Die kleinen Strukturen von Salvinia-Blättern kopieren

CHANGCHUN, CHINA, 16. September 2021 – (ACN Newswire) – Mehrere Pflanzen und Tiere haben Oberflächen entwickelt, die über einen langen Zeitraum (dh Tage bis Monate) Luft zurückhalten, um Benetzung und Untertauchen zu verhindern. Ein Beispiel ist Salvinia, eine auf Wasser schwimmende Pflanze. Das Geheimnis „Wie pflegen sie eine Luftmatratze?“ wurde von Forschern gelüftet.

Salvinia-Blätter und die Eierbesen-Strukturen

Forscher der Universität Jilin überprüften die jüngsten Fortschritte bei der Untersuchung von Salvinia-Blättern und ihren künstlichen Nachbildungen. „Salvinia hat komplexe vielzellige Haare auf der Oberseite ihrer Blätter, und jede Gruppe von vier Haaren ist an den Enden verbunden und bildet eine Eierschlägerstruktur. Die Haare sind mit hydrophoben Wachskristallen überzogen, während die Flecken an den Enden der Haare keine Wachskristalle aufweisen und daher hydrophil sind. Diese Eigenschaften machen die Luft-Wasser-Grenzfläche stabiler und zeigen ein langfristiges Luftrückhaltevermögen“, sagt Autor Huichao Jin von der Jilin University in Changchun, China.

Seit der Entdeckung der Lufthaltefähigkeit von Salvinia-Blättern begannen die Forscher mit der Herstellung künstlicher Salvinia-Blätter und untersuchten ihre möglichen Anwendungen. Allerdings stellen die komplexen Schneebesenstrukturen eine schwierige Herausforderung für traditionelle Herstellungsverfahren dar. In den letzten zehn Jahren wurden Photolithographie, direkte Laserlithographie, chemische Gasphasenabscheidung, Elektroabscheidung, elektrostatische Beflockung, 3D-Druck, chemisches Ätzen und Plasmaätzen für die Herstellung von von Salvinia inspirierten Strukturen entwickelt. Aufgrund der komplexen Strukturen sind viele dieser Techniken jedoch nicht in der Lage, die feinen Strukturen nachzubilden. Zwar gelingt es mit direkter Laserlithographie und 3D-Drucktechniken, feine Strukturen herzustellen, die hydrophilen Spitzen am Ende der Haare können sie jedoch nicht herstellen. Daher ist es immer noch eine Herausforderung, künstliche Salvinia-Blätter herzustellen.

Die robuste Luftmatratze in Salvinia-Strukturen wirkt als physikalische Barriere, damit Wasser das Substrat erreichen kann. Dies inspiriert viele technische Anwendungen, einschließlich Luftwiderstandsreduzierung, Wassergewinnung, Verdunstung und Abweisung, Öl-Wasser-Trennung und Wärmedämmung. Diese Arbeiten beschränken sich derzeit auf frühe Labordemonstrationen. Es gibt noch Herausforderungen bei der Entwicklung künstlicher Oberflächen, die der Komplexität und Variabilität der realen Umgebung gerecht werden.

Jin und seine Kollegen untersuchen das Potenzial von Salvinia-Strukturen bei der Prävention medizinischer bakterieller Infektionen. „Die Luftmatratze fungiert als physikalische Barriere für Wasser, um sich dem Substrat zu nähern, und sie kann auch als physikalische Barriere wirken, um zu verhindern, dass Bakterien das Substrat erreichen“, sagt Jin. Er weist darauf hin, dass traditionelle antibakterielle Oberflächen mit Antibiotika zu Arzneimittelresistenzen führen können, während die künstlichen, von Salvinia inspirierten Oberflächen frei von Antibiotika sind. Der Einsatz von Salvinia-Strukturen zur Verhinderung einer medizinischen bakteriellen Infektion kann eine vielversprechende Strategie sein.

Artikeldetails:
Jin et al., „Kleine Struktur, große Wirkung: Funktionale Oberflächen inspiriert von Salvinia-Blättern“ Small Structures (2021) https://doi.org/10.1002/sstr.202100079

Kontakt:
Dr. Huichao Jin
Jilin Universität
Email: jinhc@jlu.edu.cn

Pressemitteilung von Asia Research News für die Jilin University verteilt.

Thema: Zusammenfassung der Pressemitteilung
Quelle: Jilin Universität
Sektoren: Wissenschaft & Nanotechnologie
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