发热的衣服材料还能防止蚊子叮咬?石墨烯材料在防蚊上有双重保护作用

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08-28 19:34

2018 年的平昌冬奥会闭幕式,温度很低。「北京 8 分钟」的表演者就是在低温的条件下圆满地完成了表演任务。

帮助他们抵御严寒天气的服装用的就是石墨烯这种智能材料。它是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,几乎完全透明,只吸收 2.3% 的光,导热系数高达 5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石。

石墨烯材料和纺织品结合制成的服装在满足穿着要求的同时,还会具有石墨烯的某种特质。比如冬奥会上的智能发热服就发挥了石墨烯超高导热系数的特点。除此之外,石墨烯材料制成的服装还有消炎抑菌的效果。

布朗大学最近的一项研究又新提出了一个有趣的观点——石墨烯材料能防止蚊子叮咬。

在一篇发表在《美国国家科学院院刊》的论文中,研究人员表示,石墨烯可以在两个层面上同时防止蚊虫叮咬。

石墨烯这种薄而坚固的材料充当了蚊子无法穿透的屏障,这是防止蚊子叮咬的物理屏障。而布朗大学研究人员的实验则证明了石墨烯能阻断蚊子感知邻近「食物」——血液的化学信号,从而抑制蚊子叮咬的冲动。研究结果表明,除了能够物理防蚊,石墨烯制成的服装可能还有化学防蚊的效果。

▲ 干燥的石墨烯薄膜可以防止蚊虫叮咬

布朗大学的工程学院教授 Robert Hurt 说:「蚊子是世界各地疾病的重要传播媒介之一,人们对非化学的防蚊虫叮咬很感兴趣……我们一直在研究将石墨烯作为阻挡有毒化学物质的屏障,开始考虑石墨烯还有什么其它的好处。现在我们认为石墨烯或许还能防止蚊虫叮咬。」

为了验证自己的猜想,研究人员还招募了一些参与者进行试验。为了科学,这些参与者愿意被蚊子咬几口。他们的手臂被放在一个充满蚊子的笼子里,只有一小块皮肤可供蚊子叮咬。PS:蚊子是在实验室中培育的,因此可以确认其未携带病菌。

研究人员比较了参与者裸露皮肤、覆盖粗布的皮肤以及粗布上还有一层氧化石墨烯 (GO) 薄膜的皮肤被蚊子叮咬的次数。氧化石墨烯是一种石墨烯衍生物,可以制成足够大的薄膜用于实际的应用。

最后的结果符合研究人员的设想,裸露的皮肤和仅覆盖粗布的皮肤非常容易被叮咬,而覆盖了氧化石墨烯薄膜的手臂则成功逃脱了蚊针。

「有了石墨烯,蚊子甚至不会落在皮肤上——它们似乎根本不在乎人的皮肤和血液。」布朗大学的博士生、该研究的第一作者 Cintia Castillho 曾认为石墨烯是一种物理屏障,可以通过屏障对抗蚊子将针穿刺入皮肤,从而阻止蚊子叮咬。但在这个实验之后,她认为石墨烯也是一种化学屏障,可以阻止蚊子感知到有人(食物)在那里。

▲ 限定空间中,蚊子的选择并不多

为了证实石墨烯也是一种化学屏障,研究人员在石墨烯薄膜外涂抹了一些人体汗液。涂抹人的汗液后,蚊子就开始聚集在这片区域,就像它们聚集在人裸露的皮肤上一样。

而其他的一些实验表明,氧化石墨烯具有抗穿刺能力,但这是有条件的。在氧化石墨烯薄膜保持干燥的情况下,研究人员用一根针代替了蚊子的喙,通过计算机模拟了蚊子叮咬的过程从而进行穿刺实验。但蚊子根本无法产生足够的力量来刺穿氧化石墨烯。

不过当氧化石墨烯被水浸湿时,蚊子的喙很容易被刺穿它。实验表明,蚊子可以在潮湿的环境中刺穿氧化石墨烯。当然,有一种氧含量较低的氧化石墨烯 (rGO) 在干燥和潮湿时都能扛住蚊子的穿刺力。

▲ 图片来自:giphy

目前,用氧化石墨烯材料防止被蚊虫叮咬的重点在于保持材料的稳定性。毕竟穿着的衣物非常容易沾染上汗液,变湿的氧化石墨烯也会变得容易被刺穿,无法发挥物理屏障的作用,汗液的存在也没办法发挥氧化石墨烯化学屏障作用。

但总的来说,这项研究还是表明设计得当的氧化石墨烯可以用来制作防蚊服,它的材料有防蚊虫叮咬的双重保障。对于非常容易被蚊子叮咬的人来说,现在或许恨不得把所有衣服都换成这种防蚊材料了。

▲ 图片来自:《辛普森一家》

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