鱼鳞(鱼鳞皮肤病是由什么引起的)
鱼鳞
1.刘天宇在聚合物科学前沿有烹饪鱼经验的朋友应该知道，用菜刀用鱼鳞切鱼是一件吃力不讨好的事情。鱼鳞需要刮，而不是强行破坏。鱼鳞是鱼的坚硬盔甲，但鱼游动时鳞片不会断裂。鱼鳞为什么这么神奇？来自加州大学圣地亚哥分校劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的研究团队最近正在研究此事。
2.该杂志发表了他们对这个问题的回答。研究人员发现，鲤鱼鱼鳞的多级结构及其在应力作用下相应的微观结构变化是鱼鳞韧性的奥秘。
3.要解释鱼鳞坚韧的奥秘，我们必须首先了解carp鱼鳞的结构（图1）。每件鱼鳞由暴露的深色部分和层压的浅色部分组成（图1B）。暴露部分具有带矿化突起的粗糙表面（图1C和d）。这些突出的表面完全被真皮纤维覆盖（图1E）。层压浅色零件表面有规则的层状结构，并伴有裂纹（图1F、G）。放大后，可以看到表面由直径为30-50纳米的矿化纤维组成（图1H）。从横截面上看，鱼鳞由三层组成:表皮、矿化外层和Bouligand内层（从上到下）（图1I，J），外层比内层矿化程度更高。
4.图一。carp鱼鳞的整体结构。来源:Matter
5.在电子显微镜下，可以看到Bouligand层具有层状结构。每层的方向不同，相邻层之间的夹角基本相同（图2A）。每一层都由密集的胶原纤维并排组成（图2B），纤维相互桥接形成纤维束（图2C）。事实上，纤维束通过堵塞和堆叠形成的螺旋楼梯结构是Bouligand结构。这种结构在蟹壳和甲壳类动物中都存在。
鱼鳞6.图二。鲤鱼鱼鳞boul配体层的形态。来源:Matter透射电镜显示，横截面为鱼鳞的胶原纤维束之间有胶原纤维（图3）。密集的椭圆形颗粒是胶原束切片，如图2所示。贯穿其中的蛋白质纤维如“绳子”一般，串起椭圆形胶原纤维束“甲片”。
7.图3。鲤鱼胶原纤维穿透鱼鳞示意图鱼鳞。来源:物质了解鲤鱼的结构鱼鳞。让我们来看看鱼鳞如何应对外部压力。作者使用光学显微镜观察了鱼鳞在不同应变程度下的结构（图4）。当应变低于0.2时，鱼鳞的微观结构没有明显变化。当应变达到0.2鱼鳞时，外层发生断裂，应力增长减缓并略有下降。当应变达到0.25时，外层完全开裂脱落。剥离后外层应力迅速下降，但鱼鳞并未完全断裂。骨折仍由纤维连接。表1总结了鱼鳞的机械性能。从表中数据来看，鲤鱼鱼鳞力学性能的各向异性较弱，表皮的存在对鱼鳞力学性能的影响不大。
8.图4。鲤鱼鱼鳞的横向应力应变曲线及不同阶段的结构变化。尺子:一个插图:5毫米；；b–J:1毫米。资料来源:事项表1。鲤鱼机械性能参数鱼鳞。全鳞是完整的鳞片，胶原层是没有表皮的鳞片。
9.作者还利用小角X射线散射（SAXS）检测了鱼鳞微结构在应力作用下的变化，总结了鱼鳞抵抗外应力的微观过程。鱼鳞外部矿化层提供了第一层保护。它可以承受压力，直到完全断裂和剥离（图5A）。下Bouligand层也参与耗散应力。其中平行于应力的胶原束可以产生拉伸变形，直到层分离（图5B）。与应力成一定角度的胶原纤维束可以沿应力方向扭曲，同时变形以储存应力（图5C和d）。此外，这些层可以移位以进一步分散应力（图5E、F）。
10.图5。应力作用下鲤鱼鱼鳞结构变化的微观过程示意图。来源:Matter
11.研究人员目前正在研究通过3D打印合成类鲤鱼鱼鳞材料。这些材料有望制造出轻而坚韧的装甲。人类永远不会停止追随大自然的脚步。
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