Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jeden druh pavouka žije celý život pod vodou, přestože nemá žábry, ale plíce, které mohou dýchat pouze atmosférický kyslík. Jak to dělá? Pavouk vodouch stříbřitý (Argyroneta aquatica) má miliony drsných, vodu odpuzujících chloupků, které dokážou zachytit vzduch kolem jeho těla a fungují jako bariéra odpuzující vodu.
Taková tenká povrchová vrstva vzduchu se nazývá plastron a vědci se již desítky let snaží využít její ochranné účinky. Vytvoření podvodních superhydrofobních povrchů by mohlo zabránit korozi, ulpívání mořských organismů, usazování nečistot a dalším škodlivým účinkům kapaliny na materiál. Vedle průmyslových aplikací by takové povrchy mohly najít uplatnění i v medicíně, protože by současně chránily povrch i před bakteriemi nebo krví. Daly by použit ke snížení rizika infekce po operaci nebo jako biologicky odbouratelné implantáty, například stenty. Ukázalo se však, že plastrony jsou pod vodou velmi nestabilní a v laboratoři udrží povrchy suché jen několik hodin.
Nyní tým výzkumníků z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Harvardu, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Německo) a Aalto University (Finsko) ale vyvinul superhydrofobní povrch se stabilním plastronem, který vydrží pod vodou celé měsíce.
Jedním z největších problémů plastronů je to, že ke svému vzniku potřebují drsný povrch, jako jsou chlupy vodoucha. Tato drsnost však způsobuje, že povrch je mechanicky nestabilní a náchylný k jakýmkoli malým poruchám teploty, tlaku nebo drobným defektům.
Současné techniky hodnocení uměle vytvořených superhydrofobních povrchů braly v úvahu pouze dva parametry, které neposkytují dostatečnou informaci o stabilitě vzdušného plastronu pod vodou. Aizenberg, Jaakko V. I. Timonen a Robin H. A. Ras z Aalto University a Alexander B. Tesler a Wolfgang H. Goldmann z Friedrich-Alexander-Universität a jejich týmy nyní identifikovali větší skupinu parametrů, včetně informací o drsnosti povrchu, hydrofobicitě povrchových molekul, pokrytí plastronu a kontaktních úhlech, které jim v kombinaci s termodynamickými modely umožnily zjistit, zda bude vzduchový plastron stabilní.
Díky této nové metodě a jednoduché výrobní technice tým navrhl tzv. aerofilní povrch z běžně používané a levné slitiny titanu s dlouhodobě stabilním plastronem, který udržel povrch suchý tisíce hodin, mnohem déle než při předchozích experimentech a dokonce déle než plastrony vodoucha.
„Použili jsme metodu charakterizace, kterou teoretici navrhli již před 20 lety, abychom prokázali, že náš povrch je stabilní. Nejenže jsme tak vytvořili nový typ extrémně účinného a extrémně odolného superhydrofobního povrchu, ale můžeme to také zopakovat s jiným materiálem,“ uvádí A. Tesler, bývalý postdoktorand na SEAS a Wyssově institutu a hlavní autor článku.
Aby výzkumníci prokázali stabilitu svého plastronu, podrobili povrch různým testům – ohýbali jej, kroutili, tryskali na něj horkou i studenou vodu a obrušovali ho pískem a ocelí. Povrch ale přesto zůstává aerofilní. Přežil 208 dní ponořený ve vodě a stovky ponoření do Petriho misky s krví.
Alexander B. Tesler et al, Long-term stability of aerophilic metallic surfaces underwater, Nature Materials (2023). DOI: 10.1038/s41563-023-01670-6
Zdroj: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences / Phys.org; přeloženo/zkráceno
Poznámka PH: Vodouch se vynořuje nad hladinu, zde lape vzduch pomocí chloupků a na dně ho pak skladuje ve speciálním „zvonu“. Viz příslušné heslo na Wikipedia.cz.
