แรงบันดาลใจจาก 'แมลงปีกแข็ง' สู่ ‘ฟิล์มชีวภาพจากธรรมชาติ’ สกัดจากเปลือกปูและพืช ย่อยสลายได้ 100% ประสิทธิภาพดีกว่าพลาสติกเคมี

ในวงการวิทยาศาสตร์ บางครั้งความผิดพลาดในแล็บก็มีค่ามากกว่าผลลัพธ์ที่ตั้งใจไว้เสียอีก และนั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นกับทีมวิจัยจาก Georgia Tech ที่ในที่สุดนำไปสู่การพัฒนาฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพที่อาจเปลี่ยนอุตสาหกรรมพลาสติกได้

เริ่มต้นจากแมลงด้วงสีขาว

Jie Wu นักศึกษาระดับปริญญาเอกด้านวิศวกรรมศาสตร์ กำลังศึกษาแมลงด้วง Cyphochilus ซึ่งเป็นแมลงที่มีเปลือกสีขาวสดใสหาได้จากแถบเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ เป้าหมายแรกเริ่มคือการหาสารสีขาวตามธรรมชาติที่นำมาใช้ในกระดาษและสีทาบ้านได้ เปลือกของแมลงชนิดนี้ทำมาจาก "ไคติน" (Chitin) ซึ่งเป็นคาร์โบไฮเดรตชนิดหนึ่งที่พบได้ในเปลือกกุ้ง ปู และกั้ง

Jie เริ่มต้นด้วยการสกัดนาโนไฟเบอร์ไคตินจากเปลือกปูที่เป็นขยะอาหาร แต่แทนที่จะได้วัสดุสีขาวตามที่คาดไว้ กลับได้ฟิล์มใสหนาแน่นที่ไม่มีรูพรุนอย่างที่ต้องการ ด้วยความอยากรู้ Jie จึงวัดค่าการซึมผ่านของออกซิเจนผ่านฟิล์มนั้น และผลที่ได้คือสิ่งที่ไม่มีใครคาดคิด ฟิล์มนี้ยอมให้ออกซิเจนผ่านได้น้อยกว่าพลาสติกบรรจุภัณฑ์ทั่วไปหลายชนิด

การค้นพบโดยบังเอิญในปี 2014 นี้ทำให้ทีมวิจัยเปลี่ยนทิศทางการศึกษาจากเรื่องสีมาสู่บรรจุภัณฑ์โดยสิ้นเชิง

ปัญหาของพลาสติกที่โลกกำลังแบกรับ

บรรจุภัณฑ์พลาสติกถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหาร ยา และสินค้าดูแลส่วนบุคคล โดยมีหน้าที่หลักในการป้องกันความชื้นและออกซิเจนไม่ให้เข้าถึงสินค้า แต่ปัญหาคือบรรจุภัณฑ์ส่วนใหญ่ทำจากพลาสติกหลายชั้นที่รีไซเคิลได้ยาก และมักถูกทิ้งเป็นขยะหลังใช้ครั้งเดียว ทีมวิจัยทั่วโลกจึงพยายามหาทางเลือกที่ย่อยสลายได้โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ

ในปี 2018 ทีมของ Georgia Tech ก้าวหน้าครั้งสำคัญด้วยการใช้เทคนิค Spray Coating เพื่อวางชั้นไคตินและเซลลูโลสนาโนสลับกัน เซลลูโลสเป็นคาร์โบไฮเดรตโพลิเมอร์จากพืช และมีประจุไฟฟ้าตรงข้ามกับไคติน ทำให้ทั้งสองวัสดุดึงดูดกันได้ดีและสร้างฟิล์มที่หนาแน่นกว่าการใช้วัสดุแต่ละชนิดเพียงอย่างเดียว

อย่างไรก็ตาม ยังมีอุปสรรคสำคัญอีกข้อ นั่นคือความชื้น เมื่อโดนน้ำ ฟิล์มจะพองตัวและยอมให้ออกซิเจนซึมผ่านได้มากขึ้น

จนกระทั่งในปี 2024 ทีมวิจัยพบว่าการรวม Carboxymethylcellulose (ส่วนผสมที่พบในไอศกรีม) กับกรดซิตริก สามารถสร้างฟิล์มที่ต้านทานไอน้ำได้ กรดซิตริกทำหน้าที่สร้างพันธะเชื่อมโยงระหว่างโมเลกุลของเซลลูโลส ช่วยลดการดูดซึมความชื้นอย่างมีนัยสำคัญ

ความสำเร็จล่าสุดที่พร้อมเผชิญโลกจริง

งานวิจัยที่เผยแพร่ในเดือนตุลาคม 2025 พบว่าเมื่อนวัตกรรมทั้งสองมารวมกัน จะได้เป็นฟิล์มชีวภาพที่กั้นทั้งออกซิเจนและความชื้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ การทดสอบพบว่าแม้ในสภาวะความชื้นสัมพัทธ์ 80% ฟิล์มยังคงทำงานได้ใกล้เคียงหรือดีกว่าพลาสติกบรรจุภัณฑ์ทั่วไป อีกทั้งวัสดุทั้งหมดเป็นทรัพยากรหมุนเวียน ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และสามารถทำปุ๋ยหมักได้

ขณะนี้ทีมได้ยื่นจดสิทธิบัตรหลายรายการแล้ว และกำลังร่วมมือกับภาคเอกชนเพื่อนำไปสู่การใช้งานจริง แม้การสเกลอัปสู่ระดับอุตสาหกรรมยังต้องใช้เวลาอีกหลายปี เนื่องจากห่วงโซ่อุปทานของวัสดุชีวภาพเหล่านี้ยังมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับพลาสติกทั่วไป

ในภาพรวม เมื่อรัฐบาลทั่วโลกเร่งออกกฎหมายจำกัดพลาสติกใช้ครั้งเดียวทิ้ง และบริษัทใหญ่ตั้งเป้าหมายด้านความยั่งยืนมากขึ้น ฟิล์มชีวภาพประเภทนี้อาจกลายเป็นหนึ่งในคำตอบที่โลกกำลังมองหา

ที่มา: The Conversation