August 7, 2022

Kreuznacher Rundschau

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Wissenschaftler gewinnen eine neue Vorstellung vom Geheimnis, wie klebrige Geckofüße bleiben

Wissenschaftler gewinnen eine neue Vorstellung vom Geheimnis, wie klebrige Geckofüße bleiben

Zoomen / Nahaufnahme von Tokai-Gecko-Zehenpolstern. Sie haben viele kleine Haare an jedem Fuß, die Haare genannt werden, von denen jedes in Hunderte von kleineren Haaren unterteilt ist, die Spatel genannt werden. Diese helfen, den Kontakt mit der Oberfläche zu erhöhen.

Yi Sung

Der Gecko ist berühmt dafür, ein erfahrener und fähiger Kletterer zu sein haftet auf jeder Oberfläche Dank der winzigen haarähnlichen Strukturen an der Unterseite ihrer Füße. Zusammen mit Kollegen in Oregon, Dänemark und Deutschland haben Forscher des National Institute of Standards and Technology (NIST) diese Strukturen mit einem hochenergetischen Synchrotron genauer unter die Lupe genommen und festgestellt, dass sie mit einer sehr dünnen Schicht aus Lipidmolekülen bedeckt sind. Aufrecht, nach a letztes Papier Veröffentlicht in Biology Letters.

Diese winzigen mikroskopisch kleinen Haare werden Haare genannt, von denen jedes in Hunderte kleinerer Haare unterteilt ist, die als Spatel bezeichnet werden. Es ist seit langem bekannt, dass in mikroskopischen Größenskalen, den sog Van-der-Waals-KräfteDie Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen zwei Dipolmolekülen werden wichtig.

Im Wesentlichen nähern sich die winzigen Haarbüschel an den Füßen des Geckos Linien in Wänden und Decken, so dass die Elektronen aus den Partikeln des Haars des Geckos und die Elektronen aus den Wandpartikeln miteinander interagieren und entstehen Elektromagnetische Anziehung. Dadurch können Geckos glatte Oberflächen wie Glas mühelos erklimmen. Spinnen, Grillen, Käfer, Fledermäuse, Laubfrösche und Eidechsen haben alle klebrige Fußpolster unterschiedlicher Größe, die dieselben Kräfte verwenden.

Geckos und ihre ungewöhnlichen Füße sind für Wissenschaftler schon lange von Interesse. 2013 haben beispielsweise Wissenschaftler der University of California, Santa Barbara, eine Akte entworfen Wiederverwendbarer Trockenkleber Inspiriert von den Füßen eines Geckos, der leicht auf glatten Oberflächen haftet, beim Vorwärtsschieben fest haftet und beim Zurückziehen gleitet. Das Geheimnis dieses Trends war der Winkel und die Form der halbzylindrischen Fasern, die in dem Klebstoff auf Silikonbasis hergestellt wurden. Das Drücken der flachen Seite nach unten erzeugte mehr Oberfläche zum Anhaften an einer Glasoberfläche. Das Ziehen der Fasern mit der runden Seite nach unten reduzierte die Oberfläche, so dass der Klebstoff leicht abrutschen konnte.

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Im Jahr 2020 Berkeley Scholars untersuchen warum Die Zehen eines weichhaarigen Geckos „kleben“ nur in eine Richtung. Ziehen Sie einen Fuß in eine Richtung und die Zehen des Geckos bleiben an der Oberfläche haften. Lassen Sie den Fuß los und er „schält“ die Zehen in die entgegengesetzte Richtung, obwohl dies den anmutigen Gecko nicht daran hindert, sich beliebig zu bewegen. Wissenschaftler ich habe es gefunden Geckos können dank der Fähigkeit, ihre Zehen neu auszurichten, seitlich mit der gleichen Geschwindigkeit rennen, mit der sie nach oben klettern. Mehrere Finger zu haben, hilft Geckos, sich an rutschige oder unregelmäßige Oberflächen anzupassen. Die Zehen, die Kontakt mit der Oberfläche hielten, konnten die Richtung ändern und die Last besser verteilen. Und weil die Zehen weich sind, können sich die Tiere leichter an raue Oberflächen anpassen.

Trotz allem, was wir gelernt haben, ist wenig über die detaillierte Oberflächenchemie von Gecko-Zehenpolstern bekannt, insbesondere über die Flecken. Daher machten sich die Autoren dieser neuesten Forschungsarbeit daran, mehr herauszufinden, mit besonderem Interesse an der potenziell herausragenden Rolle, die Wasser bei der Oberflächenhaftung spielen kann. „Über die mechanische Funktionsweise von Gelen war bereits viel bekannt“, Der Physiker sagte NIST und Co-Autor von Cherno Jaye. „Jetzt haben wir ein besseres Verständnis dafür, wie es in Bezug auf die molekulare Struktur funktioniert.“

Laut den Autoren haben neuere Studien das Vorhandensein von wasserabweisenden Lipidpartikeln in Gecko-Fußabdrücken und Gecko-Matrizen gezeigt (sie können auch in der Kutikula von Reptilien gefunden werden, die in einem Ziegel-und-Mörtel-Muster angeordnet sind). Das Synchrotron-Mikroskop des National Institute of Standards and Technology (NIST) eignet sich gut, um die Molekülstruktur genau zu untersuchen, da es nicht nur Moleküle auf der Oberfläche von 3D-Objekten identifizieren kann, sondern auch genau verrät, wo sie sich befinden und wohin sie gelenkt werden.

Dieser dünne Lipidfilm (nur einen Nanometer dick) kann jegliches Wasser unter Löffeln wegdrücken, spekulieren die Autoren, wodurch Löffel einen engen Kontakt mit der Oberfläche haben und Geckos dabei helfen, auf nassen Oberflächen Halt zu behalten. Darüber hinaus bestehen Löffel und Löffel aus dem Keratinprotein, ähnlich wie die Proteine, die in menschlichen Haaren und Fingernägeln vorkommen. Die Analyse ergab, dass sich die Keratinfasern in Haarrichtung ausrichten, was die Ursache für die Abriebfestigkeit sein könnte.

Geckofüße haben in der Vergangenheit viele interessante Anwendungen inspiriert, darunter das oben erwähnte Klebeband und der Klebstoff und „klebrig„Kletterroboter mit prothetischem Anker und sogar (ich scherze nicht mit dir) a Trägerloses BH-Design. Jay und andere. Stellen Sie sich „Gecko-Schuhe“ vor, die an nassen Oberflächen haften können, oder „Gecko-Handschuhe“, um nasse Werkzeuge besser in den Griff zu bekommen, als potenzielle Anwendungen ihrer neuesten Forschung.

„Das Spannendste an diesem biologischen System ist für mich, dass alles in jeder Größenordnung perfekt optimiert ist, vom Makro über das Mikro bis hin zum Molekularen“, Co-Autor Stanislav Sock sagte, ein Biologe an der Universität Kiel in Deutschland. „Dies kann biomimetischen Ingenieuren helfen zu wissen, was als nächstes zu tun ist.“