蜘蛛捕丝胶滴内的毛细卷绕启发高延展性纤维

蜘蛛网和拖丝常被作为轻量结构和优异聚合物的范例。可能最引人入胜的蜘蛛丝是圆蛛捕丝，其上覆盖着微小的糖蛋白胶滴。即使被压缩，这种丝仍出奇地绷紧，这一性质与纯液膜共有，使得丝和网均处于恒定张力状态。Vollrath和Edmonds提出胶滴会充当小型绞盘并负责产生张力，但也有其他解释，例如涉及鞭毛状丝核心丝的大分子性质。本文中，我们展示捕丝的纳升级胶滴确实诱导核心丝的屈曲和卷绕：微观活体观察揭示松弛的纤维被卷绕进胶滴内部及其中。我们将绞盘激活建模为结构相变，并表明纤维卷绕本质上源于弹性与毛细作用的相互作用。这通过在一个合成聚氨酯线/硅油滴系统上人工重现该机制得到证明。纤维尺寸在自然和人工装置中都是关键，两者都需要微米尺寸的纤维才能发挥作用。进一步显示液滴内的卷轴和线圈直接影响丝的力学响应，证明几何形状在蜘蛛丝力学中的核心作用。除了阐明圆蛛捕丝的功能外，我们认为该生物系统的性质为受生物启发的合成致动器提供了新见解。