Suda yaşayan bir örümcekten esinlenen araştırmacılar, su altında aylarca kuru kalabilen ve aynı zamanda bakterilerin ve midye gibi deniz organizmalarının yapışmasına büyük ölçüde direnç gösteren yeni bir yüzey malzemesi yarattılar. Araştırmacılar, yüzeyin üretiminin kolay, ölçeklenebilir ve çok çeşitli pratik uygulamalara sahip olduğunu söylüyorlar.
Doğada işe yarayan şeylerin insanlar için de işe yarayabileceği sıklıkla görülen bir durumdur. Mesele, ihtiyacınız olan biyo-esinlenmiş malzemeyi yaratmak için sahip olduğunuz araçları kullanmaktır ki bunu söylemek bazen yapmaktan daha kolaydır.
Şimdi, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) liderliğindeki araştırmacılar, süperhidrofobik; yani suyu iten ve su altında aylarca kuru kalabilen metalik bir yüzey geliştirmek için suda yaşayan bir örümcekten ilham alarak tam da bunu yaptılar.
Çalışmanın ortak yazarlarından Joanna Aizenberg, “Biyo-esinlenmiş malzemeler üzerine yapılan araştırmalar, insan yapımı malzemeler alanına doğada gelişen ve daha önce hiç görülmemiş özelliklere sahip yeni malzemeler sunmamızı sağlayan zarif çözümler getirmeye devam eden son derece heyecan verici bir alandır” dedi. “Bu araştırma, bu ilkelerin ortaya çıkarılmasının su altında süperhidrofobikliği koruyan yüzeylerin geliştirilmesine nasıl yol açabileceğini örneklemektedir.”
Dalış çanı örümceği olarak da bilinen Argyroneta aquatica, neredeyse tamamen su altında yaşadığı bilinen tek örümcek türüdür. Milyonlarca pürüzlü, su itici tüy, vücudunun etrafındaki havayı hapsederek bir oksijen deposu oluşturur ve örümceğin akciğerleri ile su arasında bir bariyer oluşturur. Örümceğin kılları tarafından hapsedilen ince hava tabakasına plastron denir.
Araştırmacılar birkaç on yıldır istikrarlı bir su altı plastronunun teoride mümkün olduğunu biliyorlardı. Ancak pratikte, dalış çanı örümceğinde görüldüğü gibi pürüzlü bir yüzey oluşturmak, yüzeyi mekanik olarak daha zayıf ve sıcaklık ve basınçtaki küçük değişikliklere duyarlı hale getirir. Ve önceki deneylerde yüzeyler sadece saatlerce kuru kalmıştır.
Araştırmacılar ıslanmanın moleküler düzeyde yüzey özelliklerine duyarlı olduğunu ve yüzey topografisinden güçlü bir şekilde etkilendiğini biliyorlardı. Bu nedenle, aerofilik bir titanyum alaşım yüzeyi – yani hava veya gaz kabarcıklarını çeken ve döken bir yüzey – yarattılar ve bir oksit tabakası oluşturmak için elektrokimyasal oksidasyon ve oluşan oksidin eşzamanlı kimyasal çözünmesini kullanarak nano ölçekli bir pürüzlülük ürettiler.
Araştırmacılar yüzeyin kararlılığını test etmek için onu büktüler, büktüler, sıcak ve soğuk suyla patlattılar ve kum ve çelikle aşındırdılar; aerofilik kaldı. Suya batırıldığı 208 günden fazla süre boyunca (çalışmanın yayınlandığı tarihte plastron hala suya batırılmış durumdaydı ve herhangi bir bozulma belirtisi göstermiyordu) ve kan dolu bir Petri kabına yüzlerce kez daldırıldığında hayatta kaldı. Yüzey, E. coli bakterilerinin ve midyelerin büyümesini büyük ölçüde azaltmayı başardı ve midyelerin tamamen yapışmasını engelledi.
Çalışmanın başyazarı Alexander Tesler, “Yüzeyimizin kararlı olduğunu kanıtlamak için 20 yıl önce teorisyenler tarafından önerilen bir karakterizasyon yöntemi kullandık, bu da sadece yeni bir tür son derece itici, son derece dayanıklı süperhidrofobik yüzey yapmakla kalmadığımız, aynı zamanda bunu farklı bir malzeme ile tekrar yapma yoluna sahip olabileceğimiz anlamına geliyor” dedi.
Araştırmacılar yüzeyin birden fazla uygulama alanı olduğunu söylüyor. Biyomedikal cihazlarda ameliyat sonrası enfeksiyonu azaltmak ya da su altı boru hatlarında ve sensörlerde korozyonu önlemek için kullanılabilir. Ayrıca SEAS ekibi tarafından 10 yıldan daha uzun bir süre önce geliştirilen ve kaygan sıvı ile aşılanmış gözenekli yüzeyler teknolojisi veya SLIPS olarak bilinen başka bir biyo-esinlenmiş malzeme ile de kullanılabilir.
Çalışmanın ortak yazarlarından Stefan Kolle, “Bu sistemin kararlılığı, basitliği ve ölçeklenebilirliği onu gerçek dünya uygulamaları için değerli kılıyor” dedi. “Burada gösterilen karakterizasyon yaklaşımıyla, süperhidrofobik yüzeyinizi stabiliteye ulaşmak için optimize etmenize olanak tanıyan basit bir araç seti gösteriyoruz, bu da uygulama alanınızı önemli ölçüde değiştiriyor.”
Çalışma Nature Materials dergisinde yayınlandı ve SEAS tarafından hazırlanan aşağıdaki iki video, yeni yüzeyin suyu ve kanı nasıl ittiğini gösteriyor.
Yorumlar