科學(xué)家揭開手指浸在水里會起皺之謎

　皮膚的外層能夠吸收水分并膨脹，形成單項(xiàng)皺紋——但會在干燥時立即返回之前的狀態(tài)。這種吸收水分和膨脹的過程發(fā)生在皮膚zui外層，后者是由死細(xì)胞組成，它們會像磚塊一樣堆疊。這些細(xì)胞被由蛋白質(zhì)角質(zhì)組成的細(xì)絲網(wǎng)絡(luò)填充滿。這些角質(zhì)絲互鎖以形成三維的晶格。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)絲拉伸時，晶格的體積能夠增大五倍。

　　羅斯和伊萬斯展示了這種結(jié)構(gòu)將如何幫助細(xì)胞膨脹和收縮。“就像一根彈簧，你越拉伸細(xì)絲，它產(chǎn)生的彈性能量越大，”研究小組說道。他們還建立了一個模型描述這個系統(tǒng)的能量是如何因細(xì)絲網(wǎng)絡(luò)的空間變化而發(fā)生變化的。

　　首先，研究人員計算了細(xì)絲吸收水分的“意愿”并發(fā)現(xiàn)這種能量是遞減的，意味著這種結(jié)構(gòu)是傾向于膨脹和吸收水分的。但他們認(rèn)為一定存在其他的力逆轉(zhuǎn)了該系統(tǒng)的膨脹，因?yàn)樵撨^程在真實(shí)細(xì)胞里能夠輕松的逆轉(zhuǎn)。受到之前細(xì)絲彈性測量結(jié)果的啟發(fā)，研究人員意識到拉伸細(xì)絲的張力能夠提供反作用力。這種反作用力的相互作用確保了皮膚只能吸收一定程度的水分，因皮膚物理結(jié)構(gòu)的限制而只在兩個狀態(tài)之間來回移動。

　　研究人員總結(jié)稱角質(zhì)細(xì)絲的幾何結(jié)構(gòu)對于皮膚對水的反應(yīng)至關(guān)重要，因此它保證了系統(tǒng)處于合理的能量范圍內(nèi)從而能夠有效的促進(jìn)和抑制膨脹。羅斯和伊萬斯的研究可以幫助治療一系列皮膚病，并利用皮膚令人驚嘆的特征而創(chuàng)造新材料。這篇研究被發(fā)表在期刊《物理評論快報》上。