ผู้ใช้:Tewan.p/ทดลองเขียน

Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู (Cuticle of Crustaceans)

Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู (Cuticle of Crustaceans) จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี Cuticle ความหมาย ส่วนที่เคลือบผิวนอก Crustacean เป็น สัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู เป็นไฟลัมย่อยของ สัตว์ขาปล้อง (ชื่อวิทยาศาสตร์: Arthropoda (อาร์โธรโพดา) จัดอยู่ในกลุ่มสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง สัตว์กลุ่มนี้มีระยางค์ 5 คู่ แต่ละคู่มี 2 ก้าน ส่วนท้ายมีระยางค์อีก 8 คู่ อวัยวะรับความรู้สึกมีตาประกอบเป็นก้านขนแข็งทั่วตัวใช้รับสัมผัสและอวัยวะเกี่ยวกับการทรงตัว ระบบสืบพันธุ์แยกเพศกัน ปฏิสนธิภายใน ตัวอ่อนลอกคราบหลายครั้งกว่าจะเป็นตัวเต็มวัย Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู เป็นโครงร่างภายนอกที่มีไคตินเป็นส่วนประกอบหลัก จึงทำให้มีลักษณะแข็ง

เนื้อหา	
1.บทนำ
2.โครงสร้างพื้นฐาน Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู
3.การทำงานของระบบ Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู
4.การนำไปใช้ประโยชน์
	4.1 การสกัดเอาไคตินจาก Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู มาใช้
	4.2 การเลียนแบบโครงสร้าง Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู มาประยุกต์
		4.2.1 เสื้อเกราะกันกระสุน
		4.2.2 วัสดุทนแรงกระแทกที่มีน้ำหนักเบา

1.บทนำ

Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู เป็นอีกหนึ่งส่วนประกอบสิ่งมีชีวิตที่มีความน่าสนใจอย่างมาก โดยธรรมชาติได้พัฒนาให้มีการใช้หน่วยการสร้างที่เรียบง่าย เพื่อสังเคราะห์โครงสร้างที่ซับซ้อนหลากหลาย ด้วยเทคโนโลยีและเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพในปัจจุบันจึงนำมาสู่การศึกษา การวิจัยและทำการเลียนแบบโครงสร้างและการทำงาน Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู เพื่อนำคุณสมบัติที่ดีมาประยุกต์ใช้สำหรับสร้างสรรค์วัสดุในปัจจุบันอย่างมีประสิทธิภาพ อาทิเช่น การสกัดเอาไคตินจาก Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู มาพัฒนาสร้างเป็นพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ การศึกษาการจัดเรียงโครงสร้างภายในเพื่อนำมาประยุกต์สำหรับทำวัสดุทนแรงกระแทกที่มีน้ำหนักเบาหรือเสื้อเกราะกันกระสุน

2. โครงสร้างพื้นฐาน Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู

โครงสร้างชั้นนอกสุดเป็นชิ้นส่วนที่มีความโดดเด่นอย่างมาก มีความแข็งแรงสูงมากถึงขนาดที่สามารถทำให้เปลือกหอยแตกได้ มีความสัมพันธ์กับระบบประสาทมากมาย และสามารถควบคุมการซึมผ่านของน้ำและปรสิตได้ Exoskeleton เปลือกนอกของ crustacean นั้นมีความหลากหลายเรียกว่า ผิวหนังชั้นนอกหรือโครงกระดูกภายนอก ทำหน้าที่ปกป้องร่างกายและสำหรับยึดติดกล้ามเนื้อ Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู จะมีความบาง มีเนื้อเยื่อที่บางและยืดหยุ่นเช่นเดียวกับ parasitic copepods และมีเปลือกแข็ง Cuticle จะถูกหลั่งโดยเซลล์ชั้นเดียวที่เรียกว่า epidermis ชั้นนอกสุดหรือ epicuticle ขาดไคตินที่อยู่ในชั้นในสุดที่หนากว่าหรือ procuticle (ประกอบด้วยชั้นของเส้นใยไคตินที่เชื่อมต่อกับโปรตีนและในหลายชนิดและมีเกลือแคลเซียม) การจัดเรียง Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู โดยแสดงการจัดเรียงตั้งแต่โครงสร้างในระดับจุลภาค คือเริ่มจากหน่วยเซลล์พื้นฐาน จนกระทั่งก่อตัวกันกลายเป็นโครงสร้างระดับมหภาค โดยเริ่มจากใน ระดับ I โมโนเมอร์ของโพลีเมอร์ N-acetyl-glucosamine รวมตัวกันจนกลายเป็นสายโซ่ไคติน (Nine-teen alpha-chitin chains)

ระดับ II สายโซ่ไคติน (Nine-teen alpha-chitin chains) ปรับทิศทางตัวเองในลักษณะต่อต้านขนาน (anti-parallel manner ) แสดงเพื่อสร้างผลึกไคตินที่เคลือบด้วยโปรตีน

ระดับ III ผลึกไคตินที่เคลือบด้วยโปรตีน

ระดับ IV เส้นใยไคตินเหล่านี้สามารถรวมเข้าด้วยกันเป็นเส้นใยโดยการวางแนวของเส้นใยจะค่อยๆเปลี่ยนจากระนาบหนึ่งไปเป็นอีกระนาบหนึ่ง

ระดับ V ภาพถ่ายในระดับโครงสร้าง

ระดับ VI การซ้อนของเส้นใย helicoidal ส่งผลให้มีลักษณะเป็นชั้นเมื่อมีการตัดหรือแยกออกเป็น sagittally และเปิด / เมื่อเครื่องบินตัด / แตกเป็นแนวเฉียงรูปแบบของโค้งปรากฏอยู่ในแต่ละ lamella ซึ่งเป็นเรื่องปกติของโครงสร้างไม้อัดบิด

ระดับ VII Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู

3.การทำงานของ Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู

3.1 การทำงานของขาที่แข็งแรง กั้งตั๊กแตนตำข้าวมีพฤติกรรมที่ก้าวร้าวซึ่งใช้ forelimbs (ขา) พิเศษ (เรียกว่าภาคผนวก raptorial) เพื่อจับเหยื่อของมัน กั้งตั๊กแตนตำข้าวที่เป็น "Smashers" ใช้การตีเหมือนค้อนเพื่อทำลายเปลือกหอยและหอยอื่นๆ เผยให้เห็นร่างกายที่อ่อนนุ่มของเหยื่อเพื่อให้สามารถรับประทานได้ การโจมตีของกั้งตั๊กแตนตำข้าวสามารถทำได้แม้กระทั่งทุบตู้ปลา มันทำเช่นนี้ด้วยส้นเท้ากระเปาะแกร่ง ที่ทำหน้าที่ทั้งในการป้อนและการป้องกัน โครงร่างของกั้งตั๊กแตนตำข้าวส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุเปลือกแข็ง แบ่งออกเป็นสี่ส่วนได้แก่ merus (ใกล้กับร่างกาย) กลุ่มกล้ามเนื้อใหญ่ ถัดไปคือ carpus, propodus และ dactyl ซึ่งมีรูปร่างแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสายพันธุ์ของกั้งตั๊กแตนตำข้าว “ Smashers” แบกส้นเท้าหนักบน dactyl ของพวกมัน ในขณะที่มีหลายสายพันธุ์ของกั้งตั๊กแตนตำข้าวส่วน raptorial ใช้หลักการเดียวกันเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วและมีพลังหลักการนี้เรียกว่าเพาเวอร์แอมป์ ( ระบบขยายกำลังกลที่สร้างขึ้นโดยการหดตัวของกล้ามเนื้อค่อนข้างแบบช้าๆ โดยแยกการหดตัวของกล้ามเนื้อและการเคลื่อนไหวออกเป็นสองขั้นตอนตามลำดับคือเฟสโหลดและช่วงปล่อย)

3.2 ขาหน้าที่แข็งแรงความลับของพลังที่แข็งแกร่ง ค้อนบนกรงเล็บของกั้งตั๊กแตนตำข้าวหรือ “smassher”(การตีอย่างแรง) ซึ่งใช้เพื่อแยกเปลือกของเหยื่อออก เช่น หอย ทำให้เป็นแรงบันดาลใจต่อการออกแบบสำหรับ carbon fiber-epoxy composite (คอมโพสิตอีพ็อกซี่คาร์บอนไฟเบอร์) ที่มีความแกร่งมากขึ้น

3.3 ก้าม dactyl มีแร่ธาตุสูงของ stomatopod ซึ่งมีเส้นใยไคตินในแนวเดียวกันในผลึก hydroxyapatite ที่สามารถทนต่อแรงกระแทกซ้ำได้โดยไม่เกิดความล้มเหลวความแข็งแกร่งของก้ามกั้ง ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าแต่ละชั้นของเส้นใยไคตินจะถูกหมุนด้วยมุมเล็ก ๆ ที่เกี่ยวข้องกับชั้นด้านล่างซึ่งก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าคอมโพสิต 'helicoidal'

4. การทำงานของ ตา

ตาแต่ละข้างประกอบด้วยหลายร้อยหน่วยท่อออกมาจากปลายประสาทตา แต่ละหน่วยท่อเหล่านี้เป็นดวงตาขนาดเล็กที่มีระบบการเดินทางแสงแยกจากระบบประสาทอื่นๆโดยกลุ่มเซลล์เม็ดสีสองกลุ่ม เซลล์เม็ดสีเหล่านี้สามารถขยายและหดตัว เพื่อปกปิดปริมาณแสงที่แตกต่างกันของดวงตาแต่ละดวง ทำให้สามารถใช้ดวงตาได้ในช่วงความเข้มแสงที่แตกต่างกันได้ ภาพที่ได้จากตาจะเป็นภาพในลักษณะภาพชิ้นเล็กๆมาต่อกัน เรียกลักษณะแบบนี้ว่า ภาพแบบโมเสค แต่พวกมันมีพฤติกรรมที่พวกมันสามารถรับรู้การเคลื่อนไหวเล็กๆได้

5.การนำไปใช้ประโยชน์

5.1 การสกัดเอาไคตินจากเปลือกของ Crustacean มาใช้การสกัดไคตินการสกัดไคตินใช้ขั้นตอนการสกัดไคตินอธิบายถึงการแยกไคตินออกจากเปลือกกุ้ง กั้ง ปู ในการแยกไคตินออกจากเปลือกปูจาเป็นต้องดำเนินการสามขั้นตอนต่อไปนี้

(1) Demineralization ด้วยกรดไฮโดรคลอริกเจือจางหรือกับ ethylenediaminetetraacetic (EDTA)

(2) Deproteinization ด้วย sodium hydroxide ละลายน้าหรือการใช้แบคทีเรียในการดึงโปรตีน

(3) การกำจัดไขมันด้วยสารละลายอินทรีย์ โดยกระบวนการสกัดไคตินจะคำนึงถึง ความเข้มข้นของกรดขนาดอนุภาค, เวลาตอบสนอง, อุณหภูมิและอัตราการกวนนำมาใช้ผลิตเป็นพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ Bioprinting

5.2 การเลียนแบบโครงสร้าง Crustacean

5.2.1 การเลียนแบบโครงสร้างมาประยุกต์เป็นวัสดุทนแรงกระแทกที่มีน้ำหนักเบา โดยเลียนแบบการจัดเรียงโครงสร้างของไคติน แบบ helicoidal โดยใช้ Carbon fibers และสารเชื่อมประสานเช่น เสื้อเกราะกันกระสุน การค้นพบดังกล่าวทำให้ทีมวิจัยของไคเซลอัสพัฒนาวัสดุคอมโพสิตให้มีโครงสร้างภายในคล้ายกำปั้นของกั้งตั๊กแตน 7 สีพวกเขาคาดหวังว่าจะนำวัสดุที่พัฒนาขึ้นนี้ไปทำเกราะกันกระสุนที่มีน้ำหนักและความหนาลดลงเหลือเพียง 1 ใน 3 จากของเดิม การยิงทดสอบเบื้องต้นพบว่าวัสดุที่พัฒนาขึ้นนี้ได้รับความเสียหายบ้างแต่ยังไม่ทะลุ ส่วนหัวกระสุนปืนมีลักษณะแบนหลังเกิดการกระแทก ผลการทดสอบทำ ให้ทีมวิจัยเชื่อว่าวัสดุนี้มีแนวโน้มที่จะกันกระสุนได้หากได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมต่อไป

5.2.2 อีพ็อกซี่เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ที่เลียนแบบโครงสร้าง Crustacean โครงสร้าง Crustacean ประกอบด้วยชั้นของไคตินที่เรียงตัวกันเรียงกันเป็นกลุ่มเปลือก ครัสเตเชียน คล้ายคลึงกับ คอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของลามิเนส ครัสเตเชียน คือการเรียง helicoidal แต่ละชั้นหมุนเป็นมุมเล็กน้อยจากชั้นเหมือนบันไดวนเป็นโครงสร้างที่ผิดปกติสำหรับคอมโพสิตเชิงโครงสร้าง จึงนำมาทำเป็นโครงสร้างตัวอย่างของอีพ็อกซี่เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีการวางเลเยอร์แบบ helicoidal เพื่อพัฒนาให้วัสดุที่สังเคราะห์ขึ้นมีความแข็งแรงและทนทาน

5.3 การประยุกต์ใช้ความรู้เกี่ยวกับสารเคมีในสัตว์จำพวก Crustacean Sensor เคมีของ Crustacean นั้นมีความสวยงามและมีการใช้งานในหลาย ๆ ทางขึ้นอยู่กับงานนิเวศวิทยาโดยธรรมชาติของสัญญาณเคมีและลักษณะการแพร่กระจาย ระบุว่า Crustacean เป็นสิ่งมหัศจรรย์ทางวิศวกรรมสามารถตรวจจับโมเลกุลของกลิ่นที่มีความเข้มข้นต่ำมากภายใต้สภาวะที่ยากลำบากและยังสามารถตอบสนองต่อแรงกดดัน ดังนั้นเราสามารถเรียนรู้จากรูปแบบของโครงสร้างเซ็นเซอร์ที่สังเกตได้ในธรรมชาติ ศึกษารูปแบบการปรับใช้เซ็นเซอร์ วิธีการเหล่านี้มักจะเกี่ยวข้องกับการสังเกตพฤติกรรมเปรียบเทียบของสัตว์ตามด้วยการพัฒนาอัลกอริทึมที่ถูกทดสอบแล้วโดยใช้หุ่นยนต์ biomimetic ความสามารถของหุ่นยนต์ในการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการดมกลิ่นพื้นฐาน เช่นการค้นหาแหล่งกลิ่น สามารถบ่งบอกถึงความถูกต้องของกลยุทธ์การค้นหาที่ตั้งโปรแกรมไว้ซึ่งกำหนดจากพฤติกรรมของสัตว์

มีการประยุกต์ใช้ความรู้ที่มีศักยภาพมากมายเกี่ยวกับสารเคมีจำพวกครัสเตเชียนหรือทางการแพทย์เทคนิคและการทหาร โดยได้พัฒนาหุ่นยนต์ตรวจจับสารเคมีที่เป็นอิสระซึ่งสามารถติดตามกลิ่นโดยใช้กลยุทธ์ที่ได้รับจากสัตว์จำพวกครัสเตเชียน เป็นอุปกรณ์ขนาดใหญ่สามารถทำงานได้ในที่เปิด