นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญทางวิทยาศาสตร์ที่รอคอยกันมานานหลายสิบปี เมื่อทีมนักวิจัยสามารถไขทฤษฎีเกี่ยวกับวิตามินบี 1 หรือไทอามีน (thiamine) ที่เคยถูกมองว่า “แทบไม่น่าเชื่อ” ซึ่งเสนอไว้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2501 ได้สำเร็จ การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ช่วยคลายปมปริศนาทางชีวเคมีที่คาราคาซังมานาน แต่ยังเป็นการเปิดศักราชใหม่ให้กับความเป็นไปได้ในการผลิตสารเคมีอย่างยั่งยืนทั่วโลก รวมถึงในประเทศไทยด้วย โดยทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการทำให้โมเลกุลเจ้าปัญหาที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาสุดๆ ที่เรียกว่าคาร์บีน (carbene) สามารถคงตัวอยู่ได้ในน้ำ ซึ่งก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ต่างลงความเห็นว่าเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ ผลงานวิจัยของพวกเขา ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances เมื่อวันที่ 11 เมษายน พ.ศ. 2567 ได้ปลุกความตื่นตัวครั้งใหญ่ในห้องแล็บทั้งในรั้วมหาวิทยาลัยและภาคอุตสาหกรรมทั่วโลก (SciTechDaily)
เรื่องราวนี้ต้องย้อนกลับไปเมื่อปี พ.ศ. 2501 เมื่อโรนัลด์ เบรสโลว์ นักเคมีจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ได้จุดประกายแนวคิดเป็นครั้งแรกว่าวิตามินบี 1 อาจสร้างสารตัวกลางคล้ายคาร์บีนที่ปรากฏตัวเพียงชั่วพริบตาในระหว่างปฏิกิริยาสำคัญภายในเซลล์ ทว่าแนวคิดนี้กลับถูกตั้งคำถามและไม่เป็นที่ยอมรับในหมู่นักวิทยาศาสตร์เท่าใดนัก เนื่องจากคาร์บีนนั้นไม่เสถียรเอาเสียเลย ด้วยมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนแค่หกตัว โมเลกุลเหล่านี้จึงมักจะสลายตัวแทบจะในทันทีเมื่ออยู่ในน้ำ ซึ่งเป็นตัวทำละลายหลักในเซลล์สิ่งมีชีวิต หลายทศวรรษผ่านไป ทฤษฎีของเบรสโลว์ก็ยังคงไร้ข้อพิสูจน์ โมเลกุล “เจ้าปาฏิหาริย์” จากธรรมชาติยังคงเป็นปริศนา และสำหรับหลายๆ คน มันเป็นเรื่องที่เกินกว่าจะจินตนาการได้
แต่แล้วสถานการณ์ก็พลิกผัน เมื่อไม่นานมานี้ ทีมนักเคมีจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ นำโดยศาสตราจารย์ด้านเคมีท่านหนึ่ง และมีนักวิจัยดาวรุ่ง (ปัจจุบันสังกัด UCLA) ร่วมทีม ได้คิดค้นกลยุทธ์ “ห่อหุ้ม” โมเลกุลคาร์บีนเจ้าปัญหาตัวนี้ เพื่อปกป้องมันจากปฏิกิริยาที่จะเข้ามาทำลาย ด้วยการสังเคราะห์ “เกราะป้องกัน” ระดับโมเลกุลล้อมรอบคาร์บีน ทีมวิจัยก็สามารถดักจับและเฝ้าสังเกตการณ์ได้ว่ามันยังคงเสถียรอยู่ในน้ำได้นานนับเดือน ซึ่งเป็นเรื่องที่เคยเชื่อกันว่าเป็นไปไม่ได้เลย
“นี่เป็นครั้งแรกที่เราสามารถสังเกตเห็นคาร์บีนที่เสถียรในน้ำได้ หลายคนเคยคิดว่านี่เป็นแนวคิดที่เพ้อฝัน แต่ปรากฏว่าเบรสโลว์คิดถูก” ศาสตราจารย์ด้านเคมีผู้ควบคุมโครงการวิจัยนี้อธิบาย (Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.adr9681) อันที่จริง เส้นทางการวิจัยครั้งนี้ไม่ได้มีจุดเริ่มต้นมาจากการตั้งใจจะพิสูจน์สมมติฐานเก่าแก่แต่อย่างใด แต่เป็นการศึกษาค้นคว้าเคมีของโมเลกุลที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาแบบปลายเปิด หนึ่งในนักวิจัยอาวุโสของทีมยอมรับว่า การที่งานวิจัยนี้สามารถยืนยันคำทำนายอายุ 67 ปีได้นั้น ถือเป็นผลพลอยได้ที่น่าตื่นเต้นและเหนือความคาดหมาย
คาร์บีนถือเป็นของล้ำค่าในวงการเคมียุคปัจจุบัน คุณสมบัติอันหลากหลายของมันในฐานะลิแกนด์ (ligands) ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ช่วยยึดเหนี่ยวโลหะในกระบวนการเร่งปฏิกิริยา ทำให้มันกลายเป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการผลิตมากมาย ไม่ว่าจะเป็นยา เชื้อเพลิง พลาสติก หรือสารเคมีเฉพาะทางต่างๆ แต่โจทย์ใหญ่ก็คือ ปฏิกิริยาเคมีที่ใช้คาร์บีนส่วนใหญ่ในปัจจุบันยังต้องพึ่งพาตัวทำละลายที่เป็นพิษและมาจากปิโตรเลียม ดังนั้น คาร์บีนชนิดใหม่ที่เสถียรในน้ำนี้จึงเปรียบเสมือนแสงแห่งความหวังสำหรับวงการ “เคมีสีเขียว” เพราะท้ายที่สุดแล้ว น้ำคือตัวทำละลายที่ปลอดภัยที่สุด ราคาถูกที่สุด และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุดเท่าที่จะหาได้
“ถ้าเราสามารถทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพเหล่านี้ทำงานในน้ำได้ นั่นคือก้าวสำคัญสู่เคมีสีเขียว” นักวิจัยผู้เป็นหัวหน้าทีมผู้เขียนผลงานวิจัย ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ UCLA กล่าว ผลกระทบที่อาจตามมาต่อโรงงานผลิตยาและห้องปฏิบัติการเคมีทุกแห่งหน รวมถึงภาคชีววิทยาศาสตร์ของไทยที่กำลังเติบโตอย่างก้าวกระโดด อาจมีนัยสำคัญอย่างยิ่งยวด เพราะนี่หมายถึงการพลิกโฉมจากการใช้วัตถุอันตรายไปสู่กระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยเลียนแบบกลไกธรรมชาติในระบบสิ่งมีชีวิต
อีกไม่นาน นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรเคมีชาวไทยอาจสามารถนำความก้าวหน้าครั้งนี้ไปต่อยอดในงานวิจัยของตนเองได้ ปัจจุบัน ประเทศไทยกำลังมุ่งพัฒนาอุตสาหกรรมการผลิตยาและเคมีภัณฑ์เพื่อการเกษตร ซึ่งเป็นภาคส่วนที่ต้องการแนวทางการสังเคราะห์สารที่ทั้งยั่งยืนและปลอดภัยอย่างเร่งด่วน (สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมการลงทุน) องค์ความรู้ด้านเคมีที่ใช้น้ำเป็นตัวทำละลายนี้ จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ไทยสามารถออกแบบกระบวนการสังเคราะห์ใหม่ๆ ที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น ขณะเดียวกันก็ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งมักเป็นปัญหาใหญ่ของอุตสาหกรรมเคมีแบบเดิมๆ
ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยชั้นนำแห่งหนึ่งของไทย ให้สัมภาษณ์กับบางกอกโพสต์ว่า การพัฒนานี้ “นับเป็นเรื่องน่ายินดีอย่างยิ่งสำหรับภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ทั้งหมด ที่ซึ่งแนวคิดเคมีสีเขียวและการผลิตที่ส่งผลกระทบต่ำได้กลายเป็นวาระสำคัญระดับชาติไปแล้ว” โอกาสในการนำปฏิกิริยาที่ใช้น้ำเป็นตัวทำละลายมาประยุกต์ใช้กับทุกสิ่ง ตั้งแต่ผลิตภัณฑ์อารักขาพืชไปจนถึงยาต้านไวรัส ถือเป็นช่องทางที่น่าสนใจอย่างยิ่งสำหรับนวัตกรรมของไทย
นอกเหนือจากประโยชน์เชิงเทคโนโลยีที่จับต้องได้แล้ว เรื่องนี้ยังมีนัยยะทางวัฒนธรรมที่ลึกซึ้งยิ่งกว่า ภูมิปัญญาการใช้ยาสมุนไพรของไทยในอดีต ซึ่งสั่งสมจากการสังเกตมานานนับศตวรรษ เป็นเครื่องตอกย้ำว่า บางครั้งความเข้าใจอันลึกซึ้งและมองการณ์ไกลอาจต้องใช้เวลานานหลายสิบปีหรือมากกว่านั้น กว่าจะเป็นที่ยอมรับในทางวิทยาศาสตร์ เช่นเดียวกับทฤษฎีของเบรสโลว์ที่เคยถูกมองข้ามมานาน องค์ความรู้พื้นบ้านก็อาจได้รับการยืนยันและพิสูจน์ความถูกต้องด้วยเครื่องมือวิจัยสมัยใหม่ได้ในสักวันหนึ่ง
สำหรับก้าวต่อไป ทีมนักวิจัยหวังว่าแนวทาง “เกราะป้องกัน” คาร์บีนของพวกเขา จะสามารถนำไปประยุกต์ใช้เพื่อสร้างความเสถียรให้กับสารตัวกลางพลังงานสูงอื่นๆ ที่ยังคงเป็นปริศนาได้ ซึ่งจะช่วยให้วงการวิทยาศาสตร์ขยับเข้าใกล้การเลียนแบบปฏิกิริยาเคมีอันซับซ้อนภายในเซลล์สิ่งมีชีวิตได้มากยิ่งขึ้น ดังที่ศาสตราจารย์ผู้ควบคุมโครงการวิจัยได้กล่าวไว้ว่า “ยังมีสารตัวกลางที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาอีกมากมายที่เรายังไม่เคยสามารถแยกมันออกมาได้ เช่นเดียวกับสารตัวนี้ หากเราใช้กลยุทธ์การป้องกันแบบเดียวกันนี้ เราอาจจะสามารถมองเห็นและเรียนรู้จากพวกมันได้ในที่สุด”
สำหรับแวดวงวิชาการและภาคอุตสาหกรรมของไทยแล้ว การค้นพบครั้งนี้ถือว่ามาได้ถูกจังหวะเวลาอย่างยิ่ง ในยุคที่การแข่งขันระดับโลกด้านเทคโนโลยีสีเขียวกำลังเข้มข้นขึ้นทุกขณะ ความสามารถในการนำกระบวนการเร่งปฏิกิริยารูปแบบใหม่ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมาปรับใช้ อาจกลายเป็นแต้มต่อสำคัญสำหรับการส่งออกสินค้ากลุ่มเทคโนโลยีชีวภาพ เคมีภัณฑ์ และยาของไทยในอนาคต
ผู้เชี่ยวชาญแนะนำให้ผู้ที่อยู่ในแวดวงเคมี การดูแลสุขภาพ และสิ่งแวดล้อมในประเทศไทย ติดตามความก้าวหน้าเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีการเร่งปฏิกิริยาโดยใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย และมองหาลู่ทางความร่วมมือที่อาจเกิดขึ้นจากองค์ความรู้ใหม่นี้ สำหรับนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ของไทย การค้นพบนี้ถือเป็นเครื่องย้ำเตือนที่สร้างแรงบันดาลใจว่า สิ่งที่ดูเหมือน “เป็นไปไม่ได้” ในทางวิทยาศาสตร์วันนี้ อาจกลายเป็นความจริงที่พลิกโลกได้ในวันพรุ่งนี้ ดังที่หัวหน้าทีมผู้เขียนผลงานวิจัยได้ให้ทัศนะไว้ว่า “สิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้ในวันนี้ อาจกลายเป็นจริงได้ในวันพรุ่งนี้ หากเรายังคงลงทุนกับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์อย่างไม่หยุดยั้ง”
ในทางปฏิบัติ ขอแนะนำให้มหาวิทยาลัยและสถาบันวิจัยของไทยมองหาโอกาสในการสร้างพันธมิตรกับสถาบันชั้นนำระดับโลกด้านเคมีคาร์บีน เข้าร่วมการประชุมสัมมนาที่นำเสนอความก้าวหน้าล่าสุดของเทคโนโลยีการเร่งปฏิกิริยาแบบยั่งยืน และแสวงหาแหล่งทุนสนับสนุนโครงการวิจัยที่มุ่งเน้นกระบวนการสังเคราะห์โดยใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย นอกจากนี้ กรมโรงงานอุตสาหกรรมและหน่วยงานภาครัฐที่เกี่ยวข้องควรศึกษาและทบทวนแนวปฏิบัติที่เป็นเลิศ (best practices) ที่เกิดขึ้นใหม่ในสาขานี้ เพื่อช่วยผลักดันให้ประเทศไทยก้าวขึ้นเป็นผู้นำระดับภูมิภาคด้านการผลิตสารเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและสามารถขยายผลในเชิงพาณิชย์ได้
สำหรับผู้ที่สนใจติดตามข้อมูลเพิ่มเติม สามารถอ่านบทความวิจัยฉบับเต็มได้ในวารสาร Science Advances รวมทั้งติดตามความคืบหน้าจากทีมวิจัยผู้บุกเบิกพรมแดนใหม่ในสาขาเคมีชีวภาพเลียนแบบ (biomimetic chemistry) บทพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์ที่รอคอยกันมานานครั้งนี้ ชี้ให้เห็นชัดเจนว่า ความใฝ่รู้ ความมุ่งมั่นพยายาม และนวัตกรรม มักจะนำมาซึ่งผลลัพธ์ที่คุ้มค่าเสมอ และสามารถขับเคลื่อนวงการวิทยาศาสตร์ทั้งในระดับโลกและของไทยให้ก้าวไปสู่พรมแดนใหม่ๆ ที่เต็มไปด้วยความท้าทาย
แหล่งข้อมูล: SciTechDaily, Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.adr9681, สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมการลงทุน
