蜘蛛絲的強度和彈性

 (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2529200123)

 生物聚合物通常面臨剛度、強度和延展性之間的權衡：強度高且剛度大的材料往往脆性較大，而彈性好且延展性強的材料通常強度不足。這篇論文研究表明：鬼面蜘蛛科的蜘蛛（Deinopidae）透過形成混合絲狀超結構克服了這一權衡，既能實現高彈性形變，又能承受高負荷。這些蜘蛛進化出獨特的捕食策略：在獵物上撒下黏性絲網，使網的半徑承受遠超普通蜘蛛絲纖維的極端應變。這些半徑由複合絲構成，其彈性核心被環狀細纖維束包裹。這種結構造就了其獨特的機械特性：絲線最初具有良好的柔韌性和高延展性，但隨著纖維環的伸直，絲線會變得剛硬，從而增強其承載能力。值得注意的是，蜘蛛透過捲繞式紡絲技術來控制這種複合結構，透過控制絲環的形成和纖維的混合比例，在蛛網上建立起彈性梯度——主框架線堅硬而結實，而較小半徑處則柔軟且具有超彈性，這些區域在捕食過程中會發生最大的形變。這些發現代表了一個獨特的案例，即透過行為調控絲的加工過程來規避生物材料的權衡取捨，從而實現蛛網結構的非凡動態性和高度特化。這篇論文所述的環狀纖維增強彈性體原理也可應用於需要高彈性和強度的合成材料設計。