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蚊子为啥可以刺破皮肤

我们先研究一下蚊子口针刺入皮肤时最关键的两个部件：上唇和下颚。上唇尖端部位很尖，曲率半径约为100~200纳米，远小于常规金属材料的晶粒尺寸（例如工业纯铁晶粒尺寸为1~100微米），这么小的“针尖”用普通金属材料是很难制作的（普通缝衣针的针尖曲率半径约为100微米）。蚊子的下颚尖端也十分锋利，曲率半径约为几百个纳米。有趣的是，它下颚的外侧和内侧均长着一排微小而精致的锯齿状结构（见图），这些锯齿的齿尖更为锋利，曲率半径约为50~150微米。一般来说，蚊子种类不同，下颚尖端处的锯齿数目也会不同。那些长着14个以下锯齿的蚊子主要以人类血液为吸食对象，锯齿数目更多些的则主要吸食家畜的血液。微纳锯齿数目越多，刺入皮肤能力越强。我们用纳米压痕技术测量了蚊子上唇与下颚的力学性质，结果发现：其弹性模量与聚合物材料相当，表面硬度则可媲美金属材料，并且越接近尖端表面硬度越高。正是这个内柔外刚的力学性质使得蚊子口针不但能轻易刺入皮肤，还可以在皮下自由弯曲以寻找毛细血管。用高速摄像机观察发现，蚊子口针刺入皮肤的过程并不是简单刺入。刺破前蚊子会将其口器绷直，快速地刺向皮肤。这是一个动态冲击的过程：上唇尖端首先刺破皮肤表面，此后，随着刺入深度的增加，伴有周期性的振动，从而驱动带有微纳锯齿的下颚锯开皮肤。在振动刺入初始阶段，蚊子头部振动频率较高，约为10~15赫兹；在中间刺入阶段，振动频率逐渐降为6~8赫兹；振动末期阶段振动频率仅为3~5赫兹左右。转自科学网―人造微针：来自蚊子口针的启示


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