清晨的露珠闪着微光，如同珍珠般晶莹剔透，每一滴都是大自然的馈赠，滋养生命。然而在这些细小的水珠背后，有时还悄然隐藏着一根蜘蛛丝，它们以巧妙而神秘的方式悄悄地收集着这些露珠，为蜘蛛提供宝贵的水源。 蜘蛛网的历史可以追溯到1.6亿年前，在自然界中随处可见，特别是在树林、草丛和洞穴等地方。蜘蛛丝十分坚韧，可以捕捉蚊子、苍蝇、飞蛾以及小型鸟类和蝙蝠等猎物，甚至还能悬挂自身重量数十倍的露珠。 蜘蛛丝能收集露水，这得益于其精妙的结构。每根蜘蛛丝由两根主轴纤维和周期性排列的蓬松部分组成，这些蓬松部分在显微镜下呈随机排列的纳米纤维状，直径约为20至30纳米，具有极强的亲水性。当蜘蛛丝遇到潮湿的空气时，微小的水分子会首先润湿半透明的蓬松部分，使其收缩成不透明的纺锤节，直径约为21微米，顶角约为19度，两个纺锤节相隔约为89.3微米。纺锤节之间通过直径约为5.9微米的关节相连。 循环排列使蜘蛛丝变成了可以收集水的浸润形态，随着水分子的不断凝结，会在湿润的蛛丝表面形成液滴。弯曲的液体表面会产生内外的压力差及拉普拉斯压力差。拉普拉斯压力主要受液面曲率变化影响，在纺锤节的一端，蛛丝的局部半径较大，液面曲率较小，压力小。而在关节的一端，蛛丝的局部半径较小，液面曲率较大，产生的压力会推动着液滴缓慢前行。 但仅靠这一力还不够，液滴在粗糙的蛛丝表面会遇到阻力，移动与汇聚不易，不足以维持蜘蛛的生存。那么，蛛丝上到底隐藏了怎样的秘密可以收集液滴呢？这股神秘力量源于表面能：表面能使物质表面粒子相对于内部粒子所多出的能量。 这是一块固体材料，内部原子规则排列，均匀地与周围原子呈现。但在固体表面，原子缺少一个方向承建，因此表面原子比内部原子具有更高的能量，表现出与外界原子强烈结合的趋势，即表面能。因此，表面能高的固体表面会强烈吸引其上的水分子，使液滴尽量铺展，表现出较强的亲水性。若表面变得粗糙，会产生凹凸不平的微结构，增大其与水的接触面积，从而提高表面能，使水滴接触角变小，呈现更强的亲水性。 在蜘蛛丝的结构中，关节部分由平行排列的纳米纤维构成，表面光滑，表面能低。而纺锤节由随机排列的纳米纤维构成，具有更高的粗糙度和表面能。这种结构形成一种从关节到纺锤节逐渐增大的表面能梯度。因此，当液滴位于蜘蛛丝上时，其两端因受到不同程度的表面能而展现出不同的接触角，进而被不断地牵引向纺锤节移动。加上拉普拉斯压力，液滴能够克服表面阻力，在蜘蛛丝上顺畅地移动，滑向纺锤节，与其他液滴汇聚成更大的液滴。同时，新的小液滴不断凝结，向纺锤节移动并聚集，最终形成一系列等间距的大液滴，为蜘蛛提供了稳定的水源。 蜘蛛丝的独特性质激发了科学家们的研究兴趣。研究员姜磊及其团队揭示了其中奥秘，并开发出人工仿生蜘蛛丝。他们将甲基丙烯酸