Spinnenzijde staat al lang bekend als het meest ongelooflijk duurzame natuurlijke materiaal. Er zijn zelfs spinnensoorten die zijde produceren die vijf keer sterker is dan staal, zoals de bruine kluizenaarsspin. Maar je moet je ook afvragen waarom spinnenzijde, dat er zo kwetsbaar uitziet, zo ongelooflijk duurzaam is. Ook dit is een vraag die wetenschappers bezighoudt, en ze hebben pas onlangs het antwoord gevonden.
Spinnenzijde is erg sterk, zelfs sterker dan staaldraad.
Spinnenzijde heeft een unieke structuur.
Spinnenzijde is een eiwitvezel die spinnen produceren en spinnen. Ze gebruiken het om webben te maken waarmee ze prooien vangen of om hun eieren en babyspinnen te beschermen. De sterke structuur van deze zijdevezels stelt spinnen in staat om prooien te vangen die vele malen groter zijn dan zijzelf.
Onlangs hebben onderzoekers van het College of William and Mary (VS) atoomkrachtmicroscopie gebruikt om de microstructuur te bestuderen van de zijdevezels die kluizenaarsspinnen maken om hun eieren te beschermen en prooien te vangen. Ze ontdekten dat elke spinragdraad, dunner dan een mensenhaar, in feite bestaat uit duizenden verschillende nanovezels, met een diameter van slechts 20 nm en een lengte van ongeveer 1 μm.
Deze nanovezels lijken misschien niet lang, maar ze kunnen meer dan 50 keer hun oorspronkelijke lengte uitrekken. Deze structuur maakt spinnenzijde zeer taai en sterk, met een sterkte en duurzaamheid die tot wel 5 keer groter is dan die van een stalen staaf van dezelfde grootte.
Spinnenzijde kan tot wel 50 keer zijn oorspronkelijke formaat uitrekken.
Eerder beweerden wetenschappers over de hele wereld al dat spinnenzijde gemaakt wordt van nanovezels. Totdat deze ontdekking werd gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Macro Letters (VS), was er echter geen hard bewijs.
Dat komt doordat de zijde van de kluizenaarsspin bestaat uit nanovezels die in een platte rij zijn gerangschikt, in plaats van in een cilindrisch patroon zoals bij de meeste andere spinnen. Dit maakt het voor wetenschappers gemakkelijker om ze te observeren met behulp van atoomkrachtmicroscopie.
Dit sluit aan bij onderzoek dat het team in 2017 uitvoerde en aantoonde hoe kluizenaarsspinnen hun zijde versterken met een speciale lustechniek. Net als een klein naaimachinetje weven kluizenaarsspinnen ongeveer 20 nanodraden voor elke millimeter zijde die ze spinnen, waardoor de draad sterker wordt zodat hij niet breekt.
Eén enkele draad spinnenzijde wordt 'opgeofferd' om de algehele structuur te behouden.
Moleculaire mechanica-experts hebben de webben van verschillende spinnensoorten onderzocht, waaronder de Europese kruisspin Araneus diadematus en de webwevende spin Nephila clavipes. Door zijde op moleculair niveau te bestuderen, ontdekten ze dat ze de sterkte van spinnenwebben konden verklaren.
Dr. Buehler legt uit dat individuele zijdevezels kunnen worden "opgeofferd" om de algehele structuur te behouden. "Wanneer aan een zijdevezel wordt getrokken, rekt de moleculaire structuur ervan uit naarmate de kracht toeneemt, waardoor de vezel wordt uitgerekt", zegt hij.
Spinnenzijde breekt alleen als de structuur ervan verloren gaat.
Deze verandering vindt plaats in vier fasen: eerst wordt het hele filament uitgerekt; vervolgens volgt een relaxatiefase waarin de eiwitten zich 'ontvouwen'. Ten derde ondergaat het filament een stijve fase die de grootste hoeveelheid kracht absorbeert. De laatste fase voordat het filament breekt, wordt door Buehler vergeleken met het afscheuren van een stuk plakband; het kost ook veel kracht om het filament te breken, omdat de eiwitten bij elkaar worden gehouden door kleverige waterstofbruggen.
"De sterkte van een spinnenweb komt niet alleen door de sterkte van de zijden draad, maar ook door de manier waarop de mechanische eigenschappen veranderen als eraan wordt getrokken", aldus Dr. Buehler.
Tuyet Anh (Bron: Synthese)
Bruikbaar
Emotie
Creatief
Uniek
Toorn
Bron
Reactie (0)