本帖最后由 twq19810302 于 2023-10-10 13:12 編輯
有一根“針”戳進你皮膚的時候，你毫無感覺，甚至還有點癢癢。 對，就是你最恨的蚊子干的。今天跟大家聊聊讓你深惡痛絕的蚊子，是如何用精妙的吸血方式，讓你無痛出血的。 問，世界上人類幼崽哭聲最多的地方是哪兒？ 答案只有一個，那就是 醫院兒科的注射室。
不管是輸液針頭還是注射器，只要這個明晃晃的東西亮出來，必定能讓每個孩子痛哭流涕。 畢竟在人類百萬年的進化歷程中，看到針刺、尖銳的東西就能立刻感受到危險，所以 對針頭的恐懼可以說是刻在人類基因里。 但卻有一個例外。 有一根 “ 針 ” 戳進你皮膚的時候，你毫無感覺，甚至還有點癢癢。對，就是你最恨的蚊子。
蚊子吸血后，除了給你留下一個奇癢無比的包以外，幾乎沒有痛感。 同樣是用一根 “ 針 ” 刺入皮膚，那蚊子是如何做到無痛吸血的呢？ 為了回答這個問題，有不少科學家都在研究蚊子，并試圖研制出蚊子嘴一樣的針。 大家好，我是差評君， 今天跟大家聊聊讓你深惡痛絕的蚊子，是如何用精妙的吸血方式， 讓你無痛出血的。
蚊子是如何無痛吸血的？
如果你真的抓到一只活蚊子，會發現它的口針非常軟，不管你多用力，都不可能把它刺進皮膚。 因為蚊子并不是直接用口針刺進皮膚， 它們有一套特殊的吸血技巧。 蚊子口器結構 這是一只庫蚊，平時咬你次數最多的蚊子。 從外表看，蚊子的口器確實很像一個針頭，但實際結構非常復雜，它更像一個盾構機。 我們能看到的， 是蚊子的下唇，它像一個劍鞘，包裹著六根針。
一對上顎，一對下顎，一個上唇，和一個舌。 蚊子下顎的前段帶有鋸齒，它內柔外剛，越靠近尖端，表面硬度越高，負責刺鋸皮膚，而上顎非常銳利，負責切割皮膚。 舌頭負責注入唾液，上唇負責吸血，而那個 “ 劍鞘 ”，也就是下唇，負責引導位置和撐開傷口。 所以蚊子并不是在用一根針咬你，而是用了個 “ 6+1 ” 的配置來吸你的血。 蚊子如何吸血？ 今天，這只庫蚊又一次停在你的身上決定吸點血，但這個過程并不容易。 首先，蚊子會繃緊口器，對你的皮膚來一次動態沖擊。 這時候，它下唇包裹下的 “ 六脈神劍 ” 會集體出鞘，率先攻擊的是上顎，這根針擁有最銳利的尖端，就像一把花劍刺入你的皮膚，然后是尖端帶有鋸齒的下顎，它負責鋸開皮膚，讓口器繼續深入。
這時候從皮膚外面看，蚊子的下唇正彎曲成一個拱形，下方緊貼著你的皮膚。它一邊撐開傷口，一邊引導其他口器尋找血管，就像捏住釘子的左手一樣，為右手提供落錘方位的指引。 但蚊子并不能百分百找到血管，所以它的上顎和下顎就像一把瑞士軍刀，用 10-15hz 的頻率，反復的刺入和切割，在你的皮肉間游走，尋找合適的毛細血管。這個叮咬過程甚至會持續幾分鐘。 終于，這只蚊子找到了目標血管，于是口器中心位置的兩個管道，上唇和舌就開始工作了。 舌負責把唾液注射到你的血管里。蚊子唾液含有按蚊素 （ anophelin ），能夠防止血管凝血，讓血液更容易流動。并且含有麻醉效果的蛋白質，能在吸血的時候降低你的皮膚敏感性。 蚊子口器的最后一步才是吸血，這時候終于輪到上唇工作了，它和下顎一樣外柔內剛，越靠近尖端，表面硬度越高，它負責插入毛細血管，將新鮮血液運出去。 當吸血太多的時候，蚊子腹部會膨脹到比自身還大，這時候它會分離出血液中的水分，騰出空間來儲存更有營養的血紅細胞。 整個吸血過程差不多要 240 秒，即使是無干擾的條件，蚊子都有一半幾率吸不到血。
但你家的這只庫蚊比較幸運，在被你發現之前，它就唱著小曲兒離開了。 而它遺留下的唾液會被你的免疫系統識別成 “ 外來病毒 ”，并開啟一場免疫大戰。 蚊子唾液中的功能蛋白，會和皮膚粘膜下致敏的細胞結合，使細胞釋放組胺等物質， 導致皮膚發紅、水腫，并且產生瘙癢的感覺。
所以蚊子包的本質就是一種過敏反應。如果有人長期被蚊子咬，那他的免疫系統就能無視蚊子唾液里的蛋白，最后就不會起包了。但其實大部分人被咬的還不夠多，所以很難免疫蚊子的攻擊。 而蚊子唾液不止會讓你起包，如果這只蚊子體內攜帶瘧原蟲、登革熱病毒，寨卡病毒，日本腦炎之類的蚊媒病原體，那病原體也會在這時候隨著唾液混入體內。 直到現在，每年仍然有超過 70 萬人因蚊蟲叮咬而死亡。
如何制造蚊子口器一樣的針頭？
看完蚊子的吸血過程，它無痛吸血的奧秘也就破解了： 一是它帶有麻醉劑的唾液，二是微小卻結構各異的口器，以及振動刺入的方式。 那有同學就說了，人類能不能做出一種類似蚊子口器的針頭，模擬蚊子叮人，打針就不疼了呢？ 這就不得不提到微針技術了。 日本科學家神山文男受蚊子 “ 無痛吸血 ” 的啟發，開發出一種極細的注射針頭，直徑只有 60 微米，將多個這樣的微針陣列排布，就實現了藥物的快速輸送。
這種微針只有幾百微米到幾毫米長，可以恰好穿過皮膚角質層而又不觸及痛覺神經，在皮膚表面形成給藥通道，使藥物到達皮膚指定深度，并進入皮下的毛細管網被吸收，在藥物滲透的同時又不會引起痛感和皮膚損傷。 微針技術可以說是藥物輸送和血液采樣的一次技術飛躍，特別對于糖尿病等需要長期注射藥物的人群來說，再也不用忍受注射疼痛了，這種感覺只能用一個字形容，爽 （ 沈騰 ）！ 不過由于人造微針是直接刺入皮膚，刺入力比蚊子口針大 3 個數量級，在刺入過程中容易發生屈曲和斷裂，目前還沒有實現大規模的臨床應用。
而蚊子上唇端部還可看到一個長 20~25 μm 的 V 形加強筋，這個結構增強了上唇強度和剛度，因而不容易發生彎曲破壞。 這個大自然的設計比所有普通針頭和微針設計高明得多。 所以從造物主的角度來看，現有技術制造的仿生針只是對蚊子口器的拙劣模仿。 另外，一些醫療器材的設計也學習了蚊子的口器結構， 比如活檢針。 活檢是診斷癌癥最常見的方法，醫生會用活檢針從疑似腫瘤的組織采集一小塊，稱為樣本。然后，病理醫生將在顯微鏡下觀察該樣本，以作出準確診斷。 但活檢針在扎入過程中可能會造成組織損傷、形變、移動等問題。既影響診斷的準確性 又有可能對患者造成創傷。尤其對腦組織來說，即使是輕微的創傷都有可能造成不可逆的腦損傷，所以醫學界一直渴望能有一種不會造成組織損傷的活檢針。 2017 年，天普大學的四名科學家就研制了 一種仿生手術針，借鑒了蚊子下顎的鋸齒結構。
他們用牛腦和牛肝進行測試，發現這種特殊結構的針頭更高效，相比于普通針頭，鋸齒針頭在扎入牛腦時減少了約 10-25% 的阻力，在扎入牛肝時降低了 35-45% 的阻力。 這也意味著這種活檢針在扎入皮膚的時候，阻力更小，在扎入擠壓過程中對組織造成的形變也較少，更不容易產生位移。 而就在上個月的世界人工智能大會上，中國科學院上海微系統所傳感技術國家重點實驗室， 展示了他們研制的一種類蚊口器仿生柔性神經探針。 簡單的說就是一種侵入式腦機接口，可以用來臨床科研、監測治療癲癇、抑郁癥、漸凍癥等腦部疾病。 而這個類蚊仿生神經探針就模仿了蚊子下顎和上唇的獨特結構——外部為一個較硬的外樵，內部為一個柔性吸管——外樵的硬度可保證植入，而柔性吸管則可滯留在體內進行采集。 外樵的硬度甚至能夠直接穿透硬腦膜，相比于傳統腦機接口需要將硬腦膜剖開再植入的方式更加便捷，而且穿透過程中也不會損害電極。
探針背后的高靈敏觸覺傳感器陣列也學習了蚊子用觸覺而非視覺的定位方式，能準確分辨探針所碰到的是腦組織還是血管，從而避免血管損傷。 在蚊子口針的仿生原理上，人類已經研究了上百年，接下來的難點就在于微納制造技術以及降低成本。 雖然我們都恨透了蚊子這種生物，卻有無數科學家們都在努力模仿蚊子，為的就是有一天讓我們在注射或手術時，真的像蚊子叮咬般無痛。 雖說我們對大自然的精巧設計還模仿的很拙劣，但這不能阻擋人類對它的理解和學習，直到我們成為自己的造物主。
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發表于 2023-10-10 13:10:45
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