Nanotechnologia

Ultra śliskie powłoki kadłubów inspirowane mięsożernymi roślinami

Australijski projekt badawczy może rozwiązać kosztowny podwodny problem wynikający z zakazu stosowania toksycznych środków chemicznych. Powstają ultra śliskie powłoki kadłubów inspirowane mięsożernymi roślinami!

Nowa powłoka opracowana w nanoskali, inspirowana owadożernym dzbanecznikiem (Nepenthes L.), może pomóc przemysłowi żeglugi morskiej oraz sektorowi akwakultury.

Naukowcy z instytutu Nano Institute Uniwersytetu w Sydney stworzyli powłokę pokrytą zmarszczkami 100 000 razy mniejszymi od ludzkiego włosa. Według wyników badań terenowych, nowa powłoka zapobiega gromadzeniu się osadów bakteryjnych na powierzchniach znajdujących się pod wodą. Jest to nietoksyczne rozwiązanie kosztownego problemu zwanego biofoulingiem (porastaniem).

Termin ten oznacza gromadzenie się osadu mikrobiologicznego na powierzchniach zanurzonych w wodzie. Przykładem są kadłuby statków lub sprzęt używany w gospodarstwach rybnych. Powodem gromadzenia się osadu są bakterie obecne w wodzie, które zatrzymują się na napotykanych zanurzonych przedmiotach, tworząc kolonie.

Rezultatem jest gruba powłoka, która osadza się na elementach mechanicznych i ma ogromny wpływ na ich strukturę. Obecność biofilmu zwiększa opór wody, przez co statki muszą zużywać więcej energii na napęd. Szacuje się, że australijski przemysł żeglugi morskiej wydaje dodatkowe 320 milionów dolarów rocznie na usuwanie skutków biofoulingu.

Przez lata światowy przemysł żeglugi morskiej radził sobie z problemem biofoulingu. Kadłuby statków były pokrywane farbą zawierającą związki tributylocyny – substancje chemiczne bardzo skuteczne w zabijaniu alg i wąsonogów. Zostały one uznane przez Agencję Ochrony Środowiska (US Environmental Protection Agency) za najbardziej toksyczne związki, jakie człowiek celowo rozprzestrzenia w środowisku. W 2007 roku, po 40 latach stosowania związków tributylocyny, używanie tych substancji zostało zakazane na całym świecie. Decyzja była jak najbardziej korzystna dla środowiska i zdrowia ludzi. Jednakże pozbawiła przemysł żeglugi morskiej sposobu na walkę z mikrobiologiczną kolonizacją statków.

Zespół z Nano Institute prowadzony przez Chiarę Neto twierdzi, że znalazł rozwiązanie tego problemu. W artykule opublikowanym w czasopiśmie „ACS Applied Materials & Interfaces”, Neto ogłosił sukces w stworzeniu polimerowej, mazistej „nanostrukturalnej pomarszczonej powłoki”, która po nałożeniu na powierzchnię chroni ją przed algami.

Według naukowców wynik siedmiotygodniowych badań terenowych w wodach Port Jackson w Sydney był pozytywny, chociaż skuteczność powłoki powoli spadała w miarę upływu czasu. Powłoka jest przejrzysta, co umożliwia stosowanie jej na sprzęcie do fotografii podwodnej oraz na podwodnych czujnikach optycznych.

Projekt nanozmarszczek pokrywających powłokę powstał w oparciu o mięsożernego dzbanecznika z rodziny dzbanecznikowatych. W celu schwytania ofiary, dzbanecznik zatrzymuje kropelki wody wokół maleńkich, zwróconych w jedną stronę włosków znajdujących się na kołnierzyku u szczytu charakterystycznego dzbanka. W rezultacie, kołnierzyk dzbanecznika staje się wyjątkowo śliski, przez co siadające na nim owady ześlizgują się do wnętrza dzbanka wypełnionego cieczą trawienną.

Pod maksymalnym powiększeniem widać, że nanozmarszczki opracowane przez zespół Neto mają podobną, choć mniej jednokierunkową strukturę, która w przypadku powszechnych bakterii morskich działa w ten sam sposób, co jej pierwowzór.