เปลือกหอย
**Mollusc Shell** (Mollusc  มีรากศัพท์มาจากคำว่า Mollusca มาจากภาษาละติน (molluscus ) แปลว่า นิ่ม หรือ หมายถึง ลำตัวนิ่ม ซึ่งมักจะมีเปลือก (Shell) เป็นสารจำพวกแคลเซียมคาร์บอเนต คือโครงร่างแข็งภายนอกร่างกายของพวกสัตว์ในไฟลัมมอลลัสคา(Mollusca) เรียกโดยทั่วไปว่า มอลลัสก์ (mollusk) เช่น หอยกาบคู่ (clams) หอยกาบเดี่ยว (snail) หอยงาช้าง (tusk shell) หมึกต่างๆ เช่น หมึกกล้วย (squid) หมึกสายหรือหมึกยักษ์ (octopus) และลิ่นทะเล (chiton) หรือเรียกว่าหอยแปดเกล็ด ซึ่งปัจจุบันพบสัตว์ในไฟลัมนี้มากกว่า 150,000 สปีชีส์ ส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในน้ำเค็ม และมีบางส่วนอยู่ในน้ำจืด และบนบก โดยเปลือกแข็งของสัตว์จำพวกนี้ได้ปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมเพื่อปกป้องร่างกายที่อ่อนนุ่ม

บทความอ่านเพิ่มเติม

ประเภท
------

Mollusc แบ่งเป็น 3 ประเภทใหญ่คือ

1. Gastropods
2. Bivalves
3. Cephalopods

โครงสร้าง
---------

โครงร่างแข็งภายนอกนั้น แบ่งออกเป็น 3 ชั้น

1. เพอเรียสตาคัม (Periustacum) เป็นชั้นนอกสุดประกอบไปด้วยโปรตีนชุบแข็ง(composed of hardened protein) ทำหน้าที่ปกป้องชั้นข้างในและอวัยวะภายใน ซึ่งจะมีความเปราะและแข็งทำให้สามารถต้านทานแรงกระแทกจากภายนอก
2. ออสตาคัม (Ostacum) หรือชั้นปริซิม (Prismatic layer) เป็นชั้นที่เป็นสารประกอบแคลเซียมคาร์บอเนต มีจัดเรียงตัวลักษณะเป็นปริซึมทำให้เป็นชั้นที่มีสีสัน
3. ไฮโพสตาคัม (Hypostacum) หรือเนเคอร์ (Nacre) เป็นชั้นบางๆที่ตั้งตามแนวนอน ประกอบด้วย Aragoniteประมาณ 95 เปอร์เซนต์โดยนำหนัก ซึ่งเป็นรูปแบบผลึกของแคลเซียมคาร์บอเนต(CaCO3) และสารอินทรีย์อีก 5 เปอร์เซนต์โดยนำหนัก ซึ่งเป็นโปรตีนและพอลิแซ็กคาไรด์

เนเคอร์ (Nacre)
---------------

เป็นคอมโพสิตระหว่างสารอนินทรีย์และสารอินทรีย์ที่พบในเปลือกของมอลลัสส่วนมาก 

Nacre microscopic structure
ชั้นเนอเคอร์มี Lamellar structure ในระดับไมโครถึงนาโนแทรกอยู่ระหว่างชั้น เป็นชั้นที่ประกอบไปด้วยสารอินทรีย์ที่มีบทบาทสำคัญในการควบคุมการสร้างและการเติบโตของผลึกในชั้นเนเคอร์  ทำให้เปลือกหอยมี crack deflection และต้านการ slip ช่วยให้เปลือกหอยมี toughness และ impact resistance ดีขึ้น ส่วนใหญ่เปลือกหอยนั้นมีลักษณะเป็น porcellaneous ไม่ใช่ nacreous และมักจะส่งผลให้เปลือกหอยไม่เกิดความแวววาว ไม่เป็นสีรุ้ง หรือที่หายากนั้นคือ iridescence แบบ non-nacreous เช่นโครงสร้างแบบ *flame structure* ที่พบในหอยสังข์

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 นั้นเป็นผลเนื่องมาจากการยึดเกาะโดยการจัดเรียงตัวแบบ brickwork ของ platelets ซึ่งยับยั้งการแพร่กระจายของรอยแตกตามขวาง โครงสร้างนี้เพิ่มความแข็งแกร่งอย่างมากทำให้มีความแข็งแรงเกือบเท่ากับซิลิคอน

Mollusc shell-inspiration
-------------------------

### super-glass

ความเหนียวของเปลือกหอยซึ่งประกอบด้วย brittle minerals ได้สร้างแรงบันดาลใจในการผลิตแก้วที่แข็งแรงกว่ากระจกบานมาตรฐานถึง 200 เท่า แร่ธาตุถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นหน่วยที่มีขนาดใหญ่ขึ้น จาก abundant tiny fault lines จำนวนมากที่เรียกว่าอินเตอร์เฟส ซึ่งเป็นตัวรับแรงดันหรือแรงกดจากภายนอกที่สำคัญ ทีมวิจัยใช้เลเซอร์สามมิติในการแกะสลักด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยการแยกเป็นแผ่นแก้วแล้วเติมด้วยโพลิเมอร์ พบว่าส่งผลให้แก้วแข็งขึ้น 200 เท่า กระจกสามารถดูดซับแรงกระแทกได้ดีกว่า ให้ผลผลิตและงอเล็กน้อยแทนที่จะแตก ภาชนะที่ทำจากแก้วมาตรฐานจะแตกถ้ามันหล่นลงบนพื้นแต่ภาชนะที่ทำจากแก้วที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพมีความเป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดความเสียหายเล็กน้อยโดยไม่เกิดการแตกร้าวอย่างสมบูรณ์

หอยแมลงภู่
### เกคเคล (Geckel)

กาวที่ได้ไอเดียมาจากตีนตุ๊กแก-หอยแมลงภู่ เท้าของตุ๊กแกประกอบไปด้วยโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายกับเส้นขนจำนวนมากมายมายมหาศาล เรียกเส้นขนเหล่านั้นว่า พิลลาร์ (Pillar) และแต่ละเส้นขนาดเล็กมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 200 นาโนเมตร พิลลาร์จำนวนมากมายนี้ทำให้ประสิทธิภาพการเกาะติดของตุ๊กแกเป็นเลิศ โดยมันจะสร้างแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของพื้นผิวที่สัมผัสกับพิลลาที่เท้าของมัน เรียกว่า แรงแวนเดอร์วาลล์ (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

### ขั้นบันไดเวียน

บันไดเวียน
หอยทาก แรงบันดาลใจโดมกันความร้อน
เปลือกของหอยฝาเดียวเมื่อเจริญข้นมาจะเกิดการขดตัว (Coiling) ของเปลือก ทำให้เกิดลักษณะเป็นเกลียวเหมือนขั้นบันไดเวียน โดยทั่วไปการขดวนจะเป็นการวนตามเข็มนาฬิกา และจะมีช่องเปิดที่วงล่างสุด แต่มีส่วนท่คล้ายกันคือเส้นที่บริเวณฝาปิด บันไดเวียนหรือบันไดวนนั้นได้รับความนิยมเนื่องมาจากความสวยงามและประโยชน์ใช้สอยของมัน บางครั้งในหอคอยที่สูงการสร้างบันไดเป็นเรื่องที่ทำได้ยากเนื่องจากจะมีคสามชันมากเพราะพื้นที่น้อย หากแต่ถ้าสร้างแบบโครงสร้างภายในของหอยที่มีลักษณะเวียนจะทำให้ความชันลดลงและสามารถสร้างได้ในที่ที่มีพื้นที่แคบเช่น ประภาคาร หอคอย แม้แต่สถานีดับเพลิงขาดเล็ก

### โดมกันความร้อน

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

อ้างอิง
-------

1. Clala Hechenberger (2014). "Structure machanics and function of themollusc shell" เก็บถาวร 2017-08-30 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
2. Jiyu Sun and Bharat Bhushan(2012). "Hierarchical structure and mechanical properties of nacre". วารสารThe Royal Society of Chemistry 2012. ttps://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/ra/c2ra20218b
3. Mariette Le Roux (28 มกราคม 2014). "Mollusc shells inspire super-glass". วารสาร Nature Communications.
4. Frederic Marin, Nathalie Le Roy, Benjamin Marie (2012). "The formation and mineralization of mollusk shell". Frontiers in Bioscience S4, 1099-1125.
5. Nacre" (2019). From Wikipedia, the free encyclopedia.
6. Nudelman, Fabio; Gotliv, Bat Ami; Addadi, Lia; Weiner, Steve (2006). "Mollusk shell formation: Mapping the distribution of organic matrix components underlying a single aragonitic tablet in nacre". Journal of Structural Biology. 153 (2): 176–87. doi:10.1016/j.jsb.2005.09.009. PMID 16413789.
7. Diederik W.R.Balkenende, Sally M.Winkler, Phillip B.Messersmith(2019). "Marine-inspired polymers in medical adhesion". European Polymer Journal Volume 116, July 2019, Pages 134-143.
8. MGR Online (2007). "เกคเคล ยอดกาวไอเดียตีนตุ๊กแก-หอยแมลงภู่ติดแน่น".
9. ฐานัส คณะนา. "การออกแบบแจกันจากแรงบันดาลใจหอยทะเล". วิทยานิพนธ์.
10. The Biomimicry Institute (2018). "Shell protects from heat".
11. Lamellar structure" (2013). From Wikipedia, the free encyclopedia.
12. slip" (2019). From Wikipedia, the free encyclopedia.
13. toughness" (2019). From Wikipedia, the free encyclopedia.
14. flame structure" (2019). From Wikipedia, the free encyclopedia.
15. brickwork" (2019). From Wikipedia, the free encyclopedia.
16. แรงแวนเดอร์วาลล์" (2019). From Wikipedia, the free encyclopedia.

1. ↑  **อะราโกไนต์(Aragonite)** เป็นแร่คาร์บอเนตซึ่งเป็นหนึ่งในสามรูปแบบที่พบมากที่สุดตามธรรมชาติ ของผลึกแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) (อีกรูปแบบหนึ่งคือ แคลไซต์และ วาเทอไรท์(vaterite)) มันสามารถเกิดขึ้นโดยกระบวนการทางชีวภาพ และทางกายภาพ รวมถึงการตกตะกอนจากสภาพแวดล้อมทางทะเลและน้ำจืด
2. ↑  คอมโพสิต เป็นวัสดุที่ประกอบด้วยการรวมวัสดุมากกว่า 2 ประเภทเข้าด้วยกัน โดยทั่วไปคอมโพสิตจะมีวัสดุที่เป็นเนื้อหลัก (matrix) และวัสดุเสริมแรง (reinforcement materials) ที่กระจายตัวอยู่ในเนื้อหลักนั้น วัสดุที่เป็นเนื้อหลัก จะรองรับวัสดุเสริมแรงให้อยู่ในรูปร่างที่กำหนด ขณะที่วัสดุเสริมแรงจะช่วยเพิ่ม หรือปรับปรุงสมบัติเชิงกลของวัสดุเนื้อหลัก ให้สูงขึ้น