[图]科学家深入研究蜘蛛脚毛粘性 可开发出更强力、可逆的粘合剂

2021年06月19日 12:47 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

蜘蛛为何能够在很多不同类型的表面笔直前进或者后退?这个问题的答案可以为创造强大的、可逆的、生物启发的粘合剂开辟新的机遇。在过去的几十年里,科学家们一直致力于更加深入地了解蜘蛛脚。近日发表在《Frontiers in Mechanical Engineering》的一项新研究中,想要形成类似于大型游荡蜘蛛 Cupiennius Salei 那样毛发状结构带有粘性的脚,比此前认为的更具多样性。

粘性毛发("刚毛")的显微结构的SEM图像。(A) 侧视图显示长达1.8毫米的毛轴(未显示全长)和覆盖有 "微毛"(毛发上的微小毛发状结构)的尖端区域。(B)俯视图,显示前体下侧的 "scopula垫"(一束密集的毛发)。覆盖在毛发顶端区域的是铲状的微毛,在行走时粘在基质上。(C) 匙状微毛的高倍放大图像。资料来源:B Poerschke, SN Gorb and F Schaber

该研究的小组负责人、来自德国基尔大学的 Clemens Schaber 博士说:“当我们开始实验时,我们预计会发现一个特定的最佳粘附角度,以及所有单个附着毛的类似粘附特性。但令人惊讶的是,各个毛发之间的粘附力大不相同,例如,一种毛发在与基底呈低角度时粘附效果最好,而另一种则在接近垂直时表现最好”。

这种蜘蛛的脚是由接近2400根细小的毛发或 "刚毛"(百分之一毫米厚)组成的。Schaber和他的同事Bastian Poerschke和Stanislav Gorb收集了这些毛发的样本,然后测量了它们在一系列粗糙和光滑表面上的粘附程度,包括玻璃。他们还观察了这些毛发在不同接触角度下的表现。

出乎意料的是,每根头发都显示出独特的粘附特性。当研究小组在强大的显微镜下观察这些毛发时,他们还发现每根毛发都显示出明显不同的--以及以前未被认识的--结构排列。研究小组认为,这种多样性可能是蜘蛛如何能够攀爬如此多的表面类型的关键。

目前的这项工作只研究了每只脚上数千根毛发中的一小部分,考虑研究它们的全部超出了现有资源的范围。但该团队预计,并不是所有的毛发都是独一无二的,也许有可能找到集群或重复的模式。

Schaber 表示:“尽管制造像蜘蛛那样的纳米结构仍然非常困难,特别是要达到天然材料的稳定性和可靠性,但我们的发现可以进一步优化现有的可逆和无残留的人工粘合剂模型。在蜘蛛附着系统中发现的不同形状和排列的粘合剂接触的原理可以改善生物启发材料对具有不同性质的广泛基质的附着能力”。

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