Копирование мелких структур листьев сальвинии

Некоторые растения и животные эволюционно развили поверхности со способностью удерживать воздух в течение длительного времени (от дней до месяцев), чтобы предотвратить смачивание и погружение. Один из примеров — сальвиния, растение, плавающее на воде. Исследователи раскрыли секрет того, «как они поддерживают воздушную подушку».

Учёные из Цзилиньского университета обобщили последние достижения в изучении листьев сальвинии и их искусственных реплик. «У сальвинии на верхней стороне листьев есть сложные многоклеточные волоски, и каждая группа из четырёх волосков соединена на концах, образуя структуру, похожую на венчик для взбивания. Волоски покрыты гидрофобными восковыми кристаллами, в то время как участки на кончиках волосков лишены восковых кристаллов и, следовательно, гидрофильны. Эти особенности делают границу раздела воздух-вода более стабильной, демонстрируя способность к длительному удержанию воздуха», — говорит автор Хуэйчао Цзинь.

С момента открытия этой способности исследователи начали создавать искусственные листья сальвинии и изучать их потенциальное применение. Однако сложные структуры «венчика» представляют серьёзную проблему для традиционных методов производства. За последнее десятилетие для создания структур, вдохновлённых сальвинией, были разработаны фотолитография, прямая лазерная литография, химическое осаждение из газовой фазы, электроосаждение, электростатическое напыление, 3D-печать, химическое травление и плазменное травление. Однако сложность структур делает многие из этих методов непригодными для воспроизведения мелких деталей. Хотя прямая лазерная литография и 3D-печать позволяют создавать мелкие структуры, они не могут воспроизвести гидрофильные кончики на концах волосков. Поэтому создание искусственных листьев сальвинии остаётся сложной задачей.

Надёжная воздушная подушка в структурах сальвинии действует как физический барьер, не позволяющий воде достичь субстрата. Это вдохновляет на множество инженерных применений, включая снижение сопротивления, сбор воды, испарение и отталкивание, разделение масла/воды и тепловую изоляцию. Эти работы пока ограничены ранними лабораторными демонстрациями. Развитие искусственных поверхностей, подходящих для сложности и изменчивости реальной среды, по-прежнему сопряжено с трудностями.

Цзинь и его коллеги исследуют потенциал структур сальвинии для предотвращения медицинских бактериальных инфекций. «Воздушная подушка действует как физический барьер, не позволяющий воде приблизиться к субстрату, и она также может служить физическим барьером для предотвращения доступа бактерий к субстратам», — говорит Цзинь. Он отмечает, что традиционные антибактериальные поверхности с использованием антибиотиков могут вызывать лекарственную устойчивость, в то время как искусственные поверхности, вдохновлённые сальвинией, не содержат антибиотиков. Использование структур сальвинии для предотвращения бактериальных инфекций может быть многообещающей стратегией.