งานวิจัย Stanford สร้างก้อนฆ่าเชื้อในน้ำ โดยใช้เพียงพลังงานแสงอาทิตย์กับเวลาไม่กี่นาที

หน่วยงานวิจัย SLAC ของ Stanford เผยแพร่งานวิจัยการสร้างอุปกรณ์ฆ่าเชื้อในน้ำ โดยอุปกรณ์ดังกล่าวมีจุดเด่นจากการใช้เพียงพลังงานแสงอาทิตย์ และจากการทดสอบใช้อุปกรณ์ดังกล่าวก็สามารถฆ่าเชื้อในน้ำได้เสร็จสิ้นในเวลาเพียง 20 นาที

การฆ่าเชื้อโรคในน้ำที่เรารู้กันดีและคุ้นเคยที่สุดวิธีหนึ่งก็คือการต้มน้ำให้เดือด แต่ในบางพื้นที่เชื้อเพลิงสำหรับการสร้างความร้อนนั้นอาจหาได้ยากเกินกว่าจะใช้เพื่อการต้มน้ำได้ทุกเมื่อเช้าเย็น ในกรณีนี้วิธีธรรมชาติอย่างการฆ่าเชื้อโดยรังสีเหนือม่วงที่มาโดยตรงกับแสงแดดนั้นก็ทำได้เช่นกัน แต่โดยปกติแล้วต้องใช้เวลา 6-48 ชั่วโมงกว่าจะฆ่าเชื้อได้หมด นั่นเป็นเพราะการใช้รังสีเหนือม่วงที่มากับแสงแดดนั้นเป็นการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพียง 4% เท่านั้น

จะมีทางใดไหมที่สามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการฆ่าเชื้อในน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเพียงการผึ่งแดดรับรังสีเหนือม่วงอย่างเดียว? คำถามนี้คือที่มาของงานวิจัยจากทีม SLAC

ตัวอุปกรณ์ของทีม SLAC เป็นอุปกรณ์ที่ดึงเอาพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้เพื่อการฆ่าเชื่อในน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น มันเป็นเพียงชิ้นส่วนก้อนสี่เหลี่ยมสีดำขนาดเล็กประมาณครึ่งหนึ่งของสแตมป์ไปรษณีย์เท่านั้น อุปกรณ์ที่ว่านี้มีการสร้างขึ้นโดยการจัดเรียงโครงสร้างในระดับอนุภาคนาโน ภายในตัวมันไม่ได้บรรจุสารเคมีเพื่อการฆ่าเชื้อ ไม่มีแบตเตอรี่หรือวงจรอิเล็กทรอนิสก์ และไม่มีแผ่นเยื่อสำหรับการกรองสิ่งแปลกปลอมในน้ำใดๆ ทั้งสิ้น แต่แม้จะไม่ทุกสิ่งที่ว่ามา เพียงหย่อนมันลงในน้ำแล้วนำภาชนะใส่น้ำไปวางรับแสงแดด มันก็ยังทำงานฆ่าเชื้อแบคทีเรียในน้ำได้

อุปกรณ์ของ SLAC สามารถดึงเอาพลังงานจากคลื่นแสงในย่านที่มนุษย์มองเห็นได้มาใช้งาน และนั่นทำให้มันสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานของแสงแดดได้ราว 50%

อุปกรณ์งานวิจัยนี้เป็นกระจกที่มีพื้นผิวเต็มไปด้วยโครงสร้างของโมลิบดินัมไดซัลไฟด์ที่มีรูปร่างเป็นแผ่นเกล็ดเล็กๆ ที่มีความหนาเพียงไม่กี่อะตอมวางตัวแนวตั้งเรียงต่อๆ กันจนสร้างลวดลายคล้ายนิ้วมือ นักวิจัยเรียกโครงสร้างนี้ว่า "nanoflakes" ซึ่งแปลว่าเกล็ดนาโน ด้านบนของเกล็ดนาโนเหล่านี้เคลือบทับอยู่ด้วยทองแดงซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โครงสร้างทั้งหมดนี้หากเปรียบเทียบให้เห็นภาพก็เหมือนการเอาหนังสือปกแข็ง (เปรียบเทียบแทนเกล็ดโมลิบดินัมไดซัลไฟด์) มาวางบนกระจกแผ่นหนึ่งโดยหันเอาด้านสันของหนังสือแต่ละเล่มขึ้นด้านบน ซึ่งในส่วนของสันหนังสือเหล่านั้นเองที่เป็นส่วนที่จะเคลือบทองแดงเอาไว้

เมื่ออุปกรณ์ของ SLAC ได้รับพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานคลื่นแสงในช่วงที่ตามนุษย์มองเห็นจะถูกดูดกลืนและเร่งปฏิกิริยาเคมี เปลี่ยนองค์ประกอบของน้ำและก๊าซออกซิเจนที่รายรอบอยู่ให้กลายเป็นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (ซึ่งใช้เป็นยาล้างแผลและฆ่าเชื้อได้) รวมทั้งสารในกลุ่ม ROS (reactive oxygen species) ซึ่งเป็นสารที่มีองค์ประกอบของออกซิเจนและมีความสามารถในการทำลายเซลล์หรือก็คือฆ่าแบคทีเรียได้นั่นเอง

หนึ่งในการทดสอบเพื่อวัดประสิทธิผลของอุปกรณ์ฆ่าเชื้อนี้ ทีมวิจัยได้ใช้อุปกรณ์ขนาด 1.6 มิลลิกรัม ใส่ในน้ำ 1 ลิตร และจัดเตรียมภาชนะใส่น้ำนั้นไว้ภายใต้แสงที่จำลองสภาพแสงแดดตามธรรมชาติ ผลที่ได้คือมันสามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียในน้ำได้มากกว่า 99.999% โดยใช้เวลาเพียง 20 นาที

แม้ว่าทีมวิจัยจะได้ทดสอบใช้งานอุปกรณ์นี้และฆ่าเชื้อแบคทีเรียในห้องทดลองแค่ 3 ชนิด แต่จากการศึกษาแล้วก็ไม่เห็นเหตุผลอื่นใดที่จะทำให้คิดว่ามันไม่สามารถฆ่าจุลชีพประเภทอื่นได้ด้วย (ไม่เว้นแม้แต่ไวรัส) อย่างไรก็ตามงานวิจัยนี้ยังต้องมีการปรับปรุงและทดสอบอีกมาก เพราะน้ำดิบจากแหล่งน้ำจริงตามธรรมชาติอาจมีจำนวนแบคทีเรียและจุลชีพอื่นปะปนด้วยความเข้มข้นเหนือกว่าในห้องทดลอง

หวังว่างานวิจัยนี้จะได้รับการพัฒนาจนสามารถใช้งานได้จริงในอนาคตอันใกล้ นั่นคงจะช่วยให้ผู้คนทั่วโลกเข้าถึงน้ำสะอาดเพื่อการดำรงชีพได้ทั่วถึงยิ่งขึ้นกว่าในปัจจุบันอีกมาก

ที่มา - Nature via SLAC





Topics: StanfordResearchSolar