叶长青,包 涵,刘 田,杨 青

(大连理工大学生物工程学院,辽宁大连 116024)

仿生材料是材料学的重要研究方向，生物体各具特色的表面结构对于仿生材料的设计具有重要的借鉴意义。其中昆虫表皮凭借高强度、轻量型的特性，一直是仿生材料研究的热点。陈斌等(2000)通过研究蝉的表皮结构，设计出具有高强度高韧性的复合材料；Vincent和Wegst (2004)对昆虫表皮的硬度强度进行研究，提出了仿昆虫表皮的纤维复合材料设计方案。仿生表皮的研发应用为人造材料的性能优化提供重要的启示和指导。

昆虫表皮(外骨骼)对于其维持运动能力、对抗外部环境压力、抵御机械损伤以及免疫病原微生物侵害等方面具有至关重要的作用(Vincent and Wegst,2004;Websteretal.,2017;Deshouxetal.,2018)。昆虫表皮是由上皮细胞分泌沉积而来，它覆盖虫体表面的组织器官，维持虫体的完整性(梁欣等,2014)，主要由几丁质以及多种类型的表皮蛋白组成。几丁质是N-乙酰氨基葡糖聚合物，可以分为晶态几丁质、非晶态几丁质和脱乙酰几丁质(壳聚糖)等多种形式(Fukamizo and Kramer,1985)。晶态几丁质根据其糖链排列方式的差异又可分为α-几丁质(反平行)和β-几丁质(平行)等，非晶态几丁质是破坏晶体结构的胶体几丁质；晶态和非晶态几丁质都不溶于水。昆虫表皮蛋白种类繁多，目前主要被分为12个家族(Jasrapuriaetal.,2012;Liuetal.,2015;Vanninietal.,2015;Songetal.,2016;Cinegeetal.,2017;Liuetal.,2018)，其中CPR(cuticular proteins that contain the R&R consensus)蛋白是所有表皮蛋白中含量最为丰富的家族(Liuetal.,2018)。CPR家族成员都含有较为保守的R&R基序，被认为与几丁质结合相关。根据R&R基序的差异，CPR家族又被分为3个亚族，分别为RR-1(主要分布于柔软表皮中)、RR-2(主要分布于坚硬表皮中)以及RR-3(含量较少)(Andersen,1998)。……