| |
|
อะไรเป็นสิ่งที่ทำให้เท้าของตุ๊กแกสามารถยึดฝาผนังแม้แต่ผนังที่เรียบๆ ให้ติดอยู่ได้
ถ้าพูดถึงผู้เชี่ยวชาญแห่งการไต่ ใครๆ ก็คงนึกถึง ตุ๊กแก เนื่องจากมันเป็นสัตว์ที่มีน้ำหนักมากที่สุดที่สามารถเกาะติดกับเพดานได้ นี่จึงเป็นเหตุผลที่ทำไมบรรดานักวิทยาศาสตร์จึงกระหายใคร่รู้ว่า อะไรเป็นสิ่งที่ทำให้เท้าของตุ๊กแกสามารถยึดฝาผนังแม้แต่ผนังที่เรียบๆ ให้ติดอยู่ได้ นักวิทยาศาสตร์จาก Max Planck Institute ในเมือง Stuttgart ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์กำลังขยายสูงส่องดูใต้เท้าของตุ๊กแกแล้ว พบว่ามีขนขนาดเล็กมากๆ ประมาณสิบล้านเส้นอยู่ใต้เท้าแต่ละข้าง
กลุ่มนักวิจัยพบว่า ในระดับนาโน (สิบยกกำลังลบเก้าหรือหนึ่งในล้านมิลลิเมตร) ความสามารถในการยึดติดของตุ๊กแกจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณความชื้นที่เพิ่มขึ้น การค้นพบนี้ได้จุดประกายให้เกิดการพัฒนาวัสดุยึดติด อย่างเช่น กระดาษกาว ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
|
|
ภายใต้เท้าของตุ๊กแกมีขนยึดเกาะขนาดเล็กมากเรียกว่า spatulae อยู่
ซึ่งมีความกว้างและความยาวราวๆ 200 นาโนเมตร อยู่ประมาณสิบล้านเส้น ขนเหล่านี้จะสัมผัสและยึดเกาะกับสิ่งต่างๆ โดยตรง ขนเล็กๆ เหล่านี้จะอยู่บนสุดของระบบยึดเกาะสามระดับหรือบนปลายของ setae โดย setae จะมีขนาดประมาณหนึ่งในสิบของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์ คือยาวประมาณ 100 ไมโครเมตร และกว้างประมาณ 6 ไมโครเมตร และจะเรียงตัวอยู่ด้วยกันเป็นแถว เราเรียก setae ที่เรียงตัวกันเป็นแถวนี้ว่า lamellae ซึ่งมีความยาวตั้งแต่ 400 ถึง 600 ไมโครเมตร และมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
ในระบบการยึดเกาะ การแตกกิ่งก้านที่ระดับยอดจะเพิ่มขึ้นน้อย ทำให้ตุ๊กแกสามารถเกาะเพดานและไต่ลงมาในลักษณะที่เอาหัวลงได้ จนกระทั่งบัดนี้ นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่มั่นใจว่ากลไกใดกันแน่ที่ทำให้เท้าของตุ๊กแกมีประสิทธิภาพในการเกาะติดขนาดนั้น เพราะค่อนข้างชัดเจนว่าระบบการยึดเกาะของตุ๊กแกนั้นแห้ง ไม่ได้มีการหลั่งสารอะไรออกมา จะมีก็แต่เพียงน้ำซึ่งเป็นเหมือนแผ่นฟิล์มบางๆ ที่มีอยู่บนทุกพื้นผิว
|
|
กล้องจุลทรรศน์แบบอะตอมมิกฟอร์ซ เป็นกล้องที่ใช้ส่องดูได้ถึงระดับอะตอม
การทดลองในตอนนี้ ได้ศึกษาอยู่ที่ lamellae เดียว และ setae เดียว (มี 100 ถึง 1000 spatulae) โดยได้ใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอะตอมมิกฟอร์ซ (Atomic Force Microscope หรือ AFM) ซึ่งเป็นกล้องที่ใช้ส่องดูได้ถึงระดับอะตอม เพื่อดูความสามารถในการเกาะติดของแต่ละ spatulae โดยวัดแรงยึดเกาะกับพื้นผิวที่เคลือบด้วยฟิล์มน้ำในระดับต่างๆ กัน (แนวโน้มในการสร้างพันธะไฮโดรเจนกับน้ำ) ซึ่งเปรียบได้กับการวัดที่ระดับความชื้นที่ต่างกัน
นักวิจัยได้ทำการทดลองโดยใช้ปลายเข็มเขี่ยเอา setae ออกมาจากเท้าของตุ๊กแก แล้วนำมาวางให้เป็นเส้นตรงด้วยที่ยึดซึ่งติดอยู่กับกล้องจุลทรรศน์แบบสองตา หยดกาวซึ่งมีขนาดหยดเท่ากับขนตามนุษย์ลงไปอีกที และทำการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่อาศัยลำแสงไอออนเป็นตัวโฟกัส (Focussed Ion Beam หรือ FIB) โดยใช้ลำแสงอ่อนๆ แค่เพียง 11 พิโคแอมแปร์ เพื่อป้องกันไม่ให้ setae ถูกทำลาย ในการทดลองจะตัดส่วนที่แตกแขนงจาก seta ในแนวขนานออกมา วิธีนี้จะช่วยลดจำนวน spatulae จากที่มีจำนวนเป็นร้อยๆ ให้เหลือน้อยกว่า 5 spatulae
|
|
การศึกษานี้ ช่วยให้เกิดการคิดค้นพัฒนาวัสดุยึดติดต่างๆ ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
นักวิจัยต้องเตรียมฟิล์มน้ำบนแผ่นกระจกที่มีระดับความชื้นแตกต่างกัน ซึ่งพื้นผิวเหล่านี้จะสร้างหรือผลักพันธะกับน้ำอย่างใดอย่างหนึ่ง ขึ้นกับระดับความชุ่มของน้ำ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่ายิ่งพื้นผิวชุ่มน้ำมากเท่าไร ยิ่งมีแรงยึดเกาะมากเท่านั้น อย่างไรก็ตามการทดลองไม่สามารถบอกได้ถึงความเกี่ยวพันระหว่างแรงยึดเหนี่ยวของน้ำ (Capillary Force) และแรงวันเดอร์วาลล์ (Van der Waals force) [การศึกษาก่อนหน้านี้จากทีมวิจัยจาก Lewis & Clark College, the University of California at Berkeley, the University of California at Santa Barbara และ Stanford Universityได้ให้ข้อมูลว่าความสามารถในการไต่ของตุ๊กแกขึ้นกับแรงวันเดอร์วาลล์] ซึ่งจะต้องทำการศึกษาต่อไปที่ระดับความชื้นที่แตกต่างกัน
จากผลการทดลองจะเห็นว่า เมื่อความชื้นเพิ่มขึ้น แรงยึดเหนี่ยวของน้ำก็มีมากขึ้น ฟิล์มน้ำบางๆ ก็เหมือนกับความชื้นที่มีอยู่ระหว่าง spatula ของตุ๊กแกกับพื้นผิว ซึ่งเป็นแรงยึดที่ดึงดูดอนุภาคต่างชนิดกัน (Adhesive force) ผลการศึกษานี้ เผยให้เห็นกลไกการยึดติดใต้เท้าของตุ๊กแกในระดับนาโน ซึ่งจะช่วยให้เกิดการคิดค้นพัฒนาวัสดุยึดติดต่างๆ ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
|
|
ที่มา :
Evidence for capillarity contributions to gecko adhesion from single spatula nanomechanical measurements. PNAS, vol. 102, no. 45, 16293 - 16296, November 8, 2005
|
|
|
|
|
