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以“喵星人”为例扫描电镜在动物毛发微观结构研究中的应用

2024.6.18

用扫描电镜看看猫咪的毛发

　　“每个人的身上都有毛毛~”

　　毛发是哺乳动物皮肤表皮部角质层的衍生物，也是哺乳动物的特征之一，所有动物的毛发都有其基本的形态和结构，而不同的动物在毛发形态上（如长短、粗细以及色泽等）又表现出差异。毛发形态的差异必定与其微观结构有着紧密的联系，因此，毛发微观结构也是人们多年来研究的重点^[1]。

　　1837年，Brewster首次应用光学显微镜发现毛发表面的特异性结构，标志着毛发微观结构研究的开始。20世纪80年代，随着电子显微镜在毛发微观结构研究中的广泛应用，毛发的微观结构研究有了进一步的完善与发展，扫描电子显微镜下，毛发结构的图像更加清晰、精确，并且立体感强，分辨率高，可以从不同的角度进行观察。因此，扫描电子显微镜开始广泛应用于动物毛发的观察。

　　扫描电镜下，猫毛的微观结构

图片来源：摄图网

　　猫作为饲养较广泛的一种宠物，多数品种都有着一身柔软的毛发，让人颇为喜爱。

　　那么，从猫毛的扫描电镜图像中，我们能获取什么信息呢？带着疑问，我们收集了猫咪不同身体部位的毛发，使用国仪量子的钨灯丝扫描电镜观察毛发的微观结构。

　　根据毛发表面结构形态的特征，可以将其分为指状、芽状、波状和鳞状4类^[2]。下图中是一只英短猫的毛发，从扫描电镜图中可以看到，其表面是明显的波状结构，同样具有波纹形状的表面结构单元的还有狗、狍、牛、驴的毛发，它们的直径一般都在 20~60μm之间，波状单元宽度几乎横绕毛干全周，每一波状单元轴向间距5μm左右。图中英短猫毛发的直径约为58μm，放大以后，也可以看到表面的毛鳞片结构，鳞片宽度约为5μm，长宽比约为12比1。波状单元结构的长宽比都较小，而长宽比与毛发的柔韧性有关，长宽比越大，毛发的柔软性越好，刚度强不易断裂。在毛鳞片与毛干中间有一定的间隙，较大的空隙可以贮存空气，减缓空气流动速度，热交换的速度也降低了，因此不同的表面单元形态也决定了其保温性能的差异。

英短猫毛发表面/10kV/ETD

　　同样，毛发的截面也可以带来很多信息。一般来说，从外至内，毛发由毛鳞片、毛皮质及核心部毛髓质3层组成。毛鳞片层由扁平细胞组成，以鱼鳞状重叠覆盖毛发表面，从毛根排列到毛梢，包裹着内部的皮质。这一层膜虽然很薄，却起到保护毛发的作用。毛皮质层位于中间，主要由柔软的角蛋白构成，角质蛋白的链状结构，使毛发具有可伸缩的特性，不易被拉断，对毛的弹性和韧性起决定性作用。毛髓质位于毛发的中心，由排列疏松的细胞构成，内部是空心的结构，里面含有空气，这些包含空气的洞孔具有保温的作用。

毛发构造图

　　我们切开了英短猫的毛发，观察其截面结构。从SEM图中可以清晰看到，毛发确实是由外层鳞片、中层皮质以及中心髓质三个部分组成。放大后的毛皮质层的SEM图中可以看出，皮质层中有均匀的纤维结构分布，这正是毛皮质层使毛发具有弹性和韧性的奥秘。放大后的毛髓质层的SEM图中可以看出，其结构疏松多孔，的确有利于空气的保留。毛发的保温作用，使得猫咪在寒冷的季节，得以保存热量。而在春夏换季时期，为了更好的适应季节气候的变化，猫咪就会脱去部分毛发。