Inspirándose en una araña acuática, los investigadores han creado un nuevo material de superficie que permanece seco durante meses bajo el agua y es altamente resistente a la adhesión de bacterias y vida marina como los percebes. Dicen que el material de superficie es fácil de producir, escalable y tiene amplias aplicaciones prácticas.

Lo que funciona en la naturaleza a menudo también funciona para los humanos. El problema es crear los materiales bioinspirados necesarios utilizando las herramientas existentes, lo que a veces es más fácil decirlo que hacerlo.

Ahora, investigadores dirigidos por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John Paulson de Harvard han hecho precisamente eso: desarrollar una superficie metálica superhidrófoba inspirada en una araña acuática; es decir, repele el agua y puede permanecer seco bajo el agua durante meses.

Joanna Aizenberg, una de las coautoras del estudio, dijo: "La investigación de materiales bioinspirados es un campo extremadamente apasionante que continúa aportando soluciones elegantes evolucionadas en la naturaleza al ámbito de los materiales fabricados por el hombre, lo que nos permite introducir nuevos materiales con propiedades sin precedentes. Este estudio ejemplifica cómo descubrir estos principios puede conducir al desarrollo de superficies que siguen siendo superhidrófobas bajo el agua".

Argyroneta acuática, también conocida como araña campana de buceo, es la única araña que se sabe que vive casi exclusivamente bajo el agua. Millones de vellosidades ásperas e hidrofóbicas atrapan el aire alrededor del cuerpo, creando una reserva de oxígeno y una barrera entre los pulmones de la araña y el agua. La fina capa de aire atrapada por el pelo de la araña se llama plastrón.

Los investigadores saben desde hace décadas que, en teoría, era posible crear un chasis submarino estable. En la práctica, sin embargo, crear una superficie rugosa como una araña escafandra haría que la superficie fuera menos resistente mecánicamente y susceptible a pequeños cambios de temperatura y presión. Y en experimentos anteriores, las superficies sólo podían permanecer secas durante unas pocas horas.

Los investigadores saben que la humectabilidad es muy sensible a las propiedades de la superficie a nivel molecular y está fuertemente influenciada por la topografía de la superficie. Así que crearon una superficie de titanio aerófila, es decir, una superficie que atrae y expulsa burbujas de aire o gas, y utilizaron oxidación electroquímica para formar una capa de óxido mientras disolvían químicamente los óxidos formados para producir rugosidad a escala nanométrica.

Para probar la estabilidad de la superficie, los investigadores la sometieron a flexión, torsión, rociadores de agua fría y caliente y abrasión de arena y acero, y descubrieron que seguía siendo aerófila. Estuvo continuamente sumergido en agua durante más de 208 días (en el momento de la publicación del estudio, la superficie todavía estaba empapada en agua, sin mostrar signos de degradación) y cientos de veces en una placa de Petri llena de sangre. La superficie reduce significativamente el crecimiento de E. coli y percebes y evita por completo que los mejillones se adhieran.

Alexander Tesler, primer autor del estudio, dijo: "Utilizamos un método de caracterización propuesto por teóricos hace 20 años para demostrar que nuestra superficie es estable, lo que significa que no sólo hemos creado un nuevo tipo de superficie superhidrófoba extremadamente repelente y duradera, sino que podemos hacerlo de nuevo con diferentes materiales".

Los investigadores dicen que la superficie tiene múltiples usos. Podría usarse en equipos biomédicos para reducir las infecciones posoperatorias o prevenir la corrosión de tuberías y sensores submarinos. También se puede utilizar con otro material bioinspirado desarrollado por el equipo de SEAS hace más de 10 años, llamado tecnología de superficie porosa con infusión de líquido sinovial (SLIPS).

Stefan Kolle, coautor del estudio, dijo: "La estabilidad, simplicidad y escalabilidad de este sistema lo hacen muy valioso en aplicaciones del mundo real. Con el método de caracterización presentado aquí, mostramos un conjunto de herramientas simple que le permite optimizar las superficies superhidrófobas para la estabilidad, lo que cambia significativamente su espacio de aplicación".

La investigación fue publicada en la revista Nature Materials, y dos vídeos producidos por SEAS a continuación muestran cómo la nueva superficie repele el agua y la sangre.