Биообрастание – накопление вредного биологического материала – представляет собой огромную экономическую проблему, которая обходится аквакультуре и судоходству в миллиарды долларов в год на техническое обслуживание и дополнительное использование топлива. Подсчитано, что повышенное сопротивление корпусов судов из-за биообрастания обходится судоходной отрасли в Австралии в 320 миллионов долларов в год.
С момента запрета токсичного противообрастающего агента трибутилолова потребность в новых нетоксичных методах предотвращения морского биообрастания становится все более актуальной.
Руководитель исследовательской группы, доцент Кьяра Нето, сказала: «Мы стремимся понять, как работают эти поверхности, а также расширить границы их применения, особенно в области энергоэффективности. Ожидается, что скользкие покрытия уменьшат сопротивление, а это означает, что объекты, такие как корабли, могут перемещаться по воде с гораздо меньшими затратами энергии."
Новые материалы были протестированы с привязкой к сетке для акул в Сиднейском заливе Уотсон, что показало, что наноматериалы эффективно противостоят биообрастанию в морской среде.
Исследование опубликовано в ACS Applied Materials & Interfaces.
В новом покрытии использованы наноморщинки, навеянные плотоядным питчерным растением Непентес. Растение удерживает слой воды на крошечных структурах по краю своего отверстия. Это создает скользкий слой, из-за которого насекомые летают по поверхности, прежде чем они соскользнут в кувшин, где их переваривают.
В наноструктурах используются материалы, разработанные в масштабе миллиардных долей метра – в 100000 раз меньше ширины человеческого волоса. Группа доцента Нето в Sydney Nano разрабатывает наноразмерные материалы для будущего развития в промышленности.
Биообрастание может происходить на любой поверхности, которая остается влажной в течение длительного периода времени, например на аквакультурных сетях, морских датчиках и камерах, а также на корпусах судов. Скользкая поверхность, разработанная группой Нето, останавливает первоначальную адгезию бактерий, препятствуя образованию биопленки, из которой могут расти более крупные морские организмы, обрастающие.
В междисциплинарную команду Сиднейского университета входил эксперт по биообрастанию профессор Труис Смит-Палмер из Университета Святого Франциска Ксавьера в Новой Шотландии, Канада, который в течение года находился в творческом отпуске в группе Нето, частично финансируемой программой факультета естественных наук для посещения женщин.
В лаборатории скользкие поверхности сопротивлялись почти любому обрастанию обычными видами морских бактерий, в то время как контрольные образцы тефлона без смазочного слоя были полностью загрязнены. Не удовлетворившись тестированием поверхностей в строго контролируемых лабораторных условиях только с одним типом бактерий, команда также проверила поверхности в океане с помощью морского биолога профессора Росс Коулман.
Поверхности для испытаний были прикреплены к сеткам для плавания в ваннах Watsons Bay в гавани Сиднея на срок семь недель. В гораздо более суровых морских условиях скользкие поверхности по-прежнему очень эффективно сопротивлялись обрастанию.
Противообрастающие покрытия пластичны и прозрачны, что делает их применение идеальным для подводных камер и датчиков.