从动物身上得到八大医学灵感

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从动物身上得到八大医学灵感

2022-06-28 16:37:56 | 人围观 | 编辑:noble

这个世界很神奇。当人类被创造出来时,动物也被创造出来。我们总是认为人类比动物聪明。其实人类的很多灵感都来自于动物的制造,比如飞机,轮船。同时,现在的八大医学灵感也是从动物身上获得的。让我们来看看它们是什么。

动物的医学灵感

我们让自然变得更好并不容易,主要是因为经过长期的进化和调整,自然的许多错综复杂的结构和模式已经出现在我们面前。但是,我们可以学习,就像现在很多医疗技术都是从动物身上学来的一样。

1.软硬结合的乌贼嘴

鱿鱼嘴是自然工程杰作。它完全由角质等有机材料制成,顶部极其坚硬,底部非常柔软有弹性。鱿鱼嘴的这两个相反的特征可以解释,鱿鱼作为一种软体动物,在不伤害自身的情况下,会一点一点地撕碎捕获的食物。

这项重要的研究成果是由加州大学圣巴巴拉分校的一个研究小组提出的。他们指出,像鱿鱼嘴这样的梯度材料被广泛应用于医学和生物技术。例如,科学家可以开发一种假体,一端模仿软骨的弹性,另一端模仿骨骼的硬度。除了它们的功能之外,这些坚韧的材料不同于目前由金属或陶瓷制成的假体。它们的软硬特性对周围组织有益。

2.模仿沙塔蠕虫制成超级骨胶

如果我们考虑细节和投入的时间,塔莎蠕虫以其精致的结构可以赢得所有的建筑比赛。这种非常小的虫子还能把找到的沙子和贝壳粘在一起,最后自己做房子。

沙虫用胡须状的触须捕捉颗粒,并将其拖入嘴里。如果这个砂粒和其他砂粒符合它的要求,沙虫就会在小砂粒上涂上一些自制的胶水,然后再涂在不断生长的外壳上。

这种构建复杂外壳的缓慢过程与重建断骨的过程几乎是一样的。在这两种情况下,用于粘贴碎片的胶水都必须满足无毒和防水的条件,最重要的是,塔莎虫的胶水粘合速度很快。

因此,犹他大学的分子生物工程师Russell Stewart认为,模仿塔莎蠕虫的胶水强度制成的合成胶水可能是一种很好的骨胶。早期测试表明,斯图尔特开发的胶水无毒,可生物降解,强度是强力胶的两倍。

3.海参的秘密武器

吸引科学家注意的是它独特的皮肤结构。它也是非常好的清道夫。它们沿着海岸河床慢慢行走,但它们能清理所有遇到的食物残渣。

然而,缓慢的步伐和柔软的肉质似乎使它成为食肉动物最容易的猎物,但事实并非如此,因为这种类似皮革的动物拥有同样的秘密防御武器:它的皮肤上嵌有超薄的细胞膜纤维网。当海参受到威胁时,它会向这种网状结构中注入蛋白质,将纤维结合在一起,使其皮肤变硬,形成坚固的结构。

凯斯西储大学的化学家Christoph Weder开发了一种生物聚合物,它像海参的皮肤一样,可以立即从坚硬变得非常柔软。这种新颖的材料可以因为嵌入的纤维网而保持坚硬,但当它遇到水时,将纤维结合在一起的化学键就会断裂,水分蒸发后,它就会恢复原状。研究人员希望有一天这种材料可以取代金属制成的植入神经电极,因为生物聚合物电极在接触到潮湿的神经组织时会软化,从而避免损伤脆弱的大脑。

4.模仿蜗牛制成自行组装材料

总有一天,人们会开发出一种新型的人工关节韧带,这种韧带的灵感来自于蜗牛用来保护发育中的卵的一些粘性纤维材料。一米长的沟槽蜗牛卵经常被冲到岸边。像一串串珍珠,是众所周知的美人鱼项链。

美人鱼项链可以吸收强烈的震动,具有三重螺旋弹性结构,因此可以承受强烈的海浪冲击而不断裂。在弹性材料被拉开后,将美人鱼项链的三重螺旋结构固定在一起的连接器开始断裂。当拉到一定极限时,美人鱼项链不会像橡皮筋一样迅速弹回。断裂的链环会慢慢重新组合,逐渐恢复成和原来一样强度的美人鱼项链。

科学家可以使用具有如此高减震性能的人造橡皮筋来制造人类关节和四肢中的韧带和肌腱,但这些人造元件更耐磨,具有自愈合能力。与蜘蛛丝和其他坚韧材料不同,美人鱼项链的蛋白质具有自组装能力,这使得它们更容易被批量生产。

5.抗菌薄膜

虽然鲨鱼以其锋利的牙齿而闻名,但它们异常厚的皮肤也可能令人印象深刻。鲨鱼的皮肤也很厚,所以没有动物、细菌或藻类可以附着在上面。与鲨鱼和鲸鱼不同,对于喜欢搭便车的生物来说,后者的皮肤就像磁铁一样,可以让它们牢牢“抓住”。

鲨鱼皮的粗糙结构对于佛罗里达州的初创公司——Sharklet Technologies来说是一个非常有吸引力的“模型”,该公司根据自己的设计开发了一种抗菌薄膜。这种薄膜上覆盖着数百万个微小的凸起,它们像钻石一样相邻排列,可以粘在门和容器的表面,防止细菌滋生。

该公司的科学家表示,如果将其应用于医院,这种薄膜可以将细菌的形成延迟长达21天。

由于该薄膜没有杀菌作用,因此不用担心细菌会对它们产生抗性。

6.模仿蚌类的附着性制成超级薄膜

生活在潮间带的生命可能非常肮脏、粗野,也短命。连续的浪潮拍击、暴露在jiduan 温度和盐度很高的环境下、容易被一系列贪婪的食肉动物(包括人类)捕食,因此,只有耐力最强的有机体才能在这种环境下存活下来。不起眼的蚌类就是其中之一。多亏有一种强度令人难以置信的粘合剂蛋白母体,即众所周知的,从两片死死粘在一起的贝壳之间伸出的足丝(Byssus thread)(通常也称为“贻贝丝”或“贻贝的须”),蚌类才能附着在任何物体表面。

由工程师菲利普·麦瑟史密斯(phillip Messersmith)领导的西北大学的一个科研组,已经开发出一种特殊的双面涂层,这种涂层可模仿蚌类的附着性,用于医学移植。用二羟基苯丙氨酸(dihydroxyphenylalanine)制成的具有粘性的一面,用来把这个涂层附着在移植物上,二羟基苯丙氨酸是一种让蚌类的蛋白质产生抗力的氨基酸。被聚乙二醇覆盖的没有粘性的一面,可防止细胞碎片堆积和细菌形成。这些细胞碎片和细菌物质可粘贴在心******、导尿管和其他装置上,对它们产生污染。

7.模仿苍蝇耳朵制成的纳米助听器

大部分苍蝇都是利用大大的复眼追踪食物,或者逃脱蝇拍的拍打,而小型寄生苍蝇奥米亚棕蝇(Ormia ochracea)却是依靠敏锐的听力。这种雌苍蝇的胸前有两只非常敏锐的耳朵,它们通过灵敏的听力,甚至能根据数米外的蟋蟀的叫声,精确判断出它们的位置。奥米亚棕蝇耳朵里两个像皮鼓一样的薄膜,通过胸骨柄连接在一起,胸骨柄是一种骨骼构造,它可以扩大声音的振幅,确保该苍蝇能精确判断出声音是从哪个方向发出的。

纽约州立大学—宾厄姆顿分校的工程师罗恩·米勒斯(Ron Miles)受奥米亚棕蝇的惊人听力的启发,开发出一套助听工具,利用方向性微型耳麦模仿苍蝇超灵敏的耳朵。大部分助听器都无法避开背景噪音,然而米勒斯的小发明跟它们不同,这种新型助听器的使用者可通过模仿胸骨柄的设计,导向目标追踪特殊声音和交谈。得到美国国家卫生中心的国家耳聋与其他沟通失调中心资助使米勒斯信心大增,他希望这种技术能在新一代高级助听器的研发中起到重要作用。

8.坚韧而有弹性的蛛丝

迄今为止在自然界里还没发现有什么材料能像蛛丝的强度和柔韧度那么好。这种多功能纤维,由蜘蛛的丝腺里的一种复合蛋白质构成,通过丝腺上的喷丝头喷出。一只蜘蛛每天可产生多达100码(91.44米)蛛丝。这些蛋白质里的氨基酸的特殊布局,使它产生了一个由坚硬的结晶区和一个非结晶区构成的混合区域,这里正是产生具有超强抗张强度和弹性的蛛丝的地方。

这些惊人特征使蛛丝经常成为仿生学的关注对象。科学家希望能大批生产出人造版本,以便应用于工业、军事技术和医学(可当作一种超强缝合材料,这种材料可生物分解,而且柔韧度比纤维B大3倍)。虽然研究人员仍在继续努力,以便实现这个目标,但是最近的研究显示,一种丝状生物材料可以用来制造人体骨骼。这种纳米纤维的结构跟在结缔组织里发现的胶原蛋白和弹性蛋白的结构类似。这种结构使该物质成为理想的支撑材料,可用来进行血管移植,或者进行骨骼和软骨工程学研究。

人类所不具备的十大动物感官

人类是动物界的高级种群,不过人类虽然很高级,但是却不是什么能力都有,动物的一些感官人类的就比不上,我们去了解一下。

1.候鸟利用地球磁场保持飞行路线

许多鸟类,特别是那些候鸟可以利用地球的磁场在长途迁徙的时候保持飞行路线,科学家仍然不清楚它们是如何做到的,但是,最新的一项研究认为鸟类可能具有“共感”能力,可以让它们以一种颜色或光的形式“看到”地球的磁力线,而人类必须依靠熟悉的路标或太阳的位置来确定北极,而有些人甚至这样方法也不会。

2.鼓鱼用鱼鳔来听东西

一些鱼,例如鼓鱼,它可以用鱼鳔来“听”东西。它的特殊的鱼鳔可以探测到声音的振动,然后把这种振动通过一套在中耳被称为“韦伯氏器”的骨骼传递到内耳,内耳中的听毛细胞可以对振动做出回应并将声音信息传递到鼓鱼的大脑。

3.老鼠用胡须来探路

绝大多数的老鼠的视力都很差,但是它通过嘴巴上胡须来弥补这种缺陷。它们用这种被叫做“鼻毛”的触须像瞎子用拐杖一样来探路。通过胡须对遇到的物体进行扫动,老鼠等啮齿动物就能够对周围环境形成一个心理影像。

4.飞蛾可以找到7英里外的异性

对飞蛾来说,用“爱在空中”这个词来形容它们再合适不过了。因为这些毛茸茸的昆虫能够探测到7英里以外的异性发出的化学爱情信号,这种信号被称之为“信息素”。一些研究发现人类也能够探测到信息素,但是需要近距离接触才能达到这种效果。

5.蛇用舌头来看世界

蛇总是将它的舌头吐出来,让人看了赶到恐惧,其实那是蛇在用它的舌头感知周围的环境。蛇将包有薄膜的舌头伸向空气捕捉飘荡在那里的粒子,然后再将舌头缩回把它塞进嘴巴顶部的一个特殊凹槽中,在那里气味被分析后再以电子信号的形式传递到大脑从而对周围环境和猎物做出判断。

6.猫在黑暗中捕捉猎物

猫的眼睛后面有一层像玻璃一样的膜,这层薄膜可以让它在几乎完全漆黑的环境里捕杀猎物和前进。这层膜被称之为脉络膜层,它可以将已经穿过视网膜的光线再次反射,这就给予了眼睛第二次捕捉光子的机会,造成所谓的第二而视力,提高了光线的利用率,增加猫在暗处的视力。

7.蜂鸟能看见我们看不见的颜色

昆虫和鸟类对光波的适应范围要超出我们人类的可见范围,因此在近紫外线光下,许多我们看起来色彩单调的物体在蜂鸟看来却是五颜六色的,许多我们根本叫不出名字。像哈勃这样的望远镜就可以拍摄出紫外线图像,当然,我们所看到的图片都是经过技术人员处理过的。

8.蟒蛇可感知猎物温度

在蟒蛇和响尾蛇的眼睛和鼻孔之间有一个温度感应器官,这个器官可以帮助蛇感知它们的猎物的身体的热量,在蛇头的两边各有一个,因此,即使在完全黑暗的地方也能够精确的对猎物发动攻击。

9.鲨鱼能够发现躲藏的猎物

记住,千万不要和鲨鱼玩捉迷藏的游戏,因为你肯定会输。鲨鱼的大脑里拥有特殊的细胞,它可以感知其他生物发出的电场。这种能力可以让鲨鱼通过感知猎物肌肉抽动时发出的微弱电信号精确的找到藏在沙子下面的鱼。

10.蝙蝠用超声波捕捉昆虫

蝙蝠被称为是会飞的“活雷达”,因为它能够发出超声波然后对回声信号做出分析来避开障碍物和捕捉昆虫。这种生物学声纳被称为“回声定位”,蝙蝠大脑中某些神经元对回声频率敏感,捕捉昆虫的灵活性和准确性也非常的惊人。有人统计,蝙蝠在几秒钟内就能捕捉到一只昆虫。同时,蝙蝠还有惊人的抗干扰能力,能从杂乱无章的充满噪声的回声中检测出某一特殊的声音,然后很快地分析和辨别这种声音,以区别反射音波的物体是昆虫还是石块,或者更精确地决定是可食昆虫,还是不可食昆虫。海豚也利用这种能力在黑暗的海底游动。

结语:以上这些都是小编给大家介绍的有关动物身上得到的医学灵感以及人类所不具备的十大动物感官知识,是不是发现原来动物在一些方面比我们人类要厉害的多啊,所以我们要善待动物哦,动物与人类的关系还是很大的。

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