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.
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.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Парадокс Великой Зеленой стены: Китай посадил 78 миллиардов новых деревьев, но климат стал только хуже. Как так вышло?
Ученые назвали причины, почему самый грандиозный экологический проект за всю историю в итоге обернулся головной болью для миллионов китайских граждан...
Марс отменяется: три причины, почему российские эксперты ставят крест на Красной планете
Почему пробирка с Марса опаснее любого астероида, как галактические лучи «взрывают» мозг и при чем тут Китай? Честный разбор рисков от Российской академии наук...
«Не повторяйте наших ошибок!» 100 лет борьбы с лесными пожарами обернулись катастрофой для США
Эксперты рассказали, почему, казалось бы, проверенная тактика только усугубила ситуацию с лесным огнем...
Темная сторона Рима: выяснилось, что Империя веками «выкачивала» здоровье из покоренных народов
Новые находки заставили ученых признать: для простых людей римский «прогресс» был скорее приговором, чем спасением. Но почему же так вышло?...
Мегамонстры с 7-го этажа: в древних океанах шла такая война хищников, где у современных косаток не было бы ни единого шанса
Ученые рассказали, куда исчезли «боги» мезозойских морей и почему сейчас их существование было бы невозможно...
ДНК 4000-летней овцы оказалось ключом к древней тайне, стоившей жизни миллионам
Поразительно, но археологи нашли штамм древней чумы, кошмаривший всю Евразию, в самом таинственном российском городе — Аркаиме. Почему же так получилось?...
Супертелескоп James Webb только запутал ученых, а планета-«близнец» Земли стала еще загадочнее
Эксперты рассказали, почему самый мощный телескоп в истории не смог разобраться с атмосферой TRAPPIST-1e. Аппарат не виноват. Но тогда кто?...
Встречи с неведомым: завершаем чтение дневников разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть третья: таинственный огонь в лесу, свет из облаков, призрак в тумане и странный дым на море...
Первая «чернокожая британка» оказалась белой: новое исследование заставило историков полностью пересмотреть портрет женщины из Бичи-Хед
Почему ученые так сильно ошиблись с ее внешностью? И стоит ли после этого доверять реконструкциям по ДНК?...
Новое исследование показало: если бы не этот «российский ген», древние люди вряд ли бы заселили Америку
Ученые рассказали, почему Алтай в ДНК — это главный секрет феноменального здоровья индейцев...
Мощнее леса в десятки раз: в ЮАР нашли «живые камни», которые выкачивают CO₂ с бешеной скоростью
Микробиалиты могли бы спасти Землю от потепления, но у этих «каменных насосов» есть один нюанс...
20-летнее наблюдение со спутников «сломало климат»: Теперь ученым придется полностью менять все теории
Зато теперь понятно, почему в двух близких городах могут быть... разные времена года...
Грядет научный прорыв: Зачем в последние годы ученые по всему миру создают очень странные компьютеры?
Новые аппараты… не просто живые: они стирают различия между ЭВМ и человеческим мозгом...