Tech

อะไรทำให้ฟันมดคมได้ขนาดนี้?

ผลการศึกษาใหม่เผยความลับเบื้องหลังฟันมดสุดแกร่ง แสดงว่าฟันมดมีอะตอมของสังกะสี อะตอมถูกจัดเรียงในลักษณะที่เพิ่มประสิทธิภาพการตัดสูงสุดและรักษาความคมชัดของฟัน

ทีมวิจัยได้ทำการศึกษาที่ University of Oregon และห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE)

ฟันของมดยังเป็นที่รู้จักกันในนามฟันล่างเนื่องจากติดอยู่ด้านนอกของพวกมัน ปาก ฟันของพวกเขาทำมาจากโครงข่ายของวัสดุที่จับอะตอมของสังกะสีแต่ละอะตอมอย่างแน่นหนา

ผลรวมคือขากรรไกรล่างที่บรรจุสังกะสีมากกว่า 8 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักฟัน

มด ขากรรไกรล่างอัดแน่นด้วยอะตอมของสังกะสีที่ฝังอยู่ (ภาพโดย Robert Schofield | University of Oregon)

นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เทคนิคที่พัฒนาขึ้นใหม่เพื่อวัดความแข็ง ความยืดหยุ่น พลังงานการแตกหัก ความต้านทานการเสียดสี และความทนทานต่อแรงกระแทกของฟันในระดับจิ๋ว

แต่การทำ จึงไม่เปิดเผยโครงสร้างของวัสดุที่ประกอบเป็นฟันมดและเครื่องมือขนาดเล็กอื่นๆ ของสัตว์ โดยเฉพาะในระดับอะตอม ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงใช้เทคนิคพิเศษของกล้องจุลทรรศน์ที่เรียกว่า atom probe tomography.

การใช้ กล้องจุลทรรศน์ลำแสงไอออนแบบโฟกัส นักวิทยาศาสตร์สามารถเก็บตัวอย่างเข็มขนาดเล็กจากปลายฟันมดได้ จากนั้นพวกเขาก็ถ่ายภาพตัวอย่างโดยใช้อะตอมของโพรบเอกซ์เรย์ ซึ่งเผยให้เห็นว่าอะตอมแต่ละตัวถูกจัดเรียงไว้ใกล้กับปลายฟันมดอย่างไร

เทคนิคนี้ยังบันทึกการกระจายของอะตอมสังกะสีในระดับนาโนในฟันมดด้วย

ดูสัตว์ตัวเล็ก ๆ เหล่านี้ตัดใบและเจาะผิวหนังมนุษย์ได้ง่าย

อรุณ เทวาราช นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ PNNL กล่าวว่า “เราจะเห็นว่าสังกะสี มีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในฟันซึ่งเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจ เราคาดว่าสังกะสีจะรวมกลุ่มเป็นก้อนนาโน”

นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกต “เนื่องจากวัสดุชีวภาพเหล่านี้มีความคมกว่า พวกมันจึงทำให้สัตว์สามารถใช้แรงได้ถึง 60 เปอร์เซ็นต์หรือน้อยกว่าที่พวกเขาจะต้องใช้หากพวกมัน เครื่องมือทำมาจากวัสดุที่คล้ายกับที่พบในฟันคน เนื่องจากต้องใช้แรงน้อยกว่า กล้ามเนื้อที่เล็กกว่าจึงใช้พลังงานน้อยลง ข้อดีเหล่านี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมแมงมุม มด แมลงอื่นๆ หนอน ครัสเตเชียน และสิ่งมีชีวิตกลุ่มอื่นๆ ทุกตัวมีเครื่องมือพิเศษเหล่านี้”

สโคฟิลด์กล่าวว่า “วิศวกรของมนุษย์อาจเรียนรู้จากกลอุบายทางชีววิทยานี้เช่นกัน ความแข็งของฟันมด เช่น เพิ่มขึ้นจากความแข็งของพลาสติกเป็นความแข็งของอลูมิเนียมเมื่อเติมสังกะสี แม้ว่าจะมีวัสดุทางวิศวกรรมที่ยากกว่ามาก แต่ก็มักจะเปราะมากกว่า”

Devaraj กล่าวว่า “การเรียนรู้จากธรรมชาติเป็นวิธีหนึ่งในการทำความเข้าใจสิ่งที่ทำให้วัสดุแข็งแรงและทนทานต่อความเสียหายมากขึ้น โดยการศึกษาโครงสร้างจุลภาคของเหล็กในระดับอะตอม เราจะเข้าใจได้ดีขึ้นว่าการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของวัสดุจะเปลี่ยนความต้านทานความเสียหายได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งความต้านทานการกัดกร่อนของความเครียดและพฤติกรรมเมื่อเวลาผ่านไป นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบโครงสร้างเช่นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ต้องทนต่อความชรามานานหลายทศวรรษ”

การอ้างอิงวารสาร:
    1. Schofield, RMS, Bailey, J. , Coon , เจเจ และคณะ ทางเลือกที่เป็นเนื้อเดียวกันในการทำให้เป็นแร่ชีวภาพ: วัสดุที่อุดมด้วย Zn และ Mn ช่วยให้มี “เครื่องมือ” ที่คมชัดจากสิ่งมีชีวิตซึ่งช่วยลดความต้องการแรง ตัวแทนวิทย์ 11, 17481 (2021). ดอย: 10.1038/s41598-021-91795-y

        จ.ตรังủ

      • ธุรกิจ
      • อาหาร

      • ไลฟ์สไตล์
      • เทค
        1. กลยุทธ์การตลาดดิจิทัล)

        Back to top button