โฟลด์สโคป (Foldscope) กล้องจุลทรรศน์กระดาษพับราคาประหยัด

          James S. Cybulski, James Clements และ Manu Prakash ได้ตีพิมพ์งานวิจัยเรื่อง “Foldscope: Origami-Based Paper Microscope” ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 18 มิถุนายน ค.ศ. 2014 ลงในวารสาร PLOS One วารสารที่เน้นทางด้านวิทยาศาสตร์ครอบคลุมทุกสาขาและการแพทย์ แม้เมื่อดูข้อมูลบทความวิจัยนี้จาก Google Scholar จะมีการอ้างอิงเพียงประมาณกว่า 300 ครั้งนับจนถึงกลางปี ค.ศ. 2021 แต่งานวิจัยชิ้นนี้ส่งผลสำคัญด้านการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ไปทั่วโลกโดยเฉพาะในประเทศที่ยากจนเพราะเป็นการสร้างอุปกรณ์กล้องจุลทรรศน์ขนาดเล็กที่ต้นทุนราคาถูกมากเพียงประมาณ 1 ดอลลาร์สหรัฐหรือประมาณ 32 บาทเท่านั้น ทำให้เด็กๆที่ไม่มีทุนทรัพย์มากนักทั่วโลกได้มีโอกาสใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อศึกษาโครงสร้างขนาดเล็กระดับไมโครเมตรของสิ่งต่างๆได้
 

          เป็นที่น่าดีใจที่พบว่าผู้วิจัยได้แรงบัลดาลใจการสร้างอุปกรณ์นี้ในประเทศไทยแต่ก็น่าเสียใจเพื่อทราบถึงรายละเอียดที่เกิดขึ้นคือ Prakash หนึ่งในผู้เขียนบทความวิจัยดังกล่าวระหว่างที่ได้มาลงทำการทดลองภาคสนามบางอย่างในประเทศไทยและพบว่ามันมีกล้องจุลทรรศน์ให้ใช้อยู่แต่เพราะมันเปราะบางและแพงมาก แพงกว่าเงินเดือนของหลายๆคนทำให้ไม่ค่อยมีคนกล้าใช้กล้องจุลทรรศน์นี้ Prakash จึงได้ไอเดียและคิดหาวิธีพัฒนากล้องจุลทรรศน์ราคาถูกมากขึ้นมา โดยสามารถทำได้สำเร็จและเรียกอุปกรณ์นี้ว่า โฟลด์สโคป (Foldscope)


          กล้องจุลทรรศน์เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญและใช้การอย่างแพร่หลายในการทำงานด้านวิทยาศาสตร์เป็นตัวเชื่อมโลกขนาดใหญ่ที่เราคุ้นเคยกับโลกขนาดเล็กจิ๋วระดับไมโครเมตรหรือเล็กกว่านั้น ในบางครั้งการลงพื้นที่จริงเพื่อสำรวจสิ่งแวดล้อม ธรรมชาติ เราไม่สามารถนำกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการไปด้วยได้ โฟลด์สโคปจะช่วยตอบโจทย์นี้ มันคือกล้องจุลทรรศน์ที่ทำมาจากกระดาษแข็งที่พับได้นำมาประกอบกันเป็นกล้องจุลทรรศน์ มีความแข็งแรงทนทานสูง กันน้ำ ราคาถูกมาก ใช้งานง่าย โฟลด์สโคปประกอบด้วยวัสดุสำคัญสองอย่าง กระดาษแข็ง 400 ตารางเซนติเมตร (กระดาษแข็งแผ่นใหญ่ที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนต่างๆของกล้องโฟลด์สโคปเมื่อนำมาพับประกอบกัน) และเลนส์บอล (ball lens) ขนาดเล็กที่ทำมาจากแก้วบอโรซิลิเกต เมื่อรวมวัสดุอื่นๆด้วย โฟลด์สโคปจะมีต้นทุนราคาถูกมากเพียงประมาณ 1 ดอลลาร์สหรัฐหรือประมาณ 32 บาทเท่านั้น 


           กล้องจุลทรรศน์ประกอบด้วยสามองค์ประกอบหลักคือตัวอย่างวัตถุที่เราต้องการสังเกต เลนส์ทำหน้าที่ขยายภาพวัตถุที่เราต้องการสังเกต และแหล่งแสงเพื่อให้เราสามารถมองเห็นภาพได้ชัดเจน โดยโฟลด์สโคปเราอาจจะใช้แสงธรรมชาติเช่นแสงจากดวงอาทิตย์เป็นแหล่งแสงได้ กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการที่ใช้ในโรงเรียน ปรกตินั้นมักเป็นกล้องจุลทรรศน์ใช้แสงแบบเชิงประกอบ (compound light microscope) คือกล้องจุลทรรศน์ที่มีเลนส์หลาย ๆ อันมาประกอบกันอยู่ภายในลำกล้องเพื่อให้มีกำลังขยายมากขึ้น แต่โฟลด์สโคปนั้นต่างออกไป โฟลด์สโคปเป็นกล้องจุลทรรศน์แบบที่อันโตนี ฟัน เลเวินฮุก (Antonie van Leeuwenhoek) ใช้ในในศตวรรษที่ 17 คือกล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์เดี่ยว (single lens microscope) เป็นกล้องจุลทรรศน์ใช้แสงอย่างง่ายที่ประกอบด้วยเลนส์อันเดียวส่องดูวัตถุแต่มีกำลังขยายสูงกว่าแว่นขยายธรรมดา โดยโฟลด์สโคปมีกำลังขยาย (magnification) คือ 140x และมีอำนาจจำแนก (resolution หมายถึงความสามารถของกล้องจุลทรรศน์ในการแยกจุดสองจุด ซึ่งอยู่ใกล้กันที่สุดให้มองเห็น แยกเป็นสองจุดได้) ที่ 2 ไมครอน หลักการทำงานของโฟลด์สโคปคือเลนส์บอลของมันทำหน้าที่เป็นเลนส์นูน ทั้งสองด้านของเลนส์จะมีลักษณะโค้งสู่ด้านนอก เมื่อแสงสะท้อนจากวัตถุถูกมองด้วยโฟลด์สโคป แสงจะผ่านเลนส์นูนนี้และถูกทำให้โค้งเข้าสู่ดวงตา ภาพวัตถุที่เห็นจึงมีขนาดใหญ่กว่าปรกติ โฟลด์สโคปยังจัดเป็น transmissive light microscopy หมายความว่าแสงจะผ่านทะลุจากวัตถุมาสู่ดวงตาของเรา ฉะนั้นวัตถุที่เราต้องการสังเกตความจะมีลักษณะบางเพื่อให้เราสามารถสังเกตได้อย่างชัดเจน


          ในบทความโฟลด์สโคปได้ทดลองใช้ในหลายแบบคือแบบไบรท์ฟิลด์ (brightfield) คือใช้การดูดกลืนแสงของวัตถุ ทำให้สามารถมองเห็นวัตถุที่เราต้องการสังเกตได้ชัดเจนเหมาะสำหรับการดูภาพตัดขวางของเนื้อเยื่อต่างๆ ที่ถูกตัดให้บาง แบบดาร์คฟิลด์ (darkfield) คือใช้การกระเจิงของแสงไปสู่วัตถุ ทำให้วัตถุที่เราต้องการเห็นนั้นสว่างมองเห็นได้ชัดเจนขณะที่ฉากหลังนั้นมีลักษณะมืดทึบ แบบฟลูออเรสเซนซ์ (fluorescence) ซึ่งจะต้องใช้แสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ และแบบลำดับเลนส์ (lens array) คือการประกอบเลนส์หลายๆตัวมาเรียงกันทำให้ภาพที่ได้มีขนาดกว้างมากขึ้น ซึ่งจากการทดลองพบว่าโฟลด์สโคปสามารถให้ภาพทุกแบบได้มีรายละเอียดของภาพค่อนข้างคมชัด

            กล้องจุลทรรศน์นี้มีใช้งานแล้วแพร่หลายในมากกว่า 140 ประเทศทั่วโลก จากการที่ผู้เขียนมีความคิดจะเขียนบทความนี้จึงได้ซื้อมาทดลองใช้พบว่า การใช้งานตอนแรกทั้งการเตรียมสไลด์ตัวอย่าง การใช้งานจริงค่อนข้างที่จะสับสน แต่เมื่อลองอ่านคู่มือและดูวิดีโอประกอบ ใช้เวลาสักพักก็จะสามารถทำได้ในที่สุด ภาพที่ถ่ายได้นั้นมีคุณภาพปานกลาง อาจจะไม่สามารถสู้กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการตามสถานศึกษา แต่ก็ทำให้เราสามารถเห็นโลกเล็กจิ๋วที่ซ่อนอยู่ได้ เด็กๆ นักเรียนน่าจะชอบอุปกรณ์นี้มากอาจจะช่วยให้หลงรักในวิชาวิทยาศาสตร์ก็เป็นได้ เนื่องด้วยราคาที่ถูกมาก ขนาดเล็ก แข็งแรงทนทาน ใช้งานง่ายและในประเทศไทยสามารถหาซื้อได้ทางออนไลน์ โฟลด์สโคปจึงน่าจะเหมาะสำหรับเป็นอีกหนึ่งอุปกรณ์ที่นำมาใช้กันทั่วไปตามโรงเรียน

 

อ้างอิง

• Cybulski, J. S., Clements, J., & Prakash, M. (2014). Foldscope: origami-based paper microscope. PloS one, 9(6), e98781.
• https://www.foldscope.com/user-guide
• https://spectrum.ieee.org/geek-life/tools-toys/foldscope-a-paper-microscope-you-can-attach-to-your-smartphone