ผู้ใช้:Tewan.p

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไปยังการนำทาง ไปยังการค้นหา

Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู (Cuticle of Crustaceans)

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี Cuticle ความหมาย ส่วนที่เคลือบผิวนอก Crustacean เป็น สัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู เป็นไฟลัมย่อยของ สัตว์ขาปล้อง[1] (ชื่อวิทยาศาสตร์: Arthropoda (อาร์โธรโพดา)[2] จัดอยู่ในกลุ่มสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง สัตว์กลุ่มนี้มีระยางค์ 5 คู่ แต่ละคู่มี 2 ก้าน ส่วนท้ายมีระยางค์อีก 8 คู่ อวัยวะรับความรู้สึกมีตาประกอบเป็นก้านขนแข็งทั่วตัวใช้รับสัมผัสและอวัยวะเกี่ยวกับการทรงตัว ระบบสืบพันธุ์แยกเพศกัน ปฏิสนธิภายใน ตัวอ่อนลอกคราบหลายครั้งกว่าจะเป็นตัวเต็มวัย Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู เป็นโครงร่างภายนอกที่มีไคตินเป็นส่วนประกอบหลัก จึงทำให้มีลักษณะแข็ง[1]

1.บทนำ[แก้]

Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู เป็นอีกหนึ่งส่วนประกอบสิ่งมีชีวิตที่มีความน่าสนใจอย่างมาก โดยธรรมชาติได้พัฒนาให้มีการใช้หน่วยการสร้างที่เรียบง่าย เพื่อสังเคราะห์โครงสร้างที่ซับซ้อนหลากหลาย ด้วยเทคโนโลยีและเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพในปัจจุบันจึงนำมาสู่การศึกษา การวิจัยและทำการเลียนแบบโครงสร้างและการทำงาน Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู เพื่อนำคุณสมบัติที่ดีมาประยุกต์ใช้สำหรับสร้างสรรค์วัสดุในปัจจุบันอย่างมีประสิทธิภาพ อาทิเช่น การสกัดเอาไคตินจาก Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู มาพัฒนาสร้างเป็นพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ การศึกษาการจัดเรียงโครงสร้างภายในเพื่อนำมาประยุกต์สำหรับทำวัสดุทนแรงกระแทกที่มีน้ำหนักเบาหรือเสื้อเกราะกันกระสุน[3]

2.โครงสร้างพื้นฐาน Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู[แก้]

โครงสร้างชั้นนอกสุดเป็นชิ้นส่วนที่มีความโดดเด่นอย่างมาก มีความแข็งแรงสูงมากถึงขนาดที่สามารถทำให้เปลือกหอยแตกได้ มีความสัมพันธ์กับระบบประสาทมากมาย และสามารถควบคุมการซึมผ่านของน้ำและปรสิตได้

Exoskeleton Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู นั้นมีความหลากหลายเรียกว่า ผิวหนังชั้นนอกหรือโครงกระดูกภายนอก ทำหน้าที่ปกป้องร่างกายและสำหรับยึดติดกล้ามเนื้อ Cuticle ของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง ปู จะมีความบาง และยืดหยุ่นเช่นเดียวกับ 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[แก้]

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)[4]

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 [5]

4.การทำงานของ ตา[แก้]

ตาแต่ละข้างประกอบด้วยหลายร้อยหน่วยท่อออกมาจากปลายประสาทตา แต่ละหน่วยท่อเหล่านี้เป็นดวงตาขนาดเล็กที่มีระบบการเดินทางแสงแยกจากระบบประสาทอื่นๆโดยกลุ่มเซลล์เม็ดสีสองกลุ่ม เซลล์เม็ดสีเหล่านี้สามารถขยายและหดตัว เพื่อปกปิดปริมาณแสงที่แตกต่างกันของดวงตาแต่ละดวง ทำให้สามารถใช้ดวงตาได้ในช่วงความเข้มแสงที่แตกต่างกันได้ ภาพที่ได้จากตาจะเป็นภาพในลักษณะภาพชิ้นเล็กๆมาต่อกัน เรียกลักษณะแบบนี้ว่า ภาพแบบโมเสค แต่พวกมันมีพฤติกรรมที่พวกมันสามารถรับรู้การเคลื่อนไหวเล็กๆได้[6]

5.การนำไปใช้ประโยชน์[แก้]

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 [7]

5.2 การเลียนแบบโครงสร้าง Crustacean

5.2.1 การเลียนแบบโครงสร้างมาประยุกต์เป็นวัสดุทนแรงกระแทกที่มีน้ำหนักเบา โดยเลียนแบบการจัดเรียงโครงสร้างของไคติน แบบ helicoidal โดยใช้ Carbon fibers [8] และสารเชื่อมประสานเช่น เสื้อเกราะกันกระสุน การค้นพบดังกล่าวทำให้ทีมวิจัยของไคเซลอัสพัฒนาวัสดุคอมโพสิตให้มีโครงสร้างภายในคล้ายกำปั้นของกั้งตั๊กแตน 7 สีพวกเขาคาดหวังว่าจะนำวัสดุที่พัฒนาขึ้นนี้ไปทำเกราะกันกระสุนที่มีน้ำหนักและความหนาลดลงเหลือเพียง 1 ใน 3 จากของเดิม การยิงทดสอบเบื้องต้นพบว่าวัสดุที่พัฒนาขึ้นนี้ได้รับความเสียหายบ้างแต่ยังไม่ทะลุ ส่วนหัวกระสุนปืนมีลักษณะแบนหลังเกิดการกระแทก ผลการทดสอบทำให้ทีมวิจัยเชื่อว่าวัสดุนี้มีแนวโน้มที่จะกันกระสุนได้หากได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมต่อไป[3]

5.2.2 อีพ็อกซี่เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ที่เลียนแบบโครงสร้าง Crustacean [9] โดยโครงสร้าง Crustacean ประกอบด้วยชั้นของไคตินที่เรียงตัวกันเรียงกันเป็นกลุ่มเปลือก Crustacean คล้ายคลึงกับ คอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของลามิเนต Crustcaen คือการเรียง helicoidal แต่ละชั้นหมุนเป็นมุมเล็กน้อยจากชั้นเหมือนบันไดวนเป็นโครงสร้างที่ผิดปกติสำหรับคอมโพสิตเชิงโครงสร้าง จึงนำมาทำเป็นโครงสร้างตัวอย่างของอีพ็อกซี่เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีการวางเลเยอร์แบบ Helicoidal เพื่อพัฒนาให้วัสดุที่สังเคราะห์ขึ้นมีความแข็งแรงและทนทาน

5.3 การประยุกต์ใช้ความรู้เกี่ยวกับสารเคมีในสัตว์จำพวก Crustacean [10] Sensor เคมีของ Crustacean นั้นมีความสวยงามและมีการใช้งานในหลาย ๆ ทางขึ้นอยู่กับงานนิเวศวิทยาโดยธรรมชาติของสัญญาณเคมีและลักษณะการแพร่กระจาย ระบุว่า Crustacean เป็นสิ่งมหัศจรรย์ทางวิศวกรรมสามารถตรวจจับโมเลกุลของกลิ่นที่มีความเข้มข้นต่ำมากภายใต้สภาวะที่ยากลำบากและยังสามารถตอบสนองต่อแรงกดดัน ดังนั้นเราสามารถเรียนรู้จากรูปแบบของโครงสร้างSensor ที่สังเกตได้ในธรรมชาติ ศึกษารูปแบบการปรับใช้Sensor วิธีการเหล่านี้มักจะเกี่ยวข้องกับการสังเกตพฤติกรรมเปรียบเทียบของสัตว์ตามด้วยการพัฒนาอัลกอริทึมที่ถูกทดสอบแล้วโดยใช้หุ่นยนต์ Biomimetic ความสามารถของหุ่นยนต์ในการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการดมกลิ่นพื้นฐาน เช่นการค้นหาแหล่งกลิ่น สามารถบ่งบอกถึงความถูกต้องของกลยุทธ์การค้นหาที่ตั้งโปรแกรมไว้ซึ่งกำหนดจากพฤติกรรมของสัตว์ มีการประยุกต์ใช้ความรู้ที่มีศักยภาพมากมายเกี่ยวกับสารเคมีจำพวกCrustacean หรือทางการแพทย์เทคนิคและการทหาร โดยได้พัฒนาหุ่นยนต์ตรวจจับสารเคมีที่เป็นอิสระซึ่งสามารถติดตามกลิ่นโดยใช้กลยุทธ์ที่ได้รับจากสัตว์จำพวกCrustacean เป็นอุปกรณ์ขนาดใหญ่สามารถทำงานได้ในที่เปิด

6.อ้างอิง[แก้]

  1. 1.0 1.1 สัตว์ขาปล้อง / Wikipedia
  2. ไฟลัมอาร์โทรโพดา (Phylum Arthropoda) รวบรวมเรียบเรียงโดย ครูนันทนา สำเภา โรงเรียนปทุมราชวงศา อำเภอปทุมราชวงศา จังหวัดอำนาจเจริญ.
  3. 3.0 3.1 หมัดทรงพลังของกั้งตั๊กแตน 7สี : ต้นแบบวัสดุที่รอคอย แปลและเรียบเรียงโดย อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร., ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ., MTEC., กรกฎาคม-กันยายน  2557.
  4. Mantis shrimp กั้ง / Wikipedia
  5. กั้งตั๊กแตน7สี / Wikipedia
  6. งานโมเสก / Wikipedia
  7. ไคโตซาน (chitosan) / Wikipedia
  8. เส้นใยคาร์บอน (carbon fibers) / Wikipedia
  9. J.S.Shang., Nigel H.H. Ngern., VBC Tan., (2016). Crustacean-inspired Helicoidal  Laminates : Composite Science and Technology. 128
  10. Kristina S. Mead., Inspiration from Nature : Insights from Crustacean Chemical Sensors can Lead to Successful Design of Artificial Chemical Sensor., Denison University USA., 257-275.