石墨|如何让蚊子“看”不见你？穿上这件衣服就够了石墨烯|石墨结构|

出品：科普中国
制作：王力（中国科学院半导体研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
为了摆脱被蚊子叮咬的困扰，人类做了很多努力，包括用衣服、蚊帐间接保护自己免受蚊子的骚扰，或是用蚊香、电蚊拍和蚊子做正面斗争。但是，这些方法的效果都有限。
近几年，科学家找到了一种新方法，制造出了一种“隐形衣” ，让人类对蚊子“不可见” ，而这件隐形衣的材质是石墨烯薄膜。
石墨烯是什么？为什么石墨烯薄膜制成的衣服，能防止蚊子叮咬人类？要想知道这件“隐形衣”为什么能防蚊，我们首先需要了解蚊子为什么会“独宠”一部分人。

△图片来源：百度百科
蚊子喜欢咬什么样的人？
为了“师蚊长技以制蚊” ，科学家对地球上三千多种蚊子进行了分类，会对人类进行叮咬的主要有三种蚊子，分别是：按蚊Anopheles、伊蚊Aedes（后文实验用蚊）、库蚊Culex ，它们依次长下面这样：

△图片来源：https://www.youtube.com/watch?v=NlaaGS76A1k
雌蚊怀孕后，需要吸食人血来补充蛋白质，但是蚊子并不是通过视觉寻找食物，而是主要靠嗅觉。蚊子的下颚须上有十分灵敏的二氧化碳感受器，这个感受器可以感受到低至0.05%的二氧化碳浓度波动。

△图片来源：https://www.youtube.com/watch?v=wF5KfsKxK6Q
人类呼出的气体中有百分之四是二氧化碳。蚊子可以轻易地在数十米外感知你的存在，就像你远远就可以闻到厨房飘出的饭香。
在接近人类一至两米后，蚊子主要是根据人类的汗臭（主要是由汗液中的乳酸、氨、辛烯醇、丙酮和二甲基二硫醚产生的气味），选择吸血目标。

△运动出汗之后的你，在蚊子眼中绝对是一盘绝味肉排图片来源：知网
大开脑洞的防蚊器材：石墨烯防蚊衣
为了与蚊子做斗争，人类费尽心思，甚至想到了给蚊子做绝育。但现实是，在这场人蚊大战中，人类并不能消灭掉对手。
近几年，研究人员想到了一个新思路：让蚊子“看”不见我们。
这就是前面我们提到了石墨烯“隐身衣” 。一种基于石墨烯的创新薄膜可以帮助人们抵御携带疾病的蚊子。
什么是石墨烯呢？简单来说，石墨烯就是碳原子组成的六角形结构（如下图所示）。

△石墨烯分子结构图图片来源：参考资料1
你可以想象石墨烯是由单层碳原子构成的一个像蜂窝似的薄膜。如果是由两层叠到一起的就叫双层石墨烯，除此之外还有少层石墨烯，当然再多层的石墨烯那就是石墨啦！
那么石墨烯有多厚呢？石墨烯是单层原子构成的，厚度在0.335nm左右。
0.335nm有多薄？用形象的比方来说，我们头发的直径是石墨烯厚度的20万倍。因此石墨烯被科学家定义为二维材料。简单理解就是，完全可以忽略石墨烯的厚度。所以石墨烯这种材料制成的衣物，绝对满足我们对轻薄的需求。
不仅如此，石墨烯还有很好的韧性，其杨氏模量的理论值有1.0TPa ，其值远高于橡胶。石墨烯的强度是目前最好的钢铁的100多倍。钢铁侠的战衣看来也要更新换代了，以后可能会出现“石墨烯侠”了。

△图片来源：中国新闻网
这时科研工作者的脑海里盘旋着一个疑问：石墨烯对蚊子的防御是物理防御吗？类似于一层虽然很薄但是很坚硬的盾牌？
石墨烯是如何让蚊子变成嗅觉“瞎子”的？
在接近人类一至两米后，蚊子主要是根据人类的汗臭选择吸血目标的。那么石墨烯防蚊衣到底具不具备“拒蚊于千里之外”的功能呢？
为了验证自己的猜想，研究人员以及志愿者为此做出了大胆的尝试和肉体上的牺牲，并把文章发布在了PNAS上。

△图片来源：参考资料2
【石墨|如何让蚊子“看”不见你？穿上这件衣服就够了】看这题目，没错！这不是广告，而是一篇学术论文。
布朗大学的研究人员招募了一批参与试验的志愿者。并在实验室中培养了一批不携带病菌的蚊子。为了科学，这些志愿者要被蚊子咬几口。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。分页标题
为了科学与严谨，他们在一个小箱子里放上一百只热爱叮咬人类且健壮的蚊子，然后在箱子底部开一个4~6平方厘米的小口，把皮肤放在下面。

△图片来源：参考资料2
图A是蚊子的聚餐时候的照片,图B就是被叮之后的皮肤。图C 上面是纱布下面是氧化石墨烯（GO）纳米片。纱布是对照组实验。图D和图E是实验组和对照组实验的统计结果。可以看得到Skin代表的是裸漏的皮肤，而Go（dry）是干燥的石墨烯片， cheesecloth是纱布的意思。
实验结果显示，石墨烯片一次蚊子叮咬也没有发生。这似乎与最开始我们预想的有点不一样。因为如果石墨烯对于蚊子是物理防御，也就是说蚊子发现了石墨烯片下面的“美味” ，应该是对着石墨烯片一顿疯狂的冲击。但是实验人员并没有观察到这种情况。人类的皮肤似乎在敏锐的蚊子的面前穿上了隐形衣！
这个问题得到了实验人员的进一步的验证。

△用于石墨烯薄膜渗透测试的特制扩散槽图片来源：参考资料2
实验证明，石墨烯的碳原子间隙虽然可以透过水分子，却可以阻断汗液中的大分子，如人类的汗臭（主要是由汗液中的乳酸、氨、辛烯醇、丙酮和二甲基二硫醚产生的气味），所以蚊子在石墨烯衣服面前会变成“瞎子” 。
那是不是就说明我们很快就可以拥有一件防蚊的石墨烯衣服了呢？理论上，如果你能接受夏天用改良过的石墨烯片（rGo）把你包裹得严严实实，那绝对可以防止蚊虫的叮咬。不过为了凉爽，目前还只能是用欣赏的眼光看待这款防蚊虫隐身衣。
但是这个研究成果对某些特殊领域的意义比较大，比如林业守护人员的防护衣，可能会有一些革命性的变革。

△图中护林员正在山中巡查图片来源：人民网
参考资料：
1、邵田，张彭义，李振民，等.纳米针状氧化镓光催化降解纯水和废水中全氟辛酸的研究[EB/OL]. 北京：中国科技论文在线[2013-04-12]. http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201304-290.
2、Castilho C J, Li D, Liu M, et al. Mosquito bite prevention through graphene barrier layers[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019, 116(37): 18304-18309.