以“喵星人”為例！掃描電鏡在動物毛發微觀結構研究中的應用

“每個人的身上都有毛毛~”

毛發是哺乳動物皮膚表皮部角質層的衍生物，也是哺乳動物的特征之一，所有動物的毛發都有其基本的形態和結構，而不同的動物在毛發形態上（如長短、粗細以及色澤等）又表現出差異。毛發形態的差異必定與其微觀結構有著緊密的聯系，因此，毛發微觀結構也是人們多年來研究的重點^[1]。

1837年，Brewster首次應用光學顯微鏡發現毛發表面的特異性結構，標志著毛發微觀結構研究的開始。20世紀80年代，隨著電子顯微鏡在毛發微觀結構研究中的廣泛應用，毛發的微觀結構研究有了進一步的完善與發展，掃描電子顯微鏡下，毛發結構的圖像更加清晰、精確，并且立體感強，分辨率高，可以從不同的角度進行觀察。因此，掃描電子顯微鏡開始廣泛應用于動物毛發的觀察。

圖片來源：攝圖網

貓作為飼養較廣泛的一種寵物，多數品種都有著一身柔軟的毛發，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，使用國儀量子的鎢燈絲掃描電鏡觀察毛發的微觀結構。

根據毛發表面結構形態的特征，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，從掃描電鏡圖中可以看到，其表面是明顯的波狀結構，同樣具有波紋形狀的表面結構單元的還有狗、狍、牛、驢的毛發，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。圖中英短貓毛發的直徑約為58μm，放大以后，也可以看到表面的毛鱗片結構，鱗片寬度約為5μm，長寬比約為12比1。波狀單元結構的長寬比都較小，而長寬比與毛發的柔韌性有關，長寬比越大，毛發的柔軟性越好，剛度強不易斷裂。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，減緩空氣流動速度，熱交換的速度也降低了，因此不同的表面單元形態也決定了其保溫性能的差異。

英短貓毛發表面/10kV/ETD

英短貓毛發表面/10kV/ETD

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

毛發構造圖

我們切開了英短貓的毛發，觀察其截面結構。從SEM圖中可以清晰看到，毛發確實是由外層鱗片、中層皮質以及中心髓質三個部分組成。放大后的毛皮質層的SEM圖中可以看出，皮質層中有均勻的纖維結構分布，這正是毛皮質層使毛發具有彈性和韌性的奧秘。放大后的毛髓質層的SEM圖中可以看出，其結構疏松多孔，的確有利于空氣的保留。毛發的保溫作用，使得貓咪在寒冷的季節，得以保存熱量。而在春夏換季時期，為了更好的適應季節氣候的變化，貓咪就會脫去部分毛發。

英短貓毛發截面/15kV/BSED

毛皮質層微觀形貌/15kV/BSED

毛髓質層微觀形貌/15kV/BSED

綜上所述，在使用掃描電鏡觀察動物毛發時，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物毛發的種類、了解動物的健康程度和生活習性，其毛發微觀結構對研究開發具有良好保溫、疏水和柔性功能仿生結構材料也有重要參考價值。

[1]楊靜,徐柏森,王紀.掃描電鏡技術在動物毛發微觀結構研究上的應用[J].西南林學院學報,2008.DOI:CNKI:SUN:YNLX.0.2008-02-012. 

[2]楊曉東,任露泉.動物毛發的形態結構及其功能特性研究[J].農業工程學報,2002,18(2):21-24.DOI:10.3321/j.issn:1002-6819.2002.02.006.