有没有想过为什么在夏季的高湿度下,墙上的油漆会脱落?这和我们洗澡或游泳时绷带与皮肤分离的原因是一样的。
众所周知,界面水会在胶水和表面之间形成一层光滑的非粘着层,干扰两者之间的粘着键的形成。
克服界面水的影响是商用胶粘剂开发人员面临的挑战之一。
为了找到解决方案,阿克伦大学的研究人员正在寻找自然界中最坚固的材料之一——蜘蛛丝。
“大自然最好的粘合剂”
覆盖在蜘蛛网上的粘稠的胶水是一种水凝胶,这意味着它充满了水。有人会认为,蜘蛛很难捕捉猎物,尤其是在潮湿的环境中——但事实并非如此。事实上,他们的粘性胶是自然界中最有效的生物胶之一,多年来一直是一个深入研究的主题。
那么蜘蛛胶是如何在高度潮湿的条件下粘住的呢?
这个问题是UA研究生Saranshu Singla, Gaurav Amarpuri和Nishad Dhopatkar调查的主题,他们一直与聚合物科学和聚合物工程学院的临时院长Ali Dhinojwala博士和综合生物科学项目的生物学教授Todd Blackledge博士合作。两位教授都是亚利桑那大学仿生学研究创新中心(BRIC)的首席研究员,该中心专门研究模拟生物形式、过程、模式和系统,以解决技术挑战。

Saranshu Singla展示了她的海报“潮湿条件下的附着力:蜘蛛丝的教训”。
该团队的研究结果可能为开发更强的商业粘合剂提供线索,可以在最近发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文中阅读。
克服湿度
Singla和她的同事们开始研究普通球形蜘蛛(Larinioides cornutus)成功背后的秘密。它如何克服在潮湿条件下实现良好粘附的主要障碍,在胶水和目标表面之间可能存在水?
为了研究其中的过程,研究小组将球形蜘蛛胶放在蓝宝石衬底上,然后使用界面敏感光谱和红外光谱相结合的方法对其进行检查。
蜘蛛胶由三种元素组成——两种特殊的糖蛋白,低分子质量有机和无机化合物(lmcs)的集合,以及水。lmmc具有吸湿性(吸水性),使胶水保持柔软和粘性。
Singla和她的团队发现,这些糖蛋白是表面的主要结合剂。以糖蛋白为基础的胶已在其他几种生物胶中被发现,如真菌、藻类、硅藻、海星、棘鱼和英国常春藤。
但是为什么蜘蛛胶中的水不会像大多数合成粘合剂那样干扰粘合剂的接触呢?
有前景的结果
研究小组得出结论,lmcs具有一种以前未知的功能,即隔离界面水,防止粘合剂失效。
Singla和他的同事们确定了糖蛋白和lmcs的相互作用决定了所产生的胶水的粘附质量,不同物种之间各自的比例不同,从而优化了粘附强度,以匹配蜘蛛栖息地的相对湿度。
Singla解释说:“蜘蛛胶中的吸湿化合物——被称为吸水性物质——在将水从边界移开方面发挥了以前未知的作用,从而防止了蜘蛛胶在高湿度下的失效。”
蜘蛛胶通过有效吸收界面水来克服界面水问题的能力是这项研究的关键发现,也是最具商业开发前景的发现。
辛格拉说:“想象一下,一种油漆无论下雨还是晴天,都能保证使用寿命。”
多亏了你友好的邻居蜘蛛胶。
媒体联系:Lisa Craig, 330-972-7429或lmc91@uakron.edu。