Znajdź zawartość

Dzięki amerykańsko-chińskiej współpracy powstała hydrożelowa powłoka, która zapobiega tworzeniu się lodu aż na trzy sposoby. Naukowcy podkreślają, że inspirowali się naturalnymi mechanizmami, które nie dopuszczają do zamarzania krwi kilku gatunków ryb z Antarktyki. Autorzy artykułu z pisma Matter sugerują, że nowa powłoka będzie tanim i wszechstronnym sposobem na zapobieganie oblodzeniu skrzydeł samolotów czy rur. To pierwszy materiał, który zapobiega tworzeniu się lodu, wpływając na 3 różne procesy. Choć dysponujemy rozmaitymi rozwiązaniami antyoblodzeniowymi, są one tak pomyślane, by wpływać tylko na niektóre aspekty tego złożonego procesu albo działać tylko na pewnych rodzajach powierzchni. Nowa powłoka jest rozwiązaniem kompleksowym, które zapobiega powstawaniu lodu na wielu różnych powierzchniach, od tworzyw, przez metale, po ceramikę, w dodatku w różnych warunkach - opowiada Ximin He z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles. Poza tym materiał łatwo uzyskać i jest ponoć bardzo wytrzymały. Żel składa się głównie z wody, ale jego kluczowym składnikiem jest poli(dimetylosiloksan), polimer z grupy silikonów, używany m.in. do produkcji soczewek kontaktowych czy jako dodatek do kosmetyków (E900). Gdy nasprejuje się go na powierzchnię, tworzy cienką przezroczystą powłokę, która zapobiega oblodzeniu na 3 różne sposoby: obniża temperaturę zamarzania wody na powierzchni (hamuje nukleację), opóźnia wzrost kryształów lodu (rozprzestrzenianie się lodu), a także utrudnia jego przywieranie, czyli adhezję. Akademicy przetestowali powłokę na różnych materiałach, w tym na plastiku, szkle, ceramice i metalach. Ustanowili rekord, zapobiegając tworzeniu się lodu do momentu, aż temperatura osiągnęła -31°C. Poprzedni rekord padł w 2016 r. i wynosił -28°C; różne powłoki nanoszono m.in. na szkło. Pracami zespołu kierował wtedy Jianjun Wang z Chińskiej Akademii Nauk; jest on współautorem również ostatniego badania. Oprócz tego hydrożel pozwolił na ustanowienie rekordu odnośnie do czasu odroczenia tworzenia lodu w temperaturze -25°C. By na spryskanych nim powierzchniach z tworzywa, szkła, ceramiki i metalu utworzył się w tej temperaturze lód, musiało minąć ponad 65 min, a więc o ponad 40 min więcej niż przy poprzednim rekordzie, który także padł podczas studium z 2016 r. Nawet jeśli na powierzchni, na której zastosowano hybrydowy antyoblodzeniowy hydrożel, utworzy się lód, łatwo go usunąć za pomocą szczotki czy dmuchawy (nie trzeba skrobać czy podgrzewać). W latach 60. naukowcy odkryli, że kilka gatunków ryb antarktycznych wytwarza białka zapobiegające zamarzaniu (ang. anti-freeze proteins, AFP) krwi. Później stwierdzono, że także owady wytwarzają AFP, dzięki czemu ich płyny ustrojowe nie zamarzają. U bakterii AFP stwierdzono po raz pierwszy w 1993 r. W następnych latach opisano wiele bakterii zdolnych do syntezy takich białek. Wiadomo, że dysponują nimi także rośliny. Nowa powłoka jest bioinspirowana (działa po części dlatego, że naśladuje molekularną strukturę tych białek). Większość eksperymentów przeprowadzono w laboratorium, ale jeden test odbył się na dworze, w Pekinie, w temperaturach ujemnych. « powrót do artykułu

Uciekając się do białek ryb, niemieccy naukowcy opracowali pokrycie skrzydeł samolotów, które zapobiega oblodzeniu przy lotach na dużych wysokościach. Lód sprzyja niebezpiecznym turbulencjom podczas startu i lądowania. Antyzamarzaniowe białka odkryto wcześniej u roślin, ryb i owadów. Potem udało się uzyskać podobne związki w laboratorium i wykorzystać je do zabezpieczenia przed uszkodzeniem żywności przechowywanej w zamrażarce. Teraz zespół Ingo Grunwalda z Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Applied Materials Research w Bremen opracował powłokę, która nie dopuszcza do zamarzania powierzchni rozmaitych obiektów. Niemcy mają nadzieję, że ich wynalazek znajdzie szerokie zastosowanie w technologii i inżynierii. Nadaje się świetnie nie tylko do zabezpieczania skrzydeł samolotów, ale także kabli linii wysokiego napięcia. Wyposażone w niego lodówki nie ulegałyby oszronieniu, nie trzeba by ich więc odmrażać. Duże kryształy lodu tworzą się, kiedy na powierzchni mniejszych osadzają się kolejne cząsteczki wody. U flądry zimowej występuje białko, które nie dopuszcza do rozrastania się kawałków lodu, wiążąc się z mniejszymi kryształkami. Przez to cząsteczki wody nie mają się do czego przyłączyć. Białko to "ma specjalną strukturę, która oddziałuje z lodem jak klucz z zamkiem" – wyjaśnia Grunwald. Niemiecki zespół natrafił na trudności przy próbach połączenia cząsteczek białka z cząsteczkami farby. Dlatego zdecydowano się na zastosowanie innego związku organicznego, które pełni funkcję łącznika między nimi. Dzięki temu białko może się swobodnie przemieszczać i "wyłapywać" drobne kryształki lodu. Powłokę przetestowano w komorze wypełnionej chłodnym i wilgotnym powietrzem. Uzyskano bardzo obiecujące wyniki. Na razie specjalną farbę naniesiono tylko na centymetr kwadratowy laboratoryjnego skrzydła. Ekipa Grunwalda musi popracować nad tym, by wyprodukować większe jej ilości i równiej pokrywać wybrane powierzchnie. Dopiero wtedy można będzie pomalować nią prawdziwe skrzydło samolotu. Zespół chce też sprawdzić, czy białko rybie można zastąpić polimerami węglowymi. Gdyby się to udało, dokonałby się znaczący postęp. Polimery nie ulegają bowiem biodegradacji i wytrzymują bardziej ekstremalne warunki.