Nehmen Sie Meow Star als Beispiel! Anwendung des Rasterelektronenmikroskops (SEM) zur Untersuchung der Mikrostruktur von Tierhaaren

Verwenden Sie ein Rasterelektronenmikroskop (REM), um Katzenhaare zu untersuchen

Haare sind ein Derivat der Hornschicht der Haut, was auch ein Merkmal von Säugetieren ist. Das Haar aller Tiere hat eine Grundform und -struktur mit vielen differenzierten Haarmorphologien (wie Länge, Dicke, Farbe usw.). Dies muss eng mit seiner Mikrostruktur zusammenhängen. Daher steht die Mikrostruktur von Haaren seit vielen Jahren im Mittelpunkt der Forschung.

Im Jahr 1837 verwendete Brewster erstmals optische Mikroskopie, um die spezifische Struktur auf der Oberfläche von Haaren zu entdecken, und markierte damit den Beginn der Erforschung der Haarmikrostruktur. In den 1980er Jahren wurde die Erforschung der Haarmikrostruktur mit der weit verbreiteten Anwendung des Elektronenmikroskops zur Erforschung der Haarmikrostruktur weiter verbessert und weiterentwickelt. Unter dem Rasterelektronenmikroskop ist das Bild der Haarstruktur klarer, präziser und hat einen starken dreidimensionalen Sinn, eine hohe Auflösung und kann aus verschiedenen Winkeln betrachtet werden. Daher wird das Rasterelektronenmikroskop häufig zur Beobachtung von Tierhaaren verwendet.

Mikrostruktur von Katzenhaar unter dem Rasterelektronenmikroskop

Katzen sind weit verbreitete Haustiere. Die meisten Arten haben weiches Fell, weshalb sie bei den Menschen sehr beliebt sind. Welche Informationen können wir also aus SEM-Bildern von Katzenhaar gewinnen? Mit dieser Fragestellung haben wir Haare von verschiedenen Körperteilen von Katzen gesammelt und die Mikrostruktur des Haars mit einem CIQTEK Wolframfilament-Rasterelektronenmikroskop untersucht. Je nach den Merkmalen der Oberflächenstruktur und Morphologie des Haars kann es in vier Kategorien unterteilt werden: fingerartig, knospenartig, wellig und schuppig. Das Bild unten zeigt das Haar einer Britisch Kurzhaarkatze.

Wie aus dem Rasterelektronenmikroskopbild ersichtlich ist, weist seine Oberfläche eine deutliche Wellenstruktur auf. Die gleichen Oberflächenstruktureinheiten sind das Haar von Hunden, Rehen, Kühen und Eseln. Ihre Durchmesser liegen im Allgemeinen zwischen 20 und 60 μm. Die Breite der Welleneinheit verläuft fast quer zum gesamten Umfang des Haarschafts und der axiale Abstand zwischen jeder Welleneinheit beträgt etwa 5 μm. Der Durchmesser des Haars der Britisch Kurzhaarkatze im Bild beträgt etwa 58 μm. Nach dem Vergrößern können Sie auch die oberflächliche Haarschuppenstruktur sehen. Die Breite der Schuppen beträgt etwa 5 μm und das Seitenverhältnis beträgt etwa 12:1. Das Seitenverhältnis der gewellten Einheitsstruktur ist klein und das Seitenverhältnis hängt mit der Flexibilität des Haares zusammen. Je größer das Seitenverhältnis, desto weicher ist das Haar und desto steifer ist es nicht. Zwischen den Haarschuppen und dem Haarschaft besteht ein gewisser Abstand. Ein größerer Zwischenraum kann Luft speichern, die Luftströmungsgeschwindigkeit verlangsamen und die Wärmeaustauschgeschwindigkeit verringern. Daher bestimmen auch unterschiedliche Oberflächenelementformen den Unterschied in der Wärmedämmleistung.

Haaroberfläche der Britisch Kurzhaarkatze /10kV/ETD

Haaroberfläche der Britisch Kurzhaarkatze /10kV/ETD

Auch Haarquerschnitte können viele Informationen liefern. Im Allgemeinen besteht Haar von außen nach innen aus drei Schichten: Haarschuppen, Haarrinde und Haarmark. Die Haarschuppenschicht besteht aus flachen Zellen, die sich überlappen und die Oberfläche des Haars in Form von Fischschuppen bedecken. Sie sind von der Haarwurzel bis zur Haarspitze angeordnet und umhüllen die innere Rinde. Obwohl dieser Film sehr dünn ist, schützt er das Haar. Die Haarrindenschicht befindet sich in der Mitte und besteht hauptsächlich aus weichem Keratin. Die Kettenstruktur des Keratins macht das Haar dehnbar und schwer zu brechen und spielt eine entscheidende Rolle für die Elastizität und Zähigkeit des Haares. Das Haarmark befindet sich in der Mitte des Haares und besteht aus locker angeordneten Zellen. Das Innere ist eine hohle Struktur, die Luft enthält. Diese lufthaltigen Löcher haben eine wärmeisolierende Wirkung.

A: Haarschuppen B: Haarrinde C: Haarmark

Haarstrukturdiagramm

Wir schnitten das Fell der Britisch Kurzhaarkatze und beobachteten seine Struktur im Querschnitt. Auf der SEM-Aufnahme ist klar zu erkennen, dass das Haar tatsächlich aus drei Teilen besteht: äußeren Schuppen, mittlerer Rinde und zentralem Mark. Auf der vergrößerten SEM-Aufnahme der Fellrinde ist zu erkennen, dass die Rinde eine gleichmäßige Verteilung der Faserstruktur aufweist. Das ist das Geheimnis der Fellrinde, die das Haar elastisch und zäh macht. Auf der vergrößerten SEM-Aufnahme der Markschicht ist zu erkennen, dass ihre Struktur locker und porös ist, was die Luftspeicherung begünstigt. Durch die wärmeisolierende Wirkung des Haars können Katzen in der kalten Jahreszeit Wärme speichern. Beim Jahreszeitenwechsel zwischen Frühling und Sommer verlieren Katzen einen Teil ihres Fells, um sich besser an die jahreszeitlichen Klimaveränderungen anzupassen.

Haaroberfläche einer Britisch Kurzhaarkatze / 15kV/BSED

Mikroskopische Morphologie der Haarrindenschicht/ 15kV/BSED

Mikroskopische Morphologie der Haarmarkschicht/ 15kV/BSED

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Betrachtung von Tierhaaren mit einem Rasterelektronenmikroskop viele mikroskopische Informationen gewonnen werden können. Diese Informationen können uns nicht nur dabei helfen, die Art des Tierhaars zu bestimmen und den Gesundheitszustand und die Lebensgewohnheiten des Tieres zu verstehen, sondern seine Haarmikrostruktur ist auch ein wichtiger Referenzwert für die Forschung und Entwicklung bionischer Strukturmaterialien mit guten Wärmedämm-, Hydrophobie- und Flexibilitätsfunktionen.