2021年8月11日,Royal SocietyOpen Science雜誌發表了來自University of Natural Resources and Life Sciences Vienna學校的Notburga Gierlinger課題組題為“Twist and lock: nutshell structures for high strength and energy absorption”的研究論文。該研究深入研究了核桃和開心果的果殼,揭示了兩種堅果殼細胞在厚度和俯仰角方面表現出差异,解釋了納米級的不同機械效能,突出了細胞形式及其互鎖管道以及細胞壁組成和結構對機械保護的作用。
此外,介於該文章的有趣性,Science雜誌線上發表了題為“Pistachios wallop walnuts as the toughest nut to crack”的評論文章。
像玻璃這樣堅硬的資料往往很脆,而且相對容易破裂的資料往往是柔韌的,如蜘蛛絲。而開心果的殼結合了剛度和韌性,實現了材料科學的聖杯。為了找出是什麼原因讓堅果如此難以破裂,該研究花了數年時間探索松樹、開心果和核桃殼等的生物力學。兩年前,他們發現了核桃殼堅韌的秘密:它由具有互鎖裂片的3D拼圖形細胞組成。去年,他們發現開心果殼中的細胞也有這些裂片。大多數堅果殼都包含多種細胞,而核桃和開心果只有一種。
核桃與開心果殼,以及組成它們的細胞結構
該研究使用微型電腦斷層掃描儀和電子顯微鏡、原子力顯微鏡和紅外顯微鏡在納米尺度上檢查了核桃殼和開心果殼的碎片。研究發現,與核桃殼中的細胞一樣,開心果殼中的互鎖細胞與14個相鄰的細胞相連。兩個殼中的細胞也有堅韌的細胞壁,裡面裝滿了螺旋狀的微纖維線圈。但拉伸强度測試表明,開心果殼資料要强得多,這可能是因為它的細胞的裂片數量是核桃細胞的三倍,這使它們相互鎖定的表面積新增了30%。與核桃細胞不同,開心果細胞通過球形關節結構連接,類似於人類髖關節,如3D動畫(下圖)所示。
視頻:開心果果殼中彼此牢牢鎖住的“拼圖細胞”
綜上,該研究表明開心果殼的特性使其成為製造安全頭盔和汽車保險杠等减震裝置的理想選擇。同時也可以提醒大家:如果你用牙齒咬開未開封的開心果,請瞄準一個薄弱點——接縫。
文章來源“iPlants”公眾號
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