Spindeltråd har länge varit känt som det mest otroligt hållbara naturmaterialet. Det finns till och med spindelarter som producerar tråd som är fem gånger starkare än stål, som till exempel den bruna reclusaspindeln. Men man måste också undra varför spindeltråd, som ser så ömtålig ut, är så otroligt hållbar. Detta är också en fråga som har förbryllat forskare , och de har först nyligen hittat svaret.
Spindeltråd är mycket stark, till och med starkare än ståltråd.
Spindeltråd har en unik struktur.
Spindeltråd är en proteinfiber som spindlar producerar och spinner. De använder den för att skapa nät för att fånga byten eller för att skydda sina ägg och spindelungar. Den starka strukturen hos dessa silkesfibrer gör att spindlar kan fånga byten som är många gånger större än dem själva.
Nyligen använde forskare vid College of William and Mary (USA) atomkraftsmikroskopi för att observera mikrostrukturen hos de silkesfibrer som bruna spindlar skapar för att skydda sina ägg och fånga byten. De upptäckte att varje spindeltråd, tunnare än ett mänskligt hårstrå, faktiskt består av tusentals olika nanofibrer, bara 20 nm i diameter och cirka 1 μm långa.
Dessa nanofibrer kanske inte verkar långa, men de kan töjas ut mer än 50 gånger sin ursprungliga storlek. Denna struktur gör spindeltråden mycket tuff och stark, med styrka och hållbarhet upp till 5 gånger större än en stålstång av samma storlek.
Spindeltråd kan töjas ut upp till 50 gånger sin ursprungliga storlek.
Tidigare hade forskare runt om i världen hävdat att spindeltråd var tillverkad av nanofibrer, men det fanns inga solida bevis förrän denna upptäckt publicerades i den vetenskapliga tidskriften ACS Macro Letters (USA).
Det beror på att den bruna enstöringens silke består av nanofibrer arrangerade i en platt uppsättning, snarare än i ett cylindriskt mönster som de flesta andra spindlar. Detta gör det lättare för forskare att observera dem med hjälp av atomkraftsmikroskopi.
Detta kompletterar forskning som teamet genomförde 2017, som visade hur bruna enstöringsspindlar stärker sitt siden med hjälp av en speciell ögleteknik. Likt en liten symaskin väver bruna enstöringsspindlar cirka 20 nanotrådar för varje millimeter siden de spinner, vilket stärker tråden så att den inte går av.
En enda tråd spindelsilke "offras" för att bibehålla den övergripande strukturen.
Molekylmekaniker har undersökt spindelnäten hos olika spindelarter, inklusive den europeiska trädgårdsspindeln Araneus diadematus och den nätvävande spindeln Nephila clavipes. Genom att studera silke på molekylär nivå fann de att de kunde förklara spindelnätens styrka.
Dr. Buehler förklarar att enskilda silkesfibrer kan "offras" för att bibehålla den övergripande strukturen. "När en silkesfiber dras ut sträcks dess molekylstruktur när kraften ökar, vilket gör att fibern sträcks ut", säger han.
Spindeltråd går bara sönder när den vill behålla sin övergripande struktur.
Denna förändring sker i fyra steg: först sträcks hela filamentet ut; sedan en relaxationsfas där proteinerna "vecklas ut". För det tredje genomgår filamentet en styv fas som absorberar den största mängden kraft. Det sista steget innan filamentet brister liknas av Buehler vid att riva av en bit tejp; det krävs också en stor kraft för att bryta filamentet eftersom proteinerna hålls samman av klibbiga vätebindningar.
”Styrkan hos ett spindelnät beror inte bara på silkestrådens styrka, utan också på hur dess mekaniska egenskaper förändras när man drar i det”, sa Dr. Buehler.
Tuyet Anh (Källa: Syntes)
Användbar
Känsla
Kreativ
Unik
Vrede
[annons_2]
Källa
Kommentar (0)