Bloggang.com : kingkong0749 : มีอะไรอยู่ใต้เท้าตุ๊กแก ?

มีอะไรอยู่ใต้เท้าตุ๊กแก ?

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
นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่มั่นใจว่ากลไกใดกันแน่ที่ทำให้เท้าของตุ๊กแกมี
ประสิทธิภาพในการเกาะติดขนาดนั้น
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
อย่างไรก็ตามการทดลองไม่สามารถบอกได้ถึงความเกี่ยวพันระหว่างแรงยึดเหนี่ยว
ของน้ำ (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
Universityได้ให้ข้อมูลว่าความสามารถในการไต่ของตุ๊กแกขึ้นกับแรงวัน
เดอร์วาลล์] 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

Create Date : 31 มกราคม 2553

Last Update : 31 มกราคม 2553 11:57:23 น.

0 comments

Counter : 358 Pageviews.