Hannes Schniepp (a sinistra) e Qijue Wang hanno utilizzato la microscopia a forza atomica per determinare che i fili di ragnatela marrone recluso sono in realtà nanofibre assemblate in un piatto, cavo a nastro. Credito:Stephen Salpukas
Gli scienziati stanno svelando i segreti di uno dei materiali più intriganti e potenzialmente preziosi della natura:la seta di ragno.
Un filo di seta di ragno è cinque volte più resistente di un cavo d'acciaio dello stesso peso, ha detto Hannes Schniepp del Dipartimento di Scienze Applicate di William &Mary. Il suo laboratorio ha svelato i segreti dietro la forza del ragno marrone recluso.
La loro ultima scoperta è una sorpresa:il recluso marrone non fila un singolo filo di fibra proteica.
"Ci aspettavamo di scoprire che la fibra era una massa singola, " ha spiegato Schniepp. "Ma quello che abbiamo scoperto è che la seta era in realtà una specie di minuscolo cavo".
La scoperta si aggiunge a un rapporto del 2017 dello stesso laboratorio che rivela che un altro fattore nella forza della seta marrone reclusa deriva dai cappi filati nella struttura. Il lavoro è finanziato dalla National Science Foundation. La seta di ragno è un argomento importante in quanto la sua forza e robustezza rende la seta di ragno sintetica una sorta di "Santo Graal" della scienza e dell'ingegneria dei materiali.
"Comprendere i motivi per cui la seta di ragno ha una maggiore resistenza meccanica rispetto alle sete di insetti è stata una motivazione primaria per una serie di studi, così come il desiderio di produrre sinteticamente grandi quantità di seta di ragno in laboratorio. Da questa prospettiva, i risultati riportati forniscono un indizio interessante sui "trucchi del mestiere" che la natura ha nel produrre materiali sorprendenti, " dice il direttore del programma NSF Mohan Srinivasarao, che ha contribuito a finanziare la ricerca.
"Comprendere le proprietà della seta marrone reclusa a livello molecolare non solo fornisce informazioni su uno dei materiali più resistenti della natura, ma può anche fornire un percorso per la progettazione di altri materiali sintetici, " Ha aggiunto.
Schniepp e Qijue Wang, uno studente laureato in scienze applicate, descritto i loro risultati in un documento, "La forza della seta del ragno recluso proviene dalle nanofibrille, " in Lettere macro ACS , una rivista molto citata dell'American Chemical Society. Hanno usato una tecnica estremamente sensibile nota come microscopia a forza atomica per esaminare la struttura della seta di ragno a livello molecolare.
Un esemplare della stalla di circa 100 ragni marroni reclusi in fase di studio nel laboratorio dell'Integrated Science Center di Hannes Schniepp. Dirige un gruppo che studia le proprietà della seta filata dagli aracnidi velenosi. Credito:Stephen Salpukas
"Si scopre che la fibra è composta da un certo numero di nanofili, " ha detto Schniepp. "Ogni nanofilamento è un filo sottile fatto di proteine, meno di un milionesimo di pollice di diametro."
Il documento riporta che un tipico filamento di seta reclusa è composto da circa 2, 500 nanofili. Schniepp e Wang hanno sviluppato un modello strutturale dettagliato della seta, rivelando anche altre interessanti caratteristiche della struttura dei cavi del recluso.
Gli scienziati sanno da tempo che la seta reclusa è piatta, piuttosto che rotondo, in sezione trasversale. Curiosamente, Schniepp e Wang riferiscono che i nanofili, o nanofibrille, che compongono il cavo non sono intrecciati o attorcigliati come funi, ma piuttosto sono disposti in parallelo.
È difficile descrivere quanto sia sottile un nastro recluso. Anche quella vecchia attesa di magrezza, i capelli umani, si rivela insoddisfacente.
"Come si confronta lo spessore di un capello tondo con un nastro piatto?" chiese Schniepp. "Questo è un po 'complicato se vuoi essere preciso."
Ha aggiunto che un confronto accurato tiene conto non solo dello spessore del nastro recluso, che è mille volte inferiore allo spessore di un capello, ma anche il fatto che la sezione del capello è dieci volte quella del filo di seta. Di conseguenza, Schniepp ha detto, la sezione della seta è 1/10, 000esimo quello di un capello umano.
Schniepp e Wang hanno anche scoperto che i singoli nanofili sono facilmente separati l'uno dall'altro, indicando che i legami tra le nanofibrille sono relativamente deboli. Ma hanno anche scoperto che una chiave per la forza della struttura della seta risiede nella lunghezza di ogni singolo nanofilo.
Gli scienziati hanno proposto una serie di modelli per spiegare la struttura organizzativa della seta di ragno e il contributo di tale struttura alle proprietà desiderabili e importanti di tenacità e forza. Schniepp afferma che la struttura proposta nella carta è il più semplice ed elegante dei modelli maggiori.
"Crediamo che il segreto della seta di ragno recluso marrone derivi essenzialmente dalla singola nanofibrilla, " Egli ha detto.
