Le foglie delle piante hanno un superpotere naturale:sono progettate con caratteristiche idrorepellenti. Chiamata superficie superidrofobica, questa caratteristica consente alle foglie di purificarsi dalle particelle di polvere. Ispirato da tali disegni naturali, un team di ricercatori della Texas A&M University ha sviluppato un modo innovativo per controllare l'idrofobicità di una superficie a beneficio del campo biomedico.

I ricercatori del laboratorio del Dr. Akhilesh K. Gaharwar nel Dipartimento di Ingegneria Biomedica hanno sviluppato un "effetto loto" incorporando difetti atomici nei nanomateriali, che potrebbero avere applicazioni diffuse in campo biomedico tra cui il biosensing, lab-on-a-chip, repellente per il sangue, applicazioni antivegetative e autopulenti.

I materiali superidrofobici sono ampiamente utilizzati per le caratteristiche autopulenti dei dispositivi. Però, i materiali attuali richiedono modifiche alla chimica o alla topografia della superficie per funzionare. Ciò limita l'uso di materiali superidrofobici.

"La progettazione di superfici idrofobiche e il controllo del comportamento di bagnatura sono stati a lungo di grande interesse, poiché svolge un ruolo cruciale nel raggiungimento della capacità di autopulizia, " Gaharwar ha detto. "Tuttavia, ci sono un approccio biocompatibile limitato per controllare il comportamento di bagnatura della superficie come desiderato in diverse applicazioni biomediche e biotecnologiche".

Il design Texas A&M adotta un assemblaggio "simile a un nanofiore" di strati atomici bidimensionali (2-D) per proteggere la superficie dall'umidità. Il team ha recentemente pubblicato uno studio pubblicato su Comunicazioni chimiche . I nanomateriali 2-D sono una classe ultrasottile di nanomateriali e hanno ricevuto una notevole attenzione nella ricerca. Il laboratorio di Gaharwar ha utilizzato bisolfuro di molibdeno 2-D (MoS2), una nuova classe di nanomateriali 2-D che ha mostrato un enorme potenziale nella nanoelettronica, sensori ottici, fonti di energia rinnovabile, catalisi e lubrificazione, ma non è stato studiato per applicazioni biomediche. Questo approccio innovativo dimostra le applicazioni di questa classe unica di materiali all'industria biomedica.

"Questi nanomateriali 2-D con il loro strato esagonale respingono l'adesione dell'acqua, però, un atomo mancante dallo strato superiore può consentire un facile accesso alle molecole d'acqua dal successivo strato di atomi sottostante facendolo transitare da idrofobo a idrofilo, " ha detto l'autore principale dello studio, Dottor Manish Jaiswal, un ricercatore associato senior nel laboratorio di Gaharwar.

Questa tecnica innovativa apre molte porte ad applicazioni estese in diverse aree scientifiche e tecnologiche. Il rivestimento superidrofobo può essere facilmente applicato su vari substrati come vetro, carta velina, gomma o silice utilizzando il metodo dell'evaporazione del solvente. Questi rivestimenti superidrofobici hanno applicazioni molto diffuse, non solo nello sviluppo di superfici autopulenti nei dispositivi nanoelettronici, ma anche per applicazioni biomediche. Nello specifico, lo studio ha dimostrato che il sangue e i terreni di coltura cellulare contenenti proteine ​​non aderiscono alla superficie, che è molto promettente. Inoltre, il team sta attualmente esplorando le potenziali applicazioni dell'idrofobicità controllata nel destino delle cellule staminali.