Выйти сухим из воды: новое нанопокрытие не смачивается, даже если очень постараться

Исследователи разработали новый материал, вдохновленный водным пауком, который может оставаться сухим под водой в течение нескольких месяцев и эффективно отталкивает бактерии и морские организмы, такие как ракушки. Они утверждают, что этот материал легко производится, масштабируется и имеет широкий спектр практического применения.


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.


— 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.


— 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.