Подводный паук вдохновляет на прорыв в материаловедении: Создание долговечных супергидрофобных поверхностей

Уже много лет ученые восхищаются Argyroneta aquatica - пауком, который всю свою жизнь проводит под водой, несмотря на то, что его легкие способны дышать только атмосферным кислородом. Как ему удается выживать? Ответ кроется в миллионах грубых водоотталкивающих волосков, которые задерживают воздух вокруг тела, создавая резервуар для кислорода и являясь барьером между легкими паука и водой.

Эта уникальная адаптация привлекла внимание материаловедов, которые пытаются использовать защитное действие этого тонкого слоя воздуха, называемого пластроном. В случае успеха это может привести к созданию подводных супергидрофобных поверхностей, способных предотвратить коррозию, размножение бактерий, прилипание морских организмов, химическое загрязнение и другие вредные воздействия жидкости на поверхности.

Проблема создания стабильных пластронов

Хотя исследователи уже два десятилетия знают о теоретической возможности создания стабильного подводного пластрона, им с трудом удается продемонстрировать это экспериментально. Пластроны оказались крайне неустойчивыми под водой, сохраняя поверхность сухой лишь в течение короткого периода времени в лабораторных условиях. Одна из основных проблем заключается в том, что для формирования пластронов необходима шероховатая поверхность, подобная волосам Argyroneta aquatica. Однако такая шероховатость делает поверхность механически неустойчивой и уязвимой к перепадам температуры, колебаниям давления и мелким дефектам.

Прорыв в создании подводных супергидрофобных поверхностей

Группа исследователей из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS), Института биологической инженерии имени Уисса при Гарварде, Университета имени Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга (Германия) и Университета Аалто (Финляндия) совершила прорыв в создании долговечных подводных супергидрофобных поверхностей.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Materials, подробно описана стратегия создания поверхностей, сохраняющих супергидрофобность под водой. Раскрывая принципы, лежащие в основе способности Argyroneta aquatica создавать стабильный пластрон, команда создала супергидрофобную поверхность с пластроном, которая может сохраняться под водой в течение нескольких месяцев.

Применение в биомедицине и промышленности

Последствия этого исследования далеко идущие. Возможность создания долговечных подводных супергидрофобных поверхностей открывает широкие возможности применения в биомедицине и промышленности. Такие поверхности могут отталкивать кровь, резко снижать или предотвращать прилипание бактерий и морских организмов, таких как балянусы и мидии, а также предотвращать коррозию и химическое загрязнение.

Джоанна Айзенберг, профессор материаловедения Эми Смит Берилсон, профессор химии и химической биологии в SEAS и соавтор статьи, подчеркивает значение этого исследования для биоинспирированных материалов. Она говорит: "Данное исследование показывает, как раскрытие этих принципов может привести к разработке поверхностей, сохраняющих супергидрофобность под водой".

Благодаря этому прорыву ученые стали еще на один шаг ближе к использованию невероятных свойств Argyroneta aquatica и созданию инновационных материалов, способных произвести революцию в различных отраслях промышленности.