46 / 62
46
นิตยสาร สสวท
ความจริงวิทยาการด้านผลึกวิทยารังสีเอกซ์ ได้
ถือก�ำเนิดเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1912 เมื่อสองพ่อลูกชื่อ
William Bragg กับ Lawrence Bragg พบโครงสร้างโมเลกุลของ
เกลือแกง (NaCl) ว่าประกอบด้วยอะตอมโซเดียมกับอะตอม
คลอรีนอยู่สลับกันที่มุมทั้งแปดของลูกบาศก์ โดยได้วิเคราะห์
จุดสว่างที่ปรากฏบนแผ่นฟิล์ม หลังจากที่ได้รับรังสีเอกซ์ซึ่งได้
สะท้อนจากระนาบอะตอมในผลึก ตามเงื่อนไข
nλ
= 2
d
sin
θ
เมื่อ
n
คือ จ�ำนวนเต็มบวก เช่น 1, 2, 3...
λ
คือ ความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์
d
คือ ระยะห่างระหว่างระนาบอะตอมในผลึก
และ
θ
คือ มุมระหว่างระนาบอะตอมกับรังสีเอกซ์
ที่ตกกระทบ
ในปีต่อมา สองพ่อลูกก็ได้พบอีกว่า เพชรประกอบ
ด้วยอะตอมคาร์บอนล้วนๆ และอะตอมวางตัวที่มุมของ
โครงสร้างรูปทรงสี่หน้า (tetrahedron) โดยมีอะตอมคาร์บอน
อีกหนึ่งอะตอมอยู่ที่ศูนย์กลางของรูปทรงนั้น
ผลงานเหล่านี้ท�ำให้สองพ่อลูกได้รับรางวัลโนเบล
สาขาฟิสิกส์ประจ�ำปี 1915 ร่วมกัน
วิวัฒนาการของวิทยาการนี้ปรากฏว่า ในปี ค.ศ. 1924
John Desmond Bernal ใช้เทคนิคเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ศึกษา
โครงสร้างของแกรไฟต์ (graphite) และพบว่า อะตอมคาร์บอน
อยู่เรียงกันเป็นที่มุมของรูปหกเหลี่ยมด้านเท่าที่เรียงซ้อนกัน
เป็นชั้นๆ
ในปี ค.ศ. 1937 James Summer พบว่า โมเลกุล
โปรตีนสามารถตกผลึกได้ ผลงานนี้ท�ำให้ได้รับรางวัลโนเบล
สาขาเคมีปี 1946
ในปี ค.ศ. 1945 Dorothy Hodgkin พบโครงสร้าง
ของ penicillin ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีโครงสร้างซับซ้อนมากโดยใช้
เทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ ผลงานนี้ท�ำให้เธอได้รับรางวัล
โนเบลสาขาเคมีปี 1964
ในปี ค.ศ. 1952 Rosalind Franklin ใช้เทคนิคการเลี้ยว
เบนรังสีเอกซ์ถ่ายภาพของโมเลกุล DNA ได้ และ Francis Crick,
James Watson กับ Maurice Wilkins ได้ใช้ภาพถ่ายนี้แสดง
ให้เห็นว่า DNA มีโครงสร้างแบบเกลียวคู่ ผลงานนี้ท�ำให้ Crick,
Watson และ Wilkins ได้รับรางวัลโนเบลสาขาแพทย์ศาสตร์
ร่วมกันประจ�ำปี 1962
ในปี ค.ศ. 1958 John Kendrew กับ Max Perutz
พบโครงสร้างของ myoglobin และ hemoglobin และร่วมกัน
รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 1962
ในปี ค.ศ. 1982 D. Shectmann พบผลึกควอไซ
(quasicrystal) ที่อะตอมอยู่เรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบ
แต่ในภาพรวมเป็นรูปแบบที่ไม่เหมือนเดิม ผลงานนี้ท�ำให้ได้รับ
รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจ�ำปี 2011
ถึงปี ค.ศ. 2000 Venkatraman Ramakrishnan,
Thomas Steiz และ Ada Yonath พบโครงสร้างผลึกของ
ribosorne ซึ่งเป็นโปรตีนที่อยู่ภายในเซลล์ ผลงานนี้ท�ำให้
คนทั้งสามได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 2009
ในปี ค.ศ. 2012 ยานส�ำรวจ Curiosity ได้ถูกส่งไป
วิเคราะห์องค์ประกอบของหิน และดินบนดาวอังคารโดยใช้
เทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ นี่จึงเป็นการทดลองผลึกวิทยา
รังสีเอกซ์ที่กระท�ำนอกโลกเป็นครั้งแรก
ลุถึงปี ค.ศ. 2013 เทคนิคผลึกวิทยารังสีเอกซ์
ได้เปิดเผยโครงสร้างของโปรตีนที่เชื้อ HIV ใช้ในการบุกรุกและ
ท�ำร้ายเซลล์ภูมิคุ้มกัน
การศึกษาประวัติการมอบรางวัลโนเบลหลายรางวัล
แสดงให้เห็นว่าเป็นของนักเคมีผู้พบโครงสร้าง 3 มิติที่ซับซ้อน
ของชีวโมเลกุล เพราะวงการวิทยาศาสตร์ ตระหนักดีว่ า
สมบัติกายภาพ และสมบัติชีวภาพของโมเลกุลทุกโมเลกุล
ขึ้นกับโครงสร้าง ดังนั้น การรู้โครงสร้างของโมเลกุลจะน�ำไปสู่
การสร้างวัสดุชนิดใหม่ ยาขนานใหม่ และวิธีใหม่ๆ ในการรักษา
โรคร้าย เช่น Ebola, มะเร็ง หรือเอดส์ได้ ด้วยเหตุนี้การรู้โครงสร้าง
ของชีวโมเลกุลจึงได้กลายเป็นเป้าหมายที่ Hauptman และ Karle
ตั้งใจจะท�ำให้ได้เมื่อ 60 ปีก่อน โดยการน�ำความรู้ฟิสิกส์ และ
คอมพิวเตอร์มาประยุกต์ใช้เป็นพื้นฐานในการสร้างภาพ 3 มิติ
ของโมเลกุล
เพราะคนทั้งสองรู้ดีว่า ภาพการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์
จะบอกเฉพาะความเข้มของรังสี ซึ่งขึ้นตรงกับแอมพลิจูดของ
รังสียกก�ำลังสองเท่านั้น แต่ไม่ขึ้นกับเฟสของคลื่น เพราะไม่มี
ใครรู้เฟสของคลื่น ดังนั้น ในสมัยก่อนการวิเคราะห์โครงสร้าง