Peneliti berteori bahwa lapisan yang meniru struktur nano yang unik dapat meningkatkan masker wajah anti virus – Sains Terkini

Melalui penyelidikan permukaan serangga, para peneliti Penn State telah merinci struktur nano yang sebelumnya tidak dikenal yang dapat digunakan untuk merekayasa pelapis penolak air yang lebih kuat dan lebih tangguh.

Hasil penelitian ini dipublikasikan hari ini (17 Juli) di Jakarta Kemajuan Sains.

Dengan kemampuan yang ditingkatkan untuk mengusir tetesan, desain ini dapat diterapkan pada alat pelindung diri (PPE) untuk lebih baik melawan partikel yang sarat virus, seperti COVID-19, di antara aplikasi lain.

"Selama beberapa dekade terakhir, permukaan anti air yang dirancang secara konvensional biasanya didasarkan pada tanaman, seperti daun lotus," kata Lin Wang, seorang mahasiswa doktoral di Departemen Ilmu dan Teknik Material di Penn State dan penulis utama makalah ini.

Teori-teori teknik klasik telah menggunakan pendekatan ini untuk membuat permukaan yang superhydrophobic, atau anti air. Secara tradisional, mereka diproduksi dengan tekstur fraksi padat rendah, yang mempertahankan lapisan udara yang sangat tipis di atas kepadatan rendah struktur nano mikroskopis seperti rambut, yang para peneliti anggap seperti meja hoki udara.

"Alasannya adalah jika tetesan atau objek mengambang di atas udara itu, itu tidak akan menjadi menempel ke permukaan," kata Tak-Sing Wong, Profesor Teknik Awal Karier Wormley, associate professor teknik mesin dan biomedis dan Penasihat Wang.


Karena bekerja secara efektif, pelapis buatan manusia cenderung meniru kerapatan rendah struktur nano ini.

Namun, makalah ini merinci pendekatan yang sama sekali berbeda. Ketika memeriksa permukaan seperti mata nyamuk, tubuh pegas atau sayap jangkrik di bawah mikroskop elektron resolusi tinggi, Wang menemukan bahwa rambut nanoscopic pada permukaan tersebut lebih padat, disebut dalam rekayasa sebagai tekstur fraksi padat yang tinggi. Setelah eksplorasi lebih lanjut, penyimpangan yang signifikan dari struktur pabrik ini dapat memberi manfaat tambahan untuk menolak air.

"Bayangkan jika Anda memiliki kerapatan tinggi struktur nano ini di permukaan," kata Wang. "Itu mungkin untuk menjaga stabilitas lapisan udara dari kekuatan dampak yang lebih tinggi."

Ini juga bisa berarti struktur yang lebih padat mungkin dapat mengusir cairan yang bergerak dengan kecepatan lebih tinggi, seperti tetesan hujan.

Sementara konsep desain baru bagi manusia, para peneliti berteori bahwa struktur nano ini meningkatkan ketahanan serangga di lingkungan alaminya.

"Untuk permukaan serangga ini, memukul mundur tetesan air adalah masalah hidup dan mati. Kekuatan dampak dari hujan cukup untuk membawa mereka ke tanah dan membunuh mereka," kata Wang. "Jadi, sangat penting bagi mereka untuk tetap kering, dan kami menemukan caranya."

Dengan pengetahuan ini diperoleh dari alam, para peneliti berharap untuk menerapkan prinsip desain ini untuk membuat lapisan generasi berikutnya. Dengan mengembangkan permukaan anti air yang tahan terhadap tetesan yang bergerak lebih cepat dan dampak yang lebih tinggi, aplikasinya berlimpah.

Dari kendaraan robot terbang kecil, seperti drone yang diharapkan Amazon untuk mengirimkan paket, ke pesawat komersial, lapisan yang dapat meniru permukaan serangga ini dapat memberikan peningkatan efisiensi dan keamanan.


Namun, mengingat pandemi COVID-19, para peneliti sejak menyadari bahwa pengetahuan ini dapat memiliki dampak tambahan pada kesehatan manusia.

"Kami berharap, ketika dikembangkan, lapisan ini dapat digunakan untuk APD. Misalnya, jika seseorang bersin di sekitar pelindung wajah, itu adalah tetesan kecepatan tinggi. Dengan pelapis tradisional, partikel-partikel itu dapat menempel pada permukaan APD," ​​Wong kata. "Namun, jika prinsip-prinsip desain rinci dalam makalah ini diadopsi dengan sukses, itu akan memiliki kemampuan untuk mengusir tetesan itu jauh lebih baik dan berpotensi menjaga permukaan bebas kuman."

Seperti yang terlihat dalam karya ini, Laboratorium Wong untuk Teknik yang Diilhami Alam menarik wawasan dari fenomena biologis untuk membuat inovasi manusia lebih baik dan lebih efektif.

"Meskipun kami tidak membayangkan aplikasi itu pada awal proyek ini, COVID-19 membuat kami berpikir tentang bagaimana kami dapat menggunakan prinsip desain ini untuk memberi manfaat lebih banyak orang," kata Wong. "Terserah pada kita sebagai insinyur untuk mengambil penemuan ini dan menerapkannya dengan cara yang bermakna."

Langkah selanjutnya untuk pekerjaan ini adalah mengembangkan skala besar, metode yang efektif biaya yang dapat memproduksi pelapisan untuk meniru sifat-sifat ini.

"Di masa lalu, kami tidak memiliki permukaan yang efektif yang dapat mengusir tetesan air kecepatan tinggi," kata Wong. "Tetapi serangga memberi tahu kita caranya. Ada begitu banyak contoh seperti ini di alam; kita hanya perlu belajar dari mereka."

Penelitian ini didanai oleh Yayasan Sains Nasional, Yayasan PPG, Profesor Karir Dini Keluarga Wormley, Penghargaan Inisiatif Materi Kemanusiaan yang disponsori oleh Covestro dan Institut Penelitian Material di Penn State. Kontributor tambahan termasuk Ruoxi Wang, alumni sarjana, dan Jing Wang, lulusan doktoral, keduanya di Departemen Teknik Mesin.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.