Onderzoekers hebben het mysterie ontgrendeld van wat water bindt aan bepaalde oppervlakken, met implicaties voor het creëren van goedkope en effectieve antifoulingoplossingen.

Een team van onderzoekers van de University of Wollongong (UOW) onder leiding van ARC Research Hub for Australian Steel Manufacturing heeft een voorheen onduidelijk fundamenteel mechanisme kunnen identificeren dat oppervlaktevervuiling remt.

Effectieve aangroeiwerende strategieën kunnen de opbouw van organismen, zoals bacteriën, die een product aantasten of besmetten, stijgende onderhouds- en vervangingskosten.

Een secundaire uitdaging is het ontwikkelen van coatingsystemen die goedkoop en eenvoudig in grote hoeveelheden te maken zijn en gemakkelijk in productieprocessen kunnen worden opgenomen.

In werk dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd ACS Nano , de onderzoekers gebruikten colloïdaal silica, of kleine glaskralen, die aan een oplossing worden toegevoegd en met andere materialen worden gemengd, zoals polymeren.

De toevoeging van de glasparels kan worden gebruikt om het vermogen om water aan te trekken of te 'kleven' te wijzigen.

Onderzoeksgenoot Dr. Paul Molino zei dat de silica-colloïden een oppervlaktechemie hebben waardoor deeltjes aan elkaar kunnen binden. het vormen van een stabiele coating, terwijl het ook een interactie aangaat met water op een manier die verhindert dat micro-organismen zich hechten en bevolken.

"We ontdekten dat deze silica-colloïden opmerkelijke, brede aangroeiwerende eigenschappen, met het vermogen om adsorptie van eiwitten te voorkomen, en aanhechting en kolonisatie van bacteriën en micro-organismen, ' zei Dr. Molino.

"Ze kunnen helpen bij het bieden van een eenvoudige, goedkope en praktische oplossing voor het produceren van aangroeiwerende systemen, mogelijk op biomedische apparaten om bloedstolling te voorkomen, hechting van bacteriën en mogelijke infectie, of voor industriële toepassingen.

Een belangrijk onderdeel van het werk was het gebruik van geavanceerde beeldvorming en modellering met hoge resolutie om de geheimen van de hechting te ontrafelen. Ze gebruikten atoomkrachtmicroscopie om afbeeldingen van afzonderlijke deeltjes op het oppervlak te maken om de structuur van lagen te onthullen en hoe ze aan elkaar vastzaten.

Gezamenlijk werk met de groep van professor Irene Yarovsky aan de RMIT University in Melbourne voorspelde een opvallend vergelijkbare structuur met behulp van moleculaire dynamische simulaties.

Projectleider universitair hoofddocent Michael Higgins zei dat in plaats van een geordend netwerk van moleculen over het oppervlak, ze vonden een onstabiele of bewegende laag water. Micro-organismen zoals bacteriën hebben voedsel nodig, water en een stabiel oppervlak om te groeien.

Zoals het zand van de woestijn dat voortdurend verschuift en voorkomt dat planten wortel schieten, de hydratatielaag is actief of constant in beweging, waardoor het voor micro-organismen veel moeilijker wordt om zich te hechten.

"Het kennen van het mechanisme is belangrijk om de effectiviteit van het systeem te waarborgen, zoals het behoud van de kritische aangroeiwerende eigenschappen in combinatie met andere materialen en bij het creëren van oppervlakken, ' zei professor Higgins.

"In de toekomst, we kunnen mogelijk ook colloïdaal silica ontwerpen dat het aangroeiwerende mechanisme nabootst om een ​​breder scala aan systemen te produceren die aan verschillende situaties of omgevingen kunnen worden aangepast.

"Door een holistische benadering toe te passen die experimenteel werk combineert met theoretische modellering, we konden uitleggen hoe de grensvlakstructuren op moleculair niveau leiden tot uitzonderlijke aangroeiwerende eigenschappen van dit soort aangroeiwerende systemen.

"Als resultaat, de ontwikkeling van aangroeiwerende materialen voor tal van toepassingen, inclusief het aanpassen van oppervlakken om infectie geassocieerd met implanteerbare medische hulpmiddelen te voorkomen, of de opbouw van slijmlagen op schepen/recreatieboten, is aanzienlijk gevorderd."