As aranhas caçadoras escalam facilmente superfícies verticais ou se movem de cabeça para baixo no teto. Milhares de minúsculos pêlos nas pontas das pernas garantem que não caiam. Como o exoesqueleto da aranha, esses pelos semelhantes a cerdas (as chamadas cerdas) consistem principalmente em proteínas e quitina, que é um polissacarídeo. Para saber mais sobre sua estrutura fina, uma equipe de pesquisa interdisciplinar dos departamentos de Biologia e Física da Universidade de Kiel e do Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) examinou a estrutura molecular desses fios de cabelo em detalhes na fonte de luz de raios X do DESY PETRA III e na Instalação de Radiação Síncrotron Europeia ESRF. Graças à luz de raios-X altamente energética, os pesquisadores descobriram que as moléculas de quitina das cerdas são especificamente organizadas para resistir às tensões de fixação e desprendimento constantes. Suas descobertas podem ser a base para materiais futuros altamente resilientes. Eles foram publicados na edição atual do Interface do Jornal da Royal Society .

As pequenas placas de contato nas pernas da aranha, que têm apenas algumas centenas de nanômetros de tamanho, estão sujeitos a grandes forças quando a aranha está correndo ou escalando. Contudo, essas estruturas adesivas resistem facilmente a grandes esforços. "Em comparação, materiais produzidos artificialmente tendem a quebrar com mais frequência, "diz Stanislav N. Gorb do Zoological Institute at Kiel University." É por isso que queremos descobrir o que torna as pernas de aranha tão estáveis ​​em resistir a fortes forças de atração. "Juntamente com os membros de seu grupo de trabalho" Morfologia Funcional e Biomecânica " , o zoólogo investiga mecanismos de adesão biológica e como eles podem ser transferidos em materiais e superfícies artificiais.

Gorb e seu colega, o zoólogo e biomecanista Clemens Schaber, presumiu que o segredo por trás da estabilidade dos cabelos adesivos de aranha reside na estrutura molecular de seu material. Dadas as pequenas dimensões dos cabelos na faixa do micrômetro inferior, Contudo, é impossível investigar sua arquitetura de material molecular usando métodos convencionais.

A fim de verificar sua hipótese, os cientistas de Kiel colaboraram com Martin Müller do Instituto de Física Experimental e Aplicada, Chefe da divisão de Física de Materiais do HZG. Junto com sua equipe e pesquisadora de doutorado Silja Flenner, os cientistas investigaram os cabelos adesivos da espécie de aranha Cupiennius salei usando métodos de difração de raios-X espacialmente resolvidos no ESRF em Grenoble, França, e no PETRA III da DESY em Hamburgo.

Esses anéis de armazenamento estão entre as melhores e mais poderosas fontes de raios-X do mundo. E é aqui que a equipe de pesquisa atingiu o material da aranha com feixes de raios-X. Como exatamente essa radiação é espalhada pelo material fornece insights de precisão nanométrica sobre a composição do material. "Esse método revelou que as moléculas de quitina nos fios de cabelo do adesivo de aranha têm um arranjo muito específico nas pontas dos fios. O material das pontas fortalece os fios do adesivo na direção da força de tração devido à presença de fios paralelos orientados. fibras de quitina, "Müller disse, resumindo suas descobertas.

"Outro dado notável é que as fibras de quitina em outras partes das pernas da aranha correm em direções diferentes. Esta estrutura, que é semelhante à madeira compensada, torna a haste do cabelo estável em diferentes direções de curvatura, "explica Schaber, autor principal do estudo. O alinhamento paralelo das moléculas de fibra nos cabelos adesivos, por outro lado, segue as forças de tração e pressão que atuam sobre eles. Essa estrutura permite que os pelos absorvam as tensões que ocorrem quando as pernas da aranha aderem e se soltam.

Pêlos adesivos semelhantes podem ser encontrados, por exemplo, nas pernas de lagartixas. A equipe de pesquisa, portanto, levanta a hipótese de que este poderia ser um princípio biológico fundamental que permite aos animais aderir a diferentes superfícies. Suas descobertas podem, portanto, ter implicações inovadoras para o desenvolvimento de novos materiais com alta resiliência. Contudo, para simular artificialmente arranjos moleculares biomiméticos inteligentes, como aquelas em fibras de quitina em escala nano, continua desafiador.

"A natureza usa métodos diferentes:os materiais biológicos e sua estrutura crescem simultaneamente, enquanto as etapas envolvidas na produção artificial são sequenciais, "disse Gorb. Novas tecnologias de produção de aditivos, como a impressão 3-D em nanoescala, podem um dia contribuir para o desenvolvimento de materiais completamente novos que foram inspirados na natureza.