本帖最后由 twq19810302 于 2023-10-10 13:12 编辑
有一根“针”戳进你皮肤的时候，你毫无感觉，甚至还有点痒痒。 对，就是你最恨的蚊子干的。今天跟大家聊聊让你深恶痛绝的蚊子，是如何用精妙的吸血方式，让你无痛出血的。 问，世界上人类幼崽哭声最多的地方是哪儿？ 答案只有一个，那就是 医院儿科的注射室。
不管是输液针头还是注射器，只要这个明晃晃的东西亮出来，必定能让每个孩子痛哭流涕。 毕竟在人类百万年的进化历程中，看到针刺、尖锐的东西就能立刻感受到危险，所以 对针头的恐惧可以说是刻在人类基因里。 但却有一个例外。 有一根 “ 针 ” 戳进你皮肤的时候，你毫无感觉，甚至还有点痒痒。对，就是你最恨的蚊子。
蚊子吸血后，除了给你留下一个奇痒无比的包以外，几乎没有痛感。 同样是用一根 “ 针 ” 刺入皮肤，那蚊子是如何做到无痛吸血的呢？ 为了回答这个问题，有不少科学家都在研究蚊子，并试图研制出蚊子嘴一样的针。 大家好，我是差评君， 今天跟大家聊聊让你深恶痛绝的蚊子，是如何用精妙的吸血方式， 让你无痛出血的。
蚊子是如何无痛吸血的？
如果你真的抓到一只活蚊子，会发现它的口针非常软，不管你多用力，都不可能把它刺进皮肤。 因为蚊子并不是直接用口针刺进皮肤， 它们有一套特殊的吸血技巧。 蚊子口器结构 这是一只库蚊，平时咬你次数最多的蚊子。 从外表看，蚊子的口器确实很像一个针头，但实际结构非常复杂，它更像一个盾构机。 我们能看到的， 是蚊子的下唇，它像一个剑鞘，包裹着六根针。
一对上颚，一对下颚，一个上唇，和一个舌。 蚊子下颚的前段带有锯齿，它内柔外刚，越靠近尖端，表面硬度越高，负责刺锯皮肤，而上颚非常锐利，负责切割皮肤。 舌头负责注入唾液，上唇负责吸血，而那个 “ 剑鞘 ”，也就是下唇，负责引导位置和撑开伤口。 所以蚊子并不是在用一根针咬你，而是用了个 “ 6+1 ” 的配置来吸你的血。 蚊子如何吸血？ 今天，这只库蚊又一次停在你的身上决定吸点血，但这个过程并不容易。 首先，蚊子会绷紧口器，对你的皮肤来一次动态冲击。 这时候，它下唇包裹下的 “ 六脉神剑 ” 会集体出鞘，率先攻击的是上颚，这根针拥有最锐利的尖端，就像一把花剑刺入你的皮肤，然后是尖端带有锯齿的下颚，它负责锯开皮肤，让口器继续深入。
这时候从皮肤外面看，蚊子的下唇正弯曲成一个拱形，下方紧贴着你的皮肤。它一边撑开伤口，一边引导其他口器寻找血管，就像捏住钉子的左手一样，为右手提供落锤方位的指引。 但蚊子并不能百分百找到血管，所以它的上颚和下颚就像一把瑞士军刀，用 10-15hz 的频率，反复的刺入和切割，在你的皮肉间游走，寻找合适的毛细血管。这个叮咬过程甚至会持续几分钟。 终于，这只蚊子找到了目标血管，于是口器中心位置的两个管道，上唇和舌就开始工作了。 舌负责把唾液注射到你的血管里。蚊子唾液含有按蚊素 （ anophelin ），能够防止血管凝血，让血液更容易流动。并且含有麻醉效果的蛋白质，能在吸血的时候降低你的皮肤敏感性。 蚊子口器的最后一步才是吸血，这时候终于轮到上唇工作了，它和下颚一样外柔内刚，越靠近尖端，表面硬度越高，它负责插入毛细血管，将新鲜血液运出去。 当吸血太多的时候，蚊子腹部会膨胀到比自身还大，这时候它会分离出血液中的水分，腾出空间来储存更有营养的血红细胞。 整个吸血过程差不多要 240 秒，即使是无干扰的条件，蚊子都有一半几率吸不到血。
但你家的这只库蚊比较幸运，在被你发现之前，它就唱着小曲儿离开了。 而它遗留下的唾液会被你的免疫系统识别成 “ 外来病毒 ”，并开启一场免疫大战。 蚊子唾液中的功能蛋白，会和皮肤粘膜下致敏的细胞结合，使细胞释放组胺等物质， 导致皮肤发红、水肿，并且产生瘙痒的感觉。
所以蚊子包的本质就是一种过敏反应。如果有人长期被蚊子咬，那他的免疫系统就能无视蚊子唾液里的蛋白，最后就不会起包了。但其实大部分人被咬的还不够多，所以很难免疫蚊子的攻击。 而蚊子唾液不止会让你起包，如果这只蚊子体内携带疟原虫、登革热病毒，寨卡病毒，日本脑炎之类的蚊媒病原体，那病原体也会在这时候随着唾液混入体内。 直到现在，每年仍然有超过 70 万人因蚊虫叮咬而死亡。
如何制造蚊子口器一样的针头？
看完蚊子的吸血过程，它无痛吸血的奥秘也就破解了： 一是它带有麻醉剂的唾液，二是微小却结构各异的口器，以及振动刺入的方式。 那有同学就说了，人类能不能做出一种类似蚊子口器的针头，模拟蚊子叮人，打针就不疼了呢？ 这就不得不提到微针技术了。 日本科学家神山文男受蚊子 “ 无痛吸血 ” 的启发，开发出一种极细的注射针头，直径只有 60 微米，将多个这样的微针阵列排布，就实现了药物的快速输送。
这种微针只有几百微米到几毫米长，可以恰好穿过皮肤角质层而又不触及痛觉神经，在皮肤表面形成给药通道，使药物到达皮肤指定深度，并进入皮下的毛细管网被吸收，在药物渗透的同时又不会引起痛感和皮肤损伤。 微针技术可以说是药物输送和血液采样的一次技术飞跃，特别对于糖尿病等需要长期注射药物的人群来说，再也不用忍受注射疼痛了，这种感觉只能用一个字形容，爽 （ 沈腾 ）！ 不过由于人造微针是直接刺入皮肤，刺入力比蚊子口针大 3 个数量级，在刺入过程中容易发生屈曲和断裂，目前还没有实现大规模的临床应用。
而蚊子上唇端部还可看到一个长 20~25 μm 的 V 形加强筋，这个结构增强了上唇强度和刚度，因而不容易发生弯曲破坏。 这个大自然的设计比所有普通针头和微针设计高明得多。 所以从造物主的角度来看，现有技术制造的仿生针只是对蚊子口器的拙劣模仿。 另外，一些医疗器材的设计也学习了蚊子的口器结构， 比如活检针。 活检是诊断癌症最常见的方法，医生会用活检针从疑似肿瘤的组织采集一小块，称为样本。然后，病理医生将在显微镜下观察该样本，以作出准确诊断。 但活检针在扎入过程中可能会造成组织损伤、形变、移动等问题。既影响诊断的准确性 又有可能对患者造成创伤。尤其对脑组织来说，即使是轻微的创伤都有可能造成不可逆的脑损伤，所以医学界一直渴望能有一种不会造成组织损伤的活检针。 2017 年，天普大学的四名科学家就研制了 一种仿生手术针，借鉴了蚊子下颚的锯齿结构。
他们用牛脑和牛肝进行测试，发现这种特殊结构的针头更高效，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。 这也意味着这种活检针在扎入皮肤的时候，阻力更小，在扎入挤压过程中对组织造成的形变也较少，更不容易产生位移。 而就在上个月的世界人工智能大会上，中国科学院上海微系统所传感技术国家重点实验室， 展示了他们研制的一种类蚊口器仿生柔性神经探针。 简单的说就是一种侵入式脑机接口，可以用来临床科研、监测治疗癫痫、抑郁症、渐冻症等脑部疾病。 而这个类蚊仿生神经探针就模仿了蚊子下颚和上唇的独特结构——外部为一个较硬的外樵，内部为一个柔性吸管——外樵的硬度可保证植入，而柔性吸管则可滞留在体内进行采集。 外樵的硬度甚至能够直接穿透硬脑膜，相比于传统脑机接口需要将硬脑膜剖开再植入的方式更加便捷，而且穿透过程中也不会损害电极。
探针背后的高灵敏触觉传感器阵列也学习了蚊子用触觉而非视觉的定位方式，能准确分辨探针所碰到的是脑组织还是血管，从而避免血管损伤。 在蚊子口针的仿生原理上，人类已经研究了上百年，接下来的难点就在于微纳制造技术以及降低成本。 虽然我们都恨透了蚊子这种生物，却有无数科学家们都在努力模仿蚊子，为的就是有一天让我们在注射或手术时，真的像蚊子叮咬般无痛。 虽说我们对大自然的精巧设计还模仿的很拙劣，但这不能阻挡人类对它的理解和学习，直到我们成为自己的造物主。
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发表于 2023-10-10 13:10:45
