第18卷第2期农业工程学报TransactionsoftheCSAEVol.18No.22002年3月Mar.200221动物毛发的形态结构及其功能特性研究杨晓东,任露泉(吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室)摘要:对人发及其他14种动物毛发的扫描电镜(SEM)照片进行分析,根据它们形态结构特征将其分为指状结构、芽状结构、鳞状结构和波状结构4类,并就每种毛发结构的保温性、疏水性及其柔性进行了比较分析。分析结果表明,具有指状细观结构形态的毛发在保温性、疏水性及柔韧性方面具有明显优势,这一信息对研究开发新型功能材料具有借鉴作用。关键词:动物毛发;结构形态;保温性;疏水性;柔韧性:S183文献标识码:A:100226819(2002)0220021204最小组元是Α2螺旋,其多肽链大体上与角蛋白的轴平行。从角蛋白纤维的衍射图中观测到的0150～许多生物结构与形态信息对现代仿生功能材料的研究与开发具有重要的启迪作用。20世纪60年代初,Kramer根据海豚的体表双层柔性结构形态,研究仿造出具有明显减阻效果的“人造海豚皮”1;nm)相当;衍射图中观测到的0115nm的小周期与Α2螺旋中每个残基绕轴旋转100°时轴向平移距离(0115nm)相当。角蛋白中3股右手Α2螺旋向左缠绕拧成1根,称为原纤维结构,直径为2nm,这是ΑΑ组合的超二级结构。原纤维再排列成“9+2”的电缆式结构,称为微纤维,直径为8nm。微纤维包埋在硫含量很高的无定形基质中。成百根这样的微纤维又结合成一不规则的纤维束,称大纤维,其直径为200nm。每根结构为具有1Λm细的蜡状毛刺,这是莲花叶子不沾水的根本原因。根据这一被称为“莲花效应”的原理,德国克莱维斯公司和弗劳恩霍夫研究所于2000年初在莱比锡建材展览会上推出了一种具有广泛应用范围的不粘水、抗污染的特殊薄膜2;吉林大学王云鹏等根据一些典型土壤动物的体表柔性具有的减粘脱土功能信息,研究开发了仿生柔性链及柔性网衬脱土减粘技术,应用于自卸车及铲装车抓斗,取得了明显的效果3。本文作者在研究某些土壤动物体表毛皮减阻作用时感到动物或人的毛发结构形态可能是其具有某些特别功能的重要原因4,5。事实上,纤维沿轴向排列,因此每根毛发都具有有序的结构。毛发性能就决定于Α2螺旋的连接方式。2结构与形态分析究6;1979年Ortanos还出版了研究毛的专著9。但211样本选择根据所能采集到的一些哺乳动物的毛皮,共选有关毛的形态与其功能特性的研究还很少。基于此,本文对人发及另外14种哺乳动物的毛发的细观结构形态进行了分类与分析,以期提供一些对研究开发仿生功能材料有益的结构形态信息。择了貂、狐、羊、猫、鼠、兔、狗、狍、牛、驴、獾、熊、人、猪、马15种15个毛发实验样本。经技术处理后通过OxfordISIS300X2ray能量分析仪(EnergyAnalyser),eikoIB5型离子衍射仪及JXA2840型扫描电镜(SEM)得到样本照片如图1至图15。212分类原则与结果根据毛发样本的表面结构形态特征,将貂与狐的毛发表面结构称为指状结构;将羊、鼠、兔毛发表面结构称为芽状结构;将猫、狗、狍、牛、驴毛发表面毛发构成6～8角蛋白是蛋白质的一大类,是构成脊椎动物皮、毛、角、蹄的主要成分。人们对人发和羊毛中的角蛋白研究较多3。头发具有分级结构2。分级结构中的1收稿日期:2001209217基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(59835200)作者简介:杨晓东(1965-),博士生,副教授,长春市,吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室,130025图1貂毛样本照片(指状)Fig.1Martenhairmicro2morphology(fingershap图2狐狸毛样本照片(指状)Fig.2Foxhairmicro2morphology(fingershap图3羊毛样本照片(芽状)Fig.3Goathairmicro2morphology(sproutshap图4兔毛样本照片(芽状)Fig.4Rabbithairmicro2morphology(sproutshap图5灰鼠毛样本照片(芽状)Fig.5Rathairmicro2morphology(sproutshap图6猫毛样本照片(波状)Fig.6Cathairmicro2morphology(waveshap图7狗毛样本照片(波状)Fig.7Doghairmicro2morphology(waveshap图8狍子毛样本照片(波状)Fig.8RoedeerCathairmicro2morphology(waveshap图9牛毛样本照片(波状)Fig.9Oxhairmicro2morphology(waveshap图10驴毛样本照片(波状)图11獾毛样本照片(鳞状)图12熊毛样本照片(鳞状)Fig.12Bearhairmicro2morphology(scaleshapFig.10Donkeyhairm...