Nový povrchový materiál zostáva pod vodou suchý celé mesiace
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 13. 10. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Inšpirovaní pavúkom žijúcim vo vode, výskumníci vytvorili nový povrchový materiál, ktorý zostáva suchý niekoľko mesiacov pod vodou a tiež veľmi odoláva priľnavosti baktérií a morských organizmov, ako sú mreny. Tím tvrdí, že materiál je ľahko vyrobiteľný, škálovateľný a má širokú škálu praktických aplikácií.
Často sa stáva, že to, čo funguje dobre v prírode, môže dobre fungovať aj pre ľudí. Teraz výskumníci vedení Harvardovou školou inžinierstva a aplikovaných vied Johna A. Paulsona (SEAS) urobili presne to, keď sa inšpirovali pavúkom žijúcim vo vode, aby vyvinuli kovový povrch, ktorý je superhydrofóbny. To znamená, že odpudzuje vodu a môže zostať suchý pod vodou celé mesiace.
„Výskum bioinšpirovaných materiálov je mimoriadne vzrušujúcou oblasťou, ktorá naďalej prináša do oblasti umelých materiálov elegantné riešenia vyvinuté v prírode, ktoré nám umožňujú zavádzať nové materiály s vlastnosťami, ktoré sme predtým nevideli,“ povedala Joanna Aizenberg, jedna zo spoluautorov štúdie. „Tento výskum je príkladom toho, ako môže odhalenie týchto princípov viesť k vývoju povrchov, ktoré si udržia superhydrofóbnosť pod vodou“.
Argyroneta aquatica, inak známy ako vodný pavúk alebo vodnár striebristý, je jediným druhom pavúka, o ktorom je známe, že žije takmer celý pod vodou. Milióny drsných, vodu odpudzujúcich chĺpkov zachytávajú vzduch okolo jeho tela, vytvárajú zásobáreň kyslíka a vytvárajú bariéru medzi pľúcami pavúka a vodou. Tenká vrstva vzduchu zachytená chĺpkami pavúka sa nazýva plastrón.
Už niekoľko desaťročí vedci vedia, že stabilný podvodný plastrón je teoreticky možné vytvoriť. V praxi však vytvorenie drsného povrchu, ako je ten, ktorý možno vidieť u vodného pavúka, spôsobuje, že povrch je mechanicky slabší a náchylnejší na malé zmeny teploty a tlaku. A v predchádzajúcich experimentoch zostali povrchy suché len hodiny.
Vedci vedeli, že zmáčanie je citlivé na vlastnosti povrchu na molekulárnej úrovni a je silne ovplyvnené povrchovou topografiou. Vytvorili teda povrch aerofilnej titánovej zliatiny, teda taký, ktorý priťahuje a vypúšťa bubliny vzduchu alebo plynu. A vytvorili drsnosť v nanometroch pomocou elektrochemickej oxidácie na vytvorenie vrstvy oxidu a súčasné chemické rozpúšťanie vytvoreného oxidu.
Na testovanie stability povrchu ho výskumníci ohýbali, skrúcali, otryskávali horúcou a studenou vodou a obrúsili pieskom a oceľou. Povrch zostal stále aerofilný. Prežil viac ako 208 dní nepretržitého ponorenia do vody. V čase zverejnenia štúdie bol plastrón stále ponorený a nevykazoval žiadne známky degradácie. Vydržal aj stovky ponorení do Petriho misky plnej krvi. Povrch bol schopný výrazne obmedziť rast baktérií E. coli a múčnatiek a úplne zabránil priľnutiu lastúrnikov.
„Použili sme metódu charakterizácie, ktorú navrhli teoretici pred 20 rokmi, aby sme dokázali, že náš povrch je stabilný, čo znamená, že nielenže sme vytvorili nový typ extrémne odpudzujúceho, extrémne odolného superhydrofóbneho povrchu, ale môžeme mať aj cestu urobiť to znova s iným materiálom,“ povedal Alexander Tesler, hlavný autor štúdie.
Vedci tvrdia, že povrch má viacero aplikácií. Dal by sa použiť na biomedicínskych zariadeniach na zníženie infekcie po operácii alebo na prevenciu korózie v podvodných potrubiach a senzoroch. Dal by sa použiť aj s iným bioinšpirovaným materiálom vyvinutým tímom SEAS pred viac ako 10 rokmi, známym ako technológia poréznych povrchov napustených kvapalinou alebo SLIPS.
„Stabilita, jednoduchosť a škálovateľnosť tohto systému ho robí cenným pre aplikácie v reálnom svete,“ povedal Stefan Kolle, spoluautor štúdie. „Pomocou tu uvedeného charakterizačného prístupu demonštrujeme jednoduchú súpravu nástrojov, ktorá vám umožní optimalizovať váš superhydrofóbny povrch, aby ste dosiahli stabilitu, čo dramaticky zmení váš aplikačný priestor“.
Štúdia bola nedávno publikovaná v magazíne Nature Materials a dve videá, ktoré vytvorila SEAS, ukazujú, ako nový povrch odpudzuje vodu a krv.
