I ragni da caccia si arrampicano facilmente sulle superfici verticali o si spostano a testa in giù sul soffitto. Mille minuscoli peli all'estremità delle gambe fanno in modo che non cadano. Come l'esoscheletro del ragno, questi peli a setole (cosiddette setole) sono costituiti principalmente da proteine ​​e chitina, che è un polisaccaride. Per saperne di più sulla loro struttura fine, un team di ricerca interdisciplinare dei dipartimenti di biologia e fisica dell'Università di Kiel e dell'Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) ha esaminato la struttura molecolare di questi capelli in modo più dettagliato presso la sorgente di luce a raggi X PETRA III di DESY e presso l'European Synchrotron Radiation Facility ESRF. Grazie alla luce a raggi X altamente energetica, i ricercatori hanno scoperto che le molecole di chitina delle sete sono disposte in modo specifico per resistere alle sollecitazioni dell'attaccamento e del distacco costanti. Le loro scoperte potrebbero essere la base per materiali futuri altamente resilienti. Sono stati pubblicati nell'ultimo numero del Journal of the Royal Society Interface .

Le minuscole placche di contatto sulle zampe del ragno, che misurano solo poche centinaia di nanometri, sono soggetti a grandi forze quando il ragno corre o si arrampica. Però, queste strutture adesive resistono facilmente a forti sollecitazioni. "In confronto, i materiali prodotti artificialmente tendono a rompersi più spesso, " afferma Stanislav N. Gorb dell'Istituto zoologico dell'Università di Kiel. "Ecco perché vogliamo scoprire cosa rende le zampe di ragno così stabili nel resistere a forti forze di trazione". Insieme ai membri del suo gruppo di lavoro "Morfologia funzionale e biomeccanica" , lo zoologo indaga i meccanismi di adesione biologica e come potrebbero essere trasferiti in materiali e superfici artificiali.

Gorb e il suo collega, lo zoologo e biomeccanico Clemens Schaber, presumeva che il segreto dietro la stabilità dei peli adesivi dei ragni risiedesse nella struttura molecolare del loro materiale. Date le piccole dimensioni dei peli nell'intervallo micrometrico inferiore, però, è impossibile investigare la loro architettura di materiale molecolare usando metodi convenzionali.

Per verificare la loro ipotesi, gli scienziati di Kiel hanno collaborato con Martin Müller dell'Istituto di fisica sperimentale e applicata, Responsabile della divisione di Fisica dei Materiali presso l'HZG. Insieme al suo team e al dottorando Silja Flenner, gli scienziati hanno studiato i peli adesivi della specie di ragno Cupiennius salei utilizzando metodi di diffrazione dei raggi X spazialmente risolti presso l'ESRF di Grenoble, Francia, e al PETRA III di DESY ad Amburgo.

Questi anelli di accumulo sono tra le migliori e più potenti sorgenti di raggi X al mondo. Ed è qui che il team di ricerca ha colpito il materiale del ragno con raggi X. Il modo esatto in cui questa radiazione viene dispersa dal materiale fornisce informazioni di precisione nanometrica sulla composizione del materiale. "Questo metodo ha rivelato che le molecole di chitina nei peli adesivi del ragno hanno una disposizione molto specifica sulla punta stessa dei peli. Il materiale delle punte rafforza i peli adesivi nella direzione della forza di trazione a causa della presenza di fibre di chitina, "Müller ha detto, riassumendo le loro scoperte.

"Un'altra intuizione notevole è che le fibre di chitina in altre parti delle zampe del ragno corrono in direzioni diverse. Questa struttura, che è simile al compensato, rende stabile il fusto del capello nelle diverse direzioni di piegatura, " spiega Schaber, autore principale dello studio. L'allineamento parallelo delle molecole di fibra nei peli adesivi, d'altra parte, segue le forze di trazione e pressione che agiscono su di esse. Questa struttura permette ai peli di assorbire le sollecitazioni che si verificano quando le zampe del ragno aderiscono e si staccano.

Si possono trovare peli adesivi simili, Per esempio, sulle zampe dei gechi. Il team di ricerca ipotizza quindi che questo potrebbe essere un principio biologico chiave che consente agli animali di aderire a superfici diverse. Le loro scoperte potrebbero quindi avere implicazioni rivoluzionarie per lo sviluppo di nuovi materiali ad alta resilienza. Però, simulare artificialmente disposizioni molecolari biomimetiche intelligenti, come quelli nelle fibre di chitina su scala nanometrica, rimane impegnativo.

"La natura usa metodi diversi:i materiali biologici e la loro struttura crescono contemporaneamente, mentre i passaggi coinvolti nella produzione artificiale sono sequenziali, " ha affermato Gorb. Nuove tecnologie di produzione additiva come la stampa 3D su scala nanometrica potrebbero un giorno contribuire allo sviluppo di materiali completamente nuovi ispirati alla natura.