Inspirados por uma aranha aquática, os pesquisadores criaram um novo material de superfície que permanece seco durante meses debaixo d’água e é altamente resistente à adesão de bactérias e de vida marinha, como cracas. Eles dizem que o material de superfície é fácil de produzir, escalável e tem amplas aplicações práticas.
O que funciona na natureza geralmente também funciona para os humanos. O problema é criar os materiais bioinspirados necessários usando as ferramentas existentes, o que às vezes é mais fácil falar do que fazer.
Agora, pesquisadores liderados pela Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John Paulson de Harvard fizeram exatamente isso, desenvolvendo uma superfície metálica superhidrofóbica inspirada em uma aranha aquática; isto é, repele a água e pode permanecer seco debaixo d'água por meses.
Joanna Aizenberg, uma das coautoras do estudo, disse: "A pesquisa de materiais bioinspirados é um campo extremamente interessante que continua a trazer soluções elegantes desenvolvidas na natureza para o reino dos materiais feitos pelo homem, permitindo-nos introduzir novos materiais com propriedades sem precedentes. Este estudo exemplifica como a descoberta desses princípios pode levar ao desenvolvimento de superfícies que permanecem superhidrofóbicas debaixo d'água. "
Argyroneta Aquatica, também conhecida como aranha do sino de mergulho, é a única aranha conhecida que vive quase inteiramente debaixo d'água. Milhões de vilosidades hidrofóbicas e ásperas prendem o ar ao redor do corpo, criando um reservatório de oxigênio e uma barreira entre os pulmões da aranha e a água. A fina camada de ar presa pelo cabelo da aranha é chamada de plastrão.
Os pesquisadores sabem há décadas que era teoricamente possível criar um chassi subaquático estável. Na prática, porém, criar uma superfície áspera como uma aranha de sino de mergulho tornaria a superfície menos forte mecanicamente e suscetível a pequenas mudanças de temperatura e pressão. E em experimentos anteriores, as superfícies só conseguiam ficar secas por algumas horas.
Os pesquisadores sabem que a molhabilidade é muito sensível às propriedades da superfície em nível molecular e é fortemente influenciada pela topografia da superfície. Então, eles criaram uma superfície aerofílica de titânio – isto é, uma superfície que atrai e expele bolhas de ar ou gás – e usaram a oxidação eletroquímica para formar uma camada de óxido enquanto dissolvia quimicamente os óxidos formados para produzir rugosidade em escala nanométrica.
Para testar a estabilidade da superfície, os pesquisadores a submeteram a flexões, torções, jatos de água quente e fria e abrasão de areia e aço, e descobriram que ela permaneceu aerofílica. Foi continuamente embebido em água por mais de 208 dias (no momento da publicação do estudo, a superfície ainda estava encharcada em água, sem apresentar sinais de degradação) e centenas de vezes em uma placa de Petri cheia de sangue. A superfície reduz significativamente o crescimento de E. coli e cracas e evita completamente a fixação dos mexilhões.
Alexander Tesler, primeiro autor do estudo, disse: "Usamos um método de caracterização proposto por teóricos há 20 anos para mostrar que nossa superfície é estável, o que significa que não apenas criamos um novo tipo de superfície superhidrofóbica extremamente repelente e extremamente durável, mas podemos fazer isso novamente com materiais diferentes."
Os pesquisadores dizem que a superfície tem múltiplos usos. Poderia ser usado em equipamentos biomédicos para reduzir infecções pós-operatórias ou prevenir a corrosão de tubos e sensores subaquáticos. Também pode ser usado com outro material bioinspirado desenvolvido pela equipe SEAS há mais de 10 anos, denominado tecnologia de superfície porosa infundida com líquido sinovial (SLIPS).
Stefan Kolle, coautor do estudo, disse: "A estabilidade, simplicidade e escalabilidade deste sistema o tornam muito valioso em aplicações do mundo real. Com o método de caracterização apresentado aqui, mostramos um kit de ferramentas simples que permite otimizar superfícies superhidrofóbicas para estabilidade, o que altera significativamente o seu espaço de aplicação."
A pesquisa foi publicada na revista Nature Materials, e dois vídeos produzidos pela SEAS abaixo mostram como a nova superfície repele água e sangue.