Immergilo e verranno. Alghe opportunistiche, cirripedi, e le pellicole batteriche possono contaminare rapidamente quasi tutte le superfici sottomarine, ma i ricercatori stanno ora utilizzando i progressi della nanotecnologia e della scienza dei materiali per progettare rivestimenti subacquei ecologici che respingono questi clandestini biologici.
"L'acqua di mare è un sistema biologico molto aggressivo, "dice Gabriel Lopez, il cui laboratorio presso la Duke University studia l'interfaccia di film batterici marini con superfici sommerse. Mentre la brulicante abbondanza di vita oceanica rende le barriere coralline e le pozze di marea attraenti destinazioni turistiche, per navi i cui scafi si ricoprono di melma, tutta questa vita può, letteralmente, essere una grossa seccatura. Su una sola classe di cacciatorpediniere della Marina degli Stati Uniti, si stima che l'accumulo biologico costi più di $ 50 milioni all'anno, principalmente in carburante extra, secondo uno studio del 2010 condotto da ricercatori della U.S. Naval Academy e del Naval Surface Warfare Center nel Maryland. Il biofouling marino può anche interrompere il funzionamento dei sensori oceanici, scambiatori di calore che aspirano acqua per raffreddare i sistemi meccanici, e altre attrezzature subacquee.
Tradizionalmente, il costruttore di una nave potrebbe applicare vernici contenenti biocidi, progettato per avvelenare qualsiasi organismo colonizzatore, alla parte inferiore dello scafo. Però, queste vernici contengono spesso metalli pesanti o altre sostanze chimiche tossiche che potrebbero accumularsi nell'ambiente e danneggiare involontariamente pesci o altri organismi marini. Per sostituire le vernici tossiche, scienziati e ingegneri sono ora alla ricerca di modi per manipolare le proprietà fisiche dei rivestimenti superficiali per scoraggiare la colonizzazione biologica. "Il nostro obiettivo finale è sviluppare una tecnologia più verde, "dice Lopez.
Lopez e il suo gruppo si concentrano su una classe di materiali chiamati superfici sensibili agli stimoli. Come il nome suggerisce, i materiali alterano le loro proprietà fisiche o chimiche in risposta a uno stimolo, come un cambiamento di temperatura. I rivestimenti testati nel laboratorio di Lopez si piegano su micro o nanoscala, scrollarsi di dosso le colonie viscide di batteri marini in un modo simile a come un cavallo potrebbe contrarre la pelle per scacciare le mosche. I ricercatori considerano anche come uno stimolo potrebbe alterare le proprietà chimiche di una superficie in un modo che potrebbe diminuire la capacità di un organismo marino di aderire.
Al Simposio AVS, tenutasi dal 30 ottobre al 4 novembre a Nashville, Ten., Lopez presenterà i risultati di esperimenti su due diversi tipi di superfici sensibili agli stimoli:una che cambia la sua struttura in risposta alla temperatura e l'altra in risposta a una tensione applicata. Le superfici voltaggio-sensibili sono in fase di sviluppo in collaborazione con il laboratorio di Xuanhe Zhao, anche un ricercatore Duke, che hanno scoperto che i cavi isolanti possono guastarsi se si deformano sotto tensione. "Sorprendentemente, lo stesso meccanismo di rottura può essere reso utile nella deformazione delle superfici dei rivestimenti e nel distacco del biofouling, " Ha detto Zhao.
"L'idea di una superficie attiva si ispira alla natura, "aggiunge Lopez, che ricorda di essere stato incuriosito dalla domanda su come riescano a pulirsi i tentacoli ondeggianti di un anemone di mare. Altre superfici biologiche, come la pelle di squalo, sono già stati copiati da ingegneri che cercano di imparare dai sistemi antivegetativi di successo della natura.
Le superfici del modello che Lopez e il suo team studiano non sono ancora in forme adatte per applicazioni commerciali, ma aiutano gli scienziati a comprendere i meccanismi alla base della consistenza efficace o dei cambiamenti chimici. La comprensione di questi meccanismi aiuterà anche il team a sviluppare materiali e metodi per controllare il biofouling in un'ampia gamma di contesti aggiuntivi, anche su impianti medici e superfici industriali. Come passo successivo, il team testerà come le superfici sono in grado di scrollarsi di dosso altre forme di vita marina. Alla fine il team spera di immergere i pannelli di prova rivestiti nelle acque costiere e aspettare che arrivi la vita marina, ma spero di non diventare troppo accogliente.
