科学美国人60秒:头发的力量超乎想象

这里是科学美国人——60秒科学系列，我是苏珊娜·巴德。
所有哺乳动物都有毛发，猫咪或考拉身上的通常被称为“毛”。个体毛发的粗细程度因物种而不同。例如，大象毛发比成年人头发粗四倍。
“通常，动物体型越大，其毛发往往越粗。”
加州大学圣地亚哥分校的材料科学家杨文（音译）说到。她感兴趣的是毛发这种生物结构如何在压力下保持完好。这种兴趣来自于设计出更优合成材料的渴望。
杨的团队测试了包括人类在内的八种哺乳动物毛发的抗张强度。他们让这些毛发承受越来越强的张力，直到纤维断裂。研究人员原本以为长颈鹿、大象和野猪身上的粗密毛发会更加结实。但他们想错了。
“有趣的是，我们发现毛发越细越结实。”
事实上，在这项研究中，成人头发的强度位居前列。而最细的儿童头发则更加紧固。
杨的团队用扫描电子显微镜仔细观察了这些毛发。所有毛发都由角蛋白构成。显微镜观察发现了角蛋白纤维的特殊断裂模式，而角蛋白纤维由保护性的外角质层和提供强度的内部皮层组成。
显微镜图像显示，较粗毛发的皮层在被折断时时容易断裂，留下干净平整的直茬。但较细毛发的内部皮层断裂茬口并不平整。杨将这一过程比作一股强风吹倒大树。在这种情况下，树干往往以一定角度断裂。这种断裂是一种力量的标志，相比干脆的断裂，这种断裂需要消耗更多张力。
研究人员发现，这两种断裂之间的分界值大约是200微米，约比人类的头发粗2.5倍。
这项研究发表在《物质》期刊上。
杨现在正尝试在实验室里用三维打印来模拟毛发的复合结构。一旦这项技术完善到纳米级，这些人造纤维就可以用来制造各种坚固的材料，用于建筑甚至救援行动，比如制作几乎不会损坏的绳索。
到那时，我们就要满足于一种知识，即不到1000根人类头发就可以支撑一个人的体重。想想美发店地板上留下的力量吧。
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