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来自不同地形的蛇物种在成功获得成功后放弃了表面秘密

2021-04-16 13:57:14 健康养生 来源:
导读 一些蛇类在地面上滑行,而另一些蛇类则爬树,在沙滩上潜水或在水上滑行。如今,科学家报告说,蛇鳞的表面化学在协商这些不同地形的物种之间

一些蛇类在地面上滑行,而另一些蛇类则爬树,在沙滩上潜水或在水上滑行。如今,科学家报告说,蛇鳞的表面化学在协商这些不同地形的物种之间有所不同。这些发现可能对设计耐用的材料以及模仿蛇的运动以穿越原本无法通行的表面的机器人具有重要意义。

研究人员今天将在化学学会(ACS)春季会议上介绍他们的研究结果。

该项目的主要研究人员托比亚斯·魏德纳(To​​bias Weidner)博士解释说,这项研究始于与西雅图的伍德兰公园动物园的合作。动物园的一位生物学家告诉魏德纳,关于蛇表面化学的知识并不多。他说:“生物学家通常没有能够识别表面最外层分子(例如蛇鳞)的技术。” “但是我是化学家,还是表面科学家,所以我觉得我可以用实验室的方法在图片中添加一些东西。”

在最初的项目中,研究人员发现陆地蛇被脂质层覆盖。这个油层太薄了,只有一两个纳米,以至于没有人注意到它。研究小组还发现,该层中的分子在蛇的背部鳞片上杂乱无章,但在腹部鳞片上高度有序且密密麻麻地堆积在一起,这种排列提供了润滑并防止磨损。

魏德纳说:“有些人害怕蛇,因为他们认为蛇很粘,但是生物学家告诉他们蛇不是粘的;它们摸起​​来很干。” “是真的,但事实并非如此,因为在纳米级,我们发现它们实际上是油腻粘稠的,尽管你感觉不到。它们是'纳米粘稠的'。”

正在会议上介绍最新发现的研究生Mette H. Rasmussen说,在这项新研究中,研究小组希望找出这种纳米粘液表面化学在适应各种生境的物种中是否有所不同。魏德纳(Weidner)和拉斯穆森(Rasmussen)都在丹麦的奥尔胡斯大学(Aarhus University)学习。

Rasmussen使用最近脱落的皮肤进行了比较,比较了地面蛇,树蛇和沙蛇的表面化学性质。她使用激光光谱学和电子显微镜技术,通过用X射线将电子从表面击落来探测表面的化学性质。该项目是与俄勒冈州立大学的Joe Baio博士合作完成的;基尔大学的斯坦尼斯拉夫·戈布(Stanislav Gorb)博士,国家标准与技术研究院的研究人员。

拉斯穆森发现,树蛇的腹上有一层有序的脂质分子,就像地面蛇一样。但是,穿过蛇的沙蛇在其正面和背面都具有有序的脂质层。她说:“从蛇的角度来看,这是有道理的。” “如果您被周围的环境所包围,而不是仅仅在周围环境中移动,那么您希望在两侧都具有这种减少摩擦和耐磨性的功能。” 接下来,研究人员希望找出脂质的来源,并研究其他蛇种(包括生活在水中的蛇种)的变异。他们还想识别脂质,尽管魏德纳怀疑脂质层的化学组成与其所包含的脂质分子的组织和密度相比并不重要。

这项工作可能有广泛的应用。拉斯穆森说:“一条蛇的运动需要与它所穿过的表面不断接触,这对摩擦,磨损和机械稳定性提出了严格的要求。” 了解蛇在遇到尖锐的岩石,热沙和其他挑战时如何保持皮肤的完整性,可以帮助设计更耐用的材料。

此外,研究人员说,多个小组正在开发模仿蛇的溜溜或侧向运动的机器人,并且与带轮子的机器人不同,它们因此可以应对困难的地形,例如陡峭,沙质的斜坡。Rasmussen指出,这些小组最近已开始考虑蛇鳞的微观结构,但鳞片的表面化学性质对其性能也至关重要。她说,将这些领域整合在一起可能会导致有一天像蛇一样的机器人能够帮助救援行动或释放卡在沙子中的火星探测器。


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