[圖]科學家深入研究蜘蛛腳毛粘性 可開發出更強力、可逆的粘合劑

蜘蛛為何能夠在很多不同類型的表面筆直前進或者後退?這個問題的答案可以為創造強大的、可逆的、生物啟發的粘合劑開辟新的機遇。在過去的幾十年里,科學家們一直致力於更加深入地了解蜘蛛腳。近日發表在《Frontiers in Mechanical Engineering》的一項新研究中,想要形成類似於大型游盪蜘蛛 Cupiennius Salei 那樣毛發狀結構帶有粘性的腳,比此前認為的更具多樣性。

[圖]科學家深入研究蜘蛛腳毛粘性 可開發出更強力、可逆的粘合劑

[圖]科學家深入研究蜘蛛腳毛粘性 可開發出更強力、可逆的粘合劑

粘性毛發(”剛毛”)的顯微結構的SEM圖像。(A) 側視圖顯示長達1.8毫米的毛軸(未顯示全長)和覆蓋有 “微毛”(毛發上的微小毛發狀結構)的尖端區域。(B)俯視圖,顯示前體下側的 “scopula墊”(一束密集的毛發)。覆蓋在毛發頂端區域的是鏟狀的微毛,在行走時粘在基質上。(C) 匙狀微毛的高倍放大圖像。資料來源:B Poerschke, SN Gorb and F Schaber

該研究的小組負責人、來自德國基爾大學的 Clemens Schaber 博士說:「當我們開始實驗時,我們預計會發現一個特定的最佳粘附角度,以及所有單個附著毛的類似粘附特性。但令人驚訝的是,各個毛發之間的粘附力大不相同,例如,一種毛發在與基底呈低角度時粘附效果最好,而另一種則在接近垂直時表現最好」。

這種蜘蛛的腳是由接近2400根細小的毛發或 “剛毛”(百分之一毫米厚)組成的。Schaber和他的同事Bastian Poerschke和Stanislav Gorb收集了這些毛發的樣本,然後測量了它們在一系列粗糙和光滑表面上的粘附程度,包括玻璃。他們還觀察了這些毛發在不同接觸角度下的表現。

[圖]科學家深入研究蜘蛛腳毛粘性 可開發出更強力、可逆的粘合劑

出乎意料的是,每根頭發都顯示出獨特的粘附特性。當研究小組在強大的顯微鏡下觀察這些毛發時,他們還發現每根毛發都顯示出明顯不同的–以及以前未被認識的–結構排列。研究小組認為,這種多樣性可能是蜘蛛如何能夠攀爬如此多的表面類型的關鍵。

目前的這項工作只研究了每隻腳上數千根毛發中的一小部分,考慮研究它們的全部超出了現有資源的范圍。但該團隊預計,並不是所有的毛發都是獨一無二的,也許有可能找到集群或重復的模式。

Schaber 表示:「盡管製造像蜘蛛那樣的納米結構仍然非常困難,特別是要達到天然材料的穩定性和可靠性,但我們的發現可以進一步優化現有的可逆和無殘留的人工粘合劑模型。在蜘蛛附著系統中發現的不同形狀和排列的粘合劑接觸的原理可以改善生物啟發材料對具有不同性質的廣泛基質的附著能力」。

來源:cnBeta