งานศึกษาและวิจัยจากทั่วโลกที่น่าสนใจ

ลำดับตอนที่ #30 : "เกคเคล" ยอดกาวไอเดียตีนตุ๊กแก-หอยแมลงภู่ติดแน่นสุดๆ

"เกคเคล" ยอดกาวไอเดียตีนตุ๊กแก-หอยแมลงภู่ติดแน่นสุดๆ

โดย ผู้จัดการออนไลน์

คลิกที่ภาพเพื่อดูขนาดใหญ่ขึ้น ที่เท้าของตุ๊กแกมีโครงสร้างที่คล้ายเส้นขนจำนวนมาก ทำให้การยึดเกาะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าสัตว์เลื้อยคลานอื่น โครงสร้างคล้ายเส้นขนเล็กขนาดนาโนที่ฝ่าเท้าของตุ๊กแก

ไซน์เดลี/บีบีซีนิวส์ – ลักษณะพิเศษของตีนตุ๊กแกและหอยแมลงภู่ที่มีความสามารถยึดติดได้อย่างเหนียวแน่นในทุกพื้นผิว จุดประกายให้นักวิทยาศาสตร์พยายามนำคุณสมบัติดังกล่าวมาพัฒนาเป็นวัสดุที่เหนียวสุดๆ และกันน้ำ ติดแปะกว่าพันครั้งก็ยังยึดติดได้ดีอยู่                ด้วยความสามารถพิเศษที่น่าอัศจรรย์ใจและไม่เหมือนสัตว์ชนิดไหนๆ ตุ๊กแก (Gecko) สามารถเกาะติดทุกพื้นผิวที่คืบคลานไปได้อย่างมั่นคงซ้ำแล้วซ้ำเล่าอย่างไม่มีทีท่าว่าความเหนียวหนึบที่ฝ่าเท้าจะหมดไป กลายเป็นแรงบันดาลใจให้ ศ.ฟิลิป บี. เมสเซอร์สมิธ (Phillip B. Messersmith) และลูกศิษย์ เฮชิน ลี (Haeshin Lee) คิดประดิษฐ์วัสดุที่มีความเหนียว ติดทนนาน กันน้ำและใช้ซ้ำได้หลายครั้ง                "ผมจินตนาการถึงเทปกาวที่มีประสิทธิภาพเหนียวนานทนทานแต่แกะออกง่าย ใช้ได้ดีทุกพื้นผิว ทั้งสภาพแห้งและเปียก และใช้ซ้ำหลายครั้งได้โดยที่ความเหนียวยังคงเดิมเหมือนเมื่อใช้ครั้งแรก อย่างเช่นแผ่นปิดแผลที่ไม่ลอกหลุดเวลาอาบน้ำ" คำให้สัมภาษณ์ของ ศ.เมสเซอร์สมิธ อาจารย์สาขาวิศวกรรมชีวการแพทย์ ม.นอร์ธเวสเทิร์น (Northwestern University) ชิคาโก สหรัฐฯ                จากงานวิจัยก่อนหน้า เคยมีนักวิทยาศาสตร์ศึกษาความสามารถในการยึดเกาะของตุ๊กแก และพบว่าเท้าของตุ๊กแกประกอบไปด้วยโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายกับเส้นขนจำนวนมากมายมายมหาศาล เรียกเส้นขนเหล่านั้นว่า พิลลาร์ (Pillar) และแต่ละเส้นขนาดเล็กมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 200 นาโนเมตร                พิลลาร์จำนวนมากมายนี้ทำให้ประสิทธิภาพการเกาะติดของตุ๊กแกเป็นเลิศ โดยมันจะสร้างแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของพื้นผิวที่สัมผัสกับพิลลาที่เท้าของมัน เรียกว่า แรงแวนเดอร์วาลล์ (van der Waals) ซึ่งเป็นแรงอย่างอ่อนแต่เกาะติดแน่นเพราะมีจุดสัมผัสของพิลลาอยู่นับล้านๆ จุด                ทันทีที่ตุ๊กแกยกเท้าขึ้นแรงยึดติดก็จะหายไป เมื่อวางเท้าลงใหม่ก็เกิดแรงดึงดูดขึ้นอีกครั้ง แต่ความสามารถนี้จะลดลงเมื่อเป็นพื้นผิวเปียกน้ำ                “ผมเคยอ่านเจอในงานวิจัยเรื่งหนึ่ง เขาบอกไว้ว่าความสามารถในการยึดเกาะของตุ๊กแกจะลดลงเมื่ออยู่ใต้น้ำ ทีนี้ผมก็เลยนึกไปถึงงานวิจัยที่ผมเคยทำมาแล้วเกี่ยวกับการสังเคราะห์โพลิเมอร์ของโปรตีนในหอย 2 ฝา คิดว่าเราน่าจะเอาความรู้นั้นมาเสริม ทำให้ตุ๊กแกยังสามารถยึดเกาะได้ดีแม้อยู่ใต้น้ำ” ศ.เมสเซอร์สมิธ กล่าว                ทั้งนี้ ก่อนหน้านี้เขาเคยศึกษาเกี่ยวกับการยึดเกาะของหอย 2 ฝาเมื่ออยู่ใต้น้ำ พบว่าหอยยึดเกาะได้ดีเพราะมีโปรตีนชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่คล้ายกาว โปรตีนนี้มีกรดอะมิโน 3,4-แอล-ไดไฮดรอกซีฟีนิลอะลานีน หรือดีโอพีเอ (3,4-L-dihydroxyphenylalanine: DOPA) เป็นองค์ประกอบสำคัญ                ทีมวิจัยได้ทดลองสร้างวัสดุที่ประกอบด้วยเส้นพิลลาจำนวนมาก เส้นพิลลาทำขึ้นจากซิลิโคน แต่ละเส้นขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 400 นาโนเมตร สูง 600 นาโนเมตร และเคลือบด้วยแผ่นโพลิเมอร์สังเคราะห์ของดีโอพีเอ ซึ่งทีมวิจัยเรียกวัสดุเลียนแบบเท้าตุ๊กแกนี้ว่า “เกคเคล” (Geckel)                เมื่อนำเกคเคลไปทดสอบประสิทธิภาพการยึดติดกับวัสดุต่างๆ พบว่าให้ผลดีทั้งพื้นผิวแห้งและเปียก ทั้งเรียบและขรุขระ และยังใช้หมุนเวียนได้ถึง 1,000 ครั้ง แต่เมื่อลอกโพลิเมอร์ดีโอพีเอ ประสิทธิภาพเกคเคลจะด้อยลงทันที แสดงว่าโพลิเมอร์ของกรดอะมิโนดีโอพีเอเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้การยึดเกาะติดแน่น                อย่างไรก็ดี วัสดุที่เรียกว่าเกคเคลโดยฝีมือของ ศ.เมสเซอร์สมิธ และคณะยังอยู่ในขั้นทดลองและปรับปรุงประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้น โดยทีมวิจัยได้รับการสนับสนุนจากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ (National Institutes of Health) และองค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐฯ (นาซา) ซึ่งได้รายงานผลการวิจัยลงในวารสารเนเจอร์ (Nature) และหวังว่าต่อไปจะสามารถพัฒนาจนนำไปใช้ประโยชน์ได้หลายด้าน โดยเฉพาะด้านการแพทย์                ศ.เมสเซอร์สมิธ เพิ่มเติมว่า ก่อนหน้านี้ก็เคยมีนักวิจัยพยายามสร้างวัสดุที่เลียนแบบความสามารถของตุ๊กแกมาแล้วมากมาย แต่ด้วยข้อจำกัดบางประการทำให้ไม่ประสบผล ที่ผ่านมายังไม่มีวัสดุสังเคราะห์ไหนใช้เวียนได้เกิน 2 ครั้ง และใช้ได้ดีในน้ำเหมือนอย่างเจ้าเกคเคลนี้                "เป้าหมายของเราคือให้ได้แผ่นวัสดุที่มีประสิทธิภาพเหนียว ยึดติดได้ดีเหมือนเท้าตุ๊กแกทั้งแห้งและเปียก ส่วนความท้าทายอยู่ตรงที่การเพิ่มปริมาณการผลิตให้ได้มากขึ้นโดยที่ยังคงประสิทธิภาพดีดังเดิม" ศ.เมสเซอร์สมิธ กล่าว