论文部分内容阅读
把一只龙虾翻过来，你就会看到它的尾巴下面是由分开成数个部分的半透明膜连接的，与其他甲壳动物盔甲式的壳相比，这看起来相当脆弱。
但来自麻省理工学院和其他地方的工程师发现，这种软膜异常坚韧，具有微观、分层、胶合板状结构，使其耐受刮擦和切割。当龙虾掠过岩石海底时，这种薄膜可以保护它的腹部。
在某种程度上，这种膜也是有弹性的，这使得龙虾能够前后抽打它的尾巴，使捕食者难以咬穿或撕扯开其尾部。
這种灵活性是由于该膜是一种天然水凝胶，90%由水组成，其余大部分是甲壳素——一种在众多贝壳和外骨骼中发现的纤维材料。
该团队的研究成果表明，龙虾膜是所有天然水凝胶中最坚韧的一种，坚韧度超过胶原蛋白、动物皮和天然橡胶等，与用于制造汽车轮胎、花园软管和传送带的工业橡胶复合材料坚韧相当。
龙虾坚韧又有弹性的薄膜可以作为设计灵活性防弹衣的指南，尤其是针对身体活动度高的区域，如肘部和膝盖。
研究人员发现，尽管有很多专注于龙虾独特的盔甲式外壳的研究，但对甲壳类动物腹部软膜的研究却很少。
“当龙虾游动时，它们伸展且移动关节，并快速翻转它们的尾巴以逃避掠食者，”郭明教授说，“龙虾不能完全被硬壳覆盖，它们需要这些更柔软的连接处。”
研究人员将每个膜放置在可拉伸样品的机器中，同时精确测量对膜施加的力。他们观察到膜最初是松软的并且容易拉伸，直到它达到初始长度的两倍左右，此时材料变得更硬、更坚韧。
当龙虾穿过海底时，它们会刮擦石头和沙子。研究人员想知道龙虾膜对这种小刮擦和割痕的弹性有多大。他们用一把小手术刀划伤膜样品，然后以完整膜相同的方式拉伸它们。
龙虾膜的微观结构非常类似于胶合板。每个厚度约为0.25毫米的薄膜由数万层组成。单层含有无数的甲壳素纤维，类似于稻草细丝，其角度取向均与上面的纤维层精确地偏离36度。同样，胶合板通常由三层或更多层薄木材制成，每层的颗粒与上下层成直角取向。
这种膜结构可能是龙虾在地球上生存超过1亿年的一个非常重要的原因。
除了帮助设计更加灵活的防弹衣，这种材料还可用于软材料机器人以及组织工程学。如果可以的话，这可能会为自然界中最具弹性的生物之一的存在提供了新的视角。
但来自麻省理工学院和其他地方的工程师发现，这种软膜异常坚韧，具有微观、分层、胶合板状结构，使其耐受刮擦和切割。当龙虾掠过岩石海底时，这种薄膜可以保护它的腹部。
在某种程度上，这种膜也是有弹性的，这使得龙虾能够前后抽打它的尾巴，使捕食者难以咬穿或撕扯开其尾部。
這种灵活性是由于该膜是一种天然水凝胶，90%由水组成，其余大部分是甲壳素——一种在众多贝壳和外骨骼中发现的纤维材料。
该团队的研究成果表明，龙虾膜是所有天然水凝胶中最坚韧的一种，坚韧度超过胶原蛋白、动物皮和天然橡胶等，与用于制造汽车轮胎、花园软管和传送带的工业橡胶复合材料坚韧相当。
龙虾坚韧又有弹性的薄膜可以作为设计灵活性防弹衣的指南，尤其是针对身体活动度高的区域，如肘部和膝盖。
灵活的保护
研究人员发现，尽管有很多专注于龙虾独特的盔甲式外壳的研究，但对甲壳类动物腹部软膜的研究却很少。
“当龙虾游动时，它们伸展且移动关节，并快速翻转它们的尾巴以逃避掠食者，”郭明教授说，“龙虾不能完全被硬壳覆盖，它们需要这些更柔软的连接处。”
研究人员将每个膜放置在可拉伸样品的机器中，同时精确测量对膜施加的力。他们观察到膜最初是松软的并且容易拉伸，直到它达到初始长度的两倍左右，此时材料变得更硬、更坚韧。
龙虾的天然胶合板
当龙虾穿过海底时，它们会刮擦石头和沙子。研究人员想知道龙虾膜对这种小刮擦和割痕的弹性有多大。他们用一把小手术刀划伤膜样品，然后以完整膜相同的方式拉伸它们。
龙虾膜的微观结构非常类似于胶合板。每个厚度约为0.25毫米的薄膜由数万层组成。单层含有无数的甲壳素纤维，类似于稻草细丝，其角度取向均与上面的纤维层精确地偏离36度。同样，胶合板通常由三层或更多层薄木材制成，每层的颗粒与上下层成直角取向。
这种膜结构可能是龙虾在地球上生存超过1亿年的一个非常重要的原因。
除了帮助设计更加灵活的防弹衣，这种材料还可用于软材料机器人以及组织工程学。如果可以的话，这可能会为自然界中最具弹性的生物之一的存在提供了新的视角。