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以“喵星人”为例!扫描电镜在动物毛发微观结构研究中的应用

更新时间:2024-06-19      点击次数:660

以“喵星人”为例!扫描电镜在动物毛发微观结构研究中的应用

“每个人的身上都有毛毛~”

毛发是哺乳动物皮肤表皮部角质层的衍生物,也是哺乳动物的特征之一,所有动物的毛发都有其基本的形态和结构,而不同的动物在毛发形态上(如长短、粗细以及色泽等)又表现出差异。毛发形态的差异必定与其微观结构有着紧密的联系,因此,毛发微观结构也是人们多年来研究的重点[1]

1837年,Brewster首次应用光学显微镜发现毛发表面的特异性结构,标志着毛发微观结构研究的开始。20世纪80年代,随着电子显微镜在毛发微观结构研究中的广泛应用,毛发的微观结构研究有了进一步的完善与发展,扫描电子显微镜下,毛发结构的图像更加清晰、精确,并且立体感强,分辨率高,可以从不同的角度进行观察。因此,扫描电子显微镜开始广泛应用于动物毛发的观察。

以“喵星人”为例!扫描电镜在动物毛发微观结构研究中的应用

以“喵星人”为例!扫描电镜在动物毛发微观结构研究中的应用

图片来源:摄图网

猫作为饲养较广泛的一种宠物,多数品种都有着一身柔软的毛发,让人颇为喜爱。

那么,从猫毛的扫描电镜图像中,我们能获取什么信息呢?带着疑问,我们收集了猫咪不同身体部位的毛发,使用国仪量子的钨灯丝扫描电镜观察毛发的微观结构

根据毛发表面结构形态的特征,可以将其分为指状、芽状、波状和鳞状4类[2]。下图中是一只英短猫的毛发,从扫描电镜图中可以看到,其表面是明显的波状结构,同样具有波纹形状的表面结构单元的还有狗、狍、牛、驴的毛发,它们的直径一般都在 20~60μm之间,波状单元宽度几乎横绕毛干全周,每一波状单元轴向间距5μm左右。图中英短猫毛发的直径约为58μm,放大以后,也可以看到表面的毛鳞片结构,鳞片宽度约为5μm,长宽比约为12比1。波状单元结构的长宽比都较小,而长宽比与毛发的柔韧性有关,长宽比越大,毛发的柔软性越好,刚度强不易断裂。在毛鳞片与毛干中间有一定的间隙,较大的空隙可以贮存空气,减缓空气流动速度,热交换的速度也降低了,因此不同的表面单元形态也决定了其保温性能的差异。

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英短猫毛发表面/10kV/ETD


以“喵星人”为例!扫描电镜在动物毛发微观结构研究中的应用

英短猫毛发表面/10kV/ETD

同样,毛发的截面也可以带来很多信息。一般来说,从外至内,毛发由毛鳞片、毛皮质及核心部毛髓质3层组成。毛鳞片层由扁平细胞组成,以鱼鳞状重叠覆盖毛发表面,从毛根排列到毛梢,包裹着内部的皮质。这一层膜虽然很薄,却起到保护毛发的作用。毛皮质层位于中间,主要由柔软的角蛋白构成,角质蛋白的链状结构,使毛发具有可伸缩的特性,不易被拉断,对毛的弹性和韧性起决定性作用。毛髓质位于毛发的中心,由排列疏松的细胞构成,内部是空心的结构,里面含有空气,这些包含空气的洞孔具有保温的作用。

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毛发构造图

我们切开了英短猫的毛发,观察其截面结构。从SEM图中可以清晰看到,毛发确实是由外层鳞片、中层皮质以及中心髓质三个部分组成。放大后的毛皮质层的SEM图中可以看出,皮质层中有均匀的纤维结构分布,这正是毛皮质层使毛发具有弹性和韧性的奥秘。放大后的毛髓质层的SEM图中可以看出,其结构疏松多孔,的确有利于空气的保留。毛发的保温作用,使得猫咪在寒冷的季节,得以保存热量。而在春夏换季时期,为了更好的适应季节气候的变化,猫咪就会脱去部分毛发。

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英短猫毛发截面/15kV/BSED


以“喵星人”为例!扫描电镜在动物毛发微观结构研究中的应用

毛皮质层微观形貌/15kV/BSED


以“喵星人”为例!扫描电镜在动物毛发微观结构研究中的应用

毛髓质层微观形貌/15kV/BSED

综上所述,在使用扫描电镜观察动物毛发时,可以获得很多微观信息。这些信息不仅可以帮助我们判断动物毛发的种类、了解动物的健康程度和生活习性,其毛发微观结构对研究开发具有良好保温、疏水和柔性功能仿生结构材料也有重要参考价值。

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[1]杨静,徐柏森,王纪.扫描电镜技术在动物毛发微观结构研究上的应用[J].西南林学院学报,2008.DOI:CNKI:SUN:YNLX.0.2008-02-012. 

[2]杨晓东,任露泉.动物毛发的形态结构及其功能特性研究[J].农业工程学报,2002,18(2):21-24.DOI:10.3321/j.issn:1002-6819.2002.02.006.