蚊子口器的硬度有多少？它为什么能刺穿人的皮肤？

我们先研究一下蚊子口针刺入皮肤时最关键的两个部件：上唇和下颚。上唇尖端部位很尖，曲率半径约为100~200纳米，远小于常规金属材料的晶粒尺寸（例如工业纯铁晶粒尺寸为1~100微米），这么小的“针尖”用普通金属材料是很难制作的（普通缝衣针的针尖曲率半径约为100微米）。

蚊子的下颚尖端也十分锋利，曲率半径约为几百个纳米。有趣的是，它下颚的外侧和内侧均长着一排微小而精致的锯齿状结构（见图），这些锯齿的齿尖更为锋利，曲率半径约为50~150微米。一般来说，蚊子种类不同，下颚尖端处的锯齿数目也会不同。那些长着14个以下锯齿的蚊子主要以人类血液为吸食对象，锯齿数目更多些的则主要吸食家畜的血液。微纳锯齿数目越多，刺入皮肤能力越强。

我们用纳米压痕技术测量了蚊子上唇与下颚的力学性质，结果发现：其弹性模量与聚合物材料相当，表面硬度则可媲美金属材料，并且越接近尖端表面硬度越高。正是这个内柔外刚的力学性质使得蚊子口针不但能轻易刺入皮肤，还可以在皮下自由弯曲以寻找毛细血管。

用高速摄像机观察发现，蚊子口针刺入皮肤的过程并不是简单刺入。

刺破前蚊子会将其口器绷直，快速地刺向皮肤。这是一个动态冲击的过程：上唇尖端首先刺破皮肤表面，此后，随着刺入深度的增加，伴有周期性的振动，从而驱动带有微纳锯齿的下颚锯开皮肤。

此外，更令人吃惊的是，蚊子在进一步刺入皮肤过程中，口针对皮肤的作用力比这个刺入力值还要小很多。这使得人体毫无察觉。

口针刺入皮肤时超级省力的奥秘在于采用了一对微纳锯齿振动切开并刺入皮肤深层，有点像生活中使用的冲击钻。如果我们用一只带有完整口器的蚊子，人工将口器直接刺入皮肤，不但不会成功，口器还会发生屈曲，甚至折断。