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为什么不能制造出像蚊子口器一样的针头?

本帖由 漂亮的石头2023-07-01 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    [​IMG] 苏澄宇,动物科学 / 冷门问题收割者 / 分享动物们的小秘密

    科学家有在这方面努力,希望做出一款类似蚊子口器那样的针头,所以一直有对蚊子吸血针头的研究。

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    左侧蚊子口器,右侧针头

    蚊子的有六根针头,最主要的那部分,也是区别于注射器针头的一点在于:在扎入的时候,蚊子不只是简单地用力往里头扎,而是往复地切割皮肤,逐步地插入血管。

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    你可以看到上面那锯齿状物就是蚊子用于切割皮肤的。

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    当扎入皮肤时,锯齿会先往复上下移动,慢慢地刺穿皮肤,让针头扎入血管。

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    可以说,蚊子的针头就像一把瑞士军刀,吸血的时候不是简单的扎入,还有反复的切割。

    锯齿形针头在插入时,可以减少针头表面与皮肤真皮层之间的接触面积,因此可以很容易地插入皮肤。

    所以有人想到,是不是可以做出一种类似蚊子的锯齿针头。

    2002 年,科学家在实验室做出了一种新的微型空心针,周围有二氧化硅制成的锯齿。此时的研究还比较初期,所以并没有做更多的实验验证其有效性[1]。

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    后来有人在此基础上做出了更接近蚊子口器的针头,如下图所示[2]。

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    他们还做了实验,让普通针头和特殊的锯齿针头作对比,看这两种针头在扎入牛脑和牛肝的时候,哪个效率更高。

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    结果自然是,像蚊子口器一样的锯齿针头更高效,相比于普通针头,锯齿针头在扎入牛脑时减少了约 10-25%的阻力,在扎入牛肝时降低了 35-45%的阻力。

    既然仿生蚊子针头那么好用,那肯定会有人想用到更多方面,比如癌症取样的活检针。

    如果出现癌症病变,想要对其确诊分析,最重要的一步就是用活检针进行微创取样和病理分析。想要得到准确的癌症诊断,则需要依赖针头扎入癌变部分的准确性。

    但现有的活检针,在扎入过程中,容易造成软组织和器官的形变、移动,采样会有可能采不到癌细胞,也有可能会造成采样的量不足,者都会影响到诊断的准确性[3]。

    而蚊子的针头在扎入皮肤的时候,在扎入挤压过程中对组织造成的形变较少,也不容易产生位移。然后做出了一根有锯齿切割的针头。

    下图中 a 是普通的活检针,c 是改良的活检针,可以看到后者通过切割式扎入减少了针前的组织应变,并稳定了周围组织的移位。

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    所以,题目问:为什么不能制造出像蚊子口器一样的针头?答案是科学家一直有在努力,让你有天体验到被蚊子咬的舒适感(bushi
     
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