會(huì)員登錄
科學(xué)研究：蟬翼也能抗菌
打賞
推廣
科學(xué)研究：蟬翼也能抗菌
化學(xué)和結(jié)構(gòu)相結(jié)合，賦予蟬翼特殊性能。
工程領(lǐng)域的很多靈感都來(lái)自于自然。比如，蟬翼就因獨(dú)特的防水抑菌性長(zhǎng)期吸引著研究人員的目光。如果這種特性能夠在工業(yè)產(chǎn)品中大量應(yīng)用，將大有裨益。先前的研究方式是完全移除蟬翼表面的化學(xué)物質(zhì)，這不僅會(huì)損傷蟬翼表面，還無(wú)法完全解釋蟬翼表面的化學(xué)物質(zhì)如何與本身的的結(jié)構(gòu)協(xié)同工作。新研究針對(duì)蟬翼上的涂覆物質(zhì)進(jìn)行分層研究，揭示了形態(tài)與化學(xué)結(jié)構(gòu)間復(fù)雜的相互作用。
研究人員分析了兩種不同的蟬，它們的蟬翼上都具有高度有序的微型錐形結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)又被稱為納米柱（nanopillar）。此前，有研究認(rèn)為納米柱結(jié)構(gòu)能發(fā)揮特殊的作用，可以幫助蟬翼防水以及抑制細(xì)菌。
圖片來(lái)源：Pixabay
美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分析化學(xué)家杰西卡·庫(kù)斯塔斯（Jessica Kustas，這項(xiàng)研究的共同作者）介紹說，為了避免破壞蟬翼，研究團(tuán)隊(duì)嘗試了微波輔助提取法，這種方法還沒有在完整的昆蟲翅翼上使用過。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《先進(jìn)材料·界面》（Advanced Material Interfaces）雜志。這一方法需要對(duì)浸入氯仿和甲醇中的蟬翼進(jìn)行加熱和再冷卻，同時(shí)分析隨著這個(gè)過程一層層剝落下來(lái)的化學(xué)物質(zhì)?！罢麄€(gè)過程需要帶著計(jì)時(shí)器和電腦在微波發(fā)生器前坐上好幾天?！睅?kù)斯塔斯說。
對(duì)于兩種不同的蟬而言，研究人員都發(fā)現(xiàn)納米柱的化學(xué)組成對(duì)維持蟬翼的結(jié)構(gòu)完整非常重要?！叭コ思{米柱外層的化學(xué)物質(zhì)后，柱體就會(huì)縮短并向兩端彎曲?！币晾Z伊大學(xué)香檳分校的生物學(xué)家瑪麗安娜·阿萊恩（Marianne Alleyne，這項(xiàng)研究的共同作者）解釋說。
對(duì)于一年生的蟬種（Neotibicen pruinosus），萎縮效應(yīng)更加劇烈。蟬翼的疏水性首先下降（盡管隨更多化學(xué)物質(zhì)的剝落，疏水性有所回升）。抑菌性在剛開始剝落時(shí)上升，但是在更多化學(xué)物質(zhì)剝落時(shí)明顯下降。團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于另一個(gè)蟬種（Magicicada cassinii）而言，蟬翼表面的化學(xué)物質(zhì)本身就具有抑菌性。這種蟬的蟄伏期為17年，而它們蟬翼上的納米柱更短——這意味著比起結(jié)構(gòu)特性，它們更有可能依賴蟬翼的化學(xué)組分抑菌。
圖片來(lái)源：Pixabay
“顯然，蟬翼上的每層結(jié)構(gòu)具有不同功能，”美國(guó)西維吉尼亞大學(xué)的物理化學(xué)家特里·格利恩（Terry Gullion，并未參與這項(xiàng)研究）說，“能夠針對(duì)特定的層位做進(jìn)一步分析的能力十分重要，這將幫助我們更好地理解蟬翼基于不同化學(xué)組成的整體物理特性?！?/span>
理解化學(xué)物質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響能幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)更好的產(chǎn)品。阿萊恩說：“有了結(jié)構(gòu)和化學(xué)間相互關(guān)系的基礎(chǔ)知識(shí)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)新材料時(shí)就能更有的放矢?；谖覀儚淖匀唤缬^察到的現(xiàn)象，我們就能作出兼顧結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的選擇?！?/span>
撰文：吉利恩?克萊默（Jillian Kramer）
翻譯：董子晨曦
引進(jìn)來(lái)源：環(huán)球科學(xué)
關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情
?
化學(xué)和結(jié)構(gòu)相結(jié)合，賦予蟬翼特殊性能。
工程領(lǐng)域的很多靈感都來(lái)自于自然。比如，蟬翼就因獨(dú)特的防水抑菌性長(zhǎng)期吸引著研究人員的目光。如果這種特性能夠在工業(yè)產(chǎn)品中大量應(yīng)用，將大有裨益。先前的研究方式是完全移除蟬翼表面的化學(xué)物質(zhì)，這不僅會(huì)損傷蟬翼表面，還無(wú)法完全解釋蟬翼表面的化學(xué)物質(zhì)如何與本身的的結(jié)構(gòu)協(xié)同工作。新研究針對(duì)蟬翼上的涂覆物質(zhì)進(jìn)行分層研究，揭示了形態(tài)與化學(xué)結(jié)構(gòu)間復(fù)雜的相互作用。
研究人員分析了兩種不同的蟬，它們的蟬翼上都具有高度有序的微型錐形結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)又被稱為納米柱（nanopillar）。此前，有研究認(rèn)為納米柱結(jié)構(gòu)能發(fā)揮特殊的作用，可以幫助蟬翼防水以及抑制細(xì)菌。
圖片來(lái)源：Pixabay
美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分析化學(xué)家杰西卡·庫(kù)斯塔斯（Jessica Kustas，這項(xiàng)研究的共同作者）介紹說，為了避免破壞蟬翼，研究團(tuán)隊(duì)嘗試了微波輔助提取法，這種方法還沒有在完整的昆蟲翅翼上使用過。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《先進(jìn)材料·界面》（Advanced Material Interfaces）雜志。這一方法需要對(duì)浸入氯仿和甲醇中的蟬翼進(jìn)行加熱和再冷卻，同時(shí)分析隨著這個(gè)過程一層層剝落下來(lái)的化學(xué)物質(zhì)?！罢麄€(gè)過程需要帶著計(jì)時(shí)器和電腦在微波發(fā)生器前坐上好幾天?！睅?kù)斯塔斯說。
對(duì)于兩種不同的蟬而言，研究人員都發(fā)現(xiàn)納米柱的化學(xué)組成對(duì)維持蟬翼的結(jié)構(gòu)完整非常重要?！叭コ思{米柱外層的化學(xué)物質(zhì)后，柱體就會(huì)縮短并向兩端彎曲?！币晾Z伊大學(xué)香檳分校的生物學(xué)家瑪麗安娜·阿萊恩（Marianne Alleyne，這項(xiàng)研究的共同作者）解釋說。
對(duì)于一年生的蟬種（Neotibicen pruinosus），萎縮效應(yīng)更加劇烈。蟬翼的疏水性首先下降（盡管隨更多化學(xué)物質(zhì)的剝落，疏水性有所回升）。抑菌性在剛開始剝落時(shí)上升，但是在更多化學(xué)物質(zhì)剝落時(shí)明顯下降。團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于另一個(gè)蟬種（Magicicada cassinii）而言，蟬翼表面的化學(xué)物質(zhì)本身就具有抑菌性。這種蟬的蟄伏期為17年，而它們蟬翼上的納米柱更短——這意味著比起結(jié)構(gòu)特性，它們更有可能依賴蟬翼的化學(xué)組分抑菌。
圖片來(lái)源：Pixabay
“顯然，蟬翼上的每層結(jié)構(gòu)具有不同功能，”美國(guó)西維吉尼亞大學(xué)的物理化學(xué)家特里·格利恩（Terry Gullion，并未參與這項(xiàng)研究）說，“能夠針對(duì)特定的層位做進(jìn)一步分析的能力十分重要，這將幫助我們更好地理解蟬翼基于不同化學(xué)組成的整體物理特性?！?/span>
理解化學(xué)物質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響能幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)更好的產(chǎn)品。阿萊恩說：“有了結(jié)構(gòu)和化學(xué)間相互關(guān)系的基礎(chǔ)知識(shí)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)新材料時(shí)就能更有的放矢?；谖覀儚淖匀唤缬^察到的現(xiàn)象，我們就能作出兼顧結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的選擇?！?/span>
撰文：吉利恩?克萊默（Jillian Kramer）
翻譯：董子晨曦
引進(jìn)來(lái)源：環(huán)球科學(xué)
關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情
?
聽說，打賞我的人最后都找到了真愛。
近期活動(dòng)
深i科普
掃描關(guān)注深i科普公眾號(hào)
做科普，我們是認(rèn)真的！
掃描關(guān)注深i科普公眾號(hào)
加入科普活動(dòng)群
- 參加最新科普活動(dòng)
- 認(rèn)識(shí)科普小朋友
- 成為科學(xué)小記者
中國(guó)科普資源名錄網(wǎng)
地址
深圳市福田區(qū)上步中路1003號(hào) 深圳科學(xué)館701
中國(guó)科普資源名錄 ?版權(quán)所有 粵ICP備19122314號(hào)