每吃一只龙虾,就有一件天然"防弹衣"在消失

2019年03月13日

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。

这种灵活性是由于该膜是一种天然水凝胶。这种水凝胶 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。

|波士顿龙虾采用中国水墨画和书法,使用简单的线条,纹理,方向和深度的变化,捕捉龙虾,岩石和波浪等主题的精髓。(来源:Yangsheng Li

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。但之前没有人研究过这种软膜,这令我们非常令人惊讶。”

研究人员将其他样品存放在盐水中以模仿自然的海洋环境,并对部分进行机械测试。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,然后以与完整膜相同的方式拉伸它们。

随后,研究人员使用电子显微镜放大了龙虾膜的微观结构。他们观察到的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。

该团队认为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,该团队认为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。

文章和图片来源:DeepTech深科技