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用掃描電鏡看看

貓咪的毛發(fā)

“每個(gè)人的身上都有毛毛~”

毛發(fā)是哺乳動(dòng)物皮膚表皮部角質(zhì)層的衍生物，也是哺乳動(dòng)物的特征之一，所有動(dòng)物的毛發(fā)都有其基本的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，而不同的動(dòng)物在毛發(fā)形態(tài)上（如長短、粗細(xì)以及色澤等）又表現(xiàn)出差異。毛發(fā)形態(tài)的差異必定與其微觀結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系，因此，毛發(fā)微觀結(jié)構(gòu)也是人們多年來研究的重點(diǎn)[1]。

1837年，Brewster首次應(yīng)用光學(xué)顯微鏡發(fā)現(xiàn)毛發(fā)表面的特異性結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著毛發(fā)微觀結(jié)構(gòu)研究的開始。20世紀(jì)80年代，隨著電子顯微鏡在毛發(fā)微觀結(jié)構(gòu)研究中的廣泛應(yīng)用，毛發(fā)的微觀結(jié)構(gòu)研究有了進(jìn)一步的完善與發(fā)展，掃描電子顯微鏡下，毛發(fā)結(jié)構(gòu)的圖像更加清晰、精確，并且立體感強(qiáng)，分辨率高，可以從不同的角度進(jìn)行觀察。因此，掃描電子顯微鏡開始廣泛應(yīng)用于動(dòng)物毛發(fā)的觀察。

掃描電鏡下，貓毛的微觀結(jié)構(gòu)

圖片來源：攝圖網(wǎng)

貓作為飼養(yǎng)較廣泛的一種寵物，多數(shù)品種都有著一身柔軟的毛發(fā)，讓人頗為喜愛。

那么，從貓毛的掃描電鏡圖像中，我們能獲取什么信息呢？帶著疑問，我們收集了貓咪不同身體部位的毛發(fā)，使用國儀量子的鎢燈絲掃描電鏡觀察毛發(fā)的微觀結(jié)構(gòu)。

根據(jù)毛發(fā)表面結(jié)構(gòu)形態(tài)的特征，可以將其分為指狀、芽狀、波狀和鱗狀4類[2]。下圖中是一只英短貓的毛發(fā)，從掃描電鏡圖中可以看到，其表面是明顯的波狀結(jié)構(gòu)，同樣具有波紋形狀的表面結(jié)構(gòu)單元的還有狗、狍、牛、驢的毛發(fā)，它們的直徑一般都在 20~60μm之間，波狀單元寬度幾乎橫繞毛干全周，每一波狀單元軸向間距5μm左右。圖中英短貓毛發(fā)的直徑約為58μm，放大以后，也可以看到表面的毛鱗片結(jié)構(gòu)，鱗片寬度約為5μm，長寬比約為12比1。波狀單元結(jié)構(gòu)的長寬比都較小，而長寬比與毛發(fā)的柔韌性有關(guān)，長寬比越大，毛發(fā)的柔軟性越好，剛度強(qiáng)不易斷裂。在毛鱗片與毛干中間有一定的間隙，較大的空隙可以貯存空氣，減緩空氣流動(dòng)速度，熱交換的速度也降低了，因此不同的表面單元形態(tài)也決定了其保溫性能的差異。

英短貓毛發(fā)表面/10kV/ETD

英短貓毛發(fā)表面/10kV/ETD

同樣，毛發(fā)的截面也可以帶來很多信息。一般來說，從外至內(nèi)，毛發(fā)由毛鱗片、毛皮質(zhì)及核心部毛髓質(zhì)3層組成。毛鱗片層由扁平細(xì)胞組成，以魚鱗狀重疊覆蓋毛發(fā)表面，從毛根排列到毛梢，包裹著內(nèi)部的皮質(zhì)。這一層膜雖然很薄，卻起到保護(hù)毛發(fā)的作用。毛皮質(zhì)層位于中間，主要由柔軟的角蛋白構(gòu)成，角質(zhì)蛋白的鏈狀結(jié)構(gòu)，使毛發(fā)具有可伸縮的特性，不易被拉斷，對毛的彈性和韌性起決定性作用。毛髓質(zhì)位于毛發(fā)的中心，由排列疏松的細(xì)胞構(gòu)成，內(nèi)部是空心的結(jié)構(gòu)，里面含有空氣，這些包含空氣的洞孔具有保溫的作用。

毛發(fā)構(gòu)造圖

我們切開了英短貓的毛發(fā)，觀察其截面結(jié)構(gòu)。從SEM圖中可以清晰看到，毛發(fā)確實(shí)是由外層鱗片、中層皮質(zhì)以及中心髓質(zhì)三個(gè)部分組成。放大后的毛皮質(zhì)層的SEM圖中可以看出，皮質(zhì)層中有均勻的纖維結(jié)構(gòu)分布，這正是毛皮質(zhì)層使毛發(fā)具有彈性和韌性的奧秘。放大后的毛髓質(zhì)層的SEM圖中可以看出，其結(jié)構(gòu)疏松多孔，的確有利于空氣的保留。毛發(fā)的保溫作用，使得貓咪在寒冷的季節(jié)，得以保存熱量。而在春夏換季時(shí)期，為了更好的適應(yīng)季節(jié)氣候的變化，貓咪就會(huì)脫去部分毛發(fā)。

英短貓毛發(fā)截面/15kV/BSED

毛皮質(zhì)層微觀形貌/15kV/BSED

毛髓質(zhì)層微觀形貌/15kV/BSED

綜上所述，在使用掃描電鏡觀察動(dòng)物毛發(fā)時(shí)，可以獲得很多微觀信息。這些信息不僅可以幫助我們判斷動(dòng)物毛發(fā)的種類、了解動(dòng)物的健康程度和生活習(xí)性，其毛發(fā)微觀結(jié)構(gòu)對研究開發(fā)具有良好保溫、疏水和柔性功能仿生結(jié)構(gòu)材料也有重要參考價(jià)值。

參考資料

[1]楊靜,徐柏森,王紀(jì).掃描電鏡技術(shù)在動(dòng)物毛發(fā)微觀結(jié)構(gòu)研究上的應(yīng)用[J].西南林學(xué)院學(xué)報(bào),2008.DOI:CNKI:SUN:YNLX.0.2008-02-012. 

[2]楊曉東,任露泉.動(dòng)物毛發(fā)的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其功能特性研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2002,18(2):21-24.DOI:10.3321/j.issn:1002-6819.2002.02.006.

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