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把一只龙虾翻过来 ， 你就会看到它的尾巴下面是由分开成数个部分的半透明膜连接的 ， 与其他甲壳动物盔甲式的壳相比 ， 这看起来相当脆弱 。
但来自麻省理工学院和其他地方的工程师发现 ， 这种软膜异常坚韧 ， 具有微观、分层、胶合板状结构 ， 使其耐受刮擦和切割 。 当龙虾掠过岩石海底时 ， 这种薄膜可以保护它的腹部 。
在某种程度上 ， 这种膜也是有弹性的 ， 这使得龙虾能够前后抽打它的尾巴 ， 使捕食者难以咬穿或撕扯开其尾部 。
这种灵活性是由于该膜是一种天然水凝胶 。 这种水凝胶 90% 由水组成 ， 其余大部分是甲壳素——一种在众多贝壳和外骨骼中发现的纤维材料 。
【每吃一只龙虾，就有一件天然“防弹衣”在消失！】
图|波士顿龙虾采用中国水墨画和书法 ， 使用简单的线条 ， 纹理 ， 方向和深度的变化 ， 捕捉龙虾 ， 岩石和波浪等主
该团队的研究成果表明 ， 龙虾膜是所有天然水凝胶中最坚韧的一种 ， 坚韧度超过胶原蛋白、动物皮和天然橡胶等 ， 与用于制造汽车轮胎、花园软管和传送带的工业橡胶复合材料坚韧相当 。
龙虾坚韧又有弹性的薄膜可以作为设计灵活性防弹衣的指南 ， 尤其是针对身体活动度高的区域 ， 如肘部和膝盖 。
“我们认为这项工作可以为设计更灵活的防弹衣提供思路 ， ”麻省理工学院机械工程系的 d'Arbeloff 职业发展助理副教授郭明说道 ， “如果能用这类材料制作防弹衣 ， 你就可以自由移动你的关节 ， 这会让你感到更加舒适 。 ”2 月 14 号 ， 详细介绍该团队成果的全文发表在 Acta Materialia 期刊上 。
灵活的保护郭明教授开始研究龙虾膜的特性 ， 是在一次与实验室的访客共进晚餐之后 。
“他之前从未吃过龙虾 ， 并想尝试一下 ， “郭明教授回忆到 ， “虽然肉很好 ， 但他意识到腹部的透明膜很难咀嚼 。 我们想知道这是由于什么原因 。
研究人员发现 ， 尽管有很多专注于龙虾独特的盔甲式外壳的研究 ， 但对甲壳类动物腹部软膜的研究却很少 。
“当龙虾游动时 ， 它们伸展且移动关节 ， 并快速翻转它们的尾巴以逃避掠食者 ， ”郭明教授说 ， “龙虾不能完全被硬壳覆盖 ， 它们需要这些更柔软的连接处 。 但之前没有人研究过这种软膜 ， 这令我们非常令人惊讶 。 ”
图|龙虾腹部图片
因此 ， 他和他的同事开始着手研究这种特殊材料的特性 。 他们将每个膜切成薄片 ， 对每个薄片都进行了各种测试 。 例如将一些切片放在一个小烤箱中烤干 ， 再测量其重量 。 根据这些测量结果 ， 他们估测龙虾膜的 90％都由水组成 ， 是一种水凝胶材料 。
研究人员将其他样品存放在盐水中以模仿自然的海洋环境 ， 并对部分进行机械测试 。 将每个膜放置在可拉伸样品的机器中 ， 同时精确测量对膜施加的力 。 他们观察到膜最初是松软的并且容易拉伸 ， 直到它达到初始长度的两倍左右 ， 此时材料变得更硬、更坚韧 。
“这对生物材料来说非常独特 ， ”郭明教授说 ， “对于许多其他坚韧的水凝胶材料 ， 越拉伸会变得越柔软 。 而龙虾膜的这种相反的特性则可以使龙虾灵活移动 ， 并且在遇到危险时 ， 软膜可以变硬并起到保护作用 。 “
龙虾的天然胶合板当龙虾穿过海底时 ， 它们会刮擦石头和沙子 。 研究人员想知道龙虾膜对这种小刮擦和割痕的弹性有多大 。 他们用一把小手术刀划伤膜样品 ， 然后以与完整膜相同的方式拉伸它们 。
“我们做了划痕来模拟他们穿过沙子时可能会发生的摩擦 ， ”郭明教授解释道 ， “我们甚至切开了薄膜厚度的一半 ， 发现它仍然可以拉得很远 。 如果是橡胶复合材料的话 ， 它们就会破裂 。 ”
随后 ， 研究人员使用电子显微镜放大了龙虾膜的微观结构 。 他们观察到的结构非常类似于胶合板 。 每个厚度约为 0.25 毫米的薄膜由数万层组成 。 单层含有无数的甲壳素纤维 ， 类似于稻草细丝 ， 其角度取向均与上面的纤维层精确地偏离 36 度 。 同样 ， 胶合板通常由三层或更多层薄木材制成 ， 每层的颗粒与上下层成直角取向 。
“当你逐层旋转纤维的角度时会发现 ， 各个方向都受力均匀 ， ”郭明教授说 ， “人们一直在干燥材料中使用这种结构弥补缺陷 。 但这是第一次在天然水凝胶中看到它 。 ”
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