Cheve pou yon moun modèn se pa gen anyen plis pase yon eleman nan idantifikasyon pwòp tèt ou vizyèl, yon pati nan imaj la ak imaj. Malgre sa, fòmasyon sa yo sou po a gen plizyè fonksyon byolojik enpòtan: pwoteksyon, thermoregulation, manyen, elatriye. Ki jan cheve nou fò? Kòm li te tounen soti, yo anpil fwa pi fò pase elefan oswa jiraf cheve.
Jodi a nou pral fè konesans ak yon etid nan ki syantis nan University of California (USA) deside teste kijan epesè cheve ak fòs li yo korelasyon nan diferan espès bèt, ki gen ladan moun. Kiyès cheve ki pi fò, ki pwopriyete mekanik diferan kalite cheve genyen, e ki jan rechèch sa a ka ede devlope nouvo kalite materyèl? Nou aprann sou sa nan rapò a nan syantis yo. Ale.
Rechèch baz
Cheve, ki gen ladann lajman de keratin pwoteyin, se fòmasyon sou po mamifè. An reyalite, cheve, lenn mouton ak fouri se synonyme. Estrikti nan cheve konsiste de plak keratin ki sipèpoze youn ak lòt, tankou domino tonbe youn sou lòt. Chak cheve gen twa kouch: kutikul la se kouch ekstèn ak pwoteksyon; cortical - cortical a, ki fòme ak selil mouri long (enpòtan pou fòs la ak elastisite nan cheve a, detèmine koulè li akòz melanin) ak medul la - kouch santral la nan cheve a, ki fòme ak selil keratin mou ak kavite lè, ki se. patisipe nan transfè a nan eleman nitritif nan lòt kouch.
Si cheve a divize vètikal, nou jwenn yon seksyon lar (arbr) ak yon seksyon anba lar (anpoul oswa rasin). Anpoul la antoure pa yon pileu, fòm nan ki detèmine fòm nan cheve nan tèt li: yon pileu wonn se dwat, yon pileu oval se yon ti kras Curly, yon pileu ki gen fòm ren se Curly.
Anpil syantis sijere ke evolisyon imen an ap chanje akòz pwogrè teknolojik. Sa vle di, kèk ògàn ak estrikti nan kò nou piti piti vin rudimentaire - sa yo ki te pèdi objektif yo gen entansyon. Pati nan kò sa yo gen ladan dan bon konprann, apendis ak cheve nan kò. Nan lòt mo, syantis yo kwè ke apre yon tan, estrikti sa yo pral tou senpleman disparèt nan anatomi nou an. Kit sa a se vre oswa ou pa difisil a di, men pou anpil moun òdinè, dan bon konprann, pou egzanp, yo asosye ak vizite dantis la pou retire yo inevitab.
Kèlkeswa sa, yon moun bezwen cheve; li ka pa jwe yon wòl enpòtan nan tèrmoregulasyon ankò, men li toujou yon pati entegral nan estetik. Menm bagay la tou ka di sou kilti mondyal la. Nan anpil peyi, depi nan tan lontan, cheve yo te konsidere kòm sous la nan tout fòs, ak koupe li te asosye ak pwoblèm sante posib e menm echèk nan lavi. Siyifikasyon an sakre nan cheve imigre soti nan rituèl yo shamanic nan branch fanmi ansyen nan relijyon pi modèn, travay yo nan ekriven, atis ak sculpteur. An patikilye, bote fi yo te souvan ki gen rapò ak fason cheve nan bèl dam gade oswa yo te reprezante (pa egzanp, nan penti).
Remake kijan cheve Venis yo detaye (Sandro Botticelli, "Nesans Venis", 1485).
Ann kite aspè kiltirèl ak ayestetik cheve sou kote epi kòmanse konsidere rechèch syantis yo.
Cheve, nan yon fòm oswa yon lòt, prezan nan anpil espès mamifè. Si pou moun yo pa tèlman enpòtan nan yon pwen de vi byolojik, Lè sa a, pou lòt reprezantan nan mond bèt lenn mouton ak fouri yo se atribi vital. An menm tan an, an tèm de estrikti debaz yo, cheve imen ak, pou egzanp, cheve elefan yo sanble anpil, byenke gen diferans. Ki pi evidan nan yo se dimansyon yo, paske cheve elefan se pi epè pase nou an, men, kòm li te tounen soti, pa pi fò.
Syantis yo te etidye cheve ak lenn mouton pou kèk tan. Rezilta yo nan travay sa yo te aplike tou de nan kosmetoloji ak medikaman, ak nan endistri limyè (oswa, kòm byen li te ye Kalugina L.P. ta di: "endistri limyè"), oswa plis jisteman nan tekstil. Anplis de sa, etid la nan cheve te ede anpil nan devlopman nan biomateryèl ki baze sou keratin, ki nan kòmansman dènye syèk la yo te aprann izole soti nan kòn bèt lè l sèvi avèk lacho.
Keratin konsa jwenn yo te itilize pou kreye jèl ki ta ka ranfòse lè yo ajoute fòmaldeyid. Apre sa, yo te aprann izole keratin pa sèlman nan kòn bèt, men tou, nan fouri yo, osi byen ke nan cheve imen. Sibstans ki baze sou keratin yo te jwenn itilizasyon yo nan pwodui kosmetik, konpoze e menm nan kouch tablèt.
Sèjousi, endistri etidye ak pwodwi materyèl dirab ak lejè ap devlope rapidman. Cheve, yo te natirèlman konsa, se youn nan materyèl natirèl ki enspire sa a kalite rechèch. Konsidere fòs rupture nan lenn mouton ak cheve imen, ki varye ant 200 ak 260 MPa, ki ekivalan a yon fòs espesifik nan 150-200 MPa / mg m-3. Lè sa a se prèske konparab ak asye (250 MPa / mg m-3).
Wòl prensipal la nan fòmasyon nan pwopriyete yo mekanik nan cheve jwe pa estrikti yerarchize li yo, okoumansman de yon poupe matryoshka. Eleman ki pi enpòtan nan estrikti sa a se cortical enteryè a nan selil cortical (dyamèt apeprè 5 μm ak longè 100 μm), ki fòme ak macrofibrils gwoupe (dyamèt sou 0.2-0.4 μm), ki, nan vire, konpoze de filaman entèmedyè (7.5 nm). an dyamèt), entegre nan yon matris amorphe.
Pwopriyete mekanik nan cheve, sansiblite li nan tanperati, imidite ak deformation se yon rezilta dirèk nan entèraksyon an nan eleman yo amorphe ak cristalline nan cortical a. Fib keratin nan cortical cheve imen an tipikman gen gwo elongasyon, ak yon souch tansyon ki gen plis pase 40%.
Tankou yon valè segondè se akòz dewoulman nan estrikti a а-keratin ak, nan kèk ka, transfòmasyon li nan b-keratin, ki mennen nan yon ogmantasyon nan longè (yon vire konplè nan yon helix 0.52 nm lonje a 1.2 nm nan konfigirasyon an. b). Sa a se youn nan rezon prensipal poukisa anpil etid yo te konsantre espesyalman sou keratin yo nan lòd yo rkree li nan yon fòm sentetik. Men, kouch ekstèn nan cheve (kutikul), jan nou deja konnen, konsiste de plak (0.3-0.5 mikron epè ak 40-60 mikron nan longè).
Précédemment, syantis yo te deja fè rechèch sou pwopriyete yo mekanik nan cheve nan moun ki soti nan diferan laj ak gwoup etnik. Nan travay sa a, yo te mete aksan sou etid diferans ki genyen nan pwopriyete mekanik cheve nan diferan espès bèt, sètadi: moun, chwal, lous, kochon sovaj, kapibara, pèkari, jiraf ak elefan.
Rezilta rechèch
Imaj #1: Mòfoloji cheve imen (А - kutikul; В - ka zo kase cortical; montre pwent fib yo, С — sifas fay la, kote twa kouch yo vizib; D - sifas lateral cortical a, ki montre elongasyon fib).
Yon cheve adilt moun gen apeprè 80-100 mikron an dyamèt. Avèk swen cheve nòmal, aparans yo se byen holistic (1A). Eleman entèn cheve imen an se cortical fibre. Apre tès tensil, li te jwenn ke kutikul la ak cortical cheve imen yo te kase yon fason diferan: kutikul la tipikman kase abrazif (crumple), ak fib keratin yo nan cortical a te kale ak rale soti nan estrikti an jeneral (1V).
Foto 1S sifas la frajil nan kutikul la se klèman vizib ak vizyalizasyon nan kouch yo, ki se sipèpoze plak kutikul epi ki gen yon epesè nan 350-400 nm. Delaminasyon an obsève nan sifas ka zo kase a, osi byen ke nati a frajil nan sifas sa a, endike fèb kominikasyon entèfas ant kutikul la ak cortical, ak ant fib nan cortical a.
Fib Keratin nan cortical a te èksfolye (1D). Sa a sijere ke cortical fib la prensipalman responsab pou fòs mekanik cheve a.
Imaj No 2: Mòfoloji krin chwal (А - kutikul, kèk plak ki yon ti kras devye akòz mank de swen; В - aparans nan rupture a; С - detay sou rupture cortical a, kote kutikul chire a vizib; D - detay kutikul).
Estrikti nan cheve cheval sanble ak cheve imen, eksepte pou dyamèt la, ki se 50% pi gwo (150 mikron). Nan foto a 2A Ou ka wè domaj evidan nan kutikul la, kote anpil nan plak yo pa osi byen konekte ak arbr a jan yo te nan cheve imen. Sit la nan yon repo krin gen tou de yon repo nòmal ak yon kraze cheve (delaminasyon nan plak yo kutikul). Sou 2V Tou de kalite domaj yo vizib. Nan zòn kote lamèl yo te konplètman dechire, koòdone ki genyen ant kutikul la ak cortical vizib (2S). Plizyè fib yo te chire ak delaminating nan koòdone a. Konpare obsèvasyon sa yo ak obsèvasyon anvan yo (cheve imen), echèk sa yo endike ke cheve chwal pa t 'fè eksperyans estrès anpil tankou cheve imen lè fib yo nan cortical a te rale soti ak konplètman detache nan kutikul la. Li ka wè tou ke kèk plak yo te vin detache nan baton an, ki ka akòz estrès tansyon (2D).
Imaj #3: Mòfoloji cheve lous (А - kutikul; В — domaj nan de pwen ki asosye ak zòn nan rupture; С - fann nan kutikul la ak delaminasyon nan fib nan cortical a; D - detay sou estrikti a fib, plizyè fib long soti nan estrikti a jeneral yo vizib).
Epesè yon cheve lous se 80 mikron. Plak kutikul yo trè byen tache youn ak lòt (3A), ak nan kèk zòn li se menm difisil yo fè distenksyon ant plak endividyèl elèv yo. Sa a ka akòz friksyon nan cheve a kont moun vwazen yo. Anba estrès tansyon, cheve sa yo literalman fann ak aparans nan fant long (ansè sou 3B), ki endike ke ak efè a obligatwa fèb nan kutikul la domaje, fib keratin yo nan cortical a te fasil delaminate. Delaminasyon nan cortical a lakòz yon repo nan kutikul la, jan sa pwouve pa modèl la zigzag nan kraze a (3S). Tansyon sa a lakòz kèk fib yo rale soti nan cortical a (3D).
Imaj No 4: mòfoloji cheve kochon (А - òdinè ka zo kase cheve plat; В — estrikti nan kutikul la demontre yon eta pòv nan entegrite (gwoupman) nan plak yo; С - detay sou diferans ki genyen nan koòdone ki genyen ant kutikul la ak cortical; D - fib long soti nan mas total la ak fibril ki vle pèse anvlòp la).
Cheve kochon se byen epè (230 mm), espesyalman an konparezon ak cheve lous. Chire nan cheve kochon lè yo domaje sanble byen klè (4A) pèpandikilè ak direksyon estrès rupture.
Plak kutikul relativman ti ekspoze yo te chire nan kò prensipal la nan cheve a akòz etann nan bor yo (4V).
Sou sifas zòn destriksyon an, delaminasyon fib yo vizib klèman; li klè tou ke yo te byen konekte youn ak lòt andedan cortical a (4S). Se sèlman fib nan koòdone ki genyen ant cortical ak kutikul ki te ekspoze akòz separasyon (4D), ki te revele prezans fibrils cortical epè (250 nm an dyamèt). Gen kèk nan fibrils yo soti yon ti kras akòz deformation. Yo sipoze sèvi kòm yon ajan ranfòse pou cheve kochon an.
Imaj #5: Mòfoloji cheve elefan (А - С) ak jiraf (D - F). А - kutikul; В - kraze cheve pa etap; С - vid andedan cheve a endike kote fib yo te chire deyò. D - plak kutikul; Е - menm kase cheve; F - fib chire nan sifas la nan zòn nan ka zo kase.
Cheve nan yon ti bebe elefan ka apeprè 330 mikron epè, ak nan yon granmoun li ka rive nan 1.5 mm. Plak yo sou sifas yo difisil pou distenge (5A).Cheve elefan tou gen tandans pou pann nòmal, i.e. nan pi ka zo kase tensile. Anplis, mòfoloji sifas ka zo kase a montre yon aparans etap (5V), petèt akòz prezans defo minè nan cortical cheve a. Gen kèk ti twou ka wè tou sou sifas ka zo kase a, kote fibril ranfòse yo te gen anpil chans sitiye anvan domaj (5S).
Cheve jiraf la tou byen epè (370 mikron), byenke aranjman plak kutikul yo pa tèlman klè (5D). Yo kwè ke sa a se akòz domaj yo pa divès kalite faktè anviwònman (pa egzanp, friksyon kont pye bwa pandan manje). Malgre diferans ki genyen, kase cheve jiraf la te sanble ak sa elefan an (5F).
Imaj No 6: mòfoloji cheve kapibara (А - doub estrikti kutikul plak yo; В - rupture nan estrikti a doub; С - fib tou pre fwontyè a rupture parèt frajil ak rèd; D - fib long ki soti nan zòn nan rupture nan estrikti a doub).
Cheve kapybara ak pekari diferan de tout lòt cheve yo etidye. Nan kapibara a, diferans prensipal la se prezans nan yon konfigirasyon kutikul doub ak yon fòm cheve oval (6A). Groove ki genyen ant de pati yo reflete nan cheve a nesesè yo retire dlo nan fouri bèt la pi vit, osi byen ke pou pi bon vantilasyon, ki pèmèt li sèk pi vit. Lè yo ekspoze a etann, cheve a divize an de pati sou Groove a, epi chak pati detwi (6V). Anpil fib nan cortical a separe epi lonje (6S и 6D).
Imaj # 7: Mòfoloji cheve Peccary (А - estrikti nan kutikul la ak kote nan rupture; В — mòfoloji destriksyon cortical ak detay sou estrikti li yo; С - selil fèmen (20 mikron an dyamèt), mi yo ki konpoze de fib; D - mi selil).
Pèkari yo (fanmi Tayassuidae, i.e. pèkari) cheve gen yon cortical pore, epi kouch kutikul la pa gen plak diferan (7A). Kotèks cheve a gen selil fèmen ki mezire 10-30 mikron (7V), mi yo ki konpoze de fib keratin (7S). Mi sa yo byen pore, ak gwosè yon sèl pò se apeprè 0.5-3 mikron (7D).
Kòm ou ka wè nan foto a 7A, san sipò nan cortical fib la, kutikul la fant sou liy lan kraze, ak fib yo rale soti nan kèk kote. Estrikti cheve sa a nesesè pou cheve a gen plis vètikal, vizyèlman ogmante gwosè bèt la, ki ka yon mekanis defans pou pèkari a. Cheve Peccary reziste konpresyon byen, men li pa fè fas ak etann.
Lè yo te konprann karakteristik estriktirèl cheve a nan diferan bèt, osi byen ke kalite domaj yo akòz tansyon, syantis yo te kòmanse dekri pwopriyete yo mekanik.
Imaj nimewo 8: dyagram deformation pou chak kalite cheve ak dyagram nan konfigirasyon eksperimantal la pou jwenn done (pousantaj souch 10-2 s-1).
Jan nou ka wè nan graf ki anwo a, repons lan nan detire nan cheve nan diferan espès bèt te byen diferan. Kidonk, cheve yon moun, yon chwal, yon kochon ak yon lous te montre yon reyaksyon ki sanble ak reyaksyon lenn mouton (pa yon lòt moun, men yon materyèl twal).
Nan yon modil elastik relativman wo nan 3.5-5 GPa, koub yo konpoze de yon rejyon lineyè (elastik), ki te swiv pa yon plato ak estrès tou dousman ogmante jiska yon souch nan 0.20-0.25, apre sa to a nan redi ogmante siyifikativman jiskaske yon echèk souch nan 0.40. Zòn plato a refere a detant а-estrikti hélicoïdal de keratin filaman entèmedyè, ki nan kèk ka ka (pasyèlman) transfòme nan b-dray (estrikti plat). Dewoulman konplè mennen nan yon deformation nan 1.31, ki se siyifikativman pi wo pase nan fen etap sa a (0.20-0.25).
Se yon pati nan estrikti ki sanble ak fil kristal ki antoure pa yon matris amorphe ki pa transfòme. Pati amorphe a fè apeprè 55% nan volim total la, men se sèlman si dyamèt filaman entèmedyè yo se 7 nm epi yo separe pa 2 nm materyèl amorphe. Endikatè egzak sa yo te sòti nan etid anvan yo.
Pandan etap redi nan deformation, glisman rive ant fib cortical ak ant pi piti eleman estriktirèl tankou mikrofibr, filaman entèmedyè, ak matris amorphe a.
Cheve jiraf, elefan ak pèkari montre yon repons redi relativman lineyè ki pa gen okenn distenksyon klè ant plato ak rejyon redi rapid (pik). Modil elastik la relativman ba epi li apeprè 2 GPa.
Kontrèman ak lòt espès, cheve kapibara montre yon repons ki karakterize pa redi rapid lè yo aplike estrès siksesif. Obsèvasyon sa a asosye ak estrikti etranj cheve kapibara a, oswa plis jisteman ak prezans de pati simetrik ak yon renur longitudinal ant yo.
Etid anvan yo te deja fèt ki endike ke modil Young (modil elastik lonjitidinal) diminye ak ogmante dyamèt cheve nan diferan espès bèt. Travay sa yo te note ke modil Young pekari a se siyifikativman pi ba pase sa yo ki nan lòt bèt, ki ka akòz porosite nan estrikti cheve li yo.
Li se tou kirye ke pèkari gen tou de zòn nwa ak blan sou cheve yo (de koulè). Kraze tensile pi souvan rive nan zòn blan cheve a. Ogmantasyon rezistans nan zòn nwa a se akòz prezans nan melanosom, ki yo jwenn sèlman nan cheve nwa.
Tout obsèvasyon sa yo se vrèman inik, men kesyon prensipal la rete: èske dimansyon cheve a jwe yon wòl nan fòs li yo?
Si nou dekri cheve nan mamifè, nou ka mete aksan sou reyalite prensipal chèchè yo konnen:
- nan pifò kalite cheve li pi epè nan pati santral la ak koni nan fen an; Fouri bèt sovaj yo pi epè akòz abita yo;
- Varyasyon nan dyamèt cheve nan yon sèl espès endike ke epesè nan pifò cheve varye nan epesè jeneral la pou yon espès bèt bay yo. Epesè nan cheve yo ka diferan ant reprezantan diferan nan menm espès la, men ki sa ki enfliyanse diferans sa a se toujou enkoni;
- Diferan espès mamifè yo gen diferan epesè cheve (tankou kliche sa a ka son).
Lè yo rezime reyalite sa yo ki disponib piblikman ak done yo jwenn pandan eksperyans yo, syantis yo te kapab konpare tout rezilta yo pou fòme relasyon ant epesè cheve ak fòs li yo.
Imaj nimewo 9: relasyon ki genyen ant epesè cheve ak fòs li yo nan diferan espès bèt.
Akòz diferans ki genyen nan dyamèt cheve ak ekstansibilite, syantis yo deside wè si estrès rupture yo ta ka prevwa ki baze sou estatistik Weibull, ki ka espesyalman kont pou diferans ki genyen nan gwosè echantiyon ak gwosè domaj ki kapab lakòz.
Li sipoze ke yon segman cheve ak volim V состоит из n eleman volim, ak chak volim inite V0 gen yon distribisyon menm jan an nan domaj. Sèvi ak sipozisyon lyen ki pi fèb la, nan yon nivo vòltaj bay yo σ pwobabilite P kenbe entegrite yon segman cheve bay ak volim V ka eksprime kòm pwodwi a nan plis pwobabilite pou kenbe entegrite nan chak nan eleman volim yo, sètadi:
P(V) = P(V0) · P(V0)… · P(V0) = · P(V0)n
ki kote volim nan V gen n eleman volim V0. Kòm vòltaj la ogmante P(V) natirèlman diminye.
Sèvi ak yon distribisyon Weibull de paramèt, yo ka eksprime pwobabilite pou echèk tout volim la tankou:
1 - P = 1 - eksp [ -V/V0 · (σ/σ0)m]
kote σ - aplike vòltaj, σ0 se karakteristik (referans) fòs, ak m — Weibull modil, ki se yon mezi varyab pwopriyete. Li se vo anyen ke pwobabilite pou destriksyon ogmante ak ogmante gwosè echantiyon V nan vòltaj konstan σ.
Sou tablo a 9A Yo montre distribisyon Weibull nan ensiste echèk eksperimantal pou cheve imen ak kapibara. Yo te prevwa koub pou lòt espès lè l sèvi avèk fòmil #2 ak menm valè m ak pou cheve imen (m = 0.11).
Dyamèt mwayèn yo te itilize yo te: kochon - 235 µm, chwal - 200 µm, pèkari - 300 µm, lous - 70 µm, cheve elefan - 345 µm ak jiraf - 370 µm.
Ki baze sou lefèt ke estrès la kraze ka detèmine nan P(V) = 0.5, rezilta sa yo endike ke estrès echèk la diminye ak ogmante dyamèt cheve atravè espès yo.
Sou tablo a 9V montre estrès rupture prevwa a 50% pwobabilite pou echèk (P(V) = 0.5) ak mwayèn estrès rupture eksperimantal pou diferan espès yo.
Li vin klè ke kòm dyamèt cheve a ogmante soti nan 100 a 350 mm, estrès kraze li yo diminye soti nan 200-250 MPa a 125-150 MPa. Rezilta simulation distribisyon Weibull yo an akò ekselan ak rezilta obsèvasyon aktyèl yo. Sèl eksepsyon se cheve pekari paske li trè pore. Fòs aktyèl la nan cheve pèkari pi ba pase sa yo montre nan modèl distribisyon Weibull.
Pou yon konesans pi detaye ak nuans etid la, mwen rekòmande gade и pou li.
Épilogue
Konklizyon prensipal la nan obsèvasyon ki anwo yo se ke cheve epè se pa ekivalan a nan cheve fò. Vrè, jan syantis yo tèt yo di, deklarasyon sa a se pa yon dekouvèt nan milenè a, depi obsèvasyon menm jan an te fè lè yo etidye fil metal. Pwen an isit la se pa menm nan fizik, mekanik oswa byoloji, men nan estatistik - pi gwo objè a, pi gwo sijè ki abòde lan pou domaj.
Syantis yo kwè ke travay nou revize jodi a pral ede kòlèg yo kreye nouvo materyèl sentetik. Pwoblèm prensipal la se ke malgre devlopman nan teknoloji modèn, yo poko kapab kreye yon bagay tankou cheve moun oswa elefan. Apre yo tout, kreye yon bagay tèlman piti se deja yon defi, nou pa mansyone estrikti konplèks li yo.
Kòm nou ka wè, etid sa a te montre ke pa sèlman swa Spider merite atansyon syantis yo kòm yon enspirasyon pou materyèl lavni ultra-fò ak ultra-limyè, men tou, cheve imen ka sipriz ak pwopriyete mekanik li yo ak fòs etonan.
Mèsi pou lekti, rete kirye epi pase yon bon semèn mesye. 🙂
Kèk piblisite 🙂
Mèsi paske w rete avèk nou. Ou renmen atik nou yo? Vle wè plis kontni enteresan? Sipòte nou pa mete yon lòd oswa rekòmande pou zanmi, , yon analogue inik nan sèvè nivo antre, ki te envante pa nou pou ou: (disponib ak RAID1 ak RAID10, jiska 24 nwayo ak jiska 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 fwa pi bon mache nan sant done Equinix Tier IV nan Amstèdam? Sèlman isit la nan Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - soti nan $ 99! Li sou
Sous: www.habr.com