樱花树皮拉伸前后解剖构造变化的研究开题报告

现有研究发现樱花树皮是一种兼具坚韧的纤维素物质，它的拉伸长度相当于初始长度的两倍以上，拉伸过程中的现象与塑料薄膜相似，具有优异的韧性。这一特性有助于开发高韧性的纤维素材料，然而，当樱花树皮从树干上剥离后，尤其是干燥条件下极易失去这种韧性。本研究通过研究解剖构造变化，探索樱花树皮韧性变化与解剖构造之间的相互关系，为仿生材料的制备做理论基础。

1. 纤维素是细胞壁的主要成分，它通常使材料坚硬易碎。然而，在自然界中发现了一种超厚的纤维素材料:樱花树皮。令人惊讶的是，它的拉伸长度是其初始长度的两倍多，并且在拉伸过程中表现得像塑料薄膜。这种惊人的力学性能是通过精心设计的细胞壁结构实现的;纤维素纤维像螺旋弹簧一样折叠，上面覆盖着多层柔软的脂质聚合物。最外层的树木，由细胞组成，称为软木细胞。软木细胞是如此独特，以至于它们的形状、排列方式和化学成分都与木质部细胞有很大的不同，它们产生了保护树木免受外部胁迫所必需的基本特性。用于瓶塞的软木，由软木橡树(槲皮)的树皮制成，是一个著名的例子，它利用了树皮特有的胶结:密度低，不透水、不透气，抗压性好，应力消除后尺寸恢复良好。有趣的是，发现弹性定律的罗伯特胡克第一次观察到了软木的细胞结构。从他的结构观察中，他注意到橡树的软木是如何抵抗压缩力的。另一方面，樱花树皮表面光滑，有美丽的深红光泽，这是相当不同于典型的树皮表面。因此，它被用作日本传统艺术工艺(Kabazaiku)的装饰封面。它在日本也被传统地用于装订，虽然今天我们发现这种用途只在一些传统的工艺，利用樱桃树皮的优良机械性能:适当的灵活性和强度与惊人的韧性。由于木质部分的树皮量很小，除了软木和一些具有生理用途的树皮提取物外，很少引起人们的注意。特别是对细胞壁结构的认识有限。在这个社区，我们提出了樱花树皮的特点层次结构作为一种新的仿生概念的坚韧纤维素材料。

2. 软木，栎木的树皮。由于其优异的材料性能，被广泛应用于瓶塞、隔音绝缘体、减震器等领域。软木的弹性性质是由于蜂窝中空的圆柱形细胞,25μm宽,50 - 100μm长,径向排列向外。与软木粗糙、斑驳的外观相反，樱花树皮的外观和质地与半透明的黄色合成塑料薄膜惊人地相似;例如,聚酰亚胺薄膜。这种薄膜具有延展性，像菌丝一样结实，又像凯夫拉一样坚韧。树皮样本是在华盛顿州惠德贝岛的梅尔科克杜鹃花园从一棵长樱花树采集的。光学双折射采用尼康显微照相FX光学显微镜，配以十字偏振镜。在叔丁醇系列产品中（不同浓度），先将薄片脱水，然后将其浸入石蜡中。然后在旋转切片机上切片。采用JEOL 6300F、Bausch和Lomb纳米实验室扫描电子显微镜对其表面形貌进行了分析。樱花树皮是一种各向异性的薄膜，水平地包裹在树周围。在双折射交叉偏振光学显微镜下显示，表明薄膜的成分是单向定向的。SEM平面视图证实,可以看到 5 -10μm宽纤维平行树的切向轴(circumpherential方向) 排列。薄切片的SEM平面显微照片，显示了细长的细胞，端部逐渐变细，相互连接而没有细胞间隙。SEM显微镜下的横截面图一层形成的波纹厚0.5μm矩形的细胞结构。

3. 软木细胞是一个中空细胞,没有细胞质,少数细胞含有内含物。在一个生长周期内,细胞壁厚度会因季节变化而变化,早软木细胞体形较大,细胞壁比晚软木薄,栓皮槠早软木的细胞壁厚度为1～1．25μm,在秋冬季节形成晚软木的细胞壁厚度为2～2.5μm,细胞壁占细胞总体积的10%～15%。同木材细胞壁结构相比,软木细胞壁超微结构的研究较少。Graca等认为软木细胞壁由初生壁、次生壁和三生壁这3层组成,栓化的次生壁较厚,在超微水平下呈现出片层状结构。Gil提出软木细胞壁可分为内外侧纤维层、紧贴纤维层的栓化层以及中间的木质化层,栓化层是由软木脂层和蜡层交替叠加而成,木质化层为细胞壁提供刚性和结构骨架。Teixeira等通过透射电镜观察初生和次生栓皮槠软木细胞壁,较薄的初生壁通常与胞间层连在一起,但是,栓化的次生壁在透射电镜下没有观察到片层状结构,在透射电镜下观察除去软木脂的样品,发现初生壁和三生壁都与次生壁分离,次生壁的厚度大约缩减了一半。然而,国内有学者认为具有层状的软木细胞壁是薄壁细胞,细胞壁上有胞间连丝,初生纹孔场都没有,因此,对于软木细胞壁分三层的观点还有异议。

1.观察樱花树皮的解剖结构组成。

2.对樱花树皮进行拉伸的力学实验，进而对比拉伸前后樱花树皮的解剖构造变化。

3.通过采用浸泡、蒸煮和干燥等预处理手段，改变樱花树皮形态及含水率等，观察不同预处理方式对樱花树皮解剖构造的影响，探索出樱花树皮预处理保存方法与解剖构造的关联性。

1.观察对比樱花树皮拉伸前后的解剖构造变化。

2.通过预处理的方式，来探索樱花树皮的解剖构造。