कोणाचे केस अधिक मजबूत आहेत: केसांचे आकारशास्त्र

आधुनिक व्यक्तीसाठी केस हे व्हिज्युअल आत्म-ओळख, प्रतिमेचा भाग आणि प्रतिमेचा एक घटकापेक्षा अधिक काही नाही. असे असूनही, त्वचेच्या या खडबडीत रचनांमध्ये अनेक महत्त्वपूर्ण जैविक कार्ये आहेत: संरक्षण, थर्मोरेग्युलेशन, स्पर्श इ. आमचे केस किती मजबूत आहेत? हे दिसून आले की ते हत्ती किंवा जिराफच्या केसांपेक्षा कितीतरी पटीने मजबूत आहेत.

आज आपण एका अभ्यासाशी परिचित होऊ ज्यात कॅलिफोर्निया विद्यापीठ (यूएसए) मधील शास्त्रज्ञांनी केसांची जाडी आणि त्यांची ताकद मानवांसह विविध प्राण्यांच्या प्रजातींमध्ये कसा संबंध आहे हे तपासण्याचे ठरविले. कोणाचे केस सर्वात मजबूत आहेत, वेगवेगळ्या प्रकारच्या केसांमध्ये कोणते यांत्रिक गुणधर्म आहेत आणि हे संशोधन नवीन प्रकारचे साहित्य विकसित करण्यास कशी मदत करू शकते? शास्त्रज्ञांच्या अहवालावरून आपल्याला याची माहिती मिळते. जा.

संशोधनाचा आधार

केस, ज्यामध्ये मुख्यत्वे प्रथिने केराटीन असतात, ही सस्तन प्राण्यांच्या त्वचेची खडबडीत निर्मिती असते. खरं तर, केस, लोकर आणि फर समानार्थी शब्द आहेत. केसांच्या संरचनेत केराटिन प्लेट्स असतात ज्या एकमेकांवर आच्छादित होतात, डोमिनोज एकमेकांच्या वर पडतात. प्रत्येक केसांना तीन स्तर असतात: क्यूटिकल बाह्य आणि संरक्षणात्मक स्तर आहे; कॉर्टेक्स - कॉर्टेक्स, ज्यामध्ये लांबलचक मृत पेशी असतात (केसांच्या ताकद आणि लवचिकतेसाठी महत्वाचे, मेलेनिनमुळे त्याचा रंग निर्धारित करते) आणि मेडुला - केसांचा मध्यवर्ती थर, ज्यामध्ये मऊ केराटिन पेशी आणि हवेच्या पोकळ्या असतात, जे आहे इतर स्तरांमध्ये पोषक तत्वांचे हस्तांतरण करण्यात गुंतलेले.

केस अनुलंब विभागल्यास, आम्हाला त्वचेखालील विभाग (शाफ्ट) आणि त्वचेखालील विभाग (बल्ब किंवा रूट) मिळतात. बल्ब एका कूपाने वेढलेला असतो, ज्याचा आकार केसांचा आकार स्वतःच ठरवतो: एक गोल कूप सरळ आहे, अंडाकृती कूप किंचित कुरळे आहे, मूत्रपिंडाच्या आकाराचा कूप कुरळे आहे.

तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमुळे मानवी उत्क्रांती बदलत असल्याचे अनेक शास्त्रज्ञ सुचवतात. म्हणजेच, आपल्या शरीरातील काही अवयव आणि संरचना हळूहळू प्राथमिक बनतात - ज्यांनी त्यांचा हेतू गमावला आहे. शरीराच्या या अवयवांमध्ये शहाणपणाचे दात, अपेंडिक्स आणि शरीराचे केस यांचा समावेश होतो. दुसऱ्या शब्दांत, शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास आहे की कालांतराने, या रचना आपल्या शरीरशास्त्रातून अदृश्य होतील. हे खरे आहे की नाही हे सांगणे कठीण आहे, परंतु बर्याच सामान्य लोकांसाठी, शहाणपणाचे दात, उदाहरणार्थ, त्यांच्या अपरिहार्य काढण्यासाठी दंतवैद्याला भेट देण्याशी संबंधित आहेत.

तसे असो, एखाद्या व्यक्तीला केसांची आवश्यकता असते; ते यापुढे थर्मोरेग्युलेशनमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू शकत नाही, परंतु तरीही ते सौंदर्यशास्त्राचा अविभाज्य भाग आहे. जागतिक संस्कृतीबद्दलही असेच म्हणता येईल. बर्याच देशांमध्ये, अनादी काळापासून, केसांना सर्व शक्तीचा स्रोत मानला जात असे आणि ते कापणे हे आरोग्याच्या संभाव्य समस्यांशी आणि जीवनातील अपयशांशी देखील संबंधित होते. केसांचा पवित्र अर्थ प्राचीन जमातींच्या शमॅनिक विधींमधून अधिक आधुनिक धर्मांमध्ये, लेखक, कलाकार आणि शिल्पकारांच्या कृतींमध्ये स्थलांतरित झाला. विशेषतः, स्त्री सौंदर्य बहुतेकदा सुंदर स्त्रियांचे केस ज्या प्रकारे दिसले किंवा चित्रित केले गेले (उदाहरणार्थ, चित्रांमध्ये) त्याच्याशी जवळून संबंधित होते.

व्हीनसचे केस किती तपशीलवार चित्रित केले आहेत ते पहा (सॅन्ड्रो बोटीसेली, “बर्थ ऑफ व्हीनस”, 1485).

केसांचा सांस्कृतिक आणि सौंदर्याचा पैलू बाजूला ठेवून शास्त्रज्ञांच्या संशोधनाचा विचार करूया.

केस, एक किंवा दुसर्या स्वरूपात, सस्तन प्राण्यांच्या अनेक प्रजातींमध्ये असतात. जर मानवांसाठी ते यापुढे जैविक दृष्टिकोनातून इतके महत्त्वाचे नसतील, तर प्राणी जगाच्या इतर प्रतिनिधींसाठी लोकर आणि फर हे महत्त्वपूर्ण गुणधर्म आहेत. त्याच वेळी, त्यांच्या मूलभूत संरचनेच्या बाबतीत, मानवी केस आणि, उदाहरणार्थ, हत्तीचे केस अगदी समान आहेत, जरी फरक आहेत. त्यापैकी सर्वात स्पष्ट म्हणजे परिमाण, कारण हत्तीचे केस आपल्यापेक्षा जास्त जाड आहेत, परंतु, जसे की ते बाहेर आले, ते मजबूत नाही.

शास्त्रज्ञ गेल्या काही काळापासून केस आणि लोकर यांचा अभ्यास करत आहेत. या कामांचे परिणाम कॉस्मेटोलॉजी आणि औषध आणि प्रकाश उद्योगात (किंवा सुप्रसिद्ध कलुजिना एलपी म्हणतील: "हलके उद्योग") किंवा अधिक अचूकपणे कापड उद्योगात लागू केले गेले. याव्यतिरिक्त, केसांच्या अभ्यासाने केराटिनवर आधारित बायोमटेरियल्सच्या विकासास मोठ्या प्रमाणात मदत केली आहे, जे गेल्या शतकाच्या सुरूवातीस त्यांनी चुना वापरून प्राण्यांच्या शिंगांपासून वेगळे करणे शिकले.

अशा प्रकारे प्राप्त केलेले केराटिन जेल तयार करण्यासाठी वापरले गेले जे फॉर्मल्डिहाइड जोडून मजबूत केले जाऊ शकते. नंतर, त्यांनी केवळ प्राण्यांच्या शिंगांपासूनच नव्हे तर त्यांच्या फरपासून तसेच मानवी केसांपासून केराटिन वेगळे करणे शिकले. केराटिनवर आधारित पदार्थांचा उपयोग सौंदर्य प्रसाधने, संमिश्र आणि अगदी टॅब्लेट कोटिंग्जमध्ये आढळून आला आहे.

आजकाल, टिकाऊ आणि हलके साहित्याचा अभ्यास करून उत्पादन करण्याचा उद्योग झपाट्याने विकसित होत आहे. केस, नैसर्गिकरित्या तसे असल्याने, या प्रकारच्या संशोधनास प्रेरणा देणारी एक नैसर्गिक सामग्री आहे. लोकर आणि मानवी केसांची तन्य शक्ती विचारात घ्या, जी 200 ते 260 MPa पर्यंत असते, जी 150-200 MPa/mg m-3 च्या विशिष्ट ताकदीच्या समतुल्य असते. आणि हे जवळजवळ स्टीलशी तुलना करता येते (250 MPa/mg m-3).

केसांच्या यांत्रिक गुणधर्मांच्या निर्मितीमध्ये मुख्य भूमिका त्याच्या श्रेणीबद्ध संरचनेद्वारे खेळली जाते, जी मॅट्रियोष्का बाहुलीची आठवण करून देते. या संरचनेचा सर्वात महत्वाचा घटक म्हणजे कॉर्टिकल पेशींचे आतील कॉर्टेक्स (व्यास सुमारे 5 μm आणि लांबी 100 μm), ज्यामध्ये गटबद्ध मॅक्रोफिब्रिल्स (व्यास सुमारे 0.2-0.4 μm) असतात, ज्यामध्ये मध्यवर्ती फिलामेंट्स (7.5 nm) असतात. व्यासामध्ये ), आकारहीन मॅट्रिक्समध्ये एम्बेड केलेले.

केसांचे यांत्रिक गुणधर्म, तापमान, आर्द्रता आणि विकृतपणाची संवेदनशीलता हे कॉर्टेक्सच्या अनाकार आणि क्रिस्टलीय घटकांच्या परस्परसंवादाचा थेट परिणाम आहेत. मानवी केसांच्या कॉर्टेक्सच्या केराटीन तंतूंमध्ये विशेषत: 40% पेक्षा जास्त तन्ययुक्त ताण असतो.

असे उच्च मूल्य संरचनेच्या अनवाइंडिंगमुळे आहे а-केराटिन आणि, काही प्रकरणांमध्ये, त्याचे रूपांतर b-केराटिन, ज्यामुळे लांबी वाढते (कॉन्फिगरेशनमध्ये 0.52 एनएम हेलिक्सचे पूर्ण वळण 1.2 एनएमपर्यंत वाढवले ​​जाते. b). हे एक मुख्य कारण आहे जे अनेक अभ्यासांनी विशेषत: केराटिनवर लक्ष केंद्रित केले आहे जेणेकरून ते कृत्रिम स्वरूपात पुन्हा तयार केले जावे. परंतु केसांच्या बाहेरील थर (क्युटिकल), जसे की आपल्याला आधीच माहित आहे, प्लेट्स (0.3-0.5 मायक्रॉन जाडी आणि 40-60 मायक्रॉन लांबी) असतात.

यापूर्वी, शास्त्रज्ञांनी वेगवेगळ्या वयोगटातील आणि वंशाच्या लोकांच्या केसांच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर आधीच संशोधन केले आहे. या कामात, मानव, घोडे, अस्वल, रानडुक्कर, कॅपीबरा, पेकेरी, जिराफ आणि हत्ती या विविध प्राण्यांच्या केसांच्या यांत्रिक गुणधर्मांमधील फरकांचा अभ्यास करण्यावर भर देण्यात आला.

संशोधन परिणाम

प्रतिमा #1: मानवी केस आकारविज्ञान (А - क्यूटिकल; В - कॉर्टेक्स फ्रॅक्चर; तंतूंचे टोक दाखवणे, С - दोष पृष्ठभाग, जेथे तीन स्तर दृश्यमान आहेत; D - कॉर्टेक्सची बाजूकडील पृष्ठभाग, फायबर वाढ दर्शविते).

प्रौढ मानवी केसांचा व्यास सुमारे 80-100 मायक्रॉन असतो. सामान्य केसांची काळजी घेतल्यास, त्यांचे स्वरूप बरेच समग्र आहे (1). मानवी केसांचा अंतर्गत घटक तंतुमय कॉर्टेक्स आहे. तन्यता चाचणीनंतर, असे आढळून आले की मानवी केसांचे क्यूटिकल आणि कॉर्टेक्स वेगळ्या प्रकारे तुटलेले आहेत: क्यूटिकल सामान्यत: अपघर्षकपणे (कुरकुरीत) तुटले होते आणि कॉर्टेक्समधील केराटिन तंतू सोलून संपूर्ण संरचनेतून बाहेर काढले गेले होते (1B).

छायाचित्रात 1ї क्यूटिकलची नाजूक पृष्ठभाग थरांच्या व्हिज्युअलायझेशनसह स्पष्टपणे दृश्यमान आहे, जी क्यूटिकल प्लेट्सवर आच्छादित आहेत आणि त्यांची जाडी 350-400 एनएम आहे. फ्रॅक्चर पृष्ठभागावरील निदर्शनास आलेले विघटन, तसेच या पृष्ठभागाचे ठिसूळ स्वरूप, क्यूटिकल आणि कॉर्टेक्स आणि कॉर्टेक्समधील तंतूंमधील कमकुवत इंटरफेसियल संवाद दर्शवते.

कॉर्टेक्समधील केराटिन तंतू एक्सफोलिएटेड होते (1D). हे सूचित करते की तंतुमय कॉर्टेक्स केसांच्या यांत्रिक मजबुतीसाठी प्रामुख्याने जबाबदार आहे.

प्रतिमा क्रमांक 2: हॉर्सहेअर मॉर्फोलॉजी (А - क्यूटिकल, ज्याच्या काही प्लेट्स काळजीच्या अभावामुळे किंचित विचलित आहेत; В - फाटणे देखावा; С - कॉर्टेक्सच्या फाटण्याचे तपशील, जेथे फाटलेली क्यूटिकल दिसते; D - क्यूटिकल तपशील).

घोड्याच्या केसांची रचना मानवी केसांसारखीच असते, व्यास वगळता, जो 50% मोठा (150 मायक्रॉन) असतो. छायाचित्रात 2 आपण क्यूटिकलला स्पष्ट नुकसान पाहू शकता, जिथे अनेक प्लेट्स शाफ्टशी तितक्या जवळून जोडलेल्या नाहीत जितक्या मानवी केसांमध्ये होत्या. हॉर्सहेअर ब्रेकच्या जागेमध्ये सामान्य ब्रेक आणि केस ब्रेक (क्युटिकल प्लेट्सचे डिलेमिनेशन) दोन्ही असतात. चालू 2B दोन्ही प्रकारचे नुकसान दृश्यमान आहे. ज्या भागात लॅमेली पूर्णपणे फाटलेली आहे, तेथे क्यूटिकल आणि कॉर्टेक्समधील इंटरफेस दृश्यमान आहे (2ї). इंटरफेसवर अनेक फायबर फाटलेले आणि डिलॅमिनेटिंग झाले. या निरिक्षणांची आधीच्या निरीक्षणांशी (मानवी केसांची) तुलना केल्यास, अशा अयशस्वीतेवरून असे दिसून येते की जेव्हा कॉर्टेक्समधील तंतू बाहेर काढले जातात आणि क्यूटिकलमधून पूर्णपणे वेगळे केले जातात तेव्हा घोड्याच्या केसांना मानवी केसांइतका ताण जाणवला नाही. हे देखील पाहिले जाऊ शकते की काही प्लेट्स रॉडपासून विलग झाल्या आहेत, जे तणावग्रस्त ताणामुळे असू शकतात (2D).

प्रतिमा #3: अस्वलाच्या केसांचे आकारशास्त्र (А - क्यूटिकल; В - फाटलेल्या क्षेत्राशी संबंधित दोन बिंदूंवर नुकसान; С - कॉर्टेक्समधील तंतूंच्या विघटनसह क्यूटिकलचे क्रॅकिंग; D - फायबर संरचनेचे तपशील, सामान्य संरचनेतील अनेक लांबलचक तंतू दृश्यमान आहेत).

अस्वलाच्या केसांची जाडी 80 मायक्रॉन असते. क्यूटिकल प्लेट्स एकमेकांशी अत्यंत घट्ट जोडलेल्या असतात (3), आणि काही भागात वैयक्तिक प्लेट्स वेगळे करणे देखील कठीण आहे. हे शेजारच्या विरूद्ध केसांच्या घर्षणामुळे असू शकते. ताणतणावाखाली, हे केस अक्षरशः फुटतात आणि लांबलचक क्रॅक दिसतात (इनसेट चालू 3B), हे दर्शविते की खराब झालेल्या क्यूटिकलच्या कमकुवत बाइंडिंग प्रभावासह, कॉर्टेक्समधील केराटिन तंतू सहजपणे विलग होतात. कॉर्टेक्सच्या विघटनामुळे क्यूटिकलमध्ये ब्रेक होतो, हे ब्रेकच्या झिगझॅग पॅटर्नवरून दिसून येते (3ї). या तणावामुळे कॉर्टेक्समधून काही तंतू बाहेर काढले जातात (3D).

प्रतिमा क्रमांक 4: डुक्कर केसांचे आकारशास्त्र (А - सामान्य फ्लॅट हेअरलाइन फ्रॅक्चर; В - क्यूटिकलची रचना प्लेट्सची अखंडता (ग्रुपिंग) ची खराब स्थिती दर्शवते; С - क्यूटिकल आणि कॉर्टेक्समधील इंटरफेसमधील अंतराचे तपशील; D - एकूण वस्तुमानापासून लांबलचक तंतू आणि पसरलेल्या फायब्रिल्स).

वराहाचे केस जाड (२३० मिमी) असतात, विशेषत: अस्वलाच्या केसांच्या तुलनेत. खराब झाल्यावर डुक्कर केस फाटणे अगदी स्पष्ट दिसते (4) तन्य ताणाच्या दिशेला लंब.

तुलनेने लहान उघडलेल्या क्यूटिकल प्लेट्स त्यांच्या कडा ताणल्यामुळे केसांच्या मुख्य भागातून फाटल्या होत्या (4B).

विनाश क्षेत्राच्या पृष्ठभागावर, तंतूंचे पृथक्करण स्पष्टपणे दृश्यमान आहे; हे देखील स्पष्ट आहे की ते कॉर्टेक्सच्या आत एकमेकांशी खूप घट्ट जोडलेले होते (4ї). कॉर्टेक्स आणि क्यूटिकलमधील इंटरफेसमधील फक्त तंतू वेगळे झाल्यामुळे उघड झाले होते (4D), ज्याने जाड कॉर्टिकल फायब्रिल्सची उपस्थिती (व्यास 250 एनएम) प्रकट केली. विकृतीमुळे काही फायब्रिल्स किंचित बाहेर पडले. ते डुक्करांच्या केसांना मजबूत करणारे एजंट म्हणून काम करतात.

प्रतिमा #5: हत्तीच्या केसांचे आकारशास्त्र (А - С) आणि जिराफ (D - F). А - क्यूटिकल; В - चरणबद्ध केस तोडणे; С - केसांच्या आतील व्हॉईड्स सूचित करतात की तंतू कुठे फाटले होते. D - कटिक्युलर प्लेट्स; Е - अगदी केस तुटणे; F - फ्रॅक्चर क्षेत्रातील पृष्ठभागावरून फाटलेले तंतू.

हत्तीच्या बाळाचे केस सुमारे 330 मायक्रॉन जाड असू शकतात आणि प्रौढ व्यक्तीमध्ये ते 1.5 मिमी पर्यंत पोहोचू शकतात. पृष्ठभागावरील प्लेट्स वेगळे करणे कठीण आहे (5.हत्तीचे केस देखील सामान्य बिघडण्याची शक्यता असते, म्हणजे. शुद्ध तन्य फ्रॅक्चर करण्यासाठी. शिवाय, फ्रॅक्चर पृष्ठभागाचे आकारविज्ञान एक चरणबद्ध स्वरूप दर्शवते (5B), शक्यतो केसांच्या कॉर्टेक्समध्ये किरकोळ दोषांच्या उपस्थितीमुळे. फ्रॅक्चरच्या पृष्ठभागावर काही लहान छिद्रे देखील दिसू शकतात, जेथे नुकसान होण्यापूर्वी रीइन्फोर्सिंग फायब्रिल्स असण्याची शक्यता असते (5ї).

जिराफचे केस देखील खूप जाड असतात (370 मायक्रॉन), जरी क्यूटिकल प्लेट्सची व्यवस्था इतकी स्पष्ट नसते (5D). असे मानले जाते की हे विविध पर्यावरणीय घटकांद्वारे त्यांच्या नुकसानीमुळे होते (उदाहरणार्थ, आहार देताना झाडांविरूद्ध घर्षण). फरक असूनही, जिराफचे केस फुटणे हत्तीसारखेच होते (5F).

प्रतिमा क्रमांक 6: कॅपीबारा हेअर मॉर्फोलॉजी (А - प्लेट्सची दुहेरी कटिक्युलर रचना; В - दुहेरी रचना फुटणे; С - फाटण्याच्या सीमेजवळील तंतू ठिसूळ आणि कडक दिसतात; D - दुहेरी संरचनेच्या फाटण्याच्या क्षेत्रापासून लांबलचक तंतू).

कॅपीबारस आणि पेकेरीचे केस इतर सर्व केसांपेक्षा वेगळे आहेत. कॅपीबारामध्ये, मुख्य फरक म्हणजे दुहेरी क्यूटिकल कॉन्फिगरेशन आणि अंडाकृती केसांचा आकार (6). केसांच्या दोन मिरर केलेल्या भागांमधील खोबणी प्राण्यांच्या फरमधून पाणी जलद काढून टाकण्यासाठी तसेच चांगल्या वायुवीजनासाठी आवश्यक आहे, ज्यामुळे ते जलद कोरडे होऊ शकतात. स्ट्रेचिंगच्या संपर्कात असताना, केस खोबणीच्या बाजूने दोन भागात विभागले जातात आणि प्रत्येक भाग नष्ट होतो (6B). कॉर्टेक्सचे अनेक तंतू वेगळे आणि ताणलेले असतात (6ї и 6D).

प्रतिमा #7: पेक्करी केस मॉर्फोलॉजी (А - क्यूटिकलची रचना आणि फाटण्याचे ठिकाण; В - कॉर्टेक्सच्या नाशाचे आकारशास्त्र आणि त्याच्या संरचनेचे तपशील; С - बंद पेशी (व्यास 20 मायक्रॉन), ज्याच्या भिंती तंतूंनी बनलेल्या असतात; D - सेल भिंती).

पेकेरी (कुटुंब तयासुईडे, म्हणजे पेक्करी) केसांमध्ये छिद्रयुक्त कॉर्टेक्स असते आणि क्यूटिकल लेयरमध्ये वेगळ्या प्लेट्स नसतात (7). केसांच्या कॉर्टेक्समध्ये 10-30 मायक्रॉन मोजणाऱ्या बंद पेशी असतात (7B), ज्याच्या भिंतींमध्ये केराटिन तंतू असतात (7ї). या भिंती बर्‍यापैकी सच्छिद्र आहेत आणि एका छिद्राचा आकार सुमारे 0.5-3 मायक्रॉन आहे (7D).

जसे तुम्ही चित्रात पाहू शकता 7, तंतुमय कॉर्टेक्सच्या आधाराशिवाय, क्यूटिकल ब्रेक लाइनसह क्रॅक होते आणि काही ठिकाणी तंतू बाहेर काढले जातात. केसांना अधिक उभ्या करण्यासाठी, प्राण्यांचा आकार दृष्यदृष्ट्या वाढवण्यासाठी केसांची ही रचना आवश्यक आहे, जी पेक्करीसाठी संरक्षण यंत्रणा असू शकते. पेक्करी केस कॉम्प्रेशनचा चांगला प्रतिकार करतात, परंतु स्ट्रेचिंगचा सामना करत नाहीत.

वेगवेगळ्या प्राण्यांच्या केसांची संरचनात्मक वैशिष्ट्ये तसेच तणावामुळे त्यांचे प्रकार समजून घेतल्यानंतर, शास्त्रज्ञांनी यांत्रिक गुणधर्मांचे वर्णन करण्यास सुरुवात केली.

प्रतिमा क्रमांक 8: प्रत्येक केस प्रकारासाठी विकृती आकृती आणि डेटा प्राप्त करण्यासाठी प्रायोगिक सेटअपचा आकृती (स्ट्रेन रेट 10-2 s-1).

वरील आलेखावरून पाहिल्याप्रमाणे, वेगवेगळ्या प्राण्यांच्या प्रजातींच्या केसांमध्ये ताणण्याची प्रतिक्रिया अगदी वेगळी होती. अशा प्रकारे, एक व्यक्ती, घोडा, डुक्कर आणि अस्वल यांच्या केसांनी लोकरीच्या प्रतिक्रियेसारखी प्रतिक्रिया दर्शविली (इतर कोणाची नाही तर कापड सामग्री).

3.5-5 GPa च्या तुलनेने उच्च लवचिक मॉड्यूलसमध्ये, वक्रांमध्ये एक रेखीय (लवचिक) प्रदेश असतो, त्यानंतर 0.20-0.25 पर्यंत हळूहळू वाढणारा ताण असलेला पठार असतो, त्यानंतर कडक होण्याचा दर लक्षणीय वाढतो. 0.40 च्या अपयशाचा ताण. पठार क्षेत्र अनवाइंडिंगचा संदर्भ देते а-केराटिन इंटरमीडिएट फिलामेंट्सची हेलिकल रचना, जी काही प्रकरणांमध्ये (अंशतः) मध्ये बदलू शकते b- पत्रके (सपाट संरचना). पूर्ण अनवाइंडिंगमुळे 1.31 चे विकृतीकरण होते, जे या टप्प्याच्या शेवटी (0.20-0.25) पेक्षा लक्षणीय आहे.

संरचनेचा क्रिस्टलीय धाग्यासारखा भाग एका आकारहीन मॅट्रिक्सने वेढलेला असतो जो बदलत नाही. आकारहीन भाग एकूण खंडाच्या सुमारे 55% बनवतो, परंतु जर मध्यवर्ती तंतूंचा व्यास 7 nm असेल आणि ते आकारहीन सामग्रीच्या 2 nm ने विभक्त केले असेल तरच. असे अचूक संकेतक मागील अभ्यासांमध्ये प्राप्त झाले आहेत.

विकृतीच्या कडक होण्याच्या अवस्थेत, कॉर्टिकल तंतूंमध्ये तसेच मायक्रोफायब्रिल्स, इंटरमीडिएट फिलामेंट्स आणि अमोर्फस मॅट्रिक्स यांसारख्या लहान संरचनात्मक घटकांमध्ये सरकता येते.

जिराफ, हत्ती आणि पेक्करी केस हे तुलनेने रेखीय कडक होण्याचा प्रतिसाद दर्शवतात ज्यामध्ये पठार आणि जलद कडक होणा-या प्रदेशांमध्ये (शिखर) स्पष्ट फरक नसतो. लवचिक मॉड्यूलस तुलनेने कमी आहे आणि सुमारे 2 GPa आहे.

इतर प्रजातींप्रमाणे, कॅपीबारा केसांचा एक प्रतिसाद दिसून येतो, जेव्हा सलग ताण लागू केला जातो तेव्हा ते जलद कडक होते. हे निरीक्षण कॅपीबाराच्या केसांच्या असामान्य संरचनेशी किंवा अधिक तंतोतंत दोन सममितीय भागांच्या उपस्थितीशी आणि त्यांच्या दरम्यान रेखांशाचा खोबणीशी संबंधित आहे.

पूर्वीचे अभ्यास आधीच आयोजित केले गेले आहेत जे दर्शवितात की यंगचे मापांक (रेखांशाचा लवचिक मापांक) वेगवेगळ्या प्राण्यांच्या प्रजातींमध्ये केसांचा व्यास वाढल्याने कमी होतो. या कामांनी असे नमूद केले आहे की पेकेरीचे यंगचे मॉड्यूलस इतर प्राण्यांच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या कमी आहे, जे त्याच्या केसांच्या संरचनेच्या छिद्रामुळे असू शकते.

हे देखील जिज्ञासू आहे की पेकेरीच्या केसांवर काळे आणि पांढरे दोन्ही भाग असतात (दोन-रंग). केसांच्या पांढर्‍या भागात टेन्साइल ब्रेक्स बहुतेकदा होतात. काळ्या भागाचा वाढलेला प्रतिकार मेलेनोसोम्सच्या उपस्थितीमुळे होतो, जे केवळ काळ्या केसांमध्ये आढळतात.

ही सर्व निरीक्षणे खरोखरच अद्वितीय आहेत, परंतु मुख्य प्रश्न कायम आहे: केसांची परिमाणे त्याच्या सामर्थ्यात भूमिका बजावतात का?

जर आपण सस्तन प्राण्यांमधील केसांचे वर्णन केले तर, आम्ही संशोधकांना ज्ञात असलेल्या मुख्य तथ्यांवर प्रकाश टाकू शकतो:

• बहुतेक केसांच्या केसांमध्ये ते मध्यभागी दाट असतात आणि शेवटच्या बाजूस टेपर्स असतात; वन्य प्राण्यांची फर त्यांच्या अधिवासामुळे जाड असते;
• एका प्रजातीच्या केसांच्या व्यासातील तफावत दर्शविते की बहुतेक केसांची जाडी ही दिलेल्या प्राण्यांच्या प्रजातींसाठी सामान्य जाडीच्या श्रेणीमध्ये बदलते. केसांची जाडी एकाच प्रजातीच्या वेगवेगळ्या प्रतिनिधींमध्ये भिन्न असू शकते, परंतु या फरकावर काय परिणाम होतो हे अद्याप अज्ञात आहे;
• सस्तन प्राण्यांच्या वेगवेगळ्या प्रजातींमध्ये केसांची जाडी वेगवेगळी असते (जसे वाटेल तितके क्लिच).

या सार्वजनिकरित्या उपलब्ध तथ्ये आणि प्रयोगांदरम्यान मिळालेल्या डेटाचा सारांश देऊन, शास्त्रज्ञ केसांची जाडी आणि त्यांची ताकद यांच्यातील संबंध तयार करण्यासाठी सर्व परिणामांची तुलना करू शकले.

प्रतिमा क्रमांक 9: केसांची जाडी आणि विविध प्राणी प्रजातींमधील त्यांची ताकद यांच्यातील संबंध.

केसांचा व्यास आणि विस्तारक्षमतेतील फरकांमुळे, शास्त्रज्ञांनी वेइबुल आकडेवारीच्या आधारे त्यांच्या तन्य ताणांचा अंदाज लावला जाऊ शकतो का हे पाहण्याचा निर्णय घेतला, जे विशेषत: नमुन्याच्या आकारात आणि परिणामी दोषांच्या आकारात फरक दर्शवू शकतात.

असे गृहीत धरले जाते की व्हॉल्यूमसह केसांचा विभाग V समावेश n व्हॉल्यूमचे घटक आणि प्रत्येक युनिट व्हॉल्यूम V0 दोषांचे समान वितरण आहे. दिलेल्या व्होल्टेज स्तरावर, सर्वात कमकुवत लिंक गृहितक वापरणे σ संभाव्यता P खंडासह दिलेल्या केसांच्या भागाची अखंडता राखणे V प्रत्येक व्हॉल्यूम घटकांची अखंडता राखण्याच्या अतिरिक्त संभाव्यतेचे उत्पादन म्हणून व्यक्त केले जाऊ शकते, म्हणजे:

P(V) = P(V0) · P(V0)… · P(V0) = · P(V0)n

खंड कुठे आहे V n व्हॉल्यूम घटक समाविष्टीत आहे V0. जसजसे व्होल्टेज वाढते P(V) नैसर्गिकरित्या कमी होते.

दोन-पॅरामीटर Weibull वितरण वापरून, संपूर्ण व्हॉल्यूमच्या अपयशाची संभाव्यता खालीलप्रमाणे व्यक्त केली जाऊ शकते:

1 - P = 1 - exp [ -V/V0 (σ/σ0)मी]

जेथे σ - लागू व्होल्टेज, σ0 ही वैशिष्ट्यपूर्ण (संदर्भ) ताकद आहे, आणि m — Weibull मॉड्युलस, जे गुणधर्म परिवर्तनशीलतेचे मोजमाप आहे. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की वाढत्या नमुना आकारासह विनाशाची संभाव्यता वाढते V स्थिर व्होल्टेजवर σ.

चार्ट वर 9 मानवी आणि कॅपीबारा केसांसाठी प्रायोगिक अपयशाच्या ताणाचे वेबुल वितरण दर्शविले आहे. मानवी केसांसाठी m च्या समान मूल्यासह सूत्र # 2 वापरून इतर प्रजातींसाठी वक्रांचा अंदाज लावला गेला (m = 0.11).

वापरलेले सरासरी व्यास होते: वराह - 235 µm, घोडा - 200 µm, peccary - 300 µm, अस्वल - 70 µm, हत्तीचे केस - 345 µm आणि जिराफ - 370 µm.

ब्रेकिंग ताण येथे निर्धारित केले जाऊ शकते की वस्तुस्थितीवर आधारित P(V) = 0.5, हे परिणाम सूचित करतात की संपूर्ण प्रजातींमध्ये केसांचा व्यास वाढल्याने अपयशाचा ताण कमी होतो.

चार्ट वर 9B बिघाडाच्या 50% संभाव्यतेवर भाकित फुटण्याचा ताण दर्शवितो (P(V) = 0.5) आणि वेगवेगळ्या प्रजातींसाठी सरासरी प्रायोगिक ब्रेकिंग स्ट्रेस.

हे स्पष्ट होते की केसांचा व्यास 100 ते 350 मिमी पर्यंत वाढतो, त्याचा ब्रेकिंग स्ट्रेस 200-250 MPa वरून 125-150 MPa पर्यंत कमी होतो. Weibull वितरण सिम्युलेशन परिणाम वास्तविक निरीक्षण परिणामांशी उत्कृष्ट सहमत आहेत. अपवाद फक्त पेक्करी केसांचा आहे कारण ते अत्यंत सच्छिद्र आहेत. वेइबुल वितरण मॉडेलिंगद्वारे दर्शविलेल्या पेक्करी केसांची वास्तविक ताकद कमी आहे.

अभ्यासाच्या बारकाव्यांबद्दल अधिक तपशीलवार परिचित होण्यासाठी, मी पहाण्याची शिफारस करतो शास्त्रज्ञांनी अहवाल दिला и अतिरिक्त साहित्य त्याला.

एपिलोग

वरील निरीक्षणांचा मुख्य निष्कर्ष असा आहे की जाड केस मजबूत केसांच्या समतुल्य नाहीत. खरे आहे, जसे शास्त्रज्ञ स्वतः म्हणतात, हे विधान सहस्राब्दीचा शोध नाही, कारण मेटल वायरचा अभ्यास करताना अशीच निरीक्षणे केली गेली होती. इथे मुद्दा भौतिकशास्त्र, यांत्रिकी किंवा जीवशास्त्रातही नाही, तर आकडेवारीचा आहे - वस्तू जितकी मोठी तितकी दोषांना वाव जास्त.

शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास आहे की आम्ही आज घेतलेल्या कार्यामुळे त्यांच्या सहकाऱ्यांना नवीन कृत्रिम साहित्य तयार करण्यात मदत होईल. मुख्य समस्या अशी आहे की आधुनिक तंत्रज्ञानाचा विकास असूनही, ते अद्याप मानवी किंवा हत्तीच्या केसांसारखे काहीतरी तयार करण्यास सक्षम नाहीत. शेवटी, इतके लहान काहीतरी तयार करणे आधीच एक आव्हान आहे, त्याच्या जटिल संरचनेचा उल्लेख नाही.

जसे आपण पाहू शकतो, या अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की भविष्यातील अति-मजबूत आणि अल्ट्रा-लाइट सामग्रीसाठी प्रेरणा म्हणून केवळ स्पायडर रेशीमच शास्त्रज्ञांचे लक्ष वेधून घेण्यास पात्र नाही तर मानवी केस देखील त्याच्या यांत्रिक गुणधर्मांनी आणि आश्चर्यकारक सामर्थ्याने आश्चर्यचकित होऊ शकतात.

वाचल्याबद्दल धन्यवाद, उत्सुक रहा आणि मित्रांनो एक चांगला आठवडा जावो. 🙂

काही जाहिराती 🙂

आमच्यासोबत राहिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्हाला आमचे लेख आवडतात का? अधिक मनोरंजक सामग्री पाहू इच्छिता? ऑर्डर देऊन किंवा मित्रांना शिफारस करून आम्हाला समर्थन द्या, $4.99 पासून विकसकांसाठी क्लाउड VPS, एंट्री-लेव्हल सर्व्हरचे एक अद्वितीय अॅनालॉग, जे तुमच्यासाठी आमच्याद्वारे शोधले गेले आहे: VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps बद्दल संपूर्ण सत्य $19 पासून किंवा सर्व्हर कसा शेअर करायचा? (RAID1 आणि RAID10 सह उपलब्ध, 24 कोर पर्यंत आणि 40GB DDR4 पर्यंत).

डेल R730xd ऍमस्टरडॅममधील इक्विनिक्स टियर IV डेटा सेंटरमध्ये 2 पट स्वस्त? फक्त इथेच 2 x इंटेल टेट्राडेका-कोर Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 टीव्ही $199 पासून नेदरलँड मध्ये! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99 पासून! बद्दल वाचा इन्फ्रास्ट्रक्चर कॉर्पोरेशन कसे तयार करावे. डेल R730xd E5-2650 v4 सर्व्हरचा वापर करून 9000 युरो किमतीचा वर्ग?

स्त्रोत: www.habr.com