Идея биоинспирации заключается в использовании природных принципов для создания разнообразных материалов. Однако превратить идею в реальность может быть сложно.
Ученые в Гарварде решили взять водного паука в качестве источника вдохновения и разработали металлическую поверхность, которая обладает супергидрофобными свойствами, то есть отталкивает воду и способна оставаться сухой под водой в течение нескольких месяцев.
Исследования в области биоматериалов всегда увлекательны, поскольку они позволяют нам применять новые материалы с уникальными свойствами, вдохновленные природой. Это исследование демонстрирует, как развитие этих принципов может привести к созданию подводных поверхностей с превосходными характеристиками
— Джоанна Айзенберг, одна из соавторов исследования.
Водный паук, известный как паук-серебрянка, единственный вид пауков, который почти полностью живет под водой. Он имеет миллионы грубых водоотталкивающих волосков, которые задерживают воздух вокруг его тела, создавая так называемый пластрон — тонкий слой воздуха между пауком и водой.
Исследователи поняли, что стабильный подводный пластрон возможен в теории, но на практике создание такой шероховатой поверхности, как у паука-колокольчика, делает материал более слабым и уязвимым к изменениям температуры и давления. В предыдущих экспериментах поверхности оставались сухими всего несколько часов.
Ученые понимали, что свойства смачивания поверхности зависят от ее молекулярных свойств и топографии. Поэтому они создали аэрофильную поверхность, которая притягивает и удерживает пузырьки воздуха или газа из титанового сплава. Они также создали наноразмерную шероховатость, используя электрохимическое окисление и химическое растворение образовавшегося оксидного слоя.
Исследователи проверили устойчивость поверхности, подвергая ее гибким испытаниям, где она сгибалась, скручивалась, обливалась горячей и холодной водой, а также шлифовалась песком и сталью. После всех испытаний поверхность оставалась аэрофильной. Новый наноматериал выдержал более 208 дней постоянного погружения в воду и множество погружений в кровь без прилипания бактерий E. coli и ракушек.
Мы использовали метод, предложенный теоретиками 20 лет назад, чтобы доказать стабильность нашей поверхности. Мы не только создали новый тип материала, обладающего супергидрофобностью и прочностью, но также можем повторно применить эти принципы с другими материалами
— ведущий автор исследования Александр Теслер.
Исследователи отмечают, что этот материал может быть использован в биомедицинских устройствах для предотвращения послеоперационных инфекций, а также в подводных трубопроводах и датчиках для предотвращения коррозии. Он также может быть сочетан с другим биоинспирированным материалом, разработанным командой SEAS — технологией скользких пористых поверхностей, заполненных жидкостью.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.
