Ameerika Ohio osariigi Ülikooli teadlased avastasid liblikatiibadel ja riisilehtedel uusi huvitavaid omadusi, mis aitavad edendada tuleviku pinnakatete tehnoloogiat. Näiteks eemaldus kindlates katsetingimustes liblikatiiba matkivalt pinnalt 85% sellele kantud tolmust, siledalt pinnalt eemaldus seevastu samast tolmukogusest 70%.
Morpho didius
Töörühm kirjutas teadusajakirjas Soft Matter avaldatud artiklis, et uued avastatud pinnamustrid parandavad vedeliku voolamist ning aitavad hoida pinnad puhtana. Neid omadusi saaks rakendada näiteks veesõidukitel, lennukitel, torujuhtmetel ning meditsiinivarustusel.
„Loodus on kujundanud mitmeid isepuhastuvad või keskkonna takistusjõude pärssivad pindasid. Väike hõõrdetakistus on tööstuses soovitud omadus, olgu nanokanalitest vere pumpamiseks või torujuhtmetest toornafta läbi ajamiseks. Isepuhastuvad pinnad oleksid antibakteriaalsete pinnakatetena kasulikud meditsiinirakendustes, näiteks kateetritel,“ kommenteeris teadustööd Ohio Ülikooli professor Bahrat Bhushan.
Bhushan ja tema doktorant Gregory Bixler kasutasid Morpho didius tiibade ja Oriza sativa riisitaime lehtede uurimiseks elektronmikroskoopi ning optilist profilomeetrit (loe siit). Töörühm valmistas uuritavatest mikroskoopilistest pindadest plastjäljendid ning võrdles nende pinnaomadusi kalasoomuste, hainaha ning tehislike siledate pindade jäljenditega.
Liblikat Morpho didius leidub põhiliselt Lõuna-Ameerikaks. Seda liblikat hinnatakse eelkõige kirka sinaka sillerdava tiivavärvi pärast. Lisaks ilule suudab putukas lennates ilma erilise vaevata vabaneda tiibu katvast veest ja tolmust.
Morpho didius tiiva lähivõte
„Liblikate tiivad on niivõrd haprad, et neile mustuse ja tolmu pärsiks oluliselt lennuvõimet. Lisaks on tiibade väljanägemine biomarker näiteks isaste ja emaste omavahelises eristusprotseduuris. Nad lihtsalt peavad oma tiivad puhtana hoidma, see on elulise tähtsusega,“ seletas Bhushman.
Elektronmikroskoobi pilt näitas, et Morpho didius tiibade pinnad ei olegi nii siledad, kui inimsilmale paista võiks, vaid meenutavad laastukatust.
Riisilehtede pinda katab aga mikromeetri suurusjärgu sammuga perioodiline vaosüsteem. Vaovalle katavad nanomeetri suurused mügrad, kõik eri nurkade all, et juhtida vihmatilku varre suunas, millest omakorda vesi juurteni voolata saab. Lehel on lisaks libe vahane kate, mis atab veel voolata.
Teadlased soovisid katsetada, kuidas liblikatiivad ning riisilehed võrdluses teiste biomaterjalidega, näiteks mikroskoopiliste laineliste soomustega kaetud hainahaga, eristuksid. Töörühm katsetas lisaks kalauimedel ning lisas uurimistöösse võrdluseks tehislikke siledaid pindasid.
Elektronmikroskoobi pilt Morpho didius tiiva pinnast.
Pärast orgaaniliste lähtepindade lähvitaatlust valmistasid teadlased neist plastjäljendid. Riisilehtede ning hainaha, mis on tegelikult samuti limakihiga kaetud, libedust matkiti spetsiaalse nanoosakesi sisaldava pealekantava pinnakattega.
Ühes katses kaeti väikeste plasttorude sisepinnad uuritud pinnakatete mikrostruktuuriga, siis pumbati neist vett läbi. Voolamist mõõdeti funktsioonina rõhulangusest toru ulatuses.
Kokteilikõrre suuruse hainahka matkiva sisepinnaga torus täheldati võrreldes sileda toruga 29% väiksemat hõõret. Riisilehe tekstuuri puhul oli sama näitaja 26%, liblikatiiva kate aga näitas 15% rõhu langust.
Teises katses kaeti pinnad ränikarbiidpulbriga, mis on tööstuses laialt levinud peent mulda meenutav segu ning testiti nende isepuhastumisvõimet. Selleks hoti katsepindasid 45% nurga all ja tilgutati neile mustatud olekus kahe minuti jooksul vett. Kokku loputati substraate ligi kahe teelusika täie veega. Arvutiprogrammide abil loeti katsejärgsetelt pindadelt koku kõik sinna jäänud ränikarbiidi osakesed.
Puhtaimaks osutus hainahk, millelt uhtus katses maha 98% ränikarbiidist. Teiseks jäi 95%-ga riisileht ning kolmandaks 70%-ga liblikatiib.
Bhushani arvates on riisilehe pind evolutsiooniliselt kohanenud oma mikrokanalites vedelikke juhtima. Seda omadust saaks näiteks ära kasutada torujuhtmetes. Morpho didiuse tiibade omadused viitavad võimalikele rakendustele meditsiinifüüsikas: Tiibade eeskujul oleks võimalik valmistada spetsiaalseid antibakteriaalseid pindasid.
Allikas: Phys.org