Dompel het onder en ze zullen komen. Opportunistisch zeewier, zeepokken, en bacteriële films kunnen bijna elk onderwateroppervlak snel bevuilen, maar onderzoekers gebruiken nu vooruitgang in nanotechnologie en materiaalwetenschap om milieuvriendelijke onderwatercoatings te ontwerpen die deze biologische verstekelingen afstoten.

"Zeewater is een zeer agressief biologisch systeem, " zegt Gabriël Lopez, wiens lab aan de Duke University het grensvlak bestudeert van mariene bacteriële films met ondergedompelde oppervlakken. Terwijl de krioelende overvloed aan oceaanleven koraalriffen en getijdenpoelen aantrekkelijke toeristische bestemmingen maakt, voor schepen waarvan de rompen bedekt zijn met slijm, al dit leven kan, vrij letterlijk, een grote trek zijn. Op slechts één klasse Amerikaanse torpedojagers, biologische opbouw kost naar schatting meer dan $ 50 miljoen per jaar, meestal in extra brandstof, volgens een onderzoek uit 2010 uitgevoerd door onderzoekers van de U.S. Naval Academy en Naval Surface Warfare Center in Maryland. Mariene biofouling kan ook de werking van oceaansensoren verstoren, warmtewisselaars die water aanzuigen om mechanische systemen te koelen, en andere onderwateruitrusting.

traditioneel, een scheepsfabrikant zou biocidehoudende verf kunnen aanbrengen, ontworpen om koloniserende organismen te vergiftigen, naar de onderkant van de romp. Echter, deze verven bevatten vaak zware metalen of andere giftige chemicaliën die zich in het milieu kunnen ophopen en onbedoeld schadelijk zijn voor vissen of andere mariene organismen. Ter vervanging van giftige verf, wetenschappers en ingenieurs zoeken nu naar manieren om de fysieke eigenschappen van oppervlaktecoatings te manipuleren om biologische kolonisatie te ontmoedigen. "Ons einddoel is om groenere technologie te ontwikkelen, ' zegt Lopez.

Lopez en zijn groep richten zich op een klasse materialen die op stimuli reagerende oppervlakken worden genoemd. Zoals de naam impliceert, de materialen zullen hun fysieke of chemische eigenschappen veranderen als reactie op een stimulus, zoals een temperatuurverandering. De coatings die in het laboratorium van Lopez worden getest, rimpelen op micro- of nanoschaal, het afschudden van slijmerige kolonies mariene bacteriën op een manier die vergelijkbaar is met hoe een paard zijn huid zou kunnen trillen om vliegen weg te jagen. De onderzoekers bekijken ook hoe een stimulus de chemische eigenschappen van een oppervlak kan veranderen op een manier die het vermogen van een marien organisme om te kleven te verminderen.

Op het AVS-symposium gehouden van 30 oktober - 4 november in Nashville, Tenn., Lopez zal resultaten presenteren van experimenten op twee verschillende soorten op stimuli reagerende oppervlakken:een die van textuur verandert als reactie op temperatuur en de andere als reactie op een aangelegde spanning. De spanningsgevoelige oppervlakken worden ontwikkeld in samenwerking met het laboratorium van Xuanhe Zhao, ook een Duke-onderzoeker, die ontdekte dat isolatiekabels kunnen falen als ze onder spanning vervormen. "Verrassend genoeg, hetzelfde faalmechanisme kan nuttig worden gemaakt bij het vervormen van coatings en het losmaken van biofouling, ' zei Zhao.

"Het idee van een actief oppervlak is geïnspireerd op de natuur, " voegt Lopez toe, wie herinnert zich dat hij geïntrigeerd was door de vraag hoe de wuivende tentakels van een zeeanemoon zichzelf kunnen reinigen. Andere biologische oppervlakken, zoals haaienhuid, zijn al gekopieerd door ingenieurs die willen leren van de eigen succesvolle aangroeiwerende systemen van de natuur.

De modeloppervlakken die Lopez en zijn team bestuderen, zijn nog niet in vormen die geschikt zijn voor commerciële toepassingen, maar ze helpen de wetenschappers de mechanismen achter effectieve textuur of chemische veranderingen te begrijpen. Het begrijpen van deze mechanismen zal het team ook helpen bij het ontwikkelen van materialen en methoden voor het beheersen van biofouling in een breed scala van aanvullende contexten, ook op medische implantaten en industriële oppervlakken. Als volgende stap, het team zal testen hoe de oppervlakken andere vormen van zeeleven kunnen afschudden. Uiteindelijk hoopt het team gecoate testpanelen onder te dompelen in kustwateren en te wachten tot het zeeleven komt, maar hopelijk niet te gezellig.