ฟังเสียงการเคลื่อนไหวของ "แบคทีเรีย" ด้วยเครื่องขยายเสียงที่ทำจากแกรฟีน

คงไม่แปลกหากมนุษย์ประดิษฐ์เครื่องช่วยฟัง เพื่อดักจับเสียงของสัตว์ป่าในเขตอุทยาน แต่ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์ด้านนาโนเทคโนโลยีได้พัฒนาเครื่องมือที่ใช้ "ฟังเสียงแบคทีเรีย" ได้ เพื่อประโยชน์ในด้านการแพทย์และการรักษาผู้ป่วยโรคติดเชื้อ

นับว่าเป็นเรื่องน่าเหลือเชื่อที่ในวันหนึ่งเรากำลังจะได้ยินเสียงของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอย่างแบคทีเรีย หากคุณสงสัยว่าแบคทีเรียมีขนาดเล็กแค่ไหน? สมมุติว่ามีเส้นผมเส้นหนึ่งถูกตัดให้ขาดครึ่ง คุณจะสามารถนำแบคทีเรียชนิด E. coli มาวางเรียงกันบนหน้าตัดของเส้นผมได้ถึง 100 ตัวเลยทีเดียว

แม้แบคทีเรียจะเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว แต่แบคทีเรียจำนวนไม่น้อยที่ทำให้เกิดโรคติดเชื้อและทำให้ผู้ป่วยเสียชีวิตได้ อีกทั้งพวกมันยังสามารถปรับตัวให้ทนทานต่อยาปฏิชีวนะได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้น เครื่องมือที่ใช้ในการฟังเสียงแบคทีเรีย จะช่วยให้แพทย์สามารถพิจารณาในเบื้องต้นได้ว่ายาปฏิชีวนะที่ให้แก่ผู้ป่วยโรคติดเชื้อไปนั้น สามารถออกฤทธิ์ฆ่าแบคทีเรียได้ตามที่ต้องการ

สำหรับวัสดุที่ใช้ในการดักจับเสียงของแบคทีเรีย คือ แกรฟีน (Graphene) ซึ่งจัดเป็นวัสดุคาร์บอนชนิดหนึ่งที่ถูกนำมาใช้งานหลากหลายประเภท ตั้งแต่แผงโซลาร์เซลล์ไปจนถึงจอแสดงผลของสมาร์ตโฟน และนี่ทำให้ผู้ที่คิดค้นแกนฟีนได้รับรางวัลโนเบลในปี 2004 ในที่สุด

เนื่องด้วยคุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติทางไฟฟ้าเฉพาะตัวของแกรฟีน ส่งผลให้วัสดุชนิดนี้ไวต่อการสัมผัสจากแรงภายนอก ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถออกแบบให้แกรฟีนดักจับเสียง จากการเคลื่อนไหวของแบคทีเรียได้นั่นเอง

แบคทีเรียชนิด E. coli จะมีส่วนที่ใช้ในการเคลื่อนที่เรียกว่า แฟลกเจลลัม (Flagellum) ซึ่งมีลักษณะคล้ายเส้นผมกวัดไกวไปตามสิ่งแวดล้อม และเมื่อแฟลกเจลลัมกระทบกับสิ่งของต่าง ๆ ในสิ่งแวดล้อมก็สามารถทำให้เกิดเสียงได้เช่นกัน หากแต่เสียงนั้นจะมีความดังเพียงแค่ 1 ใน 1 หมื่นล้านเท่าของเสียงที่นักมวยต่อยกระสอบทราย

ด้วยเสียงที่เกิดขึ้นนั้นมีความเบามาก นักวิทยาศาสตร์จึงนำแกรฟีนมาใช้เป็นตัวขยายเสียง โดยพัฒนาระบบเฉพาะขึ้นมา ทันทีที่แฟลกเจลลัมกระทบแผ่นแกรฟีนจะเกิดการสั่นพ้องและนำพาเสียงเข้าสู่ระบบขยาย จนได้ยินเสียงการเคลื่อนไหวที่ชัดเจนของแบคทีเรีย

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเครื่องมือนี้มีประโยชน์อย่างมาก ในการช่วยพิจารณาประสิทธิภาพของยาปฏิชีวนะที่นำมาใช้ฆ่าแบคทีเรีย ยกตัวอย่างเช่น หากแบคทีเรียเกิดการดื้อยา พวกมันจะยังคงเคลื่อนไหวได้ตามปกติ เสียงที่เกิดขึ้นจะยังคงดังต่อเนื่อง แต่ถ้าหากยาปฏิชีวนะสามารถกำจัดแบคทีเรีย เสียงการเคลื่อนไหวของแบคทีเรียจะเบาลงเรื่อย ๆ จนกระทั่งหยุดไปในที่สุด

เนื่องจากเครื่องมือนี้ยังต้องอาศัยอุปกรณ์หลายอย่างประกอบกัน นักวิทยาศาสตร์จึงต้องใช้เวลาในการพัฒนาและปรับปรุงอีกสักระยะ จนกว่าจะได้เครื่องมือฟังเสียงแบคทีเรียที่มีขนาดกะทัดรัดและใช้งานได้ง่าย หวังว่าสักวันหนึ่งมันจะมีประโยชน์ร่วมในการรักษาโรคติดเชื้อได้ในอนาคต

ขอขอบคุณข้อมูลจาก Interesting Engineering