Vedci získali nový pohľad na záhadu, ako zostávajú nohy jašteríc lepkavé

O gekónoch je známe, že sú skúsení horolezci prilepiť na akýkoľvek povrch Vďaka drobným vlasovým štruktúram na chodidlách. Výskumníci z Národného inštitútu pre štandardy a technológie (NIST) spolu so spolupracovníkmi v Oregone, Dánsku a Nemecku sa bližšie pozreli na tieto štruktúry pomocou vysokoenergetického synchrotrónu a odhalili, že ide o ultratenkú vrstvu lipidových molekúl. sú potiahnuté. Pri vzpriamenej orientácii a . Podľa nedávny papier Publikované v časopise Biology Letters.

Tieto drobné mikroskopické chĺpky sa nazývajú setae, z ktorých každá sa delí na stovky drobných chĺpkov nazývaných špachtle. Už dávno je známe, že pri mikroskopických mierkach veľkosti, tzv van der Waalsove silyPríťažlivé a odpudivé sily medzi dvoma dipólovými molekulami sa stávajú dôležitými.

V podstate sa zhluky drobných chĺpkov na gekónskych nohách tak približujú k stenám a stropom, že elektróny z molekúl gekónieho chĺpku a elektróny z molekúl gekóna navzájom interagujú a vytvárajú elektromagnetická príťažlivosť, To umožňuje gekónom ľahko vyliezť na hladké povrchy, ako je sklo. Pavúky, šváby, chrobáky, netopiere, rosničky a jašterice majú rôzne tvarované lepkavé labky, ktoré využívajú rovnaké sily.

Gekoni a ich nezvyčajné nohy sa už dlho tešia veľkému záujmu vedcov. Napríklad v roku 2013 vedci z Kalifornskej univerzity v Santa Barbare našli a opakovane použiteľné suché lepidlo Poháňané gekónovými nohami, ktoré sa ľahko prichytia k hladkým povrchom, pevne priľnú, keď sú zatlačené dopredu a skĺznu pri ťahaní dozadu. Tajomstvom tejto smerovosti bol uhol a tvar polvalcových vlákien vyrobených v lepidle na báze silikónu. Zatlačením plochej strany nadol vytvoríte väčšiu plochu, na ktorú sa sklo prilepí. Sťahovanie vlákien z kruhovej strany zmenšuje povrch, z ktorého môže lepidlo ľahko skĺznuť.

V roku 2020 vedci z Berkeley prečo kontrolovať Mäkké, chlpaté prsty jašterice majú tendenciu sa „lepiť“ len jedným smerom. Potiahnite jednu nohu jedným smerom a prsty gekóna sa dostanú na povrch. Uvoľnite chodidlo a prsty sa „odlepia“ opačným smerom, hoci to agilnému jašterovi nijako nebráni v chôdzi. Vedec zistil, že Vďaka svojej schopnosti znovu zarovnať prsty na nohách mohli gekóny pri stúpaní do kopca utekať do strán. Mať viac prstov pomáha gekónom prispôsobiť sa priľnutiu k klzkému alebo nepravidelnému povrchu. Tie prsty, ktoré udržiavali kontakt s povrchom, dokázali posunúť orientáciu a lepšie rozložiť záťaž. A keďže sú prsty na nohách mäkšie, zvieratá sa ľahšie prispôsobia drsným povrchom.

Napriek tomu, čo sme sa dozvedeli, je málo známe o podrobnej povrchovej chémii vankúšikov na nohách gekónov, najmä setae. Autori tohto najnovšieho článku sa teda rozhodli dozvedieť sa viac, s osobitným záujmom o potenciálne hlavnú úlohu vody pri povrchovej adhézii. „Už sa vedelo veľa o tom, ako setae mechanicky fungovali,“ Povedal fyzik NIST a spoluautor Cherno Jay. „Teraz lepšie rozumieme tomu, ako fungujú, pokiaľ ide o ich molekulárnu štruktúru.“

Podľa autorov nedávne štúdie poukázali na prítomnosť vodoodpudivých lipidových molekúl v odtlačkoch stôp gekonov a zoskupeniach gekoních setae (možno ich nájsť aj v epidermis plazov usporiadaných do tehlového vzoru). Synchrotrónový mikroskop NIST je vhodný na bližší pohľad na molekulárnu štruktúru, pretože je schopný nielen identifikovať molekuly na povrchu trojrozmerných objektov, ale aj odhaliť, kde sa nachádzajú a ako sú orientované.

Autori špekulujú, že tenká vrstva lipidu (s hrúbkou len nanometrov) by mohla pôsobiť tak, že odtlačí všetku vodu pod špachtľou, čo umožní špachtli tesný kontakt s povrchom, čo umožní gekónovi zotrvať na mokrých povrchoch. priľnavosť. Okrem toho sú pohovka a lopatka vyrobené z keratínového proteínu, podobne ako proteíny v ľudských vlasoch a nechtoch. Analýza odhalila, že zarovnanie keratínových vlákien je v smere setae, čo môže byť spôsob, akým odolávajú treniu.

Gecko Feet v minulosti inšpirovalo mnoho zaujímavých aplikácií, vrátane lepiacej pásky, vyššie uvedeného lepidla, „stickybot„Lezenie na robota so syntetickou pohovkou a dokonca (nerobím si z vás srandu) a dizajn podprsenky bez ramienok, ísť a ďalšie, Predstavte si „gekónske čižmy“, ktoré sa môžu držať na mokrom povrchu, alebo „gekónové rukavice“ na lepšie uchopenie mokrého vybavenia ako možné aplikácie ich najnovšieho výskumu.

„Na tomto biologickom systéme je pre mňa najvzrušujúcejšie, že všetko je úplne optimalizované v každom meradle, od makro cez mikro až po molekulárne,“ Povedal spoluautor Stanislav Gorbbiológ na univerzite v Kieli v Nemecku. „To by mohlo pomôcť biomimetickým inžinierom vedieť, čo robiť ďalej.“