Микротекстурированные поверхности могут помочь решить проблему личинок усоногих в судоходстве

По оценкам ВМС США, биообрастание — накопление нежелательных морских организмов, таких как усоногие раки и водоросли, на корпусах судов — может снизить скорость судна на 10% и увеличить расход топлива на 40%. Покрытие корпуса судна биоцидами помогает предотвратить биообрастание, но используемые химикаты часто вредны для окружающей среды. Экологичной альтернативой биоцидам является использование микротекстурированных поверхностей, к которым морским организмам трудно прикрепиться.

Уильям Бёрч и его коллеги из Института исследования и инженерии материалов A*STAR раскрыли механизм, с помощью которого микротекстурированные поверхности отпугивают морские организмы. Это открытие может помочь в разработке новых искусственных поверхностей для предотвращения биообрастания.

Предыдущие исследования показали, что личинки усоногих раков предпочитают оседать в трещинах и углублениях, поскольку пустоты обеспечивают лучшую защиту от течений, в которых они питаются. Однако причина, по которой микротекстурированные поверхности снижают оседание личинок, была неясна. Поэтому исследователи создали экспериментальную установку, которая позволяет не только наблюдать за поведением личинок на разных поверхностях, но и изучать, как размер элементов поверхности влияет на их исследование.

Чтобы изучить влияние текстуры поверхности на поведение личинок, Бёрч и его коллеги создали полимерные поверхности с элементами того же размера, что и ципридная прикрепительная подушечка личинки, которая имеет эллиптическую форму и размеры около 20 на 30 микрон (тысячных долей миллиметра). Поверхности были текстурированы столбиками, расположенными на расстоянии 10 микрон друг от друга. Столбики были высотой 5 и 30 микрон и диаметром 5, 10, 20, 30, 50 и 100 микрон. В качестве контроля использовалась гладкая поверхность без столбиков. Поведение личинок снимали с помощью микроскопии ближнего действия.

Исследователи обнаружили, что личинки не реагировали на столбики высотой 5 микрон, поскольку их гибкие прикрепительные диски могли одновременно обтекать и контактировать с вершиной столбика и дном пространства между ними. Однако столбики высотой 30 микрон оказали драматическое влияние на поведение личинок. При меньших диаметрах площадь контакта, обеспечиваемая вершинами столбиков, была мала, и личинкам было трудно прикрепиться к бокам таких тонких столбиков. При диаметрах 30 микрон и более личинки стремились формировать точки прикрепления в трещинах между столбиками, оборачивая свои диски вокруг их сторон.

«Эти и другие недавние открытия породили междисциплинарную исследовательскую программу (Innovative Marine Antifouling Solutions for High Value Applications, IMAS), цель которой — создавать структурированные поверхности и измерять их эффективность, количественно оценивая взаимодействие с морскими организмами», — говорит Бёрч.