I ricercatori hanno svelato il mistero di ciò che lega l'acqua a determinate superfici, con implicazioni per la creazione di soluzioni antivegetative economiche ed efficaci.

Un team di ricercatori dell'Università di Wollongong (UOW) guidato dall'ARC Research Hub for Australian Steel Manufacturing è stato in grado di identificare un meccanismo fondamentale precedentemente poco chiaro che inibisce le incrostazioni superficiali.

Strategie antifouling efficaci possono ridurre l'accumulo di organismi, come batteri, che degradano o contaminano un prodotto, aumento dei costi di manutenzione e sostituzione.

Una sfida secondaria è lo sviluppo di sistemi di rivestimento che siano economici e semplici da realizzare in grandi quantità e che possano essere facilmente incorporati nei processi di produzione.

In un lavoro pubblicato di recente sulla rivista ACS Nano , i ricercatori hanno usato silice colloidale, o piccole perle di vetro, che vengono aggiunti a una soluzione e mescolati con altri materiali, come i polimeri.

L'aggiunta delle perle di vetro può essere utilizzata per modificare la capacità di attrarre o "attaccare" all'acqua.

Il ricercatore Dr. Paul Molino ha affermato che i colloidi di silice hanno una chimica superficiale che consente alle particelle di legarsi tra loro, formando un rivestimento stabile, mentre interagisce anche con l'acqua in un modo che inibisce l'attaccamento e la popolamento dei microrganismi.

"Abbiamo scoperto che questi colloidi di silice hanno notevoli, proprietà antivegetative ad ampio spettro, con la capacità di prevenire l'assorbimento delle proteine, e attaccamento e colonizzazione di batteri e microrganismi, " disse il dottor Molino.

"Potrebbero aiutare a fornire un semplice, soluzione economica e pratica per la produzione di sistemi antivegetativi, potenzialmente su dispositivi biomedici per prevenire la coagulazione del sangue, adesione dei batteri e possibile infezione, o per applicazioni industriali.

Una parte fondamentale del lavoro è stata l'utilizzo di immagini e modelli avanzati ad alta risoluzione per svelare i segreti di come funziona il legame. Hanno usato la microscopia a forza atomica per produrre immagini di singole particelle sulla superficie per rivelare la struttura degli strati e come si sono bloccati insieme.

Il lavoro in collaborazione con il gruppo della professoressa Irene Yarovsky presso la RMIT University di Melbourne ha previsto una struttura sorprendentemente simile utilizzando simulazioni dinamiche molecolari.

Il professore associato Michael Higgins, capo del progetto, ha affermato che invece di una rete ordinata di molecole sulla superficie, hanno trovato uno strato d'acqua instabile o in movimento. I microrganismi come i batteri hanno bisogno di cibo, acqua e una superficie stabile per crescere.

Come le sabbie del deserto che si spostano continuamente e impediscono alle piante di attecchire, lo strato di idratazione è attivo o in continuo movimento, rendendo molto più difficile l'adesione dei microrganismi.

"Conoscere il meccanismo è importante per garantire l'efficacia del sistema, come preservare le caratteristiche critiche dell'antivegetativa quando combinato con altri materiali e durante la creazione di superfici, "Ha detto il professor Higgins.

"In futuro, potremmo anche essere in grado di progettare silice colloidale che imiti il ​​meccanismo antivegetativo per produrre una gamma più ampia di sistemi adattabili a diverse situazioni o ambienti.

"Applicando un approccio olistico che combina il lavoro sperimentale con la modellazione teorica, siamo stati in grado di spiegare come le strutture interfacciali a livello molecolare portino a un'eccezionale capacità antivegetativa di questo tipo di sistemi resistenti alle incrostazioni.

"Di conseguenza, lo sviluppo di materiali antivegetativi per una moltitudine di applicazioni, compresa la modifica delle superfici per prevenire l'infezione associata a dispositivi medici impiantabili, o l'accumulo di strati di melma su navi/barche da diporto, è notevolmente avanzato."