Le super plastique attire et repousse l'eau

Une nouvelle méthode pratique pour créer des surfaces avec des motifs de zones qui attirent et repoussent fortement l'eau pourrait conduire à une méthode très efficace pour capturer de l'eau propre. Ce matériau polyvalent pourrait également trouver des utilisations dans la fabrication de nouveaux types de dispositifs pour les tests médicaux et la synthèse chimique.

Un nouveau matériau peut être modelé pour repousser l'eau dans certaines zones (gouttelettes sphériques) et l'attirer dans d'autres (gouttelettes aplaties). Les applications pourraient inclure la récolte d'eau dans le désert. (Image avec l'aimable autorisation de Michael Rubner, MIT.)

Les scientifiques ont signalé de nombreuses applications de surfaces attirant l'eau (superhydrophiles) et hydrofuges (superhydrophobes), y compris des lunettes et des pare-brise sans buée, et des chiffons et verres autonettoyants. Aujourd'hui, un groupe de chercheurs du département de science et d'ingénierie des matériaux du MIT a combiné ces caractéristiques opposées sur une seule surface, en utilisant un processus de fabrication simple et polyvalent.

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Robert Cohen , Michael Rubner , et ses collègues ont commencé par assembler un film nanostructuré constitué de couches alternées de polymères chargés positivement et négativement et de nanoparticules de silice. La structure du film et un revêtement de silane fluoré cireux font perler de l'eau dessus, formant des sphères presque parfaites qui roulent facilement. Pour ajouter les régions superhydrophiles (auxquelles s'accrochent les gouttelettes d'eau), les chercheurs ont appliqué un polymère naturellement hydrophile à des zones sélectionnées.

Dans les régions sèches du monde, sans accès facile à de l'eau propre, un tel matériau pourrait être utilisé pour collecter l'eau. Dans cette application, les zones hydrophiles du matériau attireraient l'humidité dans l'air, collectant les gouttes d'eau qui s'accumulent, jusqu'à ce qu'elles débordent dans les régions hydrophobes et roulent dans un canal collecteur. Actuellement, dans les pays où l'accès à l'eau potable est limité, les habitants utilisent généralement de grandes mailles en fibre de polypropylène pour récupérer l'eau du brouillard.

La nouvelle technologie permettrait de multiplier par plus de dix la capture d'eau par rapport aux filets inefficaces actuellement utilisés, explique Andrew Parker, biologiste à l'Université d'Oxford et au Natural History Museum de Londres, qui a étudié le scarabée du désert qui a inspiré le MIT. travail. Si le nouveau matériau pouvait être ajouté simplement aux toits des maisons dans les zones soumises aux brouillards du désert, dit Parker, alors un approvisionnement en eau pourrait être obtenu avec peu d'effort.

Le laboratoire Rubner pousse également la technique plus loin. Lorsque nous récoltons de l'eau, nous avons une chimie intégrée dans la zone hydrophile afin qu'elle ait un agent antibactérien pour tuer les bactéries et autres choses qui causent des dommages, dit Rubner. Cela décontamine l'eau au fur et à mesure qu'elle s'accumule, de sorte que l'eau collectée peut être utilisée en toute sécurité. En appliquant cette technique, les chercheurs ont pu tuer les bactéries nocives courantes en quatre minutes, dit-il.

Le revêtement pourrait également trouver des utilisations dans des applications biomédicales pour fabriquer des puces microfluidiques. En règle générale, les dispositifs microfluidiques contiennent des canaux fermés d'une largeur d'un micromètre gravés dans des plaques de silicium, de verre ou de plastique. Ensuite, la pression ou les champs électriques entraînent de minuscules volumes de fluides, généralement des nanolitres, le long de ces canaux pour les tests de diagnostic et la recherche génétique. Par exemple, pour tester la présence d'une certaine protéine dans le sang, vous pouvez prélever du sang dans un canal et le diriger vers un autre canal contenant un réactif chimique qui identifie la protéine.

Par rapport à la microfluidique conventionnelle, une puce microfluidique basée sur la nouvelle surface aurait l'avantage d'un mélange plus facile, explique Rubner. À l'heure actuelle, les puces ont besoin de pompes et de vannes qui déplacent le liquide pour induire le mélange. Dans notre cas, vous pouvez mélanger les liquides en contrôlant simplement la quantité de liquide que vous mettez sur la surface, dit-il. Avec une pipette, vous pouvez ajouter des quantités précises de liquide dans deux rainures hydrophiles placées à proximité l'une de l'autre. Au fur et à mesure que vous ajoutez plus de liquide, les gouttelettes se gonflent au bord des rainures en raison de la zone hydrophobe environnante. Finalement, les surfaces bombées se touchent et se mélangent. Être capable de confiner les liquides dans une petite région pourrait fournir des sites de réaction densément emballés avec plus de contrôle sur la réaction, dit-il, car les gouttes adjacentes ne se mélangeront pas à moins d'y être forcées.

Alors que les utilisations exactes de ce nouveau matériau sont encore incertaines, il ouvre de nombreuses possibilités, dit Kenneth Wynne , professeur de génie chimique à la Virginia Commonwealth University. La création de patchs ultra-hydrophiles sur une surface ultra-hydrophobe de cette manière est nouvelle et utile, dit-il.

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