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以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

更新時(shí)間:2024-06-19      點(diǎn)擊次數:503

以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

“每個(gè)人的身上都有毛毛~”

毛發(fā)是哺乳動(dòng)物皮膚表皮部角質(zhì)層的衍生物,也是哺乳動(dòng)物的特征之一,所有動(dòng)物的毛發(fā)都有其基本的形態(tài)和結構,而不同的動(dòng)物在毛發(fā)形態(tài)上(如長(cháng)短、粗細以及色澤等)又表現出差異。毛發(fā)形態(tài)的差異必定與其微觀(guān)結構有著(zhù)緊密的聯(lián)系,因此,毛發(fā)微觀(guān)結構也是人們多年來(lái)研究的重點(diǎn)[1]。

1837年,Brewster首次應用光學(xué)顯微鏡發(fā)現毛發(fā)表面的特異性結構,標志著(zhù)毛發(fā)微觀(guān)結構研究的開(kāi)始。20世紀80年代,隨著(zhù)電子顯微鏡在毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的廣泛應用,毛發(fā)的微觀(guān)結構研究有了進(jìn)一步的完善與發(fā)展,掃描電子顯微鏡下,毛發(fā)結構的圖像更加清晰、精確,并且立體感強,分辨率高,可以從不同的角度進(jìn)行觀(guān)察。因此,掃描電子顯微鏡開(kāi)始廣泛應用于動(dòng)物毛發(fā)的觀(guān)察。

以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

圖片來(lái)源:攝圖網(wǎng)

貓作為飼養較廣泛的一種寵物,多數品種都有著(zhù)一身柔軟的毛發(fā),讓人頗為喜愛(ài)。

那么,從貓毛的掃描電鏡圖像中,我們能獲取什么信息呢?帶著(zhù)疑問(wèn),我們收集了貓咪不同身體部位的毛發(fā),使用國儀量子的鎢燈絲掃描電鏡觀(guān)察毛發(fā)的微觀(guān)結構。

根據毛發(fā)表面結構形態(tài)的特征,可以將其分為指狀、芽狀、波狀和鱗狀4類(lèi)[2]。下圖中是一只英短貓的毛發(fā),從掃描電鏡圖中可以看到,其表面是明顯的波狀結構,同樣具有波紋形狀的表面結構單元的還有狗、狍、牛、驢的毛發(fā),它們的直徑一般都在 20~60μm之間,波狀單元寬度幾乎橫繞毛干全周,每一波狀單元軸向間距5μm左右。圖中英短貓毛發(fā)的直徑約為58μm,放大以后,也可以看到表面的毛鱗片結構,鱗片寬度約為5μm,長(cháng)寬比約為12比1。波狀單元結構的長(cháng)寬比都較小,而長(cháng)寬比與毛發(fā)的柔韌性有關(guān),長(cháng)寬比越大,毛發(fā)的柔軟性越好,剛度強不易斷裂。在毛鱗片與毛干中間有一定的間隙,較大的空隙可以貯存空氣,減緩空氣流動(dòng)速度,熱交換的速度也降低了,因此不同的表面單元形態(tài)也決定了其保溫性能的差異。

以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

英短貓毛發(fā)表面/10kV/ETD


以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

英短貓毛發(fā)表面/10kV/ETD

同樣,毛發(fā)的截面也可以帶來(lái)很多信息。一般來(lái)說(shuō),從外至內,毛發(fā)由毛鱗片、毛皮質(zhì)及核心部毛髓質(zhì)3層組成。毛鱗片層由扁平細胞組成,以魚(yú)鱗狀重疊覆蓋毛發(fā)表面,從毛根排列到毛梢,包裹著(zhù)內部的皮質(zhì)。這一層膜雖然很薄,卻起到保護毛發(fā)的作用。毛皮質(zhì)層位于中間,主要由柔軟的角蛋白構成,角質(zhì)蛋白的鏈狀結構,使毛發(fā)具有可伸縮的特性,不易被拉斷,對毛的彈性和韌性起決定性作用。毛髓質(zhì)位于毛發(fā)的中心,由排列疏松的細胞構成,內部是空心的結構,里面含有空氣,這些包含空氣的洞孔具有保溫的作用。

以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

毛發(fā)構造圖

我們切開(kāi)了英短貓的毛發(fā),觀(guān)察其截面結構。從SEM圖中可以清晰看到,毛發(fā)確實(shí)是由外層鱗片、中層皮質(zhì)以及中心髓質(zhì)三個(gè)部分組成。放大后的毛皮質(zhì)層的SEM圖中可以看出,皮質(zhì)層中有均勻的纖維結構分布,這正是毛皮質(zhì)層使毛發(fā)具有彈性和韌性的奧秘。放大后的毛髓質(zhì)層的SEM圖中可以看出,其結構疏松多孔,的確有利于空氣的保留。毛發(fā)的保溫作用,使得貓咪在寒冷的季節,得以保存熱量。而在春夏換季時(shí)期,為了更好的適應季節氣候的變化,貓咪就會(huì )脫去部分毛發(fā)。

以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

英短貓毛發(fā)截面/15kV/BSED


以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

毛皮質(zhì)層微觀(guān)形貌/15kV/BSED


以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

毛髓質(zhì)層微觀(guān)形貌/15kV/BSED

綜上所述,在使用掃描電鏡觀(guān)察動(dòng)物毛發(fā)時(shí),可以獲得很多微觀(guān)信息。這些信息不僅可以幫助我們判斷動(dòng)物毛發(fā)的種類(lèi)、了解動(dòng)物的健康程度和生活習性,其毛發(fā)微觀(guān)結構對研究開(kāi)發(fā)具有良好保溫、疏水和柔性功能仿生結構材料也有重要參考價(jià)值。

以“喵星人”為例!掃描電鏡在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究中的應用

[1]楊靜,徐柏森,王紀.掃描電鏡技術(shù)在動(dòng)物毛發(fā)微觀(guān)結構研究上的應用[J].西南林學(xué)院學(xué)報,2008.DOI:CNKI:SUN:YNLX.0.2008-02-012. 

[2]楊曉東,任露泉.動(dòng)物毛發(fā)的形態(tài)結構及其功能特性研究[J].農業(yè)工程學(xué)報,2002,18(2):21-24.DOI:10.3321/j.issn:1002-6819.2002.02.006.