Βρίσκοντας τα παράξενα μαλλιά αράχνης μπορεί να εμπνεύσουν ισχυρά – αλλά αναστρέψιμα – κόλλες

Σάρωση μικροσκοπίας ηλεκτρονικής εικόνας (SEM) της βάσης των προσκολλητικών τριχών (δηλ. Στο χαμηλότερο μέρος του ποδιού). (Α) Στα αριστερά βρίσκονται τα στελέχη των συγκολλητικών τριχών που βρίσκονται πλησιέστερα στον εξωσκελετό. Κατά την εισαγωγή, ο άξονας των μαλλιών αραιώνεται και μια δομή που μοιάζει με βύσμα στον εξωσκελετό συναντά και προσκολλάται σε αυτήν. (β) Περαιτέρω μεγέθυνση της ίδιας περιοχής: ο αστερίσκος σηματοδοτεί το σημείο περιστροφής όπου τα μαλλιά μπορούν να λυγίσουν προς τα πάνω. Το Distal vs proximal εδώ σημαίνει μακριά από το vs προς το νύχι στο τέλος του ποδιού. Πίστωση: B Poerschke, SN Gorb και F Schaber

Μηχανικοί εντυπωσιασμένοι από τη μεγάλη λειτουργική ποικιλία των τριχών στα πόδια των αραχνών.

Πώς οι αράχνες περπατούν ευθεία – και ακόμη και ανάποδα – σε πολλούς διαφορετικούς τύπους επιφανειών; Η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση θα μπορούσε να ανοίξει νέες ευκαιρίες για τη δημιουργία ισχυρών, αλλά αναστρέψιμων, βιο-εμπνευσμένων συγκολλητικών. Οι επιστήμονες εργάζονται για να κατανοήσουν καλύτερα τα πόδια της αράχνης για αρκετές δεκαετίες. Τώρα μια νέα μελέτη στο Σύνορα στη Μηχανολογία είναι ο πρώτος που δείχνει ότι τα χαρακτηριστικά των τριχοειδών δομών που σχηματίζουν τα κολλητικά πόδια ενός είδους – η περιπλανώμενη αράχνη Cupiennius Salei – είναι πιο μεταβλητές από ό, τι πιστεύεται προηγουμένως.

Συμβουλές για τα μαλλιά της αράχνης

SEM εικόνες της μικροδομής των συγκολλητικών τριχών (“τρίχες”). (Α) Πλάγια όψη που δείχνει τον άξονα της τρίχας μήκους έως 1,8 mm (δεν φαίνεται σε όλο το μήκος του) και την περιοχή των άκρων που καλύπτεται με “μικροτριχία” (μικροσκοπικές δομές που μοιάζουν με μαλλιά στα ίδια τα μαλλιά.). (Β) Κάτοψη του “μαξιλαριού scopule” (μια πυκνή τούφα μαλλιών) στην κάτω πλευρά του προστάτου. Οι μικροτριβές σε σχήμα σπάτουλας καλύπτουν την περιοχή των άκρων των τριχών, οι οποίες προσκολλούνται στο υπόστρωμα κατά τη διάρκεια του περπατήματος. (C) Υψηλότερη εικόνα μεγέθυνσης των μικροπλασμάτων σε σχήμα σπάτουλας. Πίστωση: B Poerschke, SN Gorb και F Schaber

«Όταν ξεκινήσαμε τα πειράματα, περιμέναμε να βρούμε μια συγκεκριμένη γωνία καλύτερης πρόσφυσης και παρόμοιων συγκολλητικών ιδιοτήτων για όλες τις μεμονωμένες γραβάτες», λέει ο επικεφαλής της ομάδας μελέτης Dr. Clemens Schaber από το «Πανεπιστήμιο του Kiel στη Γερμανία. “Απροσδόκητα, οι δυνάμεις πρόσφυσης διέφεραν πολύ μεταξύ των μεμονωμένων τριχών, για παράδειγμα μια τρίχα προσκολλήθηκε καλύτερα σε χαμηλή γωνία προς το υπόστρωμα, ενώ η άλλη είχε καλύτερη απόδοση σχεδόν κάθετα.”

READ  Προσπαθείτε να χάσετε βάρος; Νέα μελέτη δείχνει γιατί μπορεί να θέλετε να δοκιμάσετε μια δίαιτα vegan με χαμηλά λιπαρά

Τα πόδια αυτού του είδους της αράχνης αποτελούνται από περίπου 2.400 μικροσκοπικές τρίχες ή “τρίχες” (πάχος του εκατοστού του χιλιοστού). Ο Schaber, και οι συνάδελφοί του Bastian Poerschke και Stanislav Gorb, συγκέντρωσαν ένα δείγμα από αυτές τις τρίχες και στη συνέχεια μέτρησαν τον βαθμό πρόσφυσης τους σε μια σειρά τραχιών και λείων επιφανειών, συμπεριλαμβανομένου του γυαλιού. Εξέτασαν επίσης την απόδοση των τριχών σε διαφορετικές γωνίες επαφής.

Διαφορετικοί τύποι μαλλιών συνεργάζονται

Απροσδόκητα, κάθε τρίχα παρουσίαζε μοναδικές συγκολλητικές ιδιότητες. Όταν η ομάδα εξέτασε τις τρίχες κάτω από ένα ισχυρό μικροσκόπιο, διαπίστωσαν επίσης ότι κάθε έδειξε σαφώς διαφορετικές – και προηγουμένως μη αναγνωρισμένες – δομικές διευθετήσεις. Η ομάδα πιστεύει ότι αυτό το στέλεχος μπορεί να είναι το κλειδί για το πώς οι αράχνες μπορούν να αναρριχηθούν σε πολλούς τύπους επιφανειών.

Αυτή η τρέχουσα εργασία έχει μελετήσει μόνο έναν μικρό αριθμό από τις χιλιάδες τρίχες σε κάθε πόδι, και είναι πέρα ​​από το πεδίο των υπαρχόντων πόρων να εξετάσουμε τη μελέτη όλων αυτών. Αλλά η ομάδα αναμένει ότι δεν θα είναι όλες οι τρίχες μοναδικές και ότι θα είναι δυνατό να βρεθούν συστάδες ή επαναλαμβανόμενα μοτίβα.

Πιθανές βιοπνευστικές εφαρμογές

«Παρόλο που είναι ακόμα πολύ δύσκολο να κατασκευάσουμε νανοδομές όπως αυτές της αράχνης – και ειδικά για να επιτύχουμε τη σταθερότητα και την αξιοπιστία των φυσικών υλικών, τα ευρήματά μας μπορεί να βελτιστοποιήσουν περαιτέρω τα υπάρχοντα μοντέλα για αναστρέψιμες και χωρίς υπολείμματα τεχνητές κόλλες. “Η αρχή των διαφορετικών σχημάτων και ευθυγραμμίσεων των συγκολλητικών επαφών που βρίσκονται στο σύστημα προσάρτησης της αράχνης μπορεί να βελτιώσει την ικανότητα δέσμευσης των βιο-εμπνευσμένων υλικών σε ένα ευρύ φάσμα υποστρωμάτων με διαφορετικές ιδιότητες.”

Μικροσκοπικές εικόνες τριχών αράχνης

(Α) Η προς τα κάτω επιφάνεια της δέσμης μαλλιών γύρω από τα νύχια των γαρίδων (λευκοί αστερίσκοι σηματοδοτούν και τους δύο λοβούς της δέσμης μαλλιών), η οποία αποτελείται από χιλιάδες πυκνά συσκευασμένες τρίχες. Τα βέλη δείχνουν τα δύο νύχια. (Β) Πλευρική όψη της κούπας των μαλλιών στην προεξοχή κολλημένη σε γυάλινη διαφάνεια. (C) Μεγέθυνση του ορθογωνίου στο δεύτερο πλαίσιο. Παρατηρήστε πώς λυγίζουν οι άκρες των μαλλιών. Πίστωση: B Poerschke, SN Gorb και F Schaber

Παραπομπή: «Προσκόλληση σετ ατομικής προσάρτησης του Spider Cupiennius salei σε υποστρώματα με διαφορετική τραχύτητα και επιφανειακή ενέργεια» από τους Bastian Poerschke, Stanislav N. Gorb και Clemens F. Schaber, 11 Ιουνίου 2021, Σύνορα στη Μηχανολογία.
DOI: 10.3389 / fmech.2021.702297

READ  Ο μεγαλύτερος γνωστός κομήτης ταξιδεύει για εκατομμύρια χρόνια

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *