گوژپشت نانودام

در صحرای نامیب (در آفریقا) كه یكی از خشك ترین مناطق جهان است، سالانه كمتر از ۵/۲ میلی متر باران می بارد. اما هر روز صبح زود، مهی رقیق روی این صحرا سرگردان می شود و تنها بخت برای نوشیدن آبی حیات بخش برای گیاهان و جانورانی كه در این محیط سخت زندگی می كنند، فراهم می آورد.
زمانی كه این مه ظاهر و حركتش را آغاز می كند، سوسك صحرای نامیب با یك سامانه جمع كننده رطوبت كه به طور خارق العاده ای با این زیستگاه صحرایی اش سازگاری دارد دست به كار می شود. پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست با الهام گیری از این سوسك -كه به اندازه یك سكه كوچك است- موفق به ساخت یك ماده جدید شده اند كه می تواند مقادیر بسیار كم آب را به دام بیندازد و مهار كند.
این ماده از تركیب یك سطح دافع آب و گوژهای جذب كننده آب ساخته شده است كه می تواند قطرات كوچك آب را به دام انداخته و جریان آب را كنترل كند. این تحقیق به صورت آن لاین در نسخه Nano Letters منتشر شده است. «رابرت كوهن» استاد مهندسی شیمی دانشگاه سنت لورن و «مایكل رابنر» استاد بخش علوم و مهندسی مواد پلیمری كه پژوهشگران ارشد این تحقیق هستند، می گویند برداشت و جمع آوری آب، ساخت یك آزمایشگاه غربالگری و تشخیص بیماری ها بر روی یك تراشه، ابداع دستگاه های خنك كننده و تجهیزات بسیار كوچك هیدرولیكی از جمله كاربردهای بالقوه این ماده است. ارتش آمریكا نیز نسبت به استفاده از این ماده به عنوان یك سطح «خودآلاینده زا» كه می تواند مواد مضر را جمع آوری و هدایت كند، علاقه نشان داده است.
پژوهشگران بعد از بررسی یك مقاله در مجله ساینس كه چگونگی روش جمع آوری رطوبت توسط این سوسك را توضیح می داد، از این روش الهام گرفتند. دانشمندان قبلاً از خاصیت دفع آب برگ گل نیلوفر آبی كپی برداری كردند، اما به نظر می رسد كه پوسته سوسك صحرایی نامزد مناسب دیگری است كه می توان از آن تقلید كرد.
«كوهن» می گوید: «اگر شما پشت میزتان بنشینید و سعی كنید برای انجام كارها راهی پیدا كنید زمان خیلی زیادی دارید. اما زمانی كه این پدیده ها را در عمل می بینید، واضح است كه می دانید باید چگونه عمل كنید.»
سوسك صحرا به گونه ای تكامل یافته كه می تواند به طور كامل از مقدار ناچیز آب موجود در صحرا بهره ببرد. «رابنر» می گوید: «مه سرگردان در صحرای نامیب آنقدر رقیق است كه امكان غلیظ و مایع شدن عادی برای آن وجود ندارد. بنابراین، به چیزی نیاز داریم كه به ویژه برای نگه داشتن و جمع آوری رطوبت طراحی شده باشد.» زمانی كه مه به صورت افقی روی پشت سوسك می خزد، قطرات كوچك آب كه قطر آنها ۱۵ تا ۲۰ میكرون است شروع به جمع شدن روی گوژهای آن می كنند. گوژها -كه آب را جذب می كنند- توسط كانال های موم مانند كه مانع نفوذ آب می شوند، احاطه شده اند. «رابنر» می گوید: «این باعث می شود كه مقادیر بسیار كم رطوبت موجود در هوا روی گوژها كه آب از آنها نفوذ نمی كند جمع شوند. این رطوبت بزرگ و بزرگ تر می شود تا تبدیل به قطره شود. زمانی كه رطوبت تبدیل به یك قطره بزرگ می شود، به درون دهان سوسك می غلتد تا این جانور از نوشیدن آبی گوارا لذت ببرد.» پژوهشگران برای ساخت یك ماده كه توانایی های مشابهی داشته باشد، دو ویژگی را دستكاری و تغییر دادند: زبری و نانو منافذ. پژوهشگران لایه های شیشه ای یا پلاستیكی را به درون محلول هایی از زنجیره های پلیمری باردار كه در آب حل شده اند، فرو كرده و خارج می كنند. با تكرار این عمل، پژوهشگران می توانند بافت سطح این ماده را كنترل كنند. هر زمان كه لایه به درون محلول فرو برده می شود، یك لایه دیگر از پلیمر باردار سطح آن را می پوشاند كه باعث افزایش بافت و متخلخل تر شدن ماده می شود. سپس نانوذرات سیلكونی اضافه می شوند تا یك بافت زبرتر ایجاد شود. این بافت زبرتر كمك می كند كه قطرات آب به دام بیفتند.
ماده سپس با یك پوشش شبیه تفلون پوشانده می شود تا آن را «بسیار دافع آب» كند. وقتی كه این لایه دافع آب ماده را می پوشاند، لایه هایی از پلیمرهای باردار و نانو ذرات با استفاده از مخلوط حلال الكل، آب به برخی قسمت های خاص اضافه می شود تا یك نمونه بسیار دافع آب ایجاد شود. پژوهشگران، با دستكاری و تغییر این تكنیك قادر خواهند بود هر الگویی را كه بخواهند تهیه كنند.
«كوهن» می گوید: «به نظر من این كارخانه آینده و یا تاسیسات شیمیایی آینده خواهد بود. فكر كنم این ماده در آینده كاربردهای زیادی خواهد داشت كه ما هنوز دركی از این كاربردها نداریم.» موسسه طرح های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی و بنیاد علوم ملی از این پژوهش حمایت مالی می كنند.

www.web.mit.edu/newsoffice,Jun.۲۰۰۶
آنه ترافتون
ترجمه: فرشید كریمی

منبع : روزنامه شرق