Antimicrobial Air Filter

จุลชีพ(Micro-organisms)

         ระบบ HVAC(Heating, Ventilation and Air Conditioning) คือ กระบวนการวางระบบความร้อน เย็นและระบายอากาศ ซึ่งเป็นเป็นกระบวนการควบคุมสภาวะของอากาศเพื่อให้เป็นไปตามความต้องการ โดยทั่วไปปัจจัยของอากาศที่ต้องควบคุมประกอบด้วย อุณหภูมิความชื้น ความสะอาดการกระจายลมและปริมาณลม โดยในอุตสาหกรรม การปรับอากาศอาจใช้เพื่อควบคุมภาวะอากาศในกระบวนการผลิตแต่อย่างไรก็ตาม หนึ่งปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อระบบ HVAC นั้นคือการเพิ่มจำนวนของจุลชีพ(Micro-organism) ต่างๆ ซึ่งจุลชีพเหล่านี้จะเจริญเติบโตได้ดีในบริเวณที่ความชื้นและสารอาหารพอเหมาะ เช่นในส่วนของหอทำความเย็น (Cooling Tower), คอยล์ทําความเย็น(Cooling Coil), เครื่องกรองอากาศ (Air Filter)รวมไปถึงท่อส่งลม (Duct Work) โดยองค์การอนามัยโลกเผยว่า 50% ของการปนเปื้อนทางชีวภาพนั้นมาจากระบบการส่งจ่ายลมเย็น (Air Handling System)จุลชีพที่พบในอากาศนั้นมีทั้งเชื้อรา แบคทีเรีย โดยเชื้อราที่ก่อให้เกิดโรคมักจะแฝงตัวอยู่ในแผ่นกรองอากาศ ไม่ว่าจะเป็น Alternaria spp., Aspergillusspp., Aureobasidiumpullulans,Chaetomium spp., Cladosporium spp.,Fusarium spp., Mucor spp., Penicilliumspp., Phoma spp., Rhizopus spp., Scopulariopsisspp., and Ulocladiumsppซึ่งเชื้อราจำพวกนี้จะผลิตสารไมโซทอกซิน (Mycotoxins)ซึ่งเป็นสารพิษที่มีผลทำลายระบบภูมิคุ้มกันและอาจก่อให้เกิดมะเร็งได้นอกจากเชื้อราแล้วเรายังพบ
ว่าแบคทีเรียนั้นก็ส่งผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์เช่นกัน ผลงานวิจัยจากนักวิจัยหลายท่านได้พิสูจน์แล้วว่าแม้ในสภาวะสะอาด ปริมาณของแบคทีเรียยังคงเพิ่มจำนวนซึ่งอาจจะสูงถึง 107cfu/ml ซึ่งแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคพบในแผ่นกรองอากาศนั้นมีหลายสายพันธุ์ด้วยกัน แต่สายพันธุ์ที่อันตรายที่สุดคือ Pseudomonasaeruginosa and Legionella pneumophila 
 

รูปที่ 1 แสดงภาพจำลองของแบคทีเรียแกรมบวกและแบคทีเรียแกรมลบ

 

     แบคทีเรียนั้นจะแบ่งเป็น2 กลุ่มใหญ่ๆด้วยกัน คือ แบคทีเรียแกรมบวก (Gram-positive Bacteria)
และแบคทีเรียแกรมลบ (Gram-negative Bacteria) โดยแบคทีเรียแกรมบวกจะมีผนังเซลล์ที่ประกอบด้วย Peptidoglycan ที่หนาประมาณ 30 นาโนเมตร ในขณะที่แบคทีเรียแกรมลบจะมีชั้นของ Peptidoglycan หนาเพียง 2 – 3 นาโนเมตร และมี Outer membrane หุ้มอยู่ด้านนอกอีกชั้นหนึ่ง เนื่องจากแบคทีเรียแกรมลบเป็นพวกที่สามารถ
เจริญเติบโตในช่วงอุณหภูมิของร่างกายได้ดีกว่าแบคทีเรียแกรมบวก ดังนั้นแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคที่พบได้ในอากาศนั้นจะเป็นพวก แบคทีเรีย แกรมลบ ซึ่งความสามารถในการก่อโรคของแบคทีเรียแกรมลบจะเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบในผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบ ที่เรียกว่าชั้นของลิโปโพลีแซคคาไรด์(LPS /lipopolisaccharide)หรือ ชั้นเอนโดทอกซิน(Endotoxins)  นั่นเอง โดยเอนโดทอกซินจะถูกปล่อยออกมาในช่วงที่เซลล์ของแบคทีเรียมีการเจริญเติบโตหรือหลังจากเซลล์แบคทีเรียตาย เมื่อเอนโดทอกซินแพร่เข้าสู่อากาศจะก่อให้เกิดโรคตับอักเสบหรือตับเป็นพิษเฉียบพลันได้ดังนั้นการลดอัตราการเจริญเติบโตของแบคทีเรียในแผ่นกรองอากาศนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญและท้าทาย โดยอาจจะมีการปรับปรุงหรือพัฒนาแผ่นกรองอากาศที่มีคุณสมบัติในการเป็น Antimicrobial ซึ่งมีการใส่สาร Antimicrobial Agents  ลงไปเพื่อป้องกันการเจริญเติบโตของแบคทีเรียในแผ่นกรองอากาศ 

เทคโนโลยีการยับยั้งเชื้อแบคทีเรีย(Antimicrobial Technology)
        การศึกษาเกี่ยวกับความสามารถในการต่อต้านจุลชีพต่างๆโดยใช้สารต้านจุลชีพ (Antimicrobial Agents) โดยงานวิจัยหลายชิ้นจึงมุ่งไปที่การทดสอบประสิทธิภาพของอนุภาคนาโนของเงิน(Silver Nanoparticles) ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียแกรมลบ

 

รูปที่ 2 แสดงภาพของอนุภาคนาโนของเงินที่ได้จากเครื่องScanning Electron Microscope

      อย่างไรก็ตามกลไกในการฆ่าเชื้อนั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ได้แต่มีการคาดคะเนกลไกการ
ทำงานของอนุภาคนาโนของเงินและไอออนของเงิน (Silver Ion) ว่ามีความสามารถในการทำให้โครงสร้างและองค์ประกอบของเซลล์แบคทีเรียเปลี่ยนไปโดยมีงานวิจัยหลายงานได้เสนอเกี่ยวกับกลไกการทำงานของอนุภาคนาโนของเงินในการต่อต้านแบคทีเรีย ซึ่งสามารถสรุปได้เป็น 3 กลไกหลักๆด้วยกันคือ ได้แก่ 1. อนุภาคนาโนของเงินในช่วง 1 – 10 nm จับกับผิวหน้าของเยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรียและรบกวนการทำงานระดับเซลล์ของแบคทีเรีย เช่น การขนส่งสารเข้าออกจากเซลล์ และการหายใจ 2. อนุภาคนาโนของเงินสามารถแทรกเข้าไปภายในเซลล์แบคทีเรียและรบกวนการทำงานระดับโมเลกุลโดยจับกับสารที่มีกำมะถันและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ เช่น ดีเอ็นเอ เกิดการรวมตัวและสูญเสียความสามารถในการเพิ่มจำนวน (Replication) แบคทีเรียจึงไม่สามารถเพิ่มจำนวนได้3. อนุภาคนาโนของเงินเกิดการสลายตัวและปลดปล่อย Silver Ion เนื่องจากอนุภาคนาโนของเงินมีขนาดเล็กและมีเป็นจำนวนมาก ทำให้สามารถปลดปลอย Silver Ion ออกมาด้วยความเข้มข้นสูง จึงสามารถฆ่าแบคทีเรียได้อย่างรวดเร็วนอกจากนี้อนุภาคนาโนของเงินยังมีความสามารถในการยับยั้งรวมถึงทำลายจุลชีพอื่นๆ เช่นรา หรือยีสต์ จากที่ได้กล่าวมาแล้วจะเห็นได้ว่า อนุภาคนาโนของเงินสามารถฆ่าและยับยั้งเชื้อโรคต่างๆได้จึงมีการนำอนุภาคนาโนของเงินไปประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีต่างๆมีมากมาย ไม่ว่าจะเป็นด้านอุปโภคที่เกี่ยวกับเสื้อผ้า สิ่งทอ และ เครื่องนุ่งห่มที่สามารถยืดอายุการใช้งานและป้องกันการเกิดกลิ่นได้ รวมไปถึงด้านการแพทย์ที่ที่จะใช้เป็นยารักษาโรค หรือ การเคลือบอนุภาคนาโนของเงินบนอุปกรณ์ทางการแพทย์เพื่อป้องกันการติดเชื้อ รวมไปถึงนำไปประยุกต์ใช้กับระบบการกรองอากาศตามที่ได้กล่าวมาข้างต้น ซึ่งมีงานวิจัยหลากหลายได้แสดงให้เห็นแล้วว่าเมื่อมีอนุภาคนาโนของเงินเป็นองค์ประกอบในแผ่นกรองอากาศ จะส่งผลให้จำนวนแบคทีเรียลดลง แต่อย่างไรก็ตามความสามารถในการเป็นสารต้านจุลชีพจะค่อยๆลดลงตามระยะเวลาการใช้งานของแผ่นกรองอากาศ