เคล็ดลับฟันหอยทาก แข็งแกร่งกว่าเหล็ก!
เมื่อมองแวบแรก หอยจิ๊ตน (Chitons) ก็เหมือนหอยทั่วๆไป คือเป็นสิ่งมีชีวิตตัวกลมๆ ที่คลานไปมาตามโขดหินชายฝั่ง แต่เมื่อพลิกดู จะเห็นแถวของฟันที่คมกริบและเป็นมันเงาอย่างน่าประหลาด ฟันอเนกประสงค์ที่ไม่สามารถทำลายได้ ซึ่งนักวิจัยกำลังพยายามจำลองแบบเพื่อการพัฒนาวัสดุศาสตร์ในอนาคต
งานวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science เมื่อวันที่ 7 สิงหาคม นำเสนอการตรวจสอบโดยละเอียดเกี่ยวกับสิ่งที่ทำให้ฟันของหอยทากมีความแข็งแกร่งและทนทาน จากการวิเคราะห์กายวิภาคของหอยจิ๊ตน ทีมงานพบกระแสโปรตีนจับเหล็กที่แม่นยำและสม่ำเสมออย่างน่าทึ่ง ซึ่งส่งผลให้โครงสร้างทางทันตกรรม “เหนือกว่าวัสดุที่ใช้ในเครื่องมือตัดทางอุตสาหกรรม สื่อขัด การปลูกถ่ายทันตกรรม การปลูกถ่ายศัลยกรรม และสารเคลือบป้องกัน” David Kisalilus ผู้ร่วมเขียนบทความกล่าวในแถลงการณ์ สิ่งที่น่าประทับใจยิ่งกว่าคือข้อเท็จจริงที่ว่า ต่างจากวัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้น หอยจิ๊ตนสร้างฟันของมันที่อุณหภูมิห้องด้วยความแม่นยำระดับนาโน เขากล่าวเสริม
บทความใหม่นี้อธิบายกลไกพื้นฐานของกระบวนการนี้ ซึ่งนักวิจัยเชื่อว่าจะสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการผลิตวัสดุขั้นสูงในอนาคตได้ “เราสามารถเรียนรู้มากมายจากการออกแบบและกระบวนการทางชีวภาพเหล่านี้” Kisalius นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียกล่าว
Kisalius ร่วมมือกับพันธมิตรด้านการวิจัยในญี่ปุ่นเพื่อศึกษาหอยจิ๊ตนชนิดที่ใหญ่กว่า ซึ่งพบได้ทางตะวันตกเฉียงเหนือของสหรัฐอเมริกาและชายฝั่งฮอกไกโด ประเทศญี่ปุ่น พวกเขาได้ระบุโปรตีน RTMP1 ซึ่งเป็นเอกลักษณ์ของหอยจิ๊ตน และช่วยให้เกิดการสะสมของเหล็กบนฟันของหอยทาก นักวิทยาศาสตร์ทราบว่าสิ่งนี้ช่วยให้หอยจิ๊ตนขูดเศษสาหร่ายที่ฝังแน่นออกจากโขดหินได้ แต่ยังไม่ทราบว่าโปรตีนเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับฟันของหอยจิ๊ตนอย่างไรและเมื่อใด
นักวิจัยใช้เครื่องมือจากทั้งวิทยาศาสตร์วัสดุและชีววิทยาโมเลกุล สร้างแผนการเดินทางของโปรตีนผ่านกายวิภาคของหอยจิ๊ตน “จากพื้นฐาน” Kisalilus อธิบาย ขั้นแรก RTMP1 เดินทางผ่านท่อขนาดนาโนที่นำออกจากฟันแต่ละซี่ จากนั้นจะจับกับสารประกอบที่ควบคุมสถาปัตยกรรมของแมกนีไทต์ ซึ่งเป็นเหล็กออกไซด์ชนิดหนึ่ง ในขณะเดียวกัน โปรตีนจะปล่อยเหล็กที่เก็บไว้ในเฟอร์ริติน ซึ่งเป็นโปรตีนอีกชนิดหนึ่งที่พบในเนื้อเยื่อใกล้กับฟันของหอยทาก เป็นผลให้ฟันใหม่เติบโตเป็นแถวที่เป็นระเบียบของโครงสร้างที่แข็งมาก ซึ่งยังสามารถงอกใหม่ได้หลังจากสึกหรอไปในระดับหนึ่ง
ผลลัพธ์แสดงให้เห็นถึงโอกาสอันยอดเยี่ยมสำหรับมนุษย์ในการเรียนรู้จากธรรมชาติ การตรวจสอบเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟันของหอยทากสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการ “สังเคราะห์วัสดุอื่นๆ ที่มีการควบคุมเชิงพื้นที่และเวลาสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น แบตเตอรี่ ตัวเร่งปฏิกิริยาเซลล์เชื้อเพลิง และเซมิคอนดักเตอร์” Kisailus กล่าว นอกเหนือจาก “แนวทางใหม่ในการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ – การพิมพ์ 3 มิติ – และวิธีการสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนยิ่งขึ้น”
ไขความลับ! ฟันของหอยทาก แข็งแกร่งกว่าเหล็ก จริงหรือ?
นั่นอาจเป็นความคาดหวังที่ยิ่งใหญ่สำหรับสิ่งมีชีวิตที่ดูไม่โดดเด่นเท่าหอยจิ๊ตน แต่ถึงอย่างนั้น หอยเหล่านี้ก็ดูเป็นโลหะเป็นพิเศษเมื่อพลิกดู (ทั้งตามตัวอักษรและความหมายโดยนัย) ใครจะรู้? บางทีเหล็กกล้าทำฟันของหอยจิ๊ตนอาจเป็นสิ่งยิ่งใหญ่ต่อไปในวงการวัสดุศาสตร์
ทำไมฟันของหอยทากถึงแข็งแกร่งขนาดนี้?
ความแข็งแกร่งของฟันหอยทากไม่ได้มาจากส่วนประกอบใดส่วนประกอบหนึ่ง แต่มาจากการจัดเรียงตัวของแร่ธาตุและโปรตีนอย่างเป็นระบบ ซึ่งเป็นเหมือนโครงสร้างที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดี ทำให้สามารถทนทานต่อแรงที่มากระทำได้ดีกว่าวัสดุอื่นๆ ที่เราสร้างขึ้น
การค้นพบนี้ไม่ได้เป็นประโยชน์แค่ด้านวัสดุศาสตร์เท่านั้น แต่ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์ได้อีกด้วย ลองนึกภาพการปลูกถ่ายกระดูกหรือข้อต่อที่ทำจากวัสดุชีวภาพที่แข็งแกร่งและทนทานเทียบเท่าฟันของหอยทาก สิ่งนี้จะช่วยยกระดับคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยได้อย่างมาก