NASA พัฒนากระบวนการกำจัด “ไบโอฟิล์ม” ในอวกาศ

ปัญหา “ไบโอฟิล์ม” ที่ก่อตัวเกาะตามพื้นผิวต่าง ๆ ไม่ได้เป็นปัญหาที่ต้องเผชิญแค่บนโลก แต่นอกโลกปัญหานี้ก็ไม่เว้น และเป็นปัญหาที่กำจัดยากยิ่งกว่า ซึ่งส่งผลต่อระบบการระบายน้ำเสียในยานอวกาศ และเพื่อให้การเดินทางกลับไปยังดวงจันทร์ในครั้งนี้ดีขึ้นกว่าแต่ก่อน NASA กำลังพัฒนาระบบในการกำจัดปัญหาไบโอฟิล์มเพื่อการอยู่อาศัยในอวกาศในระยะยาว

ไบโอฟิล์ม (Biofilm) เป็นคราบเมือกที่เราพบเห็นกันในชีวิตประจำวัน ไม่ว่าจะเป็นคราบเมือกบนผิวฟันไปจนถึงคราบเมือกบนกระจกตู้ปลา

ไบโอฟิล์มเกิดจากแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในน้ำเกาะตัวที่พื้นผิวของวัสดุ กลุ่มแบคทีเรียจะสร้างชั้นเมือกขึ้นมาเพื่อปกป้องโคโลนีของพวกมัน และเพื่อทำให้พวกมันมีโอกาสที่จะหาอาหารและรอดชีวิตเพิ่มมากขึ้น ถ้าไบโอฟิล์มไม่ถูกทำลายหรือรบกวน มันจะดึงดูดแบคทีเรียเซลล์อื่น ๆ ให้มาเกาะติดได้ง่ายขึ้น จนกลายเป็นแหล่งเพาะเชื้อของแบคทีเรียขนาดใหญ่ที่แข็งแรงและทนทาน แม้มีการใช้สารฆ่าเชื้ออย่างต่อเนื่องก็ยากต่อการกำจัดไบโอฟิล์ม

นอกจากจะเป็นแหล่งสะสมของเชื้อแบคทีเรีย ไบโอฟิล์มยังเป็นตัวการสำคัญในการก่อให้เกิดการอุดตันของระบบระบายน้ำหากไม่มีการทำความสะอาดท่อระบายน้ำเสีย การกำจัดไบโอฟิล์มบนพื้นโลกเป็นเรื่องที่ยุ่งยากและมีค่าใช้จ่ายที่สูง ไม่ต้องพูดถึงการกำจัดไบโอฟิล์มภายนอกโลกเลย เพราะมันยากลำบากมากกว่าการทำความสะอาดบนโลกหลายเท่า

แบคทีเรียสามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมในอวกาศได้อย่างน่าทึ่ง ทั้งเรื่องของสภาพแวดล้อมที่ไร้น้ำหนัก ปริมาณสารอาหารที่น้อยกว่าบนโลก รังสีอันตรายภายในอวกาศหรือแม้แต่ในสภาวะที่มีออกซิเจนต่ำ พวกมันก็สามารถปรับตัวและอยู่รอดสร้างไบโอฟิล์มที่เหนียวเหนอะหนะและน่ารังเกียจได้เหมือนเดิม และด้วยสภาพแวดล้อมที่เป็นระบบปิดภายในยานอวกาศพวกมันยิ่งเจริญเติบโตและสร้างไบโอฟิล์มได้มากและหนากว่าบนโลกเสียด้วยซ้ำ

วิธีการกำจัดไบโอฟิล์มในระบบระบายน้ำต่าง ๆ ในอวกาศเวลานี้ทำโดยการเปลี่ยนชิ้นส่วนของท่อและระบบระบายน้ำตามรอบการซ่อมบำรุง แต่ NASA ตระหนักดีถึงปัญหาไบโอฟิล์มที่จะเกิดขึ้นในภารกิจยุคอาร์ที0มิสและการอยู่อาศัยตั้งรกรากบนดวงจันทร์และดาวเคราะห์ดวงอื่นในระยะยาวว่าจะมันจะเป็นปัญหาเรื้อรังที่จะแก้อย่างไม่รู้จบ NASA จึงมอบหมายให้วิศวกรและนักเคมีใน NASA Marshall Space Center ศึกษาเทคโนโลยีการรีไซเคิลน้ำและอากาศรุ่นใหม่ รวมถึงชุดระบบบำบัดน้ำเสียให้สามารถจัดการกับปัญหาไบโอฟิล์มได้

ระบบการบำบัดน้ำเสียภายในสถานีอวกาศจะมีถังรับน้ำเสียเป็นพื้นที่รับน้ำส่วนต้นที่มีปัญหาการสะสมตัวของไบโอฟิล์มและเชื้อราบริเวณนี้มากที่สุด ในขั้นแรก ทีมวิศวกรได้เก็บตัวอย่างแบคทีเรียที่อยู่ภายในระบบบำบัดน้ำเสียของสถานีอวกาศนานาชาติ จากนั้นนำมาถอดรหัสจีโนมเพื่อวิเคราะห์ว่าแบคทีเรียที่ก่อขึ้นเป็นไบโอฟิล์มในอวกาศประกอบไปด้วยสปีชีส์ใดบ้าง

หลังจากนั้น ทีมวิศวกรได้ทดลองสร้างเครื่องบำบัดน้ำเสียที่เรียกกันว่าถังปฏิกรณ์ป้องกันไบโอฟิล์ม (Prevention Biofilm Reactors) ทั้งหมด 8 เครื่อง แต่ละเครื่องมีขนาดเท่ากับขวดน้ำของนักวิ่งมาราธอน และจำลองให้ตัวเครื่องทำงานภายใต้สภาวะคล้ายกับภายนอกโลก และดำเนินการทั้งหมดอย่างอัตโนมัติด้วยเวลาทั้งหมดรวม 77 วัน

จากการทดลองทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นการทดลองใช้สารเคมีฆ่าเชื้อ หรือสารเคลือบป้องกันการเกาะพื้นผิวของแบคทีเรีย หนึ่งในการทดสอบและมีแนวโน้มของผลลัพธ์ที่ดีมากคือการใช้พืชตระกูลแหน (Duckweeds) ในการต่อต้านการเกิดไบโอฟิล์ม แหนเป็นพืชตระกูลหนึ่งที่ได้รับการยอมรับในการบำบัดน้ำเสียตามธรรมชาติและสามารถดักจับสารพิษและควบคุมกลิ่นของน้ำเสียได้ แหนจะทำหน้าที่ดูดซึมสารอาหารภายในน้ำ ทำให้สารอาหารภายในน้ำลดลง ไบโอฟิล์มที่จึงลดลงมากกว่า 99%

ถึงแม้ว่าหลายวิธีจะมีประสิทธิภาพการกำจัดไบโอฟิล์มที่เกิดขึ้น แต่แบคทีเรียก็สามารถเรียนรู้และปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่ใช้ประกอบการทดลองได้อย่างน่าเหลือเชื่อ ดังนั้นเราจะต้องผสมผสานกระบวนการหลายกระบวนการเข้าเพื่อใช้ในการจัดการกับปัญหาไบโอฟิล์ม

ไบโอฟิล์มเป็นอุปสรรคต่อชีวิตประจำวันของทุกคนตั้งแต่บนโลกไปจนถึงนอกโลก การศึกษาวิธีการต่อต้านการเกิดไบโอฟิล์มในระบบระบายน้ำในครั้งนี้ของ NASA นอกจากจะทำให้ลดค่าใช้จ่ายในการซ่อมบำรุงระบบบำบัดน้ำเสียของภารกิจภายนอกโลกในอนาคตแล้วยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้กับระบบบำบัดน้ำเสียบนโลกได้อีกด้วย

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS  

ที่มาข้อมูล : NASA, NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech