Hannes Schniepp (à gauche) et Qijue Wang ont utilisé la microscopie à force atomique pour déterminer que les brins de la toile d'araignée recluse brune sont en fait des nanofibres assemblées en un plat, câble en forme de ruban. Crédit :Stephen Salpukas
Les scientifiques dévoilent les secrets de l'un des matériaux les plus fascinants et potentiellement précieux de la nature :la soie d'araignée.
Un brin de soie d'araignée est cinq fois plus résistant qu'un câble d'acier du même poids, a déclaré Hannes Schniepp du Département des sciences appliquées de William &Mary. Son laboratoire a percé les secrets de la force de l'araignée recluse brune.
Leur dernière découverte est une surprise :la recluse brune ne tisse pas un seul brin de fibre protéique.
"Nous nous attendions à découvrir que la fibre était une seule masse, " expliqua Schniepp. " Mais ce que nous avons découvert, c'est que la soie était en fait une sorte de petit câble. "
La découverte s'ajoute à un rapport de 2017 du même laboratoire révélant qu'un autre facteur de la résistance de la soie brune recluse provient des boucles tissées dans la structure. Le travail est financé par la National Science Foundation. La soie d'araignée est un sujet important car sa résistance et sa ténacité font de la soie d'araignée synthétique une sorte de « Saint Graal » de la science et de l'ingénierie des matériaux.
"Comprendre les raisons pour lesquelles la soie d'araignée a une résistance mécanique accrue par rapport aux soies d'insectes a été une motivation principale pour un certain nombre d'études, ainsi que le désir de produire de grandes quantités de soie d'araignée synthétiquement en laboratoire. De cette perspective, les résultats rapportés fournissent un indice intéressant sur les « trucs du métier » que la nature a pour produire des matériaux étonnants, " déclare Mohan Srinivasarao, directeur du programme NSF, qui a aidé à financer la recherche.
"Comprendre les propriétés de la soie brune recluse au niveau moléculaire fournit non seulement un aperçu de l'un des matériaux les plus résistants de la nature, il peut également fournir une voie pour la conception d'autres matériaux synthétiques, " il ajouta.
Schniepp et Qijue Wang, un étudiant diplômé en sciences appliquées, ont décrit leurs conclusions dans un article, "La force de la soie d'araignée recluse provient de nanofibrilles, " dans Lettres de macro ACS , un journal très cité de l'American Chemical Society. Ils ont utilisé une technique extrêmement sensible connue sous le nom de microscopie à force atomique pour examiner la structure de la soie d'araignée au niveau moléculaire.
Un spécimen de l'écurie d'environ 100 araignées recluses brunes étudiée dans le laboratoire du Integrated Science Center de Hannes Schniepp. Il dirige un groupe étudiant les propriétés de la soie filée par les arachnides venimeux. Crédit :Stephen Salpukas
"Il s'avère que la fibre est constituée d'un certain nombre de nanobrins, " a déclaré Schniepp. "Chaque nanobrin est un fil mince fait de protéines, moins d'un millionième de pouce de diamètre."
L'article rapporte qu'un filament de soie reclus typique est composé d'environ 2, 500 nanobrins. Schniepp et Wang ont développé un modèle structurel détaillé de la soie, révélant également d'autres caractéristiques intéressantes de la structure du câble du reclus.
Les scientifiques savent depuis longtemps que la soie recluse est plate, plutôt que rond, en coupe transversale. Avec curiosité, Schniepp et Wang rapportent que les nanobrins, ou nanofibrilles, qui composent le câble ne sont pas tressés ou torsadés comme de la corde, mais sont plutôt disposés en parallèle.
Il est difficile de décrire à quel point un ruban reclus est fin. Même cette vieille veille de la minceur, les cheveux humains, s'avère insatisfaisant.
« Comment comparez-vous l'épaisseur d'un cheveu rond à un ruban plat ? » demanda Schniepp. "C'est un peu délicat si vous voulez être précis."
Il a ajouté qu'une comparaison précise prend en compte non seulement l'épaisseur du ruban reclus, qui est mille fois inférieure à l'épaisseur d'un cheveu, mais aussi le fait que la section transversale des cheveux est dix fois celle du brin de soie. Par conséquent, Schniepp a dit, la section de la soie est de 1/10, 000e celui d'un cheveu humain.
Schniepp et Wang ont également découvert que les nanobrins individuels sont facilement séparés les uns des autres, indiquant que les liaisons entre les nanofibrilles sont relativement faibles. Mais ils ont également découvert qu'une des clés de la résistance de la structure de la soie réside dans la longueur de chaque nanobrin individuel.
Les scientifiques ont proposé un certain nombre de modèles pour expliquer la composition organisationnelle de la soie d'araignée et ce que cette structure contribue aux propriétés souhaitables et importantes de ténacité et de résistance. Schniepp dit que la structure proposée dans le document est le plus simple et le plus élégant des principaux modèles.
"Nous pensons que le secret de la soie d'araignée recluse brune provient essentiellement de la nanofibrille individuelle, " il a dit.
