Czemu kwiaty lotosu są zawsze czyste?

Pod koniec lat 90. poetycznie zatytułowany artykuł „Czystość świętego lotosa, albo ucieczka od zanieczyszczeń powierzchni biologicznych”^[1] zaintrygowała społeczność akademicką. Pomiary wykonane na różnych wodnych roślinach wskazały na bezpośredni związek między topografią powierzchni, a jej niezwiżalnością przez wodę.

To badanie rozpoczęło okres intensywnego zainteresowania tym jak struktura powierzchni danego materiału wpływa na jego właściwości. Niedługo później znaleziono podobne zjawiska odpowiedzialne za takie naturalne fenomeny jak zdolność gekonów do przylegania do dowolnych powierzchni i opalizujące skrzydła motyli.

Wracając do kwiatu lotosu – tutaj odpowiedź leżała w hydrofobowych właściwościach powierzchni płatków^[2]. Nazywane tak ze złożenia dwóch greckich słów określenie oznacza nic innego jak to, że woda jest „odstraszana” przez powierzchnię płatków. Dzięki temu kwiaty mają właściwości samoczyszczące, bo każda kropla wody spływając zabiera ze sobą kurz i inne cząsteczki zabrudzeń po czym z łatwością ześlizguje się z płatków.

Na tym swoje rozważania skończyli autorzy wspomnianego na początku artykułu. Inni naukowcy –  głównie zainteresowani w materiałoznawstwie poszli dalej. Odtwarzając podobne struktury na powierzchni różnych materiałów pozwoliło im stworzyć hydrofobowe i hydrofilowe powierzchnie na metalu i szkle. Cała zabawa polega na stworzeniu materiału z odpowiednią wartością statycznego i dynamicznego kąta kontaktu między kroplami wody, a powierzchnią. Problem tylko w tym, że kąt kontaktu jest wartością eksperymentalną i do dzisiaj nie istnieje żadna powszechnie uznana teoria wyjaśniająca dlaczego akurat te powierzchnie odpychają lub przyciągają wodę w ten sposób.

Braki w teorii jednak nikogo jeszcze nie zatrzymały i obecnie istnieje wiele potencjalnych, praktycznych zastosowań dla powierzchni hydrofobowych. Dzięki nim można stworzyć samoczyszczące się okna, odporne na zabrudzenia i mikroby przyrządy medyczne, luksusowe noże i mikrofluidowe urządzenia. Ostatnio użyto tej technologii do stworzenia niezatapialnego metalu. Możecie o tym przeczytać więcej w tym artykule: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b15540

To co jest naprawdę ciekawe to przyjrzenie się powierzchniom hydrofobowym pod mikroskopem SEM. Po lewej widać nie obrobioną powierzchnię stali, która jest stosunkowo gładka. Po prawej widzimy chropowatą powierzchnię hydrofobową z charakterystycznym wzorem niewielkich wgłębień. Jeśli chcielibyście zobaczyć więcej spójrzcie na filmik na którym demonstrujemy jak woda swobodnie spływa po powierzchni hydrofobowej.

Takie powierzchnie można stworzyć z użyciem laserów femtosekundowych. Wszystkie powyższe próbki zostały wytworzone przy pomocy naszego lasera Jasper – przemysłowej klasy lasera femtosekundowego.

Skontaktuj się z nami by dowiedzieć się więcej!

[1] Barthlott, W., Neinhuis, C. Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces. Planta 202, 1–8 (1997).

[2] Law, Kock-Yee, “Definitions for Hydrophilicity, Hydrophobicity, and Superhydrophobicity: Getting the Basics Right”, J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 4, 686–688