A tudósok új ötletet kapnak a gekkólábak ragadósságának titkáról

A gekkó arról híres, hogy szakértő és tehetséges hegymászó bármilyen felületre tapad Köszönhetően az apró szőrszerű struktúráknak a lábuk alján. A Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) kutatói oregoni, dán és németországi kollégákkal együtt nagy energiájú szinkrotron segítségével vizsgálták meg közelebbről ezeket a struktúrákat, és kiderült, hogy nagyon vékony lipidmolekulák borítják őket. Álló, szerint a utolsó papír Megjelent: Biology Letters.

Ezeket az apró mikroszkopikus szőrszálakat hajszálaknak nevezik, amelyek mindegyike több száz kisebb szőrszálra, úgynevezett spatulára oszlik. Régóta ismert, hogy a mikroszkopikus méretű pikkelyekben az ún Van der Waals erőkA két dipólmolekula közötti vonzás és taszítás erői fontossá válnak.

Lényegében a gekkó lábán lévő apró szőrcsomók közel kerülnek a falak és a mennyezet vonalaihoz, így a gekkó hajrészecskéiből származó elektronok és a falrészecskékből származó elektronok kölcsönhatásba lépnek egymással, és létrehoznak elektromágneses vonzás. Ez lehetővé teszi a gekkóknak, hogy könnyedén másznak fel sima felületekre, például üvegre. A pókok, a tücskök, a bogarak, a denevérek, a leveli békák és a gyíkok különböző méretű ragacsos lábpárnákkal rendelkeznek, amelyek ugyanazokat az erőket használják fel.

A gekkók és szokatlan lábuk már régóta érdekli a tudósokat. 2013-ban például a Santa Barbarai Kaliforniai Egyetem tudósai fájlt terveztek Újrafelhasználható száraz ragasztó Egy gekkó lába ihlette, amely könnyen tapad a sima felületekhez, szilárdan tapad, ha előre tolják, és csúszik, ha visszahúzzák. Ennek a trendnek a titka a szilikon alapú ragasztóban előállított félhengeres szálak szöge és alakja volt. A lapos oldal lefelé tolásával nagyobb felület keletkezett az üvegfelülethez való tapadáshoz. A szálak lekerekített oldalával lefelé történő húzása csökkentette a felületet, így a ragasztó könnyen lecsúszhatott.

2020-ban a Berkeley Scholars vizsgálja meg, miért A puha szőrű gekkó lábujjai csak egy irányban „ragadnak”. Húzza az egyik lábát egy irányba, és a gekkó lábujjai a felülethez tapadnak. Engedje el a lábfejet, és az ellenkező irányba „hámozza” a lábujjakat, bár ez nem akadályozza meg a kecses gekkót abban, hogy bármilyen módon mozogjon. Tudósok megtaláltam A gekkók ugyanazzal a sebességgel tudnak oldalirányban futni, mint ahogy felmásznak, köszönhetően a lábujjaik átrendezésének. A több ujj birtoklása segít a gekkóknak alkalmazkodni a csúszós vagy szabálytalan felületekhez. A felülettel érintkező lábujjak képesek voltak irányt váltani és jobban elosztani a terhelést. És mivel a lábujjak puhák, az állatok könnyebben alkalmazkodnak a durva felületekhez.

Annak ellenére, hogy mindent megtudtunk, keveset tudunk a gekkó lábujjpárnák, különösen a foltok részletes felületi kémiájáról. Ezért ennek a legújabb kutatási cikknek a szerzői arra törekedtek, hogy többet megtudjanak, különös tekintettel arra, hogy a víz milyen kiemelkedő szerepet játszhat a felületi tapadásban. „Sokat ismertek már a gélek mechanikai működéséről” A fizikus azt mondta, NIST és a Cherno Jaye társszerzője. „Most már jobban megértjük, hogyan működik a molekulaszerkezet szempontjából.”

A szerzők szerint a legújabb vizsgálatok víztaszító lipidrészecskék jelenlétét jelezték gekkó lábnyomokban és gekkó mátrixokban (ezek megtalálhatók a hüllők kutikulájában is, tégla-habarcs mintázatba rendezve). A National Institute of Standards and Technology (NIST) szinkrotron mikroszkópja kiválóan alkalmas a molekulaszerkezet alapos vizsgálatára, mivel nemcsak a 3D objektumok felszínén lévő molekulákat képes azonosítani, hanem azt is, hogy pontosan hol vannak és hogyan irányítják őket.

Ez a vékony (csak egy nanométer vastag) lipidréteg eltávolíthatja a kanalak alatt lévő vizet, feltételezik a szerzők, lehetővé téve, hogy a kanalak szorosan érintkezzenek a felülettel, és segítsenek a gekkóknak megőrizni a tapadást a nedves felületeken. Ezenkívül a kanalak és a kanalak a keratin fehérjéből állnak, hasonlóan az emberi hajban és körmökben található fehérjékhez. Az elemzés során kiderült, hogy a keratinszálak a haj irányába igazodnak, ez lehet a kopásállóság oka.

A gekkó lábak sok érdekes alkalmazást inspiráltak a múltban, beleértve a fent említett ragasztószalagot és ragasztót, ésragadós„Mászórobot műhorgonnyal, sőt (nem viccelek veled) egy Pánt nélküli melltartó design. Jay és mások. Képzelje el a „gekkócipőket”, amelyek nedves felületekhez tapadnak, vagy a „gekkókesztyűket”, hogy jobban megfogják a nedves szerszámokat, mint a legújabb kutatásaik lehetséges alkalmazásait.

„Számomra az a legizgalmasabb ebben a biológiai rendszerben, hogy minden tökéletesen optimalizált minden léptékben, a makrotól a mikroon át a molekulárisig.” Stanislav Sock társszerző mondta, biológus a németországi Kieli Egyetemen. „Ez segíthet a biomimetikus mérnököknek tudni, mit tegyenek ezután.”