Scanning Electron Microscopy (SEM) bild av baserna för pretarsal (dvs. på nedersta delen av benet) självhäftande hårstrån. (A) Till vänster är håraxlarna på de självhäftande hårstrån närmast exoskeleton. Vid deras införande, håraxeln blir tunnare och en proppliknande struktur på exoskeletet möts och fäster vid den. (b) Ytterligare förstoring av samma region:asterisken markerar svängpunkten där hårstrån kan böja uppåt. Distalt kontra proximalt betyder här bort från kontra mot klo på spetsen av benet. Upphovsman:B Poerschke, SN Gorb och F Schaber
Hur går spindlar rakt upp-och till och med upp och ner-över så många olika typer av ytor? Att besvara denna fråga kan öppna nya möjligheter för att skapa kraftfulla, ändå reversibel, bioinspirerade lim. Forskare har arbetat för att bättre förstå spindelfötter under de senaste decennierna. Nu, en ny studie i Gränser inom maskinteknik är den första som visar att egenskaperna hos de hårliknande strukturerna som bildar de självhäftande fötterna på en art-den vandrande spindeln Cupiennius salei - är mer varierande än man tidigare trott.
"När vi började experimenten, vi förväntade oss att hitta en specifik vinkel med bästa vidhäftning och liknande vidhäftningsegenskaper för alla de individuella fästhåren, "säger gruppledaren för studien, Dr Clemens Schaber vid universitetet i Kiel i Tyskland. "Men förvånansvärt vidhäftningskrafterna skilde sig i stort mellan de enskilda hårstråna, t.ex. ett hår fästes bäst i en låg vinkel mot underlaget medan det andra presterade bäst nära vinkelrätt. "
Fötterna på denna spindelart består av nära 2, 400 små hårstrån eller 'setae' (en hundradels millimeter tjock). Schaber, och hans kollegor Bastian Poerschke och Stanislav Gorb, tog ett prov av dessa hårstrån och mätte sedan hur bra de fastnade för en rad ojämna och släta ytor, inklusive glas. De tittade också på hur bra hårstråna presterade vid olika kontaktvinklar.
Olika typer av hår fungerar tillsammans
Oväntat, varje hår visade unika vidhäftningsegenskaper. När laget tittade på hårstrån under ett kraftfullt mikroskop, de fann också att var och en visade klart olika - och tidigare okända - strukturella arrangemang. Teamet tror att denna sort kan vara nyckeln till hur spindlar kan klättra så många yttyper.
SEM -bilder av mikrostrukturen i de självhäftande håren ('setae'). (A) Sidovy som visar upp till 1,8 mm långt hårskaft (visas inte i full längd) och spetsområdet täckt med "microtrichia" (små hårliknande strukturer på korrekta hårstrån). (B) Ovanifrån av 'scopula pad' (en tät hårstrå) på undersidan av pretarsus. Täckande spetsområdet av hårstrån är spatelformade microtrichia, som fastnar på underlaget under gång. (C) Högre förstoringsbild av den spatelformade mikrotrichia. Upphovsman:B Poerschke, SN Gorb och F Schaber
Detta nuvarande arbete studerade bara ett litet antal av de tusentals hårstrån på varje fot, och det ligger utanför ramen för befintliga resurser att överväga att studera dem alla. Men teamet förväntar sig att inte alla hårstrån är unika, och att det kan vara möjligt att hitta kluster eller upprepande mönster istället.
(A) Nedåtriktad yta av hårstrån runt klorna på pretarsus (vita asterisker markerar de två loberna på hårtorken), som består av tusentals tätt packade hårstrån. Pilarna betecknar de två klorna. (B) sidovy av hårtorken på pretarsus som fastnar på en glasskiva. (C) Förstorad vy av rektangeln i den andra panelen. Lägg märke till hur hårspetsarna blir böjda. Upphovsman:B Poerschke, SN Gorb och F Schaber
Bioinspirerade applikationer möjliga
"Även om det fortfarande är mycket svårt att tillverka nanostrukturer som spindelens-och särskilt för att uppnå stabilitet och tillförlitlighet för naturmaterialen-kan våra resultat ytterligare optimera befintliga modeller för reversibla och restfria konstgjorda lim, "säger Schaber." Principen om olika former och inriktningar av limkontakter som finns i spindelfästsystemet kan förbättra fästförmågan hos bioinspirerade material till ett brett spektrum av substrat med olika egenskaper. "
