Наблюдение за водяными пауками помогло ученым создать новый материал, который может месяцами оставаться сухим в воде. Это свойство делает его устойчивым к прилипанию бактерий или морских организмов, таких как моллюски. Разработка имеет широкий спектр применений, от медицины до создания подводных аппаратов.
Как это работает?
Материал создан командой инженеров из Школы инженерии и прикладных наук Гарварда. Они разработали металлическую поверхность, обладающую сверхгидрофобными свойствами. То есть, она отталкивает воду и за счет этого остается сухой даже при полном погружении.
Интересно, что в данном случае ученые подсмотрели идею в живой природе. А именно - у водного паука, также известного как паук-серебрянка (лат. Argyroneta aquatica).
“Исследования в области биоинспирированных материалов - это увлекательная область, которая позволяет нам внедрить в искусственные материалы элегантные решения, выработанные природой, и создавать материалы с ранее неизвестными свойствами”, - говорит одна из соавторов исследования Джоанна Айзенберг.
Паук-серебрянка - единственный вид пауков, известный своей способностью жить практически полностью под водой. Миллионы грубых водоотталкивающих волосков создают вокруг его тела запас кислорода и образуют барьер между легкими паука и водой. Тонкий воздушный слой, удерживаемый волосами паука, называется пластроном.
Исследователи знали, что в стабильных условиях создание аналогичного пластрона возможно - в теории. Но на практике создание грубой структуры, подобной волоскам паука-серебрянки, делает поверхность хрупкой и чувствительной к малейшим изменениям температуры и давления. В предыдущих экспериментах такие поверхности оставались сухими всего несколько часов.
По словам ученых, смачиваемость поверхности зависит от ее свойств на молекулярном уровне и сильно зависит от топографии. Поэтому они создали из титанового сплава аэрофильную поверхность - такую, которая притягивает пузырьки воздуха или другого газа. Затем, используя электрохимическое окисление, они сделали эту поверхность шероховатой для образования оксидного слоя и одновременного химического растворения образовавшегося оксида
Чтобы проверить стабильность полученной поверхности, исследователи гнули ее, крутили, обливали горячей и холодной водой, шлифовали песком и сталью - и она всё равно оставалась аэрофильной. Поверхность выдержала более 208 дней непрерывного погружения в воду, а также сотни погружений в емкость с кровью.
Капля воды отталкивается от поверхности материала
Поверхность многократно погружается в емкость с кровью и выходит из нее сухой
Зачем это нужно?
Тесты показывают, что поверхность существенно снижает размножение бактерий кишечной палочки E.coli и предотвращает прикрепление моллюсков. Это открывает перед учеными множество применений.
Поверхность можно использовать в биомедицинских устройствах для уменьшения риска инфекции после операции. Также ее можно наносить на подводное оборудование для предотвращения коррозии подводных трубопроводов и датчиков.
"Стабильность, простота и масштабируемость этой системы делают ее ценной для практических применений в реальном мире”, - говорит соавтор исследования Стефан Колле.
Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.
