน้าอย่างบุคลากรการแพทย์และเจ้าหน้าที่ทหาร” เจมส์ คอลลินส์ (James Collins) ศาสตราจารย์แห่งสถาบันวิศวกรรมการแพทย์และวิทยาศาสตร์การแพทย์ของ MIT ผู้เขียนอาวุโสของงานวิจัยชิ้นนี้กล่าว

จุดเริ่มต้นจากไบโอเซ็นเซอร์บนเสื้อผ้า
ศาสตราจารย์คอลลินส์เริ่มพัฒนาอุปกรณ์ตรวจเชื้อแบบนี้มาตั้งแต่หลายปีก่อน โดยในปี 2014 เขาประสบความสำเร็จในงานวิจัยที่แสดงให้เห็นว่าสามารถฝังโปรตีนและกรดนิวคลีอิกที่ตอบสนองต่อโมเลกุลเป้าหมายลงไปในกระดาษได้ และเขาก็ใช้วิธีนี้ในการสร้างไบโอเซ็นเซอร์แบบกระดาษเพื่อวินิฉัยการติดเชื้อไวรัสอีโบลาและซิกา

จากนั้นในปี 2017 เขาได้ร่วมกับนักวิจัยบางส่วนพัฒนาระบบไบโอเซ็นเซอร์อีกชนิดหนึ่งที่ประยุกต์เทคโนโลยีเอนไซม์ CRISPR ซึ่งเกี่ยวข้องกับลำดับเบสบนดีเอ็นเอ มาใช้ในการตรวจวิเคราะห์หาเชื้อต่าง ๆ ซึ่งมีข้อดีคือมีความว่องไวสูงมาก โดยเป็นการนำส่วนประกอบของเซลล์มาทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง (Freeze drying) และถูกทำให้คงที่ไว้เป็นเวลาหลายเดือน จนกระทั่งคืนสภาพด้วยการถูกกระตุ้นด้วยน้ำ ซึ่งจะทำให้เซ็นเซอร์สามารถตอบสนองต่อโมเลกุลเป้าหมายที่อาจเป็นลำดับ RNA หรือ DNA หรือโมเลกุลประเภทอื่น ๆ ก็ได้ จากนั้นเซ็นเซอร์ก็จะส่งสัญญาณออกมา เช่น การเปลี่ยนสีของกระดาษ เป็นต้น

หลังจากนั้น ศาสตราจารย์คอลลินส์และทีมงานจึงเริ่มหาวิธีในการฝังเซ็นเซอร์ดังกล่าวเข้ากับสิ่งทอ โดยมีเป้าหมายเพื่อสร้างเสื้อกาวน์สำหรับบุคลากรการแพทย์ หรือผู้อื่นที่อาจมีโอกาสสัมผัสกับเชื้อโรค โดยทดสอบกับผ้าหลายชนิด ตั้งแต่ผ้าฝ้าย ผ้าโพลีเอสเตอร์ ไปจนถึงผ้าขนสัตว์และผ้าไหม จนค้นพบว่าผ้าที่เหมาะสมที่สุดคือผ้าที่ใช้เป็นที่แพร่หลายในอุตสาหกรรมแฟชั่นอย่างผ้าโพลีเอสเตอร์ผสมกับเส้นใยสังเคราะห์ จากนั้นก็ทดลองฝังเซ็นเซอร์ลงบนผ้า แล้วใช้ซิลิโคนอีลาสโทเมอร์ (Elastomer silicone) ล้อมรอบไว้ เพื่อไม่ให้ของเหลวระเหยหรือแพร่กระจายไปก่อนที่การตรวจวิเคราะห์จะเสร็จสิ้น

และเมื่อเซ็นเซอร์ได้รับของเหลวที่มีอนุภาคของเชื้อโรคอย่างไวรัส ส่วนประกอบของเซลล์ที่ถูกฟรีซดรายมาก็จะคืนสภาพถือเป็นการเปิดการทำงานของเซ็นเซอร์ ก่อนจะแสดงผลเป็นสัญญาณซึ่งสามารถออกแบบได้เป็นหลายอย่าง เช่น สีที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า หรือการเรืองแสงซึ่งอ่านได้โดยใช้เครื่องวัดสเปกตรัมแบบพกพา เป็นต้น ซึ่งทำให้ผู้สวมใส่รับรู้ถึงสถานการณ์ของสิ่งแวดล้อมที่เป็นอยู่ และแจ้งเตือนคนอื่น ๆ ที่อาจใกล้ชิดหรือสัมผัสกับผู้สวมใส่ได้

©MIT News Office

พัฒนาสู่ไบโอเซ็นเซอร์บนหน้ากากอนามัย
กระทั่งเมื่อต้นปี 2020 ที่พวกเขาพัฒนาไบโอเซ็นเซอร์สำหรับฝังบนเสื้อผ้าได้สำเร็จ โควิด-19 ก็เริ่มระบาดไปทั่วโลก ทำให้พวกเขาตัดสินใจพัฒนาเทคโนโลยีของตัวเองในทันที เพื่อสร้างการตรวจหาเชื้อไวรัสชนิดนี้ได้ง่ายดายมากขึ้น โดยทีมนักวิจัยได้ประยุกต์วิธีเดิมและปรับมาเป็นการฝังไบโอเซ็นเซอร์แบบฟรีซดรายลงบนกระดาษแล้วติดเข้ากับหน้ากากอีกครั้ง และเช่นเดียวกับเซ็นเซอร์ที่ถูกฝังลงบนเสื้อผ้า องค์ประกอบเซลล์ที่ถูกแช่เยือกแข็งจะถูกล้อมไว้ด้วยซิลิโคนอีลาสโทเมอร์ แต่แตกต่างจากกรณีของการฝังบนผ้าตรงที่ตัวเซ็นเซอร์จะถูกฝังอยู่ด้านในของหน้ากาก ทำให้สามารถตรวจหาเชื้อไวรัสจากลมหายใจของผู้สวมใส่ได้นั่นเอง

อย่างไรก็ตาม หากใช้แค่ลมหายใจของผู้สวมใส่ ปริมาณความชื้นนั้นยังไม่เพียงพอที่จะทำให้เซ็นเซอร์ดังกล่าวทำงาน ทำให้นักวิจัยพัฒนากล่องบรรจุน้ำเล็ก ๆ ติดไว้กับหน้ากากอนามัยด้วย ซึ่งเมื่อผู้ใช้พร้อมที่จะทดสอบ ก็ให้กดปุ่มที่อยู่บนหน้ากาก จากนั้นน้ำก็จะไหลออกมาซึ่งทำให้ส่วนประกอบเซลล์ที่อยู่บนหน้ากากคืนสภาพ และวิเคราะห์ผลจากละอองลมหายใจที่สะสมอยู่บนหน้ากากได้ โดยใช้เวลาราว 90 นาทีในการวินิจฉัย

นักวิจัยฝังเซ็นเซอร์ไว้ด้านในหน้ากากเพื่อตรวจจับอนุภาคไวรัสในลมหายใจของผู้สวมใส หน้ากากยังมีที่เก็บน้ำขนาดเล็กที่จะถูกปล่อยออกมาเมื่อผู้สวมใส่พร้อมจะทำการทดสอบโดยการกดปุ่ม
©MIT News Office

ทีมนักวิจัยยังชี้อีกว่า การทดสอบการติดเชื้อด้วยเทคโนโลยีของพวกเขาให้ประสิทธิภาพสูงเทียบเท่ากับการตรวจด้วยเทคนิค PCR แต่ใช้เวลาไม่ต่างจากเทคนิคการตรวจโดยใช้แอนติเจนมากนัก

ทั้งนี้ แม้ปัจจุบันหน้ากากอนามัยดังกล่าวจะยังเป็นผลิตภัณฑ์ต้นแบบ หรือ Prototype อยู่ แต่นักวิจัยก็ได้ทำการจดสิทธิบัตรเทคโนโลยีที่ใช้ไว้เรียบร้อยแล้ว และคาดว่าจะร่วมกับบริษัทอื่นเพื่อพัฒนาเซ็นเซอร์อื่น ๆ ต่อไป ซึ่งหน้ากากอนามัยตรวจเชื้อน่าจะเป็นโปรดักส์แรกที่ได้เห็น

“เราคิดว่าหน้ากากอนามัยตรวจโควิดน่าจะทันสมัยที่สุด และมีความเป็นไปได้ที่จะเป็นผลิตภัณฑ์แรกที่ออกมา เนื่องจากขณะนี้มีหลายองค์กรให้ความสนใจเข้ามา ซึ่งมีความต้องการที่จะสร้างหน้ากากอนามัยจากต้นแบบที่เรามี และพัฒนาหน้ากากนี้ให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการอนุมัติและวางจำหน่ายในท้องตลาดได้” ศาสตราจารย์คอลลินส์กล่าว

ท้ายที่สุด หากหน้ากากอนามัยตรวจโควิดนี้ถูกพัฒนาจนวางจำหน่ายในท้องตลาดได้ ทั้งยังมีราคาย่อมเยาว์ ก็คงจะช่วยผู้คนและช่วยโลกนี้ไว้ได้ในระดับหนึ่งเลยทีเดียว

ที่มาภาพเปิด : user3802032/Freepik

ที่มา :
บทความ “New face mask prototype can detect Covid-19 infection” โดย Anne Trafton, MIT News Office จาก https://news.mit.edu
บทความ “MIT and Harvard Engineers Create New Face Mask That Can Detect COVID-19 Infection” โดย Anne Trafton จาก https://scitechdaily.com
บทความ “This face mask can tell you if you’ve got COVID-19” จาก www.weforum.org

เรื่อง : ณฐมน ธนาตระกูล