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  麗婧婧子 2017-05-15 00:00:00

  先研究一下蚊子口針刺入皮膚時Z關(guān)鍵的兩個部件：上唇和下顎。上唇部位很尖，曲率半徑約為100~200納米，遠(yuǎn)小于常規(guī)金屬材料的晶粒尺寸（例如工業(yè)純鐵晶粒尺寸為1~100微米），這么小的“針尖”用普通金屬材料是很難制作的（普通縫衣針的針尖曲率半徑約為100微米）。 蚊子的下顎也十分鋒利，曲率半徑約為幾百個納米。有趣的是，它下顎的外側(cè)和內(nèi)側(cè)均長著一排微小而精致的鋸齒狀結(jié)構(gòu)（見圖），這些鋸齒的齒尖更為鋒利，曲率半徑約為50~150微米。一般來說，蚊子種類不同，下顎處的鋸齒數(shù)目也會不同。那些長著14個以下鋸齒的蚊子主要以人類血液為吸食對象，鋸齒數(shù)目更多些的則主要吸食家畜的血液。微納鋸齒數(shù)目越多，刺入皮膚能力越強(qiáng)。 我們用納米壓痕技術(shù)測量了蚊子上唇與下顎的力學(xué)性質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：其彈性模量與聚合物材料相當(dāng)，表面硬度則可媲美金屬材料，并且越接近表面硬度越高。正是這個內(nèi)柔外剛的力學(xué)性質(zhì)使得蚊子口針不但能輕易刺入皮膚，還可以在皮下自由彎曲以尋找毛細(xì)血管。 用高速攝像機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)，蚊子口針刺入皮膚的過程并不是簡單刺入。 刺破前蚊子會將其口器繃直，快速地刺向皮膚。這是一個動態(tài)沖擊的過程：上唇首先刺破皮膚表面，此后，隨著刺入深度的增加，伴有周期性的振動，從而驅(qū)動帶有微納鋸齒的下顎鋸開皮膚。在振動刺入初始階段，蚊子頭部振動頻率較高，約為10~15赫茲；在中間刺入階段，振動頻率逐漸降為6~8赫茲；振動末期階段振動頻率僅為3~5赫茲左右。

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