Une espèce d’araignée vit toute sa vie sous l’eau, malgré ses poumons qui ne peuvent respirer que l’oxygène de l’air. Remark ça fait ? Cette araignée, connue sous le nom d’Argyroneta Aquatica, possède des millions de poils rugueux et hydrofuges qui emprisonnent l’air autour de son corps, créant un réservoir d’oxygène et agissant comme une barrière entre les poumons de l’araignée et l’eau.
Cette wonderful couche d’air s’appelle un plastron et depuis des décennies, les scientifiques des matériaux tentent d’exploiter ses effets protecteurs. Cela pourrait conduire à des surfaces sous-marines superhydrophobes capables d’empêcher la corrosion, la croissance bactérienne, l’adhésion d’organismes marins, l’encrassement chimique et d’autres effets délétères du liquide sur les surfaces. Mais les plastrons se sont révélés très instables sous l’eau, gardant les surfaces sèches pendant seulement quelques heures en laboratoire.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs dirigée par la Harvard John A. Paulson College of Engineering and Utilized Sciences (SEAS), le Wyss Institute for Biologically Influenced Engineering de Harvard, la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg en Allemagne et l’Université Aalto de La Finlande a développé une floor superhydrophobe avec un plastron steady qui peut durer des mois sous l’eau. La stratégie générale de l’équipe visant à créer des surfaces superhydrophobes sous-marines durables, qui repoussent le sang et réduisent ou empêchent considérablement l’adhésion des organismes bactériens et marins tels que les balanes et les moules, ouvre une gamme d’applications en biomédecine et dans l’industrie.
« La recherche sur les matériaux bioinspirés est un domaine extrêmement passionnant qui proceed d’introduire dans le domaine des matériaux fabriqués par l’homme des answers élégantes évoluées dans la character, qui nous permettent d’introduire de nouveaux matériaux dotés de propriétés jamais vues auparavant », a déclaré Joanna Aizenberg, professeure à Amy Smith Berylson. de science des matériaux et professeur de chimie et de biologie chimique à SEAS et co-auteur de l’article. « Cette recherche illustre remark la découverte de ces principes peut conduire au développement de surfaces qui maintiennent la superhydrophobie sous l’eau. »
Aizenberg est également membre associé du corps professoral du Wyss Institute.
La recherche est publiée dans Mother nature Materials.
Les chercheurs savent depuis 20 ans qu’un plastron sous-marin steady est théoriquement doable, mais jusqu’à présent, ils n’ont pas pu le démontrer expérimentalement.
L’un des in addition gros problèmes des plastrons est qu’ils ont besoin de surfaces rugueuses pour se previous, comme les cheveux d’Argyroneta Aquatica. Mais cette rugosité rend la area mécaniquement instable et practical à toute petite perturbation de température, de pression ou à tout petit défaut.
Les approaches actuelles d’évaluation des surfaces superhydrophobes fabriquées artificiellement ne prennent en compte que deux paramètres, qui ne donnent pas suffisamment d’informations sur la stabilité du plastron aérien sous l’eau. Aizenberg, Jaakko VI Timonen et Robin HA Ras de l’Université Aalto, ainsi qu’Alexander B. Tesler et Wolfgang H. Goldmann de FAU et leurs équipes ont identifié un groupe plus significant de paramètres, notamment des informations sur la rugosité de la surface, l’hydrophobicité des molécules de surface area, la couverture du plastron. les angles de speak to, etcetera. qui, combinés à la théorie thermodynamique, leur ont permis de déterminer si le plastron aérien serait secure.
Avec cette nouvelle méthode et une strategy de fabrication simple, l’équipe a conçu une area dite aérophile à partir d’un alliage de titane couramment utilisé et peu coûteux avec un plastron sturdy qui a gardé la surface area sèche des milliers d’heures in addition longtemps que les expériences précédentes et même as well as longtemps que la plastrons d’espèces vivantes.
« Nous avons utilisé une méthode de caractérisation suggérée par des théoriciens il y a 20 ans pour prouver que notre area est stable, ce qui signifie que non seulement nous avons créé un nouveau style de area superhydrophobe extrêmement répulsive et extrêmement tough, mais que nous pouvons également avoir une voie de recommencer avec un matériau différent », a déclaré Tesler, ancien chercheur postdoctoral au SEAS et au Wyss Institute, et auteur principal de l’article.
Pour prouver la stabilité du plastron, les chercheurs ont passé la floor à travers le ring – en la pliant, en la tordant, en la soufflant avec de l’eau chaude et froide et en l’abrasant avec du sable et de l’acier pour bloquer la area restant aérophilie. Il a survécu 208 jours immergé dans l’eau et des centaines de plongées dans une boîte de Pétri remplie de sang. Il a considérablement réduit la croissance d’E. coli et des balanes à sa area et a complètement arrêté l’adhésion des moules.
« La stabilité, la simplicité et l’évolutivité de ce système le rendent précieux pour les applications du monde réel », a déclaré Stefan Kolle, étudiant diplômé de SEAS et co-auteur de l’article. « Avec l’approche de caractérisation présentée ici, nous démontrons une boîte à outils very simple qui vous permet d’optimiser votre surface superhydrophobe pour atteindre la stabilité, ce qui modifie considérablement votre espace d’application. »
Cet espace d’application comprend des programs biomédicales, où il pourrait être utilisé pour réduire les bacterial infections après une intervention chirurgicale ou comme implants biodégradables tels que des stents, selon Goldmann, auteur principal de l’article et ancien membre de Harvard. Il inclut également des purposes sous-marines, où il pourrait empêcher la corrosion des pipelines et des capteurs. À l’avenir, il pourrait même être utilisé en combinaison avec le revêtement extremely-lisse connu sous le nom de SLIPS, Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces, développé par Aizenberg et son équipe il y a additionally de dix ans, pour protéger encore davantage les surfaces de la contamination.
Cet write-up a été co-écrit par Lucia H. Prado, Ingo Thievessen, David Böhringer, Lena Fischer, Mark Bruns, Anca Mazare, Ulrich Lohbauer, Sannakaisa Virtanen, Ben Fabry, Patrik Schmuki et Wolfgang H. Goldmann du Friedrich-Alexander- l’Université d’Erlangen-Nürnberg en Allemagne et Matilda Backholm, Bhuvaneshwari Karunakaran, Heikki A. Nurmi, Mika Latikka, Zoran M. Cenev, Jaakko VI Timonen et Robin HA Ras de l’Université Aalto en Finlande et Shane Stafslien de l’Université d’État du Dakota du Nord.
