การพัฒนาผ้าชนิดไม่ถักไม่ทอที่สามารถยับยั้งไวรัสโคโรนาสำหรับชุดป้องกันส่วนบุคคลทางการแพทย์

โครงการนี้เป็นการนำนวัตกรรมจากสิทธิบัตรของมหาวิทยาลัยพระจอมเกล้าธนบุรีและสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติมาต่อยอดในการประยุกต์ใช้เพื่อเป็นสารเติมแต่งผ้าชนิดไม่ถักไม่ทอ (nonwoven) เพื่อเพิ่มสมบัติการยับยั้งไวรัสโคโรนาให้แก่ชุดป้องกันส่วนบุคคลทางการแพทย์ จากสถานการณ์การแพร่ระบาดของไวรัส Covid-19 ในปัจจุบัน ส่งผลให้ชุดป้องกันส่วนบุคคลทางการแพทย์ขาดแคลนอย่างมาก และบุคลากรทางการแพทย์ที่ต้องทำงานเกี่ยวกับไวรัส Covid-19 มีอัตราความเสี่ยงต่อการติดเชื้อมากขึ้น การพัฒนาชุดป้องกันส่วนบุคคลทางการแพทย์ที่มีสมบัติพิเศษในด้านการยับยั้งไวรัสโคโรนาจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างเร่งด่วน ซึ่งจะช่วยลดความอัตราความเสี่ยงต่อการติดเชื้อไวรัสโคโรนาของบุคลากรทางการแพทย์ ช่วยยืดอายุการใช้งานของชุดป้องกันส่วนบุคคลทางการแพทย์ ลดงบประมาณการจัดซื้อ ลดโอกาสการแพร่เชื้อ และลดปริมาณขยะติดเชื้อลงได้

วิธีการหนึ่งที่สามารถเพิ่มสมบัติพิเศษด้านการยับยั้งไวรัสในวัสดุสิ่งทอ คือ การเคลือบหรือการเติมสารเติมแต่งที่สามารถยับยั้งไวรัสได้ลงในวัสดุสิ่งทอ แต่การเคลือบนั้นมีโอกาสที่อนุภาคจะหลุดออกมาได้ง่าย การใส่สารเติมแต่งในกระบวนการขึ้นรูปเส้นใยหรือผ้าจะทำให้การยึดเกาะของอนุภาคในเส้นใยดีกว่าการเคลือบด้านนอกผิวเส้นใย อนุภาคที่นิยมนำมาเป็นสารเติมแต่ง ได้แก่ ซิลเวอร์นาโน ซิงค์ออกไซด์ และไทเทเนียมไดออกไซด์ แต่ไทเทเนียมไดออกไซด์มีข้อได้เปรียบในด้านความปลอดภัย และความเสถียรในการใช้งาน เมื่อเทียบกับซิลเวอร์นาโน และซิงค์ออกไซด์ ไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสง ซึ่งต้องได้รับการกระตุ้นด้วยแสงอัลตราไวโอเลตจึงจะสามารถเกิดปฏิกิริยาโฟโตคะตะไลสิสในการการสลายตัวของโครงสร้างของสารอินทรีย์ และทำลายเยื่อหุ้มของจุลินทรีย์ทำให้จุลินทรีย์ตายในที่สุด ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยา ได้แก่ น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม ข้อจำกัดที่ต้องใช้แสงอัลตราไวโอเลตในการกระตุ้นการทำงานของไทเทเนียมไดออกไซด์ ทำให้การนำไทเทเนียมไดออกไซด์มาใช้ภายใต้แสงที่มองเห็นได้ (visible light) มีข้อจำกัด

ทีมวิจัยของนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยพระจอมเกล้าธนบุรีร่วมกับนักวิจัยศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติได้คิดค้นอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีการปรับปรุงสมบัติให้สามารถสลายสารอินทรีย์ และยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ได้ ทั้งในที่มืดและที่มีแสงทั้งแสงอัลตราไวโอเลตและแสงที่มองเห็นได้ จึงสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในทุกสภาวะ อนุภาคดังกล่าวได้ยื่นขอรับการจดสิทธิบัตรเรื่อง “ตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสงที่ทำงานภายใต้แสงอัลตร้าไวโอเลตและแสงฟลูออเรสเซนต์” เลขที่คำขอ 1401005161 และเรียกอนุภาคดังกล่าวว่า อนุภาค AZT ซึ่งอนุภาค AZT ได้ผ่านการทดสอบการยับยั้งเชื้อไวรัส influenza H1N1 ซึ่งรับรองผลการทดสอบโดยมหาวิทยาลัยมหิดล โดยอนุภาค AZT ความเข้มข้นร้อยละ 1 โดยน้ำหนัก มีประสิทธิภาพการยับยั้งไวรัส H1N1 ได้ร้อยละ >99 ณ เวลา 0 นาที และได้ทดสอบการยับยั้งแบคทีเรียอีกหลากหลายชนิด เช่น Mycobacterium tuberculosis H37Rv, Escherichia coli และ Staphylococcus aureus ซึ่งให้ผลเป็นบวก นอกจากนี้ยังได้ผ่านการทดสอบค่าความเป็นพิษต่อเซลล์ไต ผิวหนัง และปอด (IC50) ปัจจุบันการพัฒนาอนุภาค AZT อยู่ในระดับ TRL6 สามารถผลิตเป็นต้นแบบและพร้อมที่จะต่อยอดสู่ภาคอุตสาหกรรม

ดังจะเห็นได้ว่าอนุภาค AZT เป็นอนุภาคที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับอุตสาหกรรมการผลิตอื่นๆ ได้หลากหลาย และมีความปลอดภัยในการใช้งาน จึงมีความเป็นไปได้ที่จะนำมาใส่ในเส้นใยเพื่อผลิตเป็นชุดป้องกันส่วนบุคคลทางการแพทย์ประเภทใช้ครั้งเดียว ไม่ว่าจะเป็นหน้ากากอนามัย ชุดกาวน์ ถุงเท้า หรือนำมาทำเป็นแผ่นกรองอากาศในโรงพยาบาล หรือต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์กรองอากาศเพื่อใช้งานในระบบปรับอากาศ และระบบฟอกอากาศทั่วไป เป็นต้น ซึ่งปัจจุบันมีบริษัทผู้ผลิตหน้ากากอนามัยให้ความสนใจในการต่อยอดเพื่อผลิตหน้ากากอนามัยที่มีสมบัติยับยั้งไวรัสโคโรนา

ดังนั้นโครงการนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาผ้าไม่ถักไม่ทอที่มีประสิทธิภาพการยับยั้งเชื้อไวรัสโคโรนาโดยการใส่อนุภาค AZT ลงในกระบวนการผลิตเส้นใย สำหรับนำไปใช้ผลิตเป็นชุดป้องกันส่วนบุคคลทางการแพทย์ เช่น ชุดป้องกันทางการแพทย์ หน้ากากอนามัย และอุปกรณ์ PPE อื่นๆ ด้านความพร้อมของการวิจัย โครงการนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง 3 มหาวิทยาลัย ได้แก่ มหาวิทยาลัยพระจอมเกล้าธนบุรี (เจ้าของสิทธิบัตร) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี (ความพร้อมด้านการขึ้นรูป nonwoven) และมหาวิทยาลัยมหิดล (ความพร้อมด้านการทดสอบการยับยั้งไวรัสโคโรนา)

วิธีการดำเนินการวิจัยจะแบ่งเป็น 3 ส่วน ได้แก่ 1) เตรียมอนุภาค AZT ในห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยพระจอมเกล้าธนบุรี 2) นำไปผสมกับเม็ดพลาสติกพอลิพรอพิลีนเพื่อผลิตเม็ดพลาสติกคอมปาวด์ก่อนนำไปขั้นรูปผ้า spun bond ที่ห้องปฏิบัติการภาควิชาวิศวกรรมสิ่งทอมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี โดยศึกษาอัตราส่วนปริมาณอนุภาค AZT ร้อยละ 1-3 โดยน้ำหนักของพอลิพรอพิลีน สภาวะการผสมเม็ดคอมปาวด์ สภาวะการขึ้นรูปผ้า spun bond และทดสอบสมบัติของผ้า spun bond ที่เตรียมได้ตามมาตรฐานสิ่งทอประเภทผ้าไม่ถักไม่ทอ 3) นำผ้า spun bond แล้วไปทดสอบประสิทธิภาพการยับยั้งเชื้อไวรัสโคโรนาที่ห้องปฏิบัติการภาควิชาจุลชีววิทยาและอิมมิวโนโลยี มหาวิทยาลัยมหิดล ผลผลิตที่ได้จากโครงการ คือ ต้นแบบผ้า spun bond ที่มีสมบัติยับยั้งไวรัสโคโรนา ซึ่งสามารถนำไปต่อยอดกับบริษัทผู้ผลิตหน้ากากอนามัยต่อไป