สอนวิทย์มัธยม 1: ลองคำนวณความเข้มข้นเป็นโมลต่อลิตร ไปทัศนศึกษาเรื่อง DNA

สัปดาห์นี้ผมให้เด็กๆหัดคำนวณความเข้มข้นสารละลายให้เป็นโมลต่อลิตรดูครับ เอาตัวอย่างที่เรารู้จักคือตอนเราทำแบตเตอรี่กันเราเอาเกลือ 1 ช้อนโต๊ะผสมน้ำ 100 กรัม หรือเคยเปรียบเทียบน้ำตาลในเครื่องดื่มแล้วจำได้ว่ายาคูลท์ขวด 80 มิลลิลิตรมีน้ำตาลประมาณ  16 กรัม

img_0522

สำหรับสารละลายเกลือแกง 1 ช้อนโต๊ะในน้ำ 100 กรัม เราคิดว่าน้ำ 100 กรัมมีปริมาตร 100 มิลลิลิตร เพราะความหนาแน่นของน้ำคือ 1 กรัมต่อ 1 มิลลิลิตร แล้วเราก็ดูว่าสูตรเคมีของเกลือแกงคือ NaCl มีโซเดียม (Na) และคลอรีน (Cl) เป็นส่วนประกอบ จากนั้นก็ดูมวลอะตอมของโซเดียมและคลอรีนในตารางธาตุว่ามวลเท่าไร พบว่าเลขมวลอะตอมโซเดียมคือประมาณ 23 และของคลอรีนประมาณ 35.45 ดังนั้นมวลของ NaCl จำนวน 1 โมลหนัก 23+35.45 = 58.45 กรัม

ต่อไปเราก็ต้องหาว่าเกลือแกง  1 ช้อนโต๊ะหนักเท่าไร เราตวงเกลือแล้วชั่งดูครับ ได้ 16 หรือ 17 กรัม เราจึงตีว่าเกลือแกง 1 ช้อนโต๊ะเท่ากับ 16.5 กรัม แล้วเราก็แปลงเป็นโมลได้ = 16.5 กรัม / 58.45 กรัมต่อโมล = 0.28 โมล

ดังนั้นสารละลายเรามีเกลือ 0.28 โมลในน้ำ 100 มิลลิลิตร เทียบดูว่าถ้ามีน้ำ 1 ลิตรก็ต้องมีเกลือ 2.8 โมล แสดงว่าความเข้มข้นคือ 2.8 โมลต่อลิตร

ตัวอย่างที่สองคือยาคูลท์ที่มีน้ำตาล 16 กรัมใน 80 มิลลิลิตร เมื่อเทียบให้เป็นลิตรจึงมีน้ำตาล 16/80 x 1000 = 200 กรัม

จากนั้นก็แปลงน้ำตาล 200 กรัมให้เป็นโมล เราอนุมานว่าน้ำตาลมีส่วนประกอบเคมีเป็น C6H12O6 คือในหนึ่งโมเลกุลมีคาร์บอน (C) 6 อะตอม มีไฮโดรเจน (H) 12 อะตอม และออกซิเจน (O) 6 อะตอม แล้วเราก็ดูมวลอะตอมของ C, H, และ O ในตารางธาตุ ได้เลขอะตอม = 12, 1, 16 ตามลำดับ

ดังนั้นน้ำตาล 1 โมลจะมีมวล = 6×12 + 12×1 + 6X16 = 180 กรัม และน้ำตาล 200 กรัมจะเท่ากับ 200 กรัม / 180 กรัมต่อโมล = 1.1 โมล และยาคูลท์มีความเข้มข้นน้ำตาลประมาณ 1.1 โมลต่อลิตร

จากนั้นเราก็ทำความรู้จักเบื้องต้นกับ DNA ที่เป็นโมเลกุลเก็บข้อมูลพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตต่างๆด้วยคลิปนี้ครับ:

อันนี้แนะนำไว้เผื่อยังไม่รู้จักเซลล์เบื้องต้นครับ:

ดูอนิเมชั่นการทำงานภายในเซลล์ด้วยคลิปนี้ครับ:

อันนี้เป็นอนิเมชั่นการทำงานในเซลล์ที่น่าสนใจอีกอันครับ:

วันศุกร์กลุ่มบ้านเรียนเราทำหนังสือไปเยี่ยมชมแล็บพันธุกรรมที่ม.เกษตรครับ เด็กๆที่ไปอยู่ระดับป.6 และม.1 รูปภาพอยู่ที่อัลบั้มนี้ครับ

กดที่ภาพเพื่อไปดูอัลบั้มเต็มครับ
กดที่ภาพเพื่อไปดูอัลบั้มเต็มครับ

ภรรยาผมสรุปการไปทัศนศึกษาไว้ดังนี้ครับ:

“สกัด DNA กับ อ.ลูกแก้ว

อ.ลูกแก้ว หรือ ดร.อนงค์ภัทร สุทธางกูล เคยมาให้ความรู้เรื่อง DNA กับเด็กๆมา 2 ครั้งแล้ว คราวนี้เราได้พาพี่มัธยมและพี่ป.6 ไปลงมือปฏิบัติการสกัด DNA กันที่ห้อง Lab ของที่ภาควิชาพันธุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ โดย อ.ลูกแก้วเป็นวิทยากรใจดีให้เราตลอดวัน และมีพี่มุ่ยซึ่งเป็นนักศึกษาปริญญาโท คอยเป็นผู้ช่วยค่ะ

อ.ลูกแก้วเริ่มคุยกับเด็กๆเรื่องคุณสมบัติของ DNA ว่าเป็นสารที่มีขั้วลบ และอยู่ในเซลล์ทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะเป็นสัตว์หรือพืช เด็กๆได้ลองสกัด DNA ของสตรอเบอรี่กันค่ะ เริ่มแรกต้องทำให้ผนังเซลล์แตกตัวด้วยการใส่สารที่ลดแรงตึงผิว เช่นน้ำยาล้างจาน หรือนำไปแช่ช่องแข็งซึ่งเกล็ดน้ำแข็งเล็กๆนั้นจะทำให้ผนังเซลล์แตก

เมื่อผนังเซลล์แตกตัวแล้วก็ต้องแยก DNA ออกมาด้วยการค่อยๆใส่แอลกอฮอล์ 95% ลงไป แล้ว DNA ก็จะแยกตัวออกมา เป็นใยสีใสๆอยู่ระหว่างชั้นแอลกอฮอล์และน้ำผลไม้ เด็กๆทดลองกันไปก็ร้องว้าวกันอย่างตื่นเต้นเมื่อเห็นสาย DNA ค่อยแยกและลอยตัวขึ้นมาบนผิวแอลกอฮอล์

หลังจากสกัด DNA ได้แล้ว ก็จะมีขั้นตอนการแยกแยะขนาดของ DNA นั้นก็ต้องผ่านขั้นตอนที่ยุ่งจากขึ้นไปอีก ขั้นตอนนี้เรามีโอกาสใช้เครื่องมือเจ๋งๆหลายอย่างเขียวค่ะ ทั้งเครื่อง Centrifuge หรือเครื่องปั่นเหวี่ยงเพื่อให้สารตกตะกอนแยก DNA ออกมา หลังจากย้อมสี DNA แล้วเราก็ใช้ปิเปตสุดเจ๋งที่เลือกได้ว่าดูดเอาสารละลายมาแค่ระดับไมโครลิตร แล้วเอามาหยอดลงในแผ่นวุ้น ต่อมาก็นำเข้าเครื่อง Electrophoresis ซึ่งใช้สำหรับวิเคราะห์ DNA ด้วยหลักการที่ DNA ที่มีประจุไฟฟ้าลบจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก ด้วยอัตราเร็วที่ต่างกันขึ้นอยู่กับขนาดของ DNA นั้นๆ

อีกวิธีที่ใช้วิเคราะห์ DNA ได้คือวัดจากการดูดกลืนแสงในคลื่นความถี่ที่ต่างกัน โดยใช้เครื่องวัดปริมาณสารพันธุกรรม หรือ spectrophotometry หรือ nano drop ข้อดีของเครื่องนี้คือใช้สารเพียงปริมาณนิดเดียวระดับไมโครลิตรก็สามารถวิเคราะห์ได้แล้ว

นอกจากนี้ อ.ลูกแก้วยังได้พาเด็กๆเดินดูห้องทำงานวิจัยในภาควิชา พี่ๆที่กำลังทำงานในแล็บต่างๆก็ใจดีสละเวลามาอธิบายให้เด็กๆฟังถึงงานวิจัย มีทั้งการเปลี่ยนเพศแมลงวันทองเพื่อลดจำนวนแมลงวันทองที่เป็นศัตรูของพืช การวิจัยพันธุ์ข้าวที่ทนต่อโรคใบไหม้ ซึ่งแทนที่เราจะต้องรอดูหลายเดือนว่าต้นข้าวต้นไหนที่สามารถทนต่อโรคได้ แต่ด้วยเทคโนโลยีนี้ เราแค่เพาะจนได้ต้นอ่อนก็สามารถนำมาวิเคราะห์ DNA ได้เลย แล้วก็เลือกต้นที่ทนต่อโรคไปขยายพันธุ์ได้ต่อ และการวิจัยปัจจัยที่มีผลต่อผลผลิตต้นแตงกวา เหล่านี้ทำให้พวกเราได้เข้าใจถึงบทบาทวิทยาศาสตร์พันธุกรรมที่จะช่วยเพิ่มผลผลิตและแก้ปัญหาให้กับเราได้

วันนี้เราได้เห็นการทำงานวิจัยที่ต้องอาศัยทั้งเครื่องมือ ความอดทน และสมอง ได้เข้าใจถึงความสำคัญของเทคโนโลยีชีวภาพที่จะมีบทบาทสำคัญในอนาคต ก่อนจะกลับอ.ลูกแก้วยังพูดด้วยว่า ตอนนี้เรามีวิทยาการและเทคโนโลยีพร้อมที่ทำให้เป็นจริง สิ่งที่เหลือคือ ต้องคิดว่าจะนำเทคโนโลยีไปประยุกต์ใช้อย่างไร

ช่างเป็นวันที่เด็กๆกลับบ้านไปพร้อมความรู้และแรงบันดาลใจอย่างเปี่ยมล้น
ขอขอบพระคุณ ภาควิชาพันธุศาสตร์ มหาวิทยาลับเกษตรศาสตร์ ที่อนุญาตให้โอกาสเด็กๆได้เข้าใช้ห้อง Lab
ขอบพระคุณพี่มุ่ยใจดี ที่คอยวิ่งหาอุปกรณ์ให้เด็กๆ

สุดท้ายนี้ ขอขอบพระคุณอาจารย์ลูกแก้ว..วิทยากรพลังสูงและแสนใจดีของเด็กๆค่ะ”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *