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这种棕色的隐遁蜘蛛通过在一条平坦的线上纺丝,制造出超强的丝

Say hello to Abby:
向艾比问好: 科学家们给他们佳博体育里所有的蜘蛛都起了名字。棕色的隐士标本在单独的罐子里得到了很好的保护。它们是有毒的,但Hannes Schniepp说这种危险被夸大了。约瑟夫·麦克莱恩摄
Silk sleuths:
丝绸侦探: Hannes Schniepp(前)和Sean Koebley帮助解开了是什么让棕色隐士蜘蛛的丝特别结实的谜团。Koebley拿着一个罐子,里面装着ISC 3佳博体育里一百多个蜘蛛标本中的一个。约瑟夫·麦克莱恩摄

这有助于了解一些关于棕色隐士的知识,以充分理解是什么让这种特殊蜘蛛的丝如此坚固。

威廉玛丽公司的科学家们和牛津大学的同事们进行了一项国际合作,他们发现棕色隐士通过在每根丝线上纺线圈来制造特别坚韧的丝绸。合作者在英国皇家化学学会出版的《材料视野》杂志上发表了一篇论文,详细介绍了他们的发现。

威廉与玛丽学院应用科学系的博士生肖恩·科布利(Sean Koebley)是这篇论文的第一作者,题为《隐士蜘蛛环状缎带丝中增强韧性的元结构》。Koebley在Adina Allen Term杰出副教授Hannes Schniepp的佳博体育研究各种丝绸的特性。

对天然丝的研究继续为新的合成材料提供见解,而棕色隐士的丝因其相对强度而特别有希望。施尼普解释说,所有种类的蜘蛛都能产生丝,这些丝本质上是蛋白质链,横截面或多或少是圆形的。但是棕色隐士的网在很多方面都是不同的——而且是完全独特的。

棕色隐士织的不是大多数人认为的典型的蜘蛛网。施尼普说,那些横跨人行道的同心圆辐条结构是不同的,是一种被称为球体编织者的蜘蛛的作品。

“这些蜘蛛的目标是飞虫,”Koebley说。“隐士以地面昆虫为目标,目的是缠住猎物。”

一个隐士在靠近地面的地方织网,与传统的圆网编织者的陷阱相比,这种结构看起来很混乱。单根蛛丝的几种特性结合在一起,使一张隐遁的网致命——如果不适合更多的空中蜘蛛物种的话。

圆蛛是通过从单根丝线上垂下开始织网的,但抱着地面的隐士不需要这样的支持。事实上,一股“隐士丝”非常薄,一股丝线无法支撑蜘蛛本身。“但是,”Koebley指出,“那只是因为它太薄了。那么细的一根钢条也支撑不住蜘蛛。”

通过数小时观察蜘蛛纺丝和检查蛛丝本身,研究人员发现了蛛丝是一种极好的材料的大部分原因。他们发现蜘蛛在每一根线上都打了圈。每只蜘蛛都有一个吐丝器,就像一台“高速缝纫机”,以每英寸500个左右的速度吐出微圈。

标准的材料智慧认为,循环给予;施尼普说,工程师们早就知道,松结的绳子比不打结的绳子更结实。这些环增加了长丝的强度,但同样的环会导致纤维过早失效。他的佳博体育已经弄清楚了隐士是如何设计出一种方法来绕过循环的缺点的。

施尼普解释说:“与所有其他蜘蛛不同,它的丝不是圆形的,而是一条纳米级的薄缎带。”“带状形状增加了防止过早失效所需的灵活性,因此所有的微环都可以为链提供额外的韧性。”

他们甚至用普通的办公胶带测试了他们的平环理论:“即使是一个环也能显著提高韧性,”Koebley指出。

单个的环本身很坚固,但最终会打开。累积的效果是,环路使纤维更耐测试。

下一步是开始设计一种合成材料的任务,这种材料的灵感来自于隐士丝的品质和结构。

“这是成千上万种蜘蛛中最好的蛛丝之一,”施尼普说。“在谈论材料时,我们使用‘强度’和‘韧性’这样的术语。“在这两个类别中,隐士丝都是非常好的材料。如果按重量标准化强度,它比钢好。如果你看看这种材料的韧性,它比凯夫拉纤维要好。”

数学模型支持了这种观点,即隐环人造材料具有巨大的前景。

牛津大学动物学系的合作者弗里茨·沃尔拉斯说:“计算机模拟表明,有许多环路的纤维将会坚韧几十倍,甚至更多。”“这马上就提出了可能的应用。例如,碳丝可以因此变得不那么脆,从而使它们能够用于新型的吸收冲击的结构,例如在蜘蛛状的碳丝网中捕捉危及宇航员生命和卫星完整性的漂浮的太空碎片。”

Vollrath与Koebley和Schniepp是这篇论文的合著者。Schniepp在William & 玛丽的工作是由美国国家科学基金会资助的,他和Vollrath一样对合成隐遁纤维的前景充满热情。他指出,有许多挑战需要应对。

“首先,从来没有人制造过这种带状形状的合成纤维,”他说。“当然,你需要想出一个合成版本的蛋白质。这是一个多步骤的过程,但我们希望在所有这些方面都有所努力。”

不,它们从来没有被咬过。佳博体育也没有访客。

Schniepp和Koebley研究了大约100只棕色隐士蜘蛛。这种蛛形纲动物是有毒的,但施尼普说这种蜘蛛的名声“真的被夸大了”。