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人類能在100年内掌握蟲洞技術嗎

科技更新时间:2024-12-09 01:21:24

據外媒New Atlas報道，螞蟻和其他小動物為什麼會有如此出色的咬合力？根據俄勒岡大學和美國西北太平洋國家實驗室（PNNL）的科學家們的說法，答案在于它們在“牙齒”上均勻地添加鋅原子的能力。

人類能在100年内掌握蟲洞技術嗎（研究發現鋅原子塗層将螞蟻的口器變成堅硬）1

人們可能注意到，螞蟻、白蟻和其他小型節肢動物有一種非凡的能力，可以咬斷木材和令人驚訝的各種其他材料。昆蟲的下颚是由蛋白質和多糖聚合物甲殼素組合而成的，甲殼素通過氫鍵交聯，産生甲殼素微纖維。甲殼素很堅韌，當與其他材料如碳酸鈣混合時，會形成更堅韌的材料，如龍蝦和螃蟹的外殼。

這方面的一個重要例子是，當加入8%的鋅時，甲殼素變得足夠堅硬和有韌性，使非常尖銳、仔細的結構，如螞蟻的口器非常耐用。

人類能在100年内掌握蟲洞技術嗎（研究發現鋅原子塗層将螞蟻的口器變成堅硬）2

在俄勒岡大學研究人員Robert Schofield的領導下，一個生物物理學家小組一直在測量螞蟻“牙齒”和其他微型動物工具的硬度、彈性、斷裂能量、耐磨性和抗沖擊性，以了解更多關于它們如何工作以及如何在更大範圍内模仿它們。

為了實現這一目标，該團隊需要在原子尺度上觀察螞蟻的“牙齒”，因此PNNL材料科學家Arun Devaraj和博士實習生Xiaoyue Wang應用了原子探針斷層掃描。這涉及到用離子束顯微鏡收集的針狀标本，并将其置于激光或高電壓脈沖下，使原子從表面蒸發，以産生三維成像和化學成分測量，尺度約為1/10納米。

通過這種技術，該團隊可以繪制出螞蟻“牙齒”上的單個原子。他們發現，鋅均勻地分布在“牙齒”上，而不是像他們預期的那樣聚集在納米級的結節中。這種分布使“牙齒”更加鋒利，因此螞蟻或其他生物在刺穿材料時隻需使用與人類牙齒類似的材料所需的60%或更少的力量。這不僅使這種結構更加有效，而且還可以解釋為什麼節肢動物、甲殼動物、蠕蟲和其他生物都進化出下颚或類似工具。

“人類工程師也可能從這種生物技巧中學習，”Schofield說。“例如，螞蟻牙齒的硬度從大約塑料的硬度增加到加入鋅後的鋁的硬度。雖然有更硬的工程材料，但它們往往更脆。”

這項研究發表在《科學報告》上。

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