Sommige slangensoorten glijden over de grond, terwijl anderen in bomen klimmen, duik door zand of glijd over water. Vandaag, wetenschappers melden dat de oppervlaktechemie van slangenschubben varieert tussen soorten die over deze verschillende terreinen onderhandelen. De bevindingen kunnen gevolgen hebben voor het ontwerpen van duurzame materialen, evenals robots die de voortbeweging van slangen nabootsen om oppervlakken te kruisen die anders onbegaanbaar zouden zijn.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de voorjaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS).

Het onderzoek begon als een samenwerking met Woodland Park Zoo in Seattle, legt Tobias Weidner uit, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project. Een van de biologen van de dierentuin vertelde Weidner dat er niet veel bekend was over de chemie van slangenoppervlakken. "Biologen hebben meestal geen technieken die moleculen op de buitenste laag van een oppervlak kunnen identificeren, zoals een slangenhuid, "zegt hij. "Maar ik ben een chemicus - een oppervlaktewetenschapper - dus ik had het gevoel dat ik iets aan het plaatje kon toevoegen met de methoden van mijn laboratorium."

In dat eerste project de onderzoekers ontdekten dat landslangen bedekt zijn met een lipidelaag. Deze olieachtige laag is zo dun - slechts een of twee nanometer - dat niemand het eerder had opgemerkt. Het team ontdekte ook dat de moleculen in deze laag ongeorganiseerd zijn op de rugschubben van de slang, maar zeer georganiseerd en dicht opeengepakt op de buikschubben. een opstelling die zorgt voor smering en bescherming tegen slijtage.

"Sommige mensen zijn bang voor slangen omdat ze denken dat ze slijmerig zijn, maar biologen vertellen hen dat slangen niet slijmerig zijn; ze voelen droog aan, " zegt Weidner. "Dat is waar, maar het is ook niet waar omdat we op nanoschaal ontdekten dat ze eigenlijk vettig en slijmerig zijn, al voel je het niet. Ze zijn 'nanolimy.'"

In de nieuwe studie het team wilde weten of deze nanoslijmerige oppervlaktechemie verschilt in soorten die zijn aangepast aan verschillende habitats, zegt Mette H. Rasmussen, een afgestudeerde student die de nieuwste bevindingen presenteert tijdens de bijeenkomst. Zowel Weidner als Rasmussen zijn verbonden aan de universiteit van Aarhus in Denemarken.

Werken met recent afgeworpen huiden, Rasmussen vergeleek de oppervlaktechemie van grond, boom en zandslangen. Ze gebruikte laserspectroscopie en een elektronenmicroscopietechniek die de chemie van het oppervlak onderzoekt door elektronen eruit te slaan met röntgenstralen. Het project was een samenwerking met Joe Baio, doctoraat, aan de Oregon State University; Stanislav Gorb, doctoraat, aan de Kiel University en onderzoekers van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology.

Rasmussen ontdekte dat de boomslang een laag geordende lipidemoleculen op zijn buik heeft, net als de grondslang. Maar de zandslang, die door zand duikt, heeft een geordende lipidenlaag aan zowel de voor- als achterkant. "Vanuit het oogpunt van een slang, het is logisch, "zegt ze. "Je zou deze wrijvingsvermindering en slijtvastheid aan beide kanten willen hebben als je omringd bent door je omgeving in plaats van er alleen maar overheen te bewegen." de onderzoekers willen weten waar de lipiden vandaan komen en kijken naar variaties bij andere slangensoorten, inclusief degenen die in het water leven. Ze willen ook de lipiden identificeren, hoewel Weidner vermoedt dat de chemische samenstelling van de lipidelaag minder belangrijk is dan de organisatie en dichtheid van de lipidemoleculen die het bevat.

Het werk kan brede toepassingen hebben. "De glibberende voortbeweging van een slang vereist constant contact met het oppervlak dat hij oversteekt, die strenge eisen stelt aan wrijving, slijtage en mechanische stabiliteit, " zegt Rasmussen. Leren hoe slangen de integriteit van hun huid behouden wanneer ze scherpe rotsen tegenkomen, heet zand en andere uitdagingen kunnen helpen bij het ontwerpen van duurzamere materialen.

In aanvulling, zeggen de onderzoekers, meerdere groepen ontwikkelen robots die de glibberende of zijwaartse voortbeweging van een slang nabootsen en - in tegenstelling tot robots met wielen - daarom over moeilijk terrein kunnen rijden, zoals steil, zandige hellingen. Deze groepen zijn onlangs begonnen rekening te houden met de microstructuur van slangenschubben, Rasmussen merkt op, maar de oppervlaktechemie van schalen is ook van cruciaal belang voor hun prestaties. Het samenbrengen van deze velden zou op een dag kunnen leiden tot slangachtige robots die kunnen helpen bij reddingsoperaties of het bevrijden van een Marsrover die vastzit in het zand. ze zegt.