ในเวลากลางวัน หนอนไหมที่ทำการทดลองจะปรากฏเป็นสีชมพู แต่ภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต พวกมันจะมีแสงสีแดงสด /Cr.Liu et.al., 2022
หนอนไหมได้รับการเพาะเลี้ยงและเพาะพันธุ์เพื่อให้ได้ไหมที่มีคุณภาพและปริมาณดีขึ้น ส่งผลให้เกิดการพัฒนาการเลี้ยงไหมและอุตสาหกรรมสิ่งทอ โดยทั่วไปแล้ว ใยไหมจะเป็นสีขาว ดังนั้นจึงต้องทำการย้อมเพื่อให้ได้เส้นใยที่มีสี อย่างไรก็ตาม กระบวนการย้อมสีนั้นเกี่ยวข้องกับสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยและก่อให้เกิดน้ำเสียจำนวนมาก ซึ่งส่งผลกระทบในทางลบต่อสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ แม้ว่าหนอนบางสายพันธุ์จะสร้างรังไหมที่มีเม็ดสีที่ได้จากใบหม่อนที่พวกมันกินเข้าไป แต่เม็ดสีจะกระจายอยู่ในชั้นเซริซิน (sericin - โปรตีนของเส้นใยไหม) และจะหายไประหว่างการทำ "gumming" (การปล่อยสารเหนียวที่ยึดเส้นไหมไว้ด้วยกันเพื่อสร้างรังไหม)
ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Futan ในเซี่ยงไฮ้ได้พัฒนาเทคนิคในการส่องสว่างหนอนไหม ที่ตัวหนอนจะผลิตเส้นไหมได้ตามปกติเหมือนหนอนทั่วไป ผลการวิจัยของทีมได้รับการตีพิมพ์และเผยแพร่เมื่อเดือนก.พ. 2022 ในวารสาร Advanced Material S. พร้อมกับการรายงานความคืบหน้าในการ "ผลิต" ของไหมเรืองแสง ที่น่าสนใจคือกระบวนการที่นักวิจัยใช้ในการสร้างการเรืองแสงได้ถ่ายโอนคุณสมบัติไปยังเส้นไหม เป็นไปได้ว่าใยไหมที่สัตว์ตัวน้อยเหล่านี้หลั่งออกมาตามธรรมชาติจะผลิตสิ่งทอเรืองแสง ซึ่งตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุ สิ่งนี้จะมีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ทางวิศวกรรมชีวภาพและผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์
แม้ว่าการศึกษาก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้สีย้อมหรือการตัดต่อยีนต่างๆ เพื่อสร้างหนอนไหมที่ผลิตวัสดุเรืองแสง แต่วิธีการเหล่านั้นมีค่าใช้จ่ายสูงและอาจทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายต่อตัวหนอน ขณะที่การศึกษาใหม่นี้อาจปูทางสำหรับสิ่งทอใหม่และวิธีการวิจัยทางชีวการแพทย์ที่น่าตื่นตา
carbon quantum dots ที่หนอนกิน จะก่อให้เกิดการเรืองแสง
ในการศึกษาครั้งใหม่ หนอนไหมจะถูกป้อนด้วยผลึกระดับนาโนที่เรียกว่า "quantum dots"
QDs) ที่จะทำให้ร่างกายของแมลง ไหม ไข่ และรังไหมมีแสงเป็นสีดอกกุหลาบภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต ซึ่งตามรายงานของ Alex Wilkins จากวารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี New Scientist เมื่อผีเสื้อออกมา พวกมันก็มีแสงสีชมพูอ่อนเช่นกัน
Huan-Ming Xiong ศาสตราจารย์วิชาเคมีมหาวิทยาลัย Fudan ประเทศจีน ผู้นำการศึกษาใหม่ ให้ความเห็นกับ New Scientist ว่า หนอนไหมเรืองแสงเป็นแบบอย่างที่ยอดเยี่ยมสำหรับการวิจัยการสร้างภาพชีวภาพ ตอนนี้เราไม่จำเป็นต้องใช้กล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟคอลแบบเลเซอร์และระบบภาพสัตว์ ก็สามารถเห็นการเรืองแสงจากร่างกายด้วยตาเปล่าโดยตรงได้ โดยเขาและทีมงานได้สกัดคาร์บอนควอนตัมดอท (carbon quantum dots) จากใบหม่อนให้เป็นอาหารของหนอนไหม
สำหรับ quantum dots เป็นอนุภาคนาโนสเกลที่ขนาดเล็กมากจากฟิสิกส์ควอนตัมที่ได้รับผลกระทบ โดยทั่วไปแล้วแต่ละจุดจะอยู่ระหว่าง 2-10 นาโน ม. โดยเฉลี่ย ตามความคิดริเริ่มของนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ อะตอมเทียมเหล่านี้สามารถประกอบขึ้นจากองค์ประกอบต่างๆ รวมทั้งคาร์บอนและซิลิกอน
ขึ้นอยู่กับขนาดและองค์ประกอบที่ทำขึ้น
สารกึ่งตัวนำ (semi-conductors) ขนาดเล็กเหล่านี้สามารถเปล่งแสงสีต่างๆ ผ่านแนวคิดที่เรียกว่า "การกักขังควอนตัม" (quantum confinement) ทำให้เคลื่อนที่ได้ในปริมาตรที่จำกัด ซึ่งจุดเล็ก ๆ ทำให้เกิดความยาวคลื่นสั้นของแสงสีน้ำเงิน ขณะที่จุดขนาดใหญ่ทำให้เกิดความยาวคลื่นยาวของแสงสีแดงโดย quantum dots ถูกนำมาใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ รวมถึงหน้าจอโทรทัศน์
quantum dots (QDs) เป็นสารกึ่งตัวนำ - ผลึกระดับนาโนคาร์บอนที่มนุษย์สร้างขึ้นที่มีขนาดน้อยกว่า 10 นาโน ม. ซึ่งสามารถขนส่งอิเล็กตรอนได้
เมื่อแสงยูวีกระทบอนุภาคนาโนเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ พวกมันจะสามารถเปล่งความยาวคลื่นเฉพาะของแสงเป็นสีต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกมันมีความส่องสว่างสูง มีความเป็นพิษต่ำ และมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูง อนุภาคเทียมเหล่านี้พบได้ในการใช้งาน composites เซลล์แสงอาทิตย์ และฉลากทางชีววิทยาเรืองแสง Cr.
https://www.nanowerk.com/what_are_quantum_dots.phpเพื่อใช้คุณสมบัติเหล่านี้ในหนอนไหม นักวิจัยได้กำหนดจุด QDs ให้พวกมัน แต่จุด QDs จะต้องสร้างขึ้นจากใบหม่อนที่ตัวไหมชอบ ขั้นตอนคือทีมงานจะบดใบหม่อน จากนั้นนำไปกรอง ให้ความร้อนและความเย็นหลายครั้ง สุดท้ายก็ผสมสารละลายกับน้ำและ dichloromethane สารประกอบคลอโรคาร์บอนที่มีอันตรายน้อยที่สุดชนิดหนึ่ง ซึ่งหลังจากการเจือจาง จะได้สารละลายของเหลวที่มีจุดคาร์บอน
จุดควอนตัมเหล่านี้จะถูกหนอนไหมดูดกลืนจากทางเดินอาหาร จากนั้นจึงย้ายไปยังต่อมไหมและสุดท้ายไปยังรังไหม ซึ่งส่วนที่ไม่ได้ย่อยจะถูกขับออกทางอุจจาระ ในที่สุด นักวิทยาศาสตร์ก็ได้รังไหมซึ่งเปลี่ยนเป็นสีชมพูในระหว่างวันและเรืองแสงเป็นสีแดงสดภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต (UV) และหลังจากผีเสื้อออกมาจากรังไหม แมลงสีแดงสดจะผสมพันธุ์และจะวางไข่เรืองแสงที่ฟักออกมา กลายเป็นรุ่นที่สองที่มีวงจรการเติบโตตามปกติคือจะไม่เรืองแสงอีกต่อไป
อย่างไรก็ตาม ในการศึกษา มีการทดสอบจุด QDs หลายประเภทบนตัวไหมเพื่อความปลอดภัยและการเรืองแสง ซึ่งในการหาจุด QDs จากใบหม่อนนั้น
จุดที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบซึ่งทำให้เกิดแสงสีแดง จะตรงตามข้อกำหนดสำหรับการศึกษานี้ รวมถึงเพื่อสร้างทางเลือกที่ปลอดภัยกว่าในการแก้ไข
จีโนมตามข้อจำกัดด้านอาหารของหนอนไหมด้วย
Bombyx mori หนอนผีเสื้อที่มีความจำเพาะทางชีววิทยาพิเศษ ใช้สำหรับเลี้ยงไหมและเป็นหนึ่งในแมลงที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจมากที่สุดในโลก เส้นไหมของมันให้ผลิตภัณฑ์ที่สวยงามและมีค่าที่สุด เนื่องจากมีความมันวาว เนื้อสัมผัสที่นุ่มนวล ความแข็งแรงเชิงกลที่เห็นได้ชัดเจน
ทั้งนี้ หลังจากทำการทดสอบ ไหมเรืองแสงที่มีพลังมากที่สุดได้จากหนอน Bombyx mori ด้วย carbon nanodots /CND ที่มีคุณสมบัติทางกลสูงกว่าเมื่อเทียบกับไหมธรรมชาติ เส้นใยที่แข็งแรงที่มีความยาว 521.9 MPa และเป็นไหม19.2% นี้ มีคุณภาพสูงกว่าไหมควบคุมที่ 336.5 MPa และ 12.5% มาก แสดงให้เห็นว่าผ้าไหมเรืองแสงที่แข็งแกร่งที่สุด นอกจากสามารถผลิตได้โดยใช้ CND ในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติความยืดหยุ่นมากกว่าไหมควบคุม เช่นเดียวกับไซโลดัดแปลงไหมอื่นๆ ที่ใช้อนุภาคนาโนเงิน, กรดอะมิโน threonine หรือ nanohydroxyapatite
Antonios Kelarakis ผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุนาโนที่มหาวิทยาลัย Central Lancashire ที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าวว่า วิธีการนี้น่าจะมีความยั่งยืนกว่าวิธีอื่น เพราะไม่ต้องการให้ผู้ผลิตผ้าไหมเปลี่ยนวิธีการได้เส้นไหมมา หรือเพิ่มต้นทุนของวัสดุ ซึ่งนักวิจัยมีความหวังว่า สักวันหนึ่งวัสดุที่ได้จากไหมเรืองแสงจะถูกนำมาใช้ในชีวการแพทย์เพื่อติดตามว่ายาเคลื่อนผ่านร่างกายอย่างไร
หนอนไหมทำไหมเรืองแสงหลังจากกินจุดควอนตัม
(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)
หนอนไหมที่เลี้ยงด้วย "quantum dots" ส่องสว่างภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต
แม้ว่าการศึกษาก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้สีย้อมหรือการตัดต่อยีนต่างๆ เพื่อสร้างหนอนไหมที่ผลิตวัสดุเรืองแสง แต่วิธีการเหล่านั้นมีค่าใช้จ่ายสูงและอาจทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายต่อตัวหนอน ขณะที่การศึกษาใหม่นี้อาจปูทางสำหรับสิ่งทอใหม่และวิธีการวิจัยทางชีวการแพทย์ที่น่าตื่นตา
Huan-Ming Xiong ศาสตราจารย์วิชาเคมีมหาวิทยาลัย Fudan ประเทศจีน ผู้นำการศึกษาใหม่ ให้ความเห็นกับ New Scientist ว่า หนอนไหมเรืองแสงเป็นแบบอย่างที่ยอดเยี่ยมสำหรับการวิจัยการสร้างภาพชีวภาพ ตอนนี้เราไม่จำเป็นต้องใช้กล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟคอลแบบเลเซอร์และระบบภาพสัตว์ ก็สามารถเห็นการเรืองแสงจากร่างกายด้วยตาเปล่าโดยตรงได้ โดยเขาและทีมงานได้สกัดคาร์บอนควอนตัมดอท (carbon quantum dots) จากใบหม่อนให้เป็นอาหารของหนอนไหม
สำหรับ quantum dots เป็นอนุภาคนาโนสเกลที่ขนาดเล็กมากจากฟิสิกส์ควอนตัมที่ได้รับผลกระทบ โดยทั่วไปแล้วแต่ละจุดจะอยู่ระหว่าง 2-10 นาโน ม. โดยเฉลี่ย ตามความคิดริเริ่มของนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ อะตอมเทียมเหล่านี้สามารถประกอบขึ้นจากองค์ประกอบต่างๆ รวมทั้งคาร์บอนและซิลิกอน
ขึ้นอยู่กับขนาดและองค์ประกอบที่ทำขึ้น
สารกึ่งตัวนำ (semi-conductors) ขนาดเล็กเหล่านี้สามารถเปล่งแสงสีต่างๆ ผ่านแนวคิดที่เรียกว่า "การกักขังควอนตัม" (quantum confinement) ทำให้เคลื่อนที่ได้ในปริมาตรที่จำกัด ซึ่งจุดเล็ก ๆ ทำให้เกิดความยาวคลื่นสั้นของแสงสีน้ำเงิน ขณะที่จุดขนาดใหญ่ทำให้เกิดความยาวคลื่นยาวของแสงสีแดงโดย quantum dots ถูกนำมาใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ รวมถึงหน้าจอโทรทัศน์
จุดควอนตัมเหล่านี้จะถูกหนอนไหมดูดกลืนจากทางเดินอาหาร จากนั้นจึงย้ายไปยังต่อมไหมและสุดท้ายไปยังรังไหม ซึ่งส่วนที่ไม่ได้ย่อยจะถูกขับออกทางอุจจาระ ในที่สุด นักวิทยาศาสตร์ก็ได้รังไหมซึ่งเปลี่ยนเป็นสีชมพูในระหว่างวันและเรืองแสงเป็นสีแดงสดภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต (UV) และหลังจากผีเสื้อออกมาจากรังไหม แมลงสีแดงสดจะผสมพันธุ์และจะวางไข่เรืองแสงที่ฟักออกมา กลายเป็นรุ่นที่สองที่มีวงจรการเติบโตตามปกติคือจะไม่เรืองแสงอีกต่อไป
อย่างไรก็ตาม ในการศึกษา มีการทดสอบจุด QDs หลายประเภทบนตัวไหมเพื่อความปลอดภัยและการเรืองแสง ซึ่งในการหาจุด QDs จากใบหม่อนนั้น
จุดที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบซึ่งทำให้เกิดแสงสีแดง จะตรงตามข้อกำหนดสำหรับการศึกษานี้ รวมถึงเพื่อสร้างทางเลือกที่ปลอดภัยกว่าในการแก้ไข
จีโนมตามข้อจำกัดด้านอาหารของหนอนไหมด้วย
Antonios Kelarakis ผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุนาโนที่มหาวิทยาลัย Central Lancashire ที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าวว่า วิธีการนี้น่าจะมีความยั่งยืนกว่าวิธีอื่น เพราะไม่ต้องการให้ผู้ผลิตผ้าไหมเปลี่ยนวิธีการได้เส้นไหมมา หรือเพิ่มต้นทุนของวัสดุ ซึ่งนักวิจัยมีความหวังว่า สักวันหนึ่งวัสดุที่ได้จากไหมเรืองแสงจะถูกนำมาใช้ในชีวการแพทย์เพื่อติดตามว่ายาเคลื่อนผ่านร่างกายอย่างไร