นักวิทยาศาตร์สนใจศึกษาคุณสมบัติพิเศษของใยแมงมุม

นักวิทยาศาตร์สนใจศึกษาคุณสมบัติพิเศษของใยแมงมุม

       ด้วยคุณสมบัติพิเศษของใยแมงมุมซึ่งแม้เป็นเส้นใยที่บางขนาดแค่ไมโครเมตรจนเกือบมองไม่เห็นแต่มีความเหนียว ทนทาน และยืดหยุ่นได้ดี ทำให้สามารถจับและยึดแมลงที่บินเข้ามาหาและติดตามผม ผิวหนัง และเสื้อผ้าของผู้ที่เดินเข้าไปหาโดยไม่ได้ตั้งใจ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสนใจศึกษาคุณสมบัติพิเศษของใยแมงมุมเหล่านี้


1. Ali Dhinojwala  Vasav Sahni และ Todd A. Blackledge จากมหาวิทยาลัย Akron
เมื่อสองปีที่ผ่านมาได้ศึกษากลไกที่ทำให้ใยแมงมุมของแมงมุมที่ชักใยเป็นรูปวงล้อ (แมงมุม orb) สามารถยึดจับเหยื่อ โดยทดสอบหยดกาวขนาดเล็กที่อยู่ตามใยแมงมุมโดยใช้ตัวติดตาม (probe) แล้วพบว่าความยืดหยุ่นของไกลโคโปรตีนทำให้กาวสามารถยึดจับเหยื่อ และกาวมีคุณสมบัติเหมือนของแข็งที่เหนียวและยืดหดได้ ซึ่งต่างจากของเหลวที่เหนียวและยืดหดได้ที่สูญเสียความยืดหยุ่นและความสามารถในการยึดเกาะเร็ว

ต่อมาได้เปรียบเทียบผลของความชื้นที่มีต่อคุณสมบัติของกาวของแมงมุม orb และแมงมุม cobweb (แมงมุมที่ชักใยเป็นรูปสามมิติอย่างไม่เป็นระเบียบ) แล้วพบว่าความยืดหยุ่นและการยึดจับของกาวของแมงมุม cobweb ค่อนข้างคงที่แม้ความชื้นเปลี่ยนแปลงไป ในขณะที่กาวของแมงมุม orb เปลี่ยนแปลงตามความชื้นอย่างมาก โดยกาวของแมงมุม orb ขยายตัวอย่างมากและสูญเสียความยืดหยุ่นเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้นและยึดจับได้ดีที่สุดที่ความชื้นระดับปานกลาง

       เมื่อต้นปีนี้ได้เลียนแบบกลวิธีการสร้างใยแมงมุมของแมงมุม orb เพื่อผลิตเส้นใยสังเคราะห์ซึ่งมีลักษณะและคุณสมบัติเหมือนเส้นใยตามธรรมชาติ โดยดึงเส้นใยไนลอนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 ไมโครเมตร ตามแนวดิ่งจากสารละลาย polydimethylsiloxane (PDMS) แล้วเส้นใยเกิดเป็นหยดขนาดเล็ก และโดยการควบคุมความเหนียวและความตึงผิวของสารละลายและอัตราการดึงเส้นใยจากสารละลายทำให้สามารถกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางและระยะห่างของหยดขนาดเล็ก

นอกจากนี้ยังพบว่าลักษณะของกาวที่ติดอยู่ตามเส้นใยของใยแมงมุมของแมงมุม orb คล้ายลูกปัดในสร้อยคอ (a beads-on-a-string morphology) เพิ่มความสามารถในการยึดจับโดยการเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างแมลงและกาว และยังเพิ่มพลังงานซึ่งใช้เพื่อปล่อยแมลงเป็นอิสระ

       ขณะนี้กำลังประยุกต์ใช้ความรู้ที่ได้ในการออกแบบสิ่งต่างๆ เช่น ผ้าพันแผลทนน้ำ สารกันรั่วใต้น้ำ

2. Frederick P. Gosselin จาก Polytechnique Montreal
ตั้งใจศึกษาความเหนียวอย่างมากของใยแมงมุม ซึ่งบางส่วนถือว่าเป็นเพราะพันธะไฮโดรเจนระหว่างส่วนที่ขดของสายโปรตีนของเส้นใย โดยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าการดึงเส้นใยเพิ่มความยาวโดยทำลายพันธะไฮโดรเจนและคลายจากการขดสายที่มีลักษณะคล้ายสปริงขนาดนาโนเมตร ที่เพิ่งเริ่มพัฒนาคือ วิธีการเพื่อเลียนแบบขบวนการระดับโมเลกุลของสายนั้นด้วยเส้นใยพอลิเมอร์ขดซึ่งมองเห็นด้วยตาเปล่า ผลปรากฏว่าเส้นใยนั้นสามารถแสดงเหตุการณ์คลายจากการขดแต่ความเหนียวของเส้นใยยังไม่ได้ปรับให้เหมาะสม

3. Peggy Cebe  David L. Kaplan  Wenwen Huang และ Sreevidhya Krishnaji จากมหาวิทยาลัย Tufts
       สังเคราะห์โคพอลิเมอร์ที่จัดแบบบล็อก (Block Copolymer) ที่บล็อกประกอบด้วยลำดับกรดอะมิโนที่ส่วนใหญ่เป็นอะลานีนซึ่งพบในส่วนที่ทำให้ใยแมงมุมของแมงมุม orb (Nephila clavipes) มีความทนทานและความเหนียว และลำดับกรดอะมิโนที่ส่วนใหญ่เป็นไกลซีนซึ่งทำให้ใยแมงมุมมีความยืดหยุ่น และโดยการปรับส่วนประกอบของโคพอลิเมอร์นี้ทำให้สามารถสร้างวัสดุหลากหลายชนิด เช่น disordered films fibrils และ micelles

4. James S. Brook  Eden Steven และคณะ จากมหาวิทยาลัย Florida State
       ทำให้ใยแมงมุมมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าและประยุกต์ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า โดยมีความต้องการพัฒนาลวดขนาดเล็กและตัวเชื่อมไฟฟ้าชนิดใหม่
5. Xinwei Wang และคณะ จากมหาวิทยาลัย Iowa State
       รายงานเมื่อเร็วๆ นี้ว่าเส้นใยชนิด dragline ของแมงมุม N. clavipes เป็นตัวนำความร้อนที่ดีกว่าวัสดุส่วนใหญ่มาก โดยค้นพบว่าหลังจากเส้นใยถูกยืดออกความสามารถในการนำความร้อนมีมากกว่าทองแดง นอกจากนี้ยังค้นพบอีกว่าในทางตรงข้ามกับวัสดุส่วนใหญ่ความสามารถในการนำความร้อนของเส้นใยเพิ่มขึ้นภายหลังการทำให้ตึง

6. Shigeyoshi Osaki จากมหาวิทยาลัยการแพทย์ Nara ประเทศญี่ปุ่น
ทำสายไวโอลินที่ทำจากเส้นใยของใยแมงมุมจำนวนพันเส้นมาบิดเป็นเกลียวรวมกัน ซึ่งทำให้สายไวโอลินมีเสียงที่นุ่มและลึก ผลงานดังกล่าวเพิ่งเผยแพร่เร็วๆ นี้ในวารสาร Physical Review Letters

ที่มา: Jacoby, M. (2012). Learning from spider silk. Chemical & Engineering News, 90(13), 48-51.


เครดิต :
 

ข่าวดาราบน Facebook อัพเดตไว เร็วทันใจ คลิกที่นี่!!



รวมเรื่องเด็ด ประเด็นดัง วันนี้