โครงสร้างเปลือกหอย

Mollusc Shell(Mollusc  มีรากศัพท์มาจากคำว่า Mollusca มาจากภาษาละติน (molluscus ) แปลว่า นิ่ม หรือ หมายถึง ลำตัวนิ่ม ซึ่งมักจะมีเปลือก (Shell) เป็นสารจำพวกแคลเซียมคาร์บอเนตคือโครงร่างแข็งภายนอกร่างกายของพวกสัตว์ในไฟลัมมอลลัสคา(Mollusca) เรียกโดยทั่วไปว่า มอลลัสก์ (mollusk) เช่น หอยกาบคู่ (clams) หอยกาบเดี่ยว (snail) หอยงาช้าง (tusk shell) หมึกต่างๆ เช่นหมึกกล้วย(squid) หมึกสายหรือหมึกยักษ์ (octopus) และลิ่นทะเล (chiton) หรือเรียกว่าหอยแปดเกล็ด ซึ่งปัจจุบันพบสัตว์ในไฟลัมนี้มากกว่า 150,000 สปีชีส์ ส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในน้ำเค็ม และมีบางส่วนอยู่ในน้ำจืด และบนบก โดยเปลือกแข็งของสัตว์จำพวกนี้ได้ปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมเพื่อปกป้องร่างกายที่อ่อนนุ่ม
บทความอ่านเพิ่มเติมhttps://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/ra/c2ra20218b
Mollusc แบ่งเป็น 3 ประเภทใหญ่คือ
โครงร่างแข็งภายนอกนั้น แบ่งออกเป็น 3 ชั้น
เป็นคอมโพสิตระหว่างสารอนินทรีย์และสารอินทรีย์ที่พบในเปลือกของมอลลัสส่วนมาก
ชั้นเนอเคอร์มีLamellar structureในระดับไมโครถึงนาโนแทรกอยู่ระหว่างชั้น เป็นชั้นที่ประกอบไปด้วยสารอินทรีย์ที่มีบทบาทสำคัญในการควบคุมการสร้างและการเติบโตของผลึกในชั้นเนเคอร์  ทำให้เปลือกหอยมี crack deflection และต้านการslipช่วยให้เปลือกหอยมีtoughnessและ impact resistance ดีขึ้น ส่วนใหญ่เปลือกหอยนั้นมีลักษณะเป็น porcellaneous ไม่ใช่ nacreous และมักจะส่งผลให้เปลือกหอยไม่เกิดความแวววาว ไม่เป็นสีรุ้ง หรือที่หายากนั้นคือ iridescence แบบ non-nacreous เช่นโครงสร้างแบบflame structureที่พบในหอยสังข์
Nacre ประกอบด้วย hexagonal platelets ที่เป็น aragonite (รูปแบบของ calcium carbonate) กว้าง 10-20 µm และหนา 0.5 µm จัดเรียงในแผ่นขนานต่อเนื่อง รูปร่างของเม็ด hexagonal platelets แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสายพันธุ์ ชั้น Nacre จะถูกแยกออกโดยแผ่นของเมทริกซ์อินทรีย์ (อินเทอร์เฟซ) ประกอบด้วยไบโอโพลีเมอร์ที่มีความยืดหยุ่น (เช่น chitin, lustrin, silk-like proteins) การผสมของ brittle platelets และ ชั้นบางๆขอ งelastic biopolymers ส่งผลให้วัสดุแข็งแรงและยืดหยุ่นด้วยโมดูลัสของ Young ที่ 70 GPa (เมื่อแห้ง)
ความแข็งแรงและความยืดหยุ่น นั้นเป็นผลเนื่องมาจากการยึดเกาะโดยการจัดเรียงตัวแบบbrickworkของ platelets ซึ่งยับยั้งการแพร่กระจายของรอยแตกตามขวาง โครงสร้างนี้เพิ่มความแข็งแกร่งอย่างมากทำให้มีความแข็งแรงเกือบเท่ากับซิลิคอน
ความเหนียวของเปลือกหอยซึ่งประกอบด้วย brittle minerals ได้สร้างแรงบันดาลใจในการผลิตแก้วที่แข็งแรงกว่ากระจกบานมาตรฐานถึง 200 เท่า แร่ธาตุถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นหน่วยที่มีขนาดใหญ่ขึ้น จาก abundant tiny fault lines จำนวนมากที่เรียกว่าอินเตอร์เฟส ซึ่งเป็นตัวรับแรงดันหรือแรงกดจากภายนอกที่สำคัญ ทีมวิจัยใช้เลเซอร์สามมิติในการแกะสลักด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยการแยกเป็นแผ่นแก้วแล้วเติมด้วยโพลิเมอร์ พบว่าส่งผลให้แก้วแข็งขึ้น 200 เท่า กระจกสามารถดูดซับแรงกระแทกได้ดีกว่า ให้ผลผลิตและงอเล็กน้อยแทนที่จะแตก ภาชนะที่ทำจากแก้วมาตรฐานจะแตกถ้ามันหล่นลงบนพื้นแต่ภาชนะที่ทำจากแก้วที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพมีความเป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดความเสียหายเล็กน้อยโดยไม่เกิดการแตกร้าวอย่างสมบูรณ์
กาวที่ได้ไอเดียมาจากตีนตุ๊กแก-หอยแมลงภู่ เท้าของตุ๊กแกประกอบไปด้วยโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายกับเส้นขนจำนวนมากมายมายมหาศาล เรียกเส้นขนเหล่านั้นว่า พิลลาร์ (Pillar) และแต่ละเส้นขนาดเล็กมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 200 นาโนเมตร พิลลาร์จำนวนมากมายนี้ทำให้ประสิทธิภาพการเกาะติดของตุ๊กแกเป็นเลิศ โดยมันจะสร้างแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของพื้นผิวที่สัมผัสกับพิลลาที่เท้าของมัน เรียกว่าแรงแวนเดอร์วาลล์(van der Waals) ซึ่งเป็นแรงอย่างอ่อนแต่เกาะติดแน่นเพราะมีจุดสัมผัสของพิลลาอยู่นับล้านๆ จุด ทันทีที่ตุ๊กแกยกเท้าขึ้นแรงยึดติดก็จะหายไป เมื่อวางเท้าลงใหม่ก็เกิดแรงดึงดูดขึ้นอีกครั้ง แต่ความสามารถนี้จะลดลงเมื่อเป็นพื้นผิวเปียกน้ำ จึงได้นำไปผสานกับความสามรถในการยึดเกาะของหอย 2 ฝาเมื่ออยู่ใต้น้ำ พบว่าหอยยึดเกาะได้ดีเพราะมีโปรตีนชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่คล้ายกาว โปรตีนนี้มีกรดอะมิโน 3,4-แอล-ไดไฮดรอกซีฟีนิลอะลานีน หรือดีโอพีเอ (3,4-L-dihydroxyphenylalanine: DOPA)เป็นองค์ประกอบสำคัญ ทีมวิจัยได้ทดลองสร้างวัสดุที่ประกอบด้วยเส้นพิลลาจำนวนมาก เส้นพิลลาทำขึ้นจากซิลิโคน แต่ละเส้นขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 400 นาโนเมตร สูง 600 นาโนเมตร และเคลือบด้วยแผ่นโพลิเมอร์สังเคราะห์ของดีโอพีเอ ซึ่งทีมวิจัยเรียกวัสดุเลียนแบบเท้าตุ๊กแกและหอยแมลงภู่นี้ว่า “เกคเคล” (Geckel) เมื่อนำเกคเคลไปทดสอบประสิทธิภาพการยึดติดกับวัสดุต่างๆ พบว่าให้ผลดีทั้งพื้นผิวแห้งและเปียก ทั้งเรียบและขรุขระ และยังใช้หมุนเวียนได้ถึง 1,000 ครั้ง แต่เมื่อลอกโพลิเมอร์ดีโอพีเอ ประสิทธิภาพเกคเคลจะด้อยลงทันที แสดงว่าโพลิเมอร์ของกรดอะมิโนดีโอพีเอเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้การยึดเกาะติดแน่น การค้นพบครั้งนี้อาจนำไปสู่การพัฒนากาวที่ใช้ในน้ำสำหรับอุดรอยรั่วบนเรือ รวมถึงใช้ยึดติดอุปกรณ์ต่างๆ ใต้น้ำ การก่อสร้างใต้น้ำในอนาคต และวัสดุทางการแพทย์
เปลือกของหอยฝาเดียวเมื่อเจริญข้นมาจะเกิดการขดตัว (Coiling) ของเปลือก ทำให้เกิดลักษณะเป็นเกลียวเหมือนขั้นบันไดเวียน โดยทั่วไปการขดวนจะเป็นการวนตามเข็มนาฬิกา และจะมีช่องเปิดที่วงล่างสุด แต่มีส่วนท่คล้ายกันคือเส้นที่บริเวณฝาปิด บันไดเวียนหรือบันไดวนนั้นได้รับความนิยมเนื่องมาจากความสวยงามและประโยชน์ใช้สอยของมัน บางครั้งในหอคอยที่สูงการสร้างบันไดเป็นเรื่องที่ทำได้ยากเนื่องจากจะมีคสามชันมากเพราะพื้นที่น้อย หากแต่ถ้าสร้างแบบโครงสร้างภายในของหอยที่มีลักษณะเวียนจะทำให้ความชันลดลงและสามารถสร้างได้ในที่ที่มีพื้นที่แคบเช่นประภาคารหอคอยแม้แต่สถานีดับเพลิงขาดเล็ก
หอยทากเป็นจำนวนมากบนพื้นผิวที่แห้งแล้งและแห้งแล้งในทะเลทรายร้อน ในขณะที่อุณหภูมิอากาศสูงสุดอาจสูงถึง 43 ° C (109 ° F) อุณหภูมิพื้นผิวอาจสูงถึง 65 ° C (149 ° F) และอุณหภูมิพื้นผิวของทะเลทรายเหล่านี้อาจสูงถึง 70 ° C ในช่วงที่อากาศร้อนในแต่ละวันหอยทากจะถอยลงไปในเปลือกด้านบนซึ่งอุณหภูมิจะเย็นกว่า 50 ° C (122 ° F) และนอกจากนี้หอยทากทะเลทรายรอดชีวิตจากอุณหภูมิสูงได้ เพราะพื้นผิวของเปลือกหอยมีการสะท้อนแสงสูงทำให้เกิดการสะท้อน 95% สำหรับความยาวคลื่นแสงใกล้อินฟราเรด และประมาณ 90% สำหรับวิสสิเบิล