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La super plastica attrae e respinge l'acqua
Un nuovo metodo pratico per realizzare superfici con motivi di aree che attraggono e respingono fortemente l'acqua potrebbe portare a un metodo altamente efficiente per catturare l'acqua pulita. Questo materiale versatile potrebbe anche trovare impiego nella fabbricazione di nuovi tipi di dispositivi per test medici e sintesi chimica.
Un nuovo materiale può essere modellato per respingere l'acqua in alcune aree (goccioline sferiche) e attirarla in altre (appiattite). Le applicazioni potrebbero includere la raccolta dell'acqua nel deserto. (Immagine per gentile concessione di Michael Rubner, MIT.)
Gli scienziati hanno segnalato numerose applicazioni di superfici che attraggono l'acqua (superidrofile) e idrorepellenti (superidrofobiche), inclusi occhiali e parabrezza antiappannamento e panno e vetro autopulenti. Ora un gruppo di ricercatori del dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali del MIT ha combinato queste caratteristiche opposte su un'unica superficie, utilizzando un processo di fabbricazione semplice e versatile.
[Per le immagini di questo nuovo materiale a doppia qualità, fare clic qui.]
Robert Cohen , Michael Rubner , e colleghi hanno iniziato assemblando un film nanostrutturato composto da strati alternati di polimeri caricati positivamente e negativamente e nanoparticelle di silice. La struttura del film e un rivestimento di silano fluorurato ceroso fanno sì che l'acqua vi goccioli, formando sfere quasi perfette che si staccano facilmente. Per aggiungere le regioni superidrofile (a cui si attaccano le gocce d'acqua), i ricercatori hanno applicato un polimero naturalmente idrofilo ad aree selezionate.
Nelle regioni aride del mondo, senza un facile accesso all'acqua pulita, tale materiale potrebbe essere utilizzato per la raccolta dell'acqua. In questa applicazione, le aree idrofile del materiale attirerebbero l'umidità nell'aria, raccogliendo le gocce d'acqua che si accumulano, finché non si riversano nelle regioni idrofobe e rotolano in un canale di raccolta. Attualmente, nei paesi con accesso limitato all'acqua pulita, gli abitanti utilizzano in genere grandi reti in fibra di polipropilene per raccogliere l'acqua dalla nebbia.
La nuova tecnologia fornirebbe un aumento di oltre dieci volte nella cattura dell'acqua rispetto alle reti inefficienti attualmente utilizzate, afferma Andrew Parker, biologo dell'Università di Oxford e del Museo di storia naturale di Londra, che ha studiato lo scarabeo del deserto che ha ispirato il MIT opera. Se il nuovo materiale potesse essere aggiunto semplicemente ai tetti delle case nelle aree soggette a nebbie del deserto, afferma Parker, si potrebbe ottenere un approvvigionamento idrico con poco sforzo.
Il laboratorio di Rubner sta anche portando avanti la tecnica. Quando raccogliamo l'acqua, abbiamo una chimica integrata nell'area idrofila in modo che abbia un agente antibatterico per uccidere i batteri e altre cose che causano danni, dice Rubner. Questo decontamina l'acqua mentre si accumula in modo che l'acqua raccolta sia sicura per l'uso. Applicando questa tecnica, i ricercatori sono stati in grado di uccidere i comuni batteri nocivi in quattro minuti, dice.
Il rivestimento potrebbe anche trovare impiego in applicazioni biomediche per realizzare chip microfluidici. In genere, i dispositivi microfluidici contengono canali chiusi di larghezza micrometrica incisi in lastre di silicio, vetro o plastica. Quindi i campi di pressione o elettrici guidano piccoli volumi di fluidi, tipicamente nanolitri, lungo questi canali per i test diagnostici e la ricerca genetica. Ad esempio, per verificare la presenza di una certa proteina nel sangue si potrebbe prelevare il sangue in un canale e indirizzarlo in un altro canale contenente un reagente chimico che identifichi la proteina.
Rispetto alla microfluidica convenzionale, un chip microfluidico basato sulla nuova superficie avrebbe il vantaggio di una miscelazione più semplice, afferma Rubner. In questo momento, i chip hanno bisogno di pompe e valvole che muovono il liquido per indurre la miscelazione. Nel nostro caso puoi mescolare i liquidi semplicemente controllando la quantità di liquido che metti in superficie, dice. Con una pipetta, potresti aggiungere quantità precise di fluido in due scanalature idrofile poste l'una vicino all'altra. Man mano che aggiungi più fluido, le goccioline si gonfiano sul bordo delle scanalature a causa dell'area idrofoba circostante. Alla fine, le superfici sporgenti si toccano e si mescolano. Essere in grado di confinare i liquidi in una piccola regione potrebbe fornire siti di reazione densamente imballati con un maggiore controllo sulla reazione, afferma, poiché le gocce adiacenti non si mescoleranno a meno che non siano costrette a farlo.
Sebbene gli usi esatti di questo nuovo materiale siano ancora incerti, apre molte possibilità, afferma Kenneth Wynne , professore di ingegneria chimica alla Virginia Commonwealth University. Modellare patch ultra-idrofili su una superficie ultra-idrofobica in questo modo è nuovo e utile, dice.