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科普天地

如何让蚊子“看”不见你?穿上这件衣服就够了

2020年10月30日 浏览量: 评论(0) 来源:新浪科技综合 作者: 责任编辑:yjcadmin
摘要:为了摆脱被蚊子叮咬的困扰,人类做了很多努力,包括用衣服、蚊帐间接保护自己免受蚊子的骚扰,或是用蚊香、电蚊拍和蚊子做正面斗争。但是,这些方法的效果都有限。

来源:中科院半导体所

为了摆脱被蚊子叮咬的困扰,人类做了很多努力,包括用衣服、蚊帐间接保护自己免受蚊子的骚扰,或是用蚊香、电蚊拍和蚊子做正面斗争。但是,这些方法的效果都有限。

近几年,科学家找到了一种新方法,制造出了一种“隐形衣”,让人类对蚊子“不可见”,而这件隐形衣的材质是石墨烯薄膜。

石墨烯是什么?为什么石墨烯薄膜制成的衣服,能防止蚊子叮咬人类?要想知道这件“隐形衣”为什么能防蚊,我们首先需要了解蚊子为什么会“独宠”一部分人。

图片来源:百度百科图片来源:百度百科

蚊子喜欢咬什么样的人?

为了“师蚊长技以制蚊”,科学家对地球上三千多种蚊子进行了分类,会对人类进行叮咬的主要有三种蚊子,分别是:按蚊Anopheles、伊蚊Aedes(后文实验用蚊)、库蚊Culex,它们依次长下面这样:

图片来源:https://www.youtube.com/watch?v=NlaaGS76A1k图片来源:https://www.youtube.com/watch?v=NlaaGS76A1k

雌蚊怀孕后,需要吸食人血来补充蛋白质,但是蚊子并不是通过视觉寻找食物,而是主要靠嗅觉。蚊子的下颚须上有十分灵敏的二氧化碳感受器,这个感受器可以感受到低至0.05%的二氧化碳浓度波动。

图片来源:https://www.youtube.com/watch?v=wF5KfsKxK6Q图片来源:https://www.youtube.com/watch?v=wF5KfsKxK6Q

人类呼出的气体中有百分之四是二氧化碳。蚊子可以轻易地在数十米外感知你的存在,就像你远远就可以闻到厨房飘出的饭香。

在接近人类一至两米后,蚊子主要是根据人类的汗臭(主要是由汗液中的乳酸、氨、辛烯醇、丙酮和二甲基二硫醚产生的气味),选择吸血目标。

运动出汗之后的你,在蚊子眼中绝对是一盘绝味肉排 图片来源:知网运动出汗之后的你,在蚊子眼中绝对是一盘绝味肉排 图片来源:知网

大开脑洞的防蚊器材:石墨烯防蚊衣

为了与蚊子做斗争,人类费尽心思,甚至想到了给蚊子做绝育。但现实是,在这场人蚊大战中,人类并不能消灭掉对手。

近几年,研究人员想到了一个新思路:让蚊子“看”不见我们。

这就是前面我们提到了石墨烯“隐身衣”。一种基于石墨烯的创新薄膜可以帮助人们抵御携带疾病的蚊子。

什么是石墨烯呢?简单来说,石墨烯就是碳原子组成的六角形结构(如下图所示)。

石墨烯分子结构图石墨烯分子结构图

你可以想象石墨烯是由单层碳原子构成的一个像蜂窝似的薄膜。如果是由两层叠到一起的就叫双层石墨烯,除此之外还有少层石墨烯,当然再多层的石墨烯那就是石墨啦!

那么石墨烯有多厚呢?石墨烯是单层原子构成的,厚度在0.335nm左右。

0.335nm有多薄?用形象的比方来说,我们头发的直径是石墨烯厚度的20万倍。因此石墨烯被科学家定义为二维材料。简单理解就是,完全可以忽略石墨烯的厚度。所以石墨烯这种材料制成的衣物,绝对满足我们对轻薄的需求。

不仅如此,石墨烯还有很好的韧性,其杨氏模量的理论值有1.0TPa,其值远高于橡胶。石墨烯的强度是目前最好的钢铁的100多倍。钢铁侠的战衣看来也要更新换代了,以后可能会出现“石墨烯侠”了。

图片来源:中国新闻网图片来源:中国新闻网

这时科研工作者的脑海里盘旋着一个疑问:石墨烯对蚊子的防御是物理防御吗?类似于一层虽然很薄但是很坚硬的盾牌? 

石墨烯是如何让蚊子变成嗅觉“瞎子”的?

在接近人类一至两米后,蚊子主要是根据人类的汗臭选择吸血目标的。那么石墨烯防蚊衣到底具不具备“拒蚊于千里之外”的功能呢?

为了验证自己的猜想,研究人员以及志愿者为此做出了大胆的尝试和肉体上的牺牲,并把文章发布在了PNAS上。

看这题目,没错!这不是广告,而是一篇学术论文。

布朗大学的研究人员招募了一批参与试验的志愿者。并在实验室中培养了一批不携带病菌的蚊子。为了科学,这些志愿者要被蚊子咬几口。他们的手臂被放在一个充满蚊子的笼子里,只有一小块皮肤可供蚊子叮咬。

为了科学与严谨,他们在一个小箱子里放上一百只热爱叮咬人类且健壮的蚊子,然后在箱子底部开一个4~6平方厘米的小口,把皮肤放在下面。

图A是蚊子的聚餐时候的照片,图B就是被叮之后的皮肤。图C 上面是纱布下面是氧化石墨烯(GO)纳米片。纱布是对照组实验。图D和图E是实验组和对照组实验的统计结果。可以看得到Skin代表的是裸漏的皮肤,而Go(dry)是干燥的石墨烯片,cheesecloth是纱布的意思。

实验结果显示,石墨烯片一次蚊子叮咬也没有发生。这似乎与最开始我们预想的有点不一样。因为如果石墨烯对于蚊子是物理防御,也就是说蚊子发现了石墨烯片下面的“美味”,应该是对着石墨烯片一顿疯狂的冲击。但是实验人员并没有观察到这种情况。人类的皮肤似乎在敏锐的蚊子的面前穿上了隐形衣!

这个问题得到了实验人员的进一步的验证。

用于石墨烯薄膜渗透测试的特制扩散槽用于石墨烯薄膜渗透测试的特制扩散槽

实验证明,石墨烯的碳原子间隙虽然可以透过水分子,却可以阻断汗液中的大分子,如人类的汗臭(主要是由汗液中的乳酸、氨、辛烯醇、丙酮和二甲基二硫醚产生的气味),所以蚊子在石墨烯衣服面前会变成“瞎子”。

那是不是就说明我们很快就可以拥有一件防蚊的石墨烯衣服了呢?理论上,如果你能接受夏天用改良过的石墨烯片(rGo)把你包裹得严严实实,那绝对可以防止蚊虫的叮咬。不过为了凉爽,目前还只能是用欣赏的眼光看待这款防蚊虫隐身衣。

但是这个研究成果对某些特殊领域的意义比较大,比如林业守护人员的防护衣,可能会有一些革命性的变革。

图中护林员正在山中巡查 图片来源:人民网图中护林员正在山中巡查 图片来源:人民网

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