Internacional. Un equipo de investigadores desarrolla una superficie superhidrófoba con un plastrón estable que puede durar meses bajo el agua.
Este se encuentra dirigido por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS), el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de Harvard, la Universidad Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg en Alemania y la Universidad Aalto en Finlandia.
La estrategia general del equipo para crear superficies superhidrófobas submarinas duraderas, que repelen la sangre y reducen o previenen drásticamente la adhesión de organismos bacterianos y marinos como percebes y mejillones, abre una gama de aplicaciones en biomedicina e industria.
Una especie de araña, conocida como Argyroneta acuática, vive toda su vida bajo el agua. Tiene millones de pelos ásperos y repelentes al agua que atrapan el aire alrededor de su cuerpo, creando un depósito de oxígeno y actuando como una barrera entre los pulmones de la araña y el agua. Esta fina capa de aire se llama plastrón y durante décadas los científicos de materiales han intentado aprovechar sus efectos protectores.
Hacerlo podría dar lugar a superficies superhidrófobas submarinas capaces de prevenir la corrosión, el crecimiento bacteriano, la adhesión de organismos marinos, la contaminación química y otros efectos nocivos del líquido en las superficies. Pero los plastrones han demostrado ser muy inestables bajo el agua, manteniendo las superficies secas sólo durante unas horas en el laboratorio.
"La investigación en materiales bioinspirados es un área extremadamente apasionante que continúa aportando al ámbito de los materiales fabricados por el hombre soluciones elegantes evolucionadas en la naturaleza, que nos permiten introducir nuevos materiales con propiedades nunca antes vistas", dijo Joanna Aizenberg, profesora de Amy Smith Berylson de Ciencia de Materiales y Profesor de Química y Biología Química en SEAS y coautor del artículo.
"Esta investigación ejemplifica cómo descubrir estos principios puede conducir al desarrollo de superficies que mantengan la superhidrofobicidad bajo el agua", añadió Aizenberg.
Uno de los mayores problemas con los plastrones es que necesitan superficies rugosas para formarse, como el pelo de Argyroneta acuática. Pero esta rugosidad hace que la superficie sea mecánicamente inestable y susceptible a cualquier pequeña perturbación de temperatura, presión o pequeño defecto.
Superficie aerófila
Las técnicas actuales para evaluar superficies superhidrófobas creadas artificialmente sólo tienen en cuenta dos parámetros, lo que no proporciona suficiente información sobre la estabilidad del plastrón de aire bajo el agua. Los equipos identificaron un grupo más grande de parámetros, incluida información sobre la rugosidad de la superficie, la hidrofobicidad de las moléculas de la superficie, la cobertura del plastrón y los ángulos de contacto, que, cuando se combinan con la teoría termodinámica, les permitieron determinar si el plastrón de aire sería estable.
Con este nuevo método y una técnica de fabricación simple, el equipo diseñó la llamada superficie aerófila a partir de una aleación de titanio económica y de uso común con un plastrón duradero que mantuvo la superficie seca miles de horas más que los experimentos anteriores e incluso más que el plastrones de especies vivas.
“Utilizamos un método de caracterización sugerido por teóricos hace 20 años para demostrar que nuestra superficie es estable, lo que significa que no solo hemos creado un nuevo tipo de superficie superhidrófoba extremadamente repelente y duradera, sino que también podemos tener una vía de hacerlo de nuevo con un material diferente”, afirmó Tesler, ex becario postdoctoral en SEAS y el Instituto Wyss y autor principal del artículo.
Para demostrar la estabilidad del plastrón, los investigadores pusieron la superficie a través del timbre, doblándola, retorciéndola, lanzándola con agua fría y caliente y puliéndola con arena y acero para bloquear la superficie que queda aerófila. Sobrevivió 208 días sumergido en agua y cientos de sumergidos en una placa de Petri con sangre. Redujo severamente el crecimiento de E. coli y percebes en su superficie y detuvo por completo la adhesión de los mejillones.
"La estabilidad, simplicidad y escalabilidad de este sistema lo hacen valioso para aplicaciones del mundo real", afirmó Stefan Kolle, estudiante de posgrado en SEAS y coautor del artículo.
"Con el enfoque de caracterización que se muestra aquí, demostramos un conjunto de herramientas simple que le permite optimizar su superficie superhidrófoba para alcanzar la estabilidad, lo que cambia drásticamente su espacio de aplicación", apuntó.
Ese espacio de aplicaciones incluye aplicaciones biomédicas, donde podría usarse para reducir la infección después de la cirugía o como implantes biodegradables como los stents. También incluye aplicaciones submarinas, donde podría prevenir la corrosión en tuberías y sensores.
En el futuro, incluso podría usarse en combinación con el revestimiento súper resbaladizo conocido como SLIPS, las superficies porosas resbaladizas con infusión de líquido, desarrolladas por Aizenberg y su equipo hace más de una década, para proteger aún más las superficies de la contaminación.
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