Blockdit Logo (Mobile)
Science Complex
•
5 ก.ค. 2020 เวลา 05:58 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
SciStory EP7 - นักวิทยาศาสตร์รู้โครงสร้างของสิ่งต่าง ๆ ได้อย่างไร
ย้อนไปในวัยเด็กขณะแอดมินเรียนวิชาชีววิทยาเกี่ยวกับโครงสร้าง DNA หนึ่งในภาพที่ติดตามากที่สุดก็คือ ภาพที่มีชื่อว่า "Photo 51 "
ภาพ Photo 51 คือ การแสดงถ่ายที่เกิดจากรังสีเอกซ์เลี้ยวเบนผ่านโครงสร้างของ DNA จนเกิดเป็นรอยบนฉากรับภาพ ถ่ายโดย Raymod Gosling นักวิทยาศาสตร์สหราชอาณาจักร ซึ่งในขณะนั้นเป็นยังเป็นนักศึกษาปริญญาเอกทำงานให้กับ Rosalind Franklin
หลังจากนั้นภาพ Photo 51 ถูกนำไปใช้เป็นข้อมูลวิเคราะห์และอนุมานโครงสร้างของ DNA โดย James Watson และ Francis Crick จนได้รับรางวัลโนเบลในปี ค.ศ. 1962
1
ด้วยความเป็นเด็ก ตอนนั้นเลยทำได้แค่เก็บความสงสัยไว้ลึก ๆ ว่า
“เขาทำได้อย่างไร?”
ปัจจุบันศาสตร์ที่ศึกษาการเรียงตัว การวางโครงสร้างของอะตอม หรือโมเลกุล จะถูกเรียกว่า “Crystallography” หรือ "ผลึกศาสตร์" แต่เรียกว่ากระบวนการเหล่านี้ว่า “Crystallographic Method”
วิธีการ Crystallographic แรกเริ่มเดิมทีจะอาศัยการวิเคราะห์รูปแบบของการเลี้ยวเบนเมื่อรังสีเอกซ์ถูกยิงผ่านเข้าไปในสิ่งของหรือชิ้นตัวอย่าง (Sample)
จากนั้นรังสีเอกซ์จะทำปฏิกิริยาหรือกระตุ้นอิเล็กตรอนใน Sample มากน้อยต่างกัน บริเวณใดไม่มีอะตอม (นั่นหมายถึงไม่มีอิเล็กตรอน) ก็จะปรากฎรอยจาง ๆ หรือเป็นบริเวณว่าง บริเวณใดที่รังสีเอกซ์ชนอะตอมก็จะรอยเข้มมากหน่อย ทำให้ภาพที่ออกมาจากอีกด้านของ Sample ฉายบนฉากด้วยความเข้มต่างกันออกไป
ลวดลายของโครงสร้างผลึกหรือชิ้นตัวอย่างที่ต้องการศึกษา
จากนั้นทำซ้ำแบบเดิม แต่เปลี่ยนมุมฉายรังสีเอกซ์ โดยส่วนมากจะฉายรังสีเอกซ์ให้ครบทั้ง 3 มิติ เมื่อได้ภาพที่ปรากฏร่องรอยต่างมุมกัน ก็จะนำไปวิเคราะห์มุมระหว่างอะตอมด้วย Goniometer - มาจากภาษากรีกสองคำแต่แปลเป็นอังกฤษได้ว่า gōnía แปลว่า angle หรือมุม และ metron แปลว่า measure หรือแปลตรง ๆ ว่า “เครื่องวัดมุม” นั่นเอง
เรื่องนี้ก็ช่วยตอบข้อสงสัยที่ว่า เวลาท่องโครงสร้างอะตอมในวิชาเคมี เขารู้ค่ามุมพวกนี้ได้อย่างไร
จากนั้นนักวิทยาศาสตร์จะใช้วัสดุจำพวกก้านและจุด (ลูกบอลไม้ หรือเม็ดพลาสติก) ต่อกันคล้าย LEGO สำหรับสร้างแบบจำลอง 3 มิติออกมาจนได้เป็นโครงสร้างตามต้องการ
Source : Wikipedia,CC BY-SA
ต่อมาก็มีวิธีการหาโครงสร้างผลึกแบบใหม่เกิดขึ้น เช่น การหาโครงสร้างผลึกแบบ Herb Hauptman - Jerome Karle วิธีของทั้งสองต่างกันตรงที่ใช้การกระเจิงของรังสีเอกซ์ (X - ray scattering) แทนที่จะใช้การเลี้ยวเบน โดยเป็นวิธีการวิเคราะห์ที่ทำได้รวดเร็วกว่าเดิม
จนกระทั่งปัจจุบันเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และระบบประมวลภาพทำได้ดีขึ้นมาก ช่วยให้การวิเคราะห์โครงสร้างออกมาเป็นรูปภาพจำลอง 3 มิติได้ทันที
ในช่วงปี ค.ศ. 1920 เป็นต้นมาวิชาผลึกศาสตร์ได้ช่วยไขความลับเกี่ยวกับโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับส่ิงมีชีวิต และภายหลังความรู้ดังกล่าวมีประโยชน์ต่อการนำมาดูแลและรักษาสุขภาพให้กับเรา
เช่น
การวิเคราะห์โครงสร้างของคอเลสเตอรอลในปี ค.ศ. 1937
โครงสร้างของเพนิซิลลิน ในปี ค.ศ. 1946
โครงสร้างของวิตามินบี 12 ในปี ค.ศ. 1956
โครงสร้างของอินซูลิน ในปี ค.ศ. 1969
ปัจจุบันรวมแล้วมีสารชีวโมเลกุลกว่า 90,000 รายการที่ผ่านการวิเคราะห์โดยใช้ศาสตร์ดังกล่าว
นอกจากประโยชน์ในแง่ด้านสุขภาพและยาแล้ว ผลึกศาสตร์ยังถูกใช้วิเคราะห์โครงสร้างของอะตอมแร่ธาตุ ทำให้เราทราบข้อมูลจำเพาะของหิน การก่อตัวของชั้นหิน ความเป็นไปของโลกในอดีตกาล เช่น การกำเนิดโลกและระบบสุริยะ การวิเคราะห์อุกกาบาต หรือแม้กระทั่งใช้เป็นองค์ความรู้เกี่ยวกับอุตสาหกรรมการขุดเจาะลงไปในพื้นผิวโลก เพื่อหาแหล่งน้ำ น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น
หรือไกลออกไปนอกโลกหน่อย บนดาวอังคารยานสำรวจ Curiosity ก็ได้ติดตั้งเครื่องมือที่เรียกว่า Diffractometer เพื่อใช้วิเคราะห์หินดินบนดาวอังคาร จนพบว่ามีลักษณะใกล้เคียงกันกับหินบะซอลท์ในแถบภูเขาไฟของหมู่เกาะฮาวายบนโลกของเรา
บอกได้คำว่าเดียวว่า
“ว้าวววววว”
เรียบเรียงโดย Einstein@min
ติดตามผ่านช่องทางอื่น ๆ ได้ที่

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา