Oorzaak sterkte en taaiheid spinrag op het spoor

Een van de meest intrigerende materialen in de natuur is dat waarmee spinnen hun webben maken. De draad waarmee zij de 'spaken' van hun web spinnen - en waarmee zij zich omlaag kunnen laten vallen - heeft een combinatie van sterkte en taaiheid die bij geen enkele vezel wordt aangetroffen. Het is bekend dat de spindraad een semikristallijn polymeer is, waarvan de belangrijkste bestanddelen glycine en alanine zijn: de eenvoudigste aminozuren. Onduidelijk is hoe hieruit de unieke eigenschappen ontstaan.

Een groot deel van de alanine bevindt zich in de vorm van korte polyalanine-basen en deze component is nu bestudeerd door onderzoekers van het Instituut voor biotechnologie van de Cornell-universiteit in Ithaca (VS). Door Nephila clavipes spinnen te 'voeden' met een deuterium-alanine-oplossing, konden deze draden spinnen die rijk waren aan deuterium (zware waterstof). En dat maakte het mogelijk om de kristal-oriëntatie in de vezels te bestuderen met de techniek die kernspinresonantie heet (NMR) - het woord spin slaat hier op het draaien van de kern en heeft niets met de dieren te maken (Science 271, p.39 en 84).

De onderzoekers hebben gevonden dat zich in de kristallijne component twee soorten kristallen bevinden. Ongeveer 40 procent van de alaninerijke kristallen is geconcentreerd in de vorm van vlakken die evenwijdig aan de as van de vezels zijn gericht. Die component zou verantwoordelijk kunnen zijn voor de sterkte van de spindraad. De overige 60 procent van de kristallen vertoont slechts een zwakke gerichtheid en zit ook minder dicht opeengepakt. Beide soorten kristallen liggen ingebed in een glycinerijke matrix.

De zwak gerichte kristallen zouden van belang kunnen zijn bij het aan elkaar en aan de omringende matrix verbinden van de georiënteerde kristallen en zo de uitzonderlijke taaiheid van spinrag kunnen bepalen. Bij DuPont was enkele jaren geleden al op theoretische gronden al een soortgelijk model voor de elasticiteit van spinrag ontwikkeld.

    • George Beekman