ผู้ใช้:Nararin/sandbox
ใยแมงมุม[แก้]
แมงมุม คือ สิ่งมีชีวิตพวกสัตว์ขาปล้อง หรือ อาร์โธพอด จัดอยู่ในอันดับ Aranear มีรูปร่างลักษณะที่แตกต่างกันออกไป บางชนิดมีรูปร่างที่เพียวยาว ขณะที่บางชนิดมีรูปร่างคล้ายกับสัตว์ชนิดอื่น ๆ เช่น มด หรือปู โดยแมงมุมถูกค้นพบแล้วมากกว่า 40000 ชนิด แล้วยังมีชนิดใหม่ที่ถูกค้นพบใหม่แทบทุกปี
ส่วนสำคัญของแมงมุมคือใยแมงมุม หรือ spider web ที่ถูกผลิตขึ้นจากอวัยวะหนึ่งของแมงมุมที่ชื่อว่า ต่อมผลิตเส้นใย โดยการนำโปรตีนมาเปลี่ยนให้กลายเป็นเส้นใย แล้วนำมาถักทอเส้นใยในแบบที่สิ่งมีชีวิตอื่นทำไม่ได้ จึงทำให้แมงมุมมีคุณสมบัติพิเศษในเรื่องของความแข็งแรงที่มีมากกว่าเส้นใยไนลอนสังเคราะห์ และมีความยืดหยุ่นที่มากกว่าทั้ง เส้นใยไหม เส้นใยไนลอน จึงมีการพัฒนาและลอกเรียนแบบมาทำเส้นใยแล้วนำมาใช้งานมากมายในปัจจุบัน(นาย วิโรจน์ แก้วเรือง,2013)[1]
การสร้างเส้นใยของแมงมุม[แก้]
การสร้างเส้นใยของแมงมุมโดยทั่วไปเกิดจากต่อมผลิตเส้นใย (silk gland) ทำหน้าที่ผลิตโปรตีนที่ใช้สร้างเส้นใย เมื่อโปรตีนถูกหลั่งผ่าน spinnerets 1-3 คู่ ที่เชื่อมต่อกับ silk glands จะถูกเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นของแข็ง หลังจากนั้นแมงมุมก็จะใช้ขาในการถักทอโปรตีนเหล่านี้ให้เป็นเส้นใยที่มีขนาดใหญ่ขึ้น เป็นใยแมงมุมที่เราเห็นนั่นเอง ต่อมผลิตเส้นใยของแมงมุม มีหลายต่อมซึ่งทำหน้าที่ผลิตเส้นใย(นาย วิโรจน์ แก้วเรือง,2013)[1]
ประเภทของเส้นใยแมงมุม[แก้]
ต่อมผลิตเส้นใยของแมงมุม มีหลายต่อมซึ่งทำหน้าที่ผลิตเส้นใย โดยแต่ละต่อมจะผลิตเส้นใยที่มีคุณสมบัติต่างกันดังนี้ (นาย วิโรจน์ แก้วเรือง,2013)[1]
1.) Major Ampullate ผลิตเส้นใยที่เป็นโครงสร้างหลักของใยแมงมุม (dragline silk) ใช้สำหรับรับแรง เดินและปล่อยตัวจากที่สูง (dragline silk) มีความแข็งแรงและเหนียวมาก
2.) Flagelliform ผลิตเส้นใยที่ใช้สำหรับจับเหยื่อซึ่งมีความยืดหยุ่นสูงมาก (capture silk) ใช้ส่งสัญญาณเมื่อเหยื่อติดกับ (signal line)
3.) Minor Ampullate เป็นเส้นใยชั่วคราวที่แมงมุมใช้เดินขณะกำลังทอใย (นั่งร้านชั่วคราวขณะก่อสร้าง)
4.) Piriform ผลิตเส้นใยสำหรับใช้ประสานกับจุดเชื่อมโยง เช่น กิ่งไม้
5.) Cylindrical ผลิตเส้นใยตรงจุดศูนย์กลางวงล้อเพื่อใช้เฝ้ารอเหยื่อและผลิตเส้นใยสร้างรังชั้นนอก
6.) Aciniform ผลิตเส้นใยที่ใช้ห่อหุ้มไข่ ห่อหุ้มเหยื่อและสร้างรังชั้นใน
7.) Aggregate ผลิตเส้นใยที่มีความเหนียวเหมือนกาว (glue silk)
8.) Tubiliformes ผลิตเส้นใยที่ใช้สร้างรังไหมเพื่อปกป้องไข่ (cocoon silk)
โครงสร้างและองค์ประกอบของเส้นใย[แก้]
เส้นใยแมงมุมเป็นเส้นใยโปรตีนธรรมชาติที่เรียกว่า สไปโดรอิน (Spidroin) ประกอบด้วยกรดอะมิโนหลัก 2 ชนิดคือ ไกลซีน (Glycine) ร้อยละ 40 และอลานีน(Alanine) ร้อยละ 25 อยู่ในรูปของโคพอลิเมอร์ที่จัดแบบ (block copolymer) ในแต่ละบล็อกประกอบด้วยอะลานีนและไกลซีน 4-9 โมเลกุล(นาย วิโรจน์ แก้วเรือง,2013) ส่วนโครงสร้างโมเลกุลของเส้นใยมีการจัดเรียงตัวเป็นผลึกอย่างเป็นระเบียบ เรียกว่าแผ่น บีต้าชีท ในส่วนนี้จะช่วยให้เส้นใยมีความแข็งแรง และส่วนที่เป็นอสัณฐานที่มีการเรียงตัวแบบไม่เป็นระเบียบเป็นลักษณะเกลียว เรียกว่า อัลฟาเฮลิค (K. Murugesh Babu..,)[2]มีส่วนช่วยให้เส้นใยมีคุณสมบัติหยืดหยุ่นเมื่อมีแรงมากระทำ ดังนั้นจึงทำให้เส้นใยของแมงมุมมีคุณสมบัติเชิงกลที่แข็งแรงและหยืดหยุ่น
คุณสมบัติของเส้นใยแมงมุม[แก้]
เส้นใยแมงมุมเป็นคือไบโอพอลิเมอร์แบบกึ่งผลึกที่มีการรวมกันที่พิเศษของค่าการทนแรงต้านทานที่สูงมีความยืดตัวสูงและมีโมโดลัสที่สูง เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยแมงมุมอยู่ที่ 0.2-1.0 มิลลิเมตร มีพลังงานทำลายสูงกว่าโพลีเมอร์เส้นใยธรรมชาติหรือใยสังเคราะห์อื่น ๆ ที่เหล็กและเคฟลาร์แรงดึงสูงบนพื้นฐานน้ำหนักสำหรับน้ำหนัก(Gosline et al.,1986)[3]ใยแมงมุมที่ผสมผสานกันระหว่างความแข็งแกร่งและความยืดหยุ่นได้รับการพิจารณาว่าเหนือกว่าเส้นใยสังเคราะห์ที่ทำจากโพลีอะไมด์หรือโพลีเอสเตอร์แข็งแรงกว่าเหล็กถึงห้าเท่าใยแมงมุมมีน้ำหนักที่ดีกว่าเส้นผมของมนุษย์และยืดหยุ่นกว่าเส้นใยสังเคราะห์ใด ๆ และย่อยสลายได้อย่างสมบูรณ์ใยแมงมุมแสดงให้เห็นว่ามีความแข็งแรงสูงถึง 1.75 GPaที่ความยืดเกิน 26% ทนทานกว่าaramidและเส้นใยอุตสาหกรรมอื่น ๆเมื่อเปรียบเทียบกับตัวไหมมันมีความกันน้ำมากกว่าและสามารถดูดซับแรงกระแทกได้สามเท่า(K. Murugesh Babu..,)[2]
การสังเคราะห์วัสดุจากการเลียนแบบเส้นใยแมงมุม[แก้]
ได้มีการเลียนแบบโครงสร้างภายในดังกล่าวทำให้วัสดุเพียโซอิเล็กทริคทำงานได้อย่างสมบรูณ์แบบ มีความยืดหยุ่นที่เพิ่มมากขึ้นในการรับแรงเพื่อเปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า และยังทำให้เพียโซอิเล็กทริคมีการกักเก็บพลังงานได้เพิ่มมากขึ้นจากเดิม โดยในงานวิจัยได้พัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริคให้ชื่อว่า SSBPNG จากผลการทดสอบมีความต้านทานภายใน ≈1.2 MΩ และมีค่าความจุภายในตัว SSBPNG สามารถเก็บพลังงานที่ชาร์ตแตกต่างกันได้เช่น 4.7, 10 , 22 ,และ 24 ไมโครฟารัต ชาร์ตได้ประมาณ3.2โวนต์ 2.7โวตและ1.7โวนต์ ตามลำดับ ผ่านการส่งให้simpleในกระบวนการผลิต โดยได้มีวิธีการสังเคราะห์วัสดุเพียโซอิเล็กทริค SSBPNG (Sumanta Kumar Karan,2018)[4] Yuejiao Yang และ Gabriele Greco ได้ทำการสังเคราะห์เส้นใยที่ได้จากใยแมงมุมและใยจากตัวไหม และได้ทำการตรวจสอบคุณสมบัติเชิงกลและกายภาพเพื่อนำไปใช้งานในทางการแพทย์ เช่น เนื้อเยื่อวัสดุเทียม ไหมสำหรับใช้ในการผ่าตัด มีการทดลองโดยฝังใยใต้ผิวหนังของหมู และพบว่ายีนต์ไม่มีความแตกต่างจากเดิมแสดงให้เห็นถึงความเข้ากันได้ของวัสดุสังเคราะห์(Y. Yang…,2019)[5] และในงานวิจัยของ K. Dastagir, N. Dastagir และ K. Reimers ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับการผ่าตัดหรือการปลูกถ่ายที่มีข้อจำกัดหลายอย่างของวัสดุสังเคราะห์ และใยแมงมุมได้ถูกนำมาศึกษาในหลากหลายรูปแบบ พบว่าสามารถย่อยสลายได้มีความยืดหยุ่นมีคุณสมบัติทางพฤกษศาสตร์ที่แข็งแกร่งและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี แม้แต่ปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกันยังเทียบกับวัสดุอื่น ๆ เช่น PLA ได้ โดยในงานวิจัยได้ทำการทดลองปลูกถ่ายในหลอดทดลองที่มีเซลล์หลอดเลือดแดง ซึ่งจากการศึกษาพบว่าเซลล์มีการเจริญเติบโตในแนวยาวเดียวกันกับใยแมงมุมและมีความหนาแน่นที่เพิ่มมากขึ้น (K. Dastagir..,2019)[6]
อ้างอิง
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 ที่มา: ไพโรจน์ เรืองแก้ว(https://www.gotoknow.org/posts/552678?fbclid=IwAR23F4qobvH9Ezy3E3NJoliWS7cjnwnZyx9B3qUwE4SsiKvBcuNhBNw7GVw)
- ↑ 2.0 2.1 K. Murugesh Babu./Spider silks and thier application./สืบค้น20/กันยายน/2562)./Elsevier.comhttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780081025406000103?via%3Dihub
- ↑ Author links open overlay panelJohn M.GoslinePh.D.M.EdwinDeMontM.Sc.Mark W.DennyPh.D:The structure and properties of spider silk(2004).Volume 10, Issue 1, 1986, Pages 37-43 .https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0160932786900499
- ↑ Sumanta Kumar Karan all…,Nature driven spider silk as high energy conversion efficient bio-piezoelectric nanogenerator( 2018).Volume 49, Pages 655-666.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551830329X?via%3Dihub
- ↑ : Y. Yang, G. Greco, D. Maniglio, et al., Spider (Linothelemegatheloides) and silkworm (Bombyx mori) silks: Comparative physical and biological evaluation, Materials Science & Engineering C (2019),https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493119322957?via%3Dihub
- ↑ K. Dastagir, N. Dastagir และ K. Reimers. In vitro construction of artificial blood vessels using spider silk as a supporting matrix, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. (2020).Volume 101,103436.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1751616118314012