Nanostructuri inginerite pentru reducerea biofoulingului marin
Cercetătorii de la Universitatea Sultan Qaboos au dezvoltat suprafețe inginerite care combină modele microscopice cu nanoroduri de oxid de zinc pentru a reduce atașarea bacteriilor și a microalgelor, proces care contribuie la biofouling pe echipamentele marine și industriale scufundate.
Biofoulingul apare atunci când microorganismele și organismele marine mai mari se acumulează pe suprafețele expuse la apă. Acest fenomen poate reduce performanța vaselor, crește consumul de combustibil, accelera coroziunea, bloca prizele de apă și schimbătoarele de căldură și afecta echipamentele de acvacultură. Aceste provocări au determinat eforturi de a dezvolta materiale antifouling durabile, cu toxicitate redusă pentru mediul înconjurător.
În noul studiu, cercetătorii au fabricat acoperiri cu nanoroduri de oxid de zinc pe trei suprafețe polimerice cu modele diferite, identificate ca D1, D2 și D3. Materialele rezultate au combinat modele de suprafață la scară micrometrică cu structuri de oxid de zinc la scară nanometrică. Lucrarea este publicată în revista PLOS One.
Echipa a testat suprafețele inginerite în condiții de laborator, cu curgere, folosind bacteria Escherichia coli și diatomeea marină Amphora sp. De asemenea, au evaluat posibila toxicitate acută folosind larve de creveți albi (Litopenaeus vannamei).
Acoperirile de oxid de zinc au făcut suprafețele modelate puternic hidrofobe, cu unghiuri de contact cu apa de aproximativ 150–165 de grade, comparativ cu aproximativ 80–90 de grade pentru suprafețele neacoperite.
Rezultatele au arătat că acoperirile au redus atașarea bacteriilor cu 60,3%, 48,8% și 5,8% pe suprafețele D1, D2 și, respectiv, D3. Acoperirea cu diatomee a fost redusă cu 9,9%, 72,9% și 71,8% pe suprafețele acoperite corespunzătoare.
Cercetătorii au atribuit efectele antifouling unei combinații de factori, inclusiv eliberarea ionilor de zinc, generarea speciilor reactive de oxigen, umectabilitatea suprafeței și interacțiunea dintre structurile micro- și nanometrice.
Toxicitatea a variat în funcție de designul suprafeței. Suprafața D1 acoperită cu oxid de zinc a prezentat cel mai bun echilibru general între performanța antifouling și toxicitatea scăzută față de larvele de creveți. În schimb, suprafața D3 acoperită a demonstrat o performanță antibacteriană mai scăzută și o toxicitate mai mare pentru larve, subliniind importanța proiectării atente a modelului de suprafață de bază, și nu doar a materialului de acoperire.
Examinarea microscopică după experimentele biologice a arătat că nanorodurile de oxid de zinc au rămas structural intacte, indicând faptul că acoperirile au fost stabile pe durata testării în laborator.
Constatările sugerează că combinarea nanorodurilor de oxid de zinc cu suprafețe micro-modelate special concepute ar putea reprezenta o abordare promițătoare pentru dezvoltarea materialelor antifouling. Astfel de materiale ar putea sprijini în cele din urmă aplicații care implică suprafețe de nave, plase de acvacultură, sisteme de admisie a apei și alte echipamente expuse mediilor marine.
Cu toate acestea, cercetătorii au subliniat că experimentele au fost efectuate în condiții controlate de laborator. Sunt necesare teste pe termen lung în teren și evaluări ecotoxicologice suplimentare înainte ca acoperirile să poată fi luate în considerare pentru utilizare practică marină sau industrială.
