Forskare har avslöjat mysteriet med vad som får vatten att binda till vissa ytor, med konsekvenser för att skapa billiga och effektiva bottenfärgslösningar.

Ett team av forskare från University of Wollongong (UOW) ledde ARC Research Hub for Australian Steel Manufacturing har kunnat identifiera en tidigare oklar grundläggande mekanism som hämmar ytbeläggning.

Effektiva antifouling-strategier kan minska uppbyggnaden av organismer, som bakterier, som bryter ned eller förorenar en produkt, ökade underhålls- och ersättningskostnader.

En sekundär utmaning är att utveckla beläggningssystem som är billiga och enkla att tillverka i stora mängder och som enkelt kan integreras i tillverkningsprocesser.

I arbete publicerat nyligen i tidskriften ACS Nano , forskarna använde kolloidal kiseldioxid, eller små glaspärlor, som tillsätts till en lösning och blandas med andra material, såsom polymerer.

Tillägget av glaspärlor kan användas för att modifiera förmågan att attrahera eller "fastna" till vatten.

Forskarkollegan Dr. Paul Molino sa att kiseldioxidkolloiderna har en ytkemi som gör att partiklar kan binda till varandra, bildar en stabil beläggning, samtidigt som de interagerar med vatten på ett sätt som hindrar mikroorganismer från att fästa och befolkas.

"Vi upptäckte att dessa kiseldioxidkolloider har anmärkningsvärda, breda antifouling egenskaper, med förmågan att förhindra adsorption av proteiner, och vidhäftning och kolonisering av bakterier och mikroorganismer, " sa Dr. Molino.

"De kan hjälpa till att tillhandahålla en enkel, billig och praktisk lösning för att tillverka antifouling-system, potentiellt på biomedicinsk utrustning för att förhindra blodpropp, bakterievidhäftning och eventuell infektion, eller för industriella tillämpningar.

En viktig del av arbetet var att använda avancerad högupplöst bildbehandling och modellering för att låsa upp hemligheterna kring hur bindningen fungerar. De använde atomkraftsmikroskopi för att producera bilder av enstaka partiklar på ytan för att avslöja strukturen av lager och hur de låste ihop.

Samarbete med professor Irene Yarovskys grupp vid RMIT University i Melbourne förutspådde en slående liknande struktur med hjälp av molekylär dynamiska simuleringar.

Projektledare docent Michael Higgins sa att snarare än ett ordnat nätverk av molekyler över ytan, de hittade ett instabilt eller rörligt vattenlager. Mikroorganismer som bakterier behöver mat, vatten och en stabil yta att växa.

Som sanden i öknen som ständigt förskjuts och hindrar växter från att slå rot, hydreringsskiktet är aktivt eller ständigt i rörelse, vilket gör det mycket svårare för mikroorganismer att fästa.

"Att känna till mekanismen är viktigt för att säkerställa systemets effektivitet, som att bevara de kritiska bottenfärgsegenskaperna i kombination med andra material och när man skapar ytor, " sa professor Higgins.

"I framtiden, Vi kanske också kan designa kolloidal kiseldioxid som efterliknar antifouling-mekanismen för att producera ett bredare utbud av system som kan anpassas till olika situationer eller miljöer.

"Genom att tillämpa ett holistiskt synsätt som kombinerar experimentellt arbete med teoretisk modellering, vi kunde förklara hur gränsytstrukturerna på molekylär nivå leder till exceptionell antifouling-förmåga hos dessa typer av fouling-resistenta system.

"Som ett resultat, utveckling av antifouling material för en mängd olika tillämpningar, inklusive modifiering av ytor för att förhindra infektion i samband med implanterbar medicinsk utrustning, eller uppbyggnad av slemlager på fartyg/nöjesbåtar, är betydligt avancerat."