Kopi af springhalens hud gør overflader vandtætte og slidstærke

Tyske forskere har skabt et nyt supermateriale i form af en polymer med egenskaber, der ligner huden på leddyret springhalen.

Sådan en kvalitet kan bruges i utallige situationer, men en af forskerne bag projektet, Carsten Werner fra Institut for biofunktionelle polymermaterialer ved Dresden Tekniske Universitet, nævner selvrensende overflader, frysere uden rim og overflader, hvor selv mikroorganismer ikke kan slå lejr.

Indtil videre kan forskerne skabe overflader, der tilnærmelsesvis har samme altafvisende egenskaber som springhalens hud, og der forskes videre i at gøre overfladerne mere robuste og slidstærke.

At forskerne fra Dresden kigger springhalen i kortene skyldes, at springhalens hud er udviklet til at modstå al fugt og snavs fra de mangeartede miljøer, den færdes i. Den respirerer gennem huden og ville dermed blive kvalt, hvis dens hud blev våd.

Strukturen i dens hud er et spektakulært landskab, hvis man zoomer tilstrækkeligt ind. Tre forskellige beskyttende lag holder springhalens hud uden for kontakt med vind og vejr.

Først et sæt børster, der holder på et tyndt lag af luft og dermed holder vandet på afstand. Børsterne stikker op fra et heksagonalt overflademønster af paddehatteformede forhøjninger på 200 nm med godt 1 µm brede fordybninger i mellemrummene.

Undersiden af paddehattenes top buer indad, og det bevirker, at selv hvis væsker finder vej ned til toppen af paddehattene, skal der et relativt højt tryk til, for at væsken når ned mellem paddehattene.

Dermed slipper der først vand helt ned til bunden og den største del af springhalens hud, når trykket overstiger 4,15 atmosfære.

Forskerne testede en del forskellige polære og upolære væsker på springhalens hud. Ingen af de polære og kun enkelte af de upolære kunne ved overtryk gøre springhalens hud våd.

Sådan efterlignes springhalen

Netop dét at upolære væsker har adgang helt ned i de inderste lag af springhalens hud, har også hjulpet til at lave støbeformen til efterligningen.

Ved at fryse forskellige springhaletyper ned til minus 20 grader og herpå dyppe dem i en ekstremt viskøs opløsning fik forskerne taget et aftryk af springhalens hud. Herpå beskød de den viskøse blanding (og springhalen) med UV-lys, der fik formen til at stivne omkring springhalens hud.

Efter forsigtigt at have hevet formen af kunne den agere støbeform for den næste kopi.

Herefter kunne der laves nye efterligninger med forskellige opløsninger, der har forskellige overfladeegenskaber.

En splejsning med teflon nåede endda frem til større vandresistens end springhalen selv: Springhalen kunne som sagt holde sig tør indtil 4,15 atmosfære alene på grund af formen, mens de efterligninger, der blev lavet af PEGda (polyethylenglycol) typisk kunne modstå fugt op til 3,85 atmosfære. Coated med teflon nåede en af de fremstillede polymerer op på at modstå gennemblødning op til 7,1 atmosfære.

Springhalens hud har dog stadig et par fordele i forhold til de fremstillede polymerer, som forskerne graver i at kunne efterligne. Blandt andet er der det føromtalte heksagonale mønster, der bærer de vandafvisende paddehattestrukturer oven på et underliggende, fleksibelt rombe-formet mønster, der gør, at springhalens hud er bedre til at beholde de vandafvisende kvaliteter under deformationer.

Herudover observerede forskerne også, at selv ved hvis springhalen blev gennemblødt efter at være udsat for både fugt og højt nok tryk, ville den blive tør igen og genoprette sin vandafvisende kvalitet, hvis gennemblødningen havde varet under et minuts tid.

Forskerne arbejdet at forfine produktionsteknikken, så den kan printes på en 3D-printer.