奇怪的蜘蛛头发发现可能会激发强大 - 但可逆 - 粘合剂

蜘蛛头部

扫描电子显微镜(SEM)替代物(即,腿部最低部分)粘性毛发的图像。(a)左侧是最接近外骨骼的粘合毛发的毛发轴。在它们的插入时,毛轴变得更薄,并且在外骨骼上的止动件结构相遇并附着在其上。(b)相同区域的进一步放大:星号标记毛发向上弯曲的枢轴点。远端与近端意味着远离与腿尖端的爪子。信用:B Poerschke,Sn Gorb和F Schaber

蜘蛛腿上的毛发功能巨大多样性印象深刻。

蜘蛛如何直接走 - 甚至颠倒 - 这么多种不同类型的表面?回答这个问题可以开辟新的机会,可以创建强大,但可逆,生物透明的粘合剂。科学家们一直在过去几十年来更好地了解蜘蛛脚。现在,一个新的研究机械工程中的边疆是第一个表明形成一个物种粘合脚的毛发状结构的特性 - 徘徊的蜘蛛Cupiennius Salei.- 比以前认为更具变量。

蜘蛛头发提示

粘合毛发膜的SEM图像('setae')。(a)侧视图,显示最多1.8毫米长的毛发轴(未在全长上显示)和尖端区域,覆盖有“毛发的微小毛状结构”。(b)普拉斯劳斯的下侧'脚垫垫'(致密毛发)的顶视图。覆盖毛发的尖端区域是刮刀形的Microtrichia,其在行走期间粘在基板上。(c)刮刀形微量粒细胞的更高放大图像。信用:B Poerschke,Sn Gorb和F Schaber

“当我们开始实验时,我们希望找到所有个体附着毛发的最佳粘合性和类似的粘合性能的特定角度,”德国基尔大学的克莱蒙斯Schaber克莱蒙斯·斯通博士表示,研究。“但令人惊讶的是,粘合力在很大程度上不同于各个毛发,例如各个毛发之间。一个头发与基板的低角度最佳,而另一个头发是最接近垂直的。“

这种蜘蛛的脚是由接近2,400个小毛或'setae'(百分之一毫米厚)的脚。Schaber和他的同事巴斯蒂安Poerschke和Stanislav Gorb,收集了这些毛发的样本,然后测量它们粘在一系列粗糙和光滑的表面,包括玻璃。他们还研究了在各种接触角执行的头发的程度。

不同类型的头发一起工作

出乎意料的是,每条毛发都显示出独特的粘合性。当团队在一个强大的显微镜下看着毛发时,他们也发现每个人都显示出明显不同 - 并且以前无法识别的 - 结构安排。该团队认为,这一品种可能是蜘蛛如何爬上这么多的表面类型的关键。

这项目前的工作只研究了每只脚的少数千头发,而且超出了现有资源的范围,以考虑研究它们。但球队预计并非所有的头发都是独一无二的,并且可能有可能找到群集或重复模式。

BioinSpired应用可能

“虽然仍然非常难以像蜘蛛那样制造纳米结构 - 尤其是实现天然材料的稳定性和可靠性 - 我们的研究结果可以进一步优化现有的可逆性和无残留的人工粘合剂的模型,”Schaber说。“在蜘蛛附件系统中发现的不同形状和粘合触点的对准的原理可以将生物悬浮材料的附着能力提高到具有不同性质的宽范围的基材。”

蜘蛛毛的显微镜图像

(a)普拉斯斯图斯爪子周围的毛发簇的面向束缚表面(白色星号标记头发簇的两个裂片),这包括成千上万的密集毛发。箭头表示两个爪子。(b)头发簇的侧视图,普拉斯斯图斯粘贴到玻璃载玻片上。(c)第二面板中的矩形的放大视图。请注意毛发的尖端如何变得弯曲。信用:B Poerschke,Sn Gorb和F Schaber

参考:“蜘蛛Cupiennius的个体依恋Setae的粘附到具有不同粗糙度和表面能源的基板”,Bastian Poerschke,Stanislav N.Gorb和Clemens F. Schaber,2011年6月11日,机械工程中的边疆
DOI:10.3389 / FMECH.2021.702297

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