Klæbrigt vand holder nøglen til antifouling overflader

Forskere har låst op for mysteriet om, hvad der får vand til at binde sig til bestemte overflader, med konsekvenser for at skabe billige og effektive antifouling -løsninger.

Et team af forskere fra University of Wollongong (UOW) ledede ARC Research Hub for Australian Steel Manufacturing har været i stand til at identificere en tidligere uklar grundlæggende mekanisme, der hæmmer overfladeforurening.

Effektive antifouling-strategier kan reducere opbygning af organismer, såsom bakterier, der nedbryder eller forurener et produkt øge omkostninger til vedligeholdelse og udskiftning.

En sekundær udfordring er at udvikle belægningssystemer, der er billige og enkle at lave i store mængder og let kan inkorporeres i fremstillingsprocesser.

I arbejde, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano , forskerne brugte kolloid silica, eller små glasperler, der tilsættes til en opløsning og blandes med andre materialer, såsom polymerer.

Tilsætning af glasperlerne kan bruges til at ændre evnen til at tiltrække eller 'klæbe' til vand.

Forsker Dr. Paul Molino sagde, at silica -kolloiderne har en overfladekemi, der tillader partikler at binde til hinanden, danner en stabil belægning, samtidig med at den interagerer med vand på en måde, der forhindrer mikroorganismer i at fæstne og befolke.

"Vi opdagede, at disse silica -kolloider har bemærkelsesværdige, brede antifouling egenskaber, med evnen til at forhindre adsorption af proteiner, og vedhæftning og kolonisering af bakterier og mikroorganismer, "Sagde Dr. Molino.

"De kunne hjælpe med at give en enkel, billig og praktisk løsning til fremstilling af antifouling -systemer, potentielt på biomedicinsk udstyr for at forhindre blodpropper, vedhæftning af bakterier og mulig infektion, eller til industrielle applikationer.

En vigtig del af arbejdet var at bruge avanceret billedbehandling og modellering i høj opløsning til at låse op for hemmelighederne om, hvordan bindingen fungerer. De brugte atomkraftmikroskopi til at producere billeder af enkelte partikler på overfladen for at afsløre strukturen af ​​lag og hvordan de låses sammen.

Samarbejdsarbejde med professor Irene Yarovskys gruppe ved RMIT University i Melbourne forudsagde en påfaldende lignende struktur ved hjælp af molekylære dynamiske simuleringer.

Projektleder lektor Michael Higgins sagde, at i stedet for et ordnet netværk af molekyler på tværs af overfladen, de fandt et ustabilt eller bevægeligt lag vand. Mikroorganismer som bakterier har brug for mad, vand og en stabil overflade til at vokse.

Ligesom sandet i ørkenen, der konstant skifter og forhindrer planter i at slå rod, hydreringslaget er aktivt eller bevæger sig konstant, gør det meget vanskeligere for mikroorganismer at fæstne.

"At kende mekanismen er vigtigt for at sikre systemets effektivitet, såsom at bevare de kritiske begroningsegenskaber, når de kombineres med andre materialer, og når der skabes overflader, "Sagde professor Higgins.

"I fremtiden, vi kan også være i stand til at designe kolloid silica, der efterligner antifouling-mekanismen for at producere en bredere vifte af systemer, der kan tilpasses forskellige situationer eller miljøer.

"Ved at anvende en holistisk tilgang, der kombinerer eksperimentelt arbejde med teoretisk modellering, vi var i stand til at forklare, hvordan grænsefladestrukturer på molekylært niveau fører til en usædvanlig antifouling-evne af disse former for begroningsresistente systemer.

"Som resultat, udvikling af antifouling -materialer til en lang række anvendelser, herunder ændring af overflader for at forhindre infektion forbundet med implanterbart medicinsk udstyr, eller opbygning af slimlag på skibe/fritidsbåde, er betydeligt avanceret. "