Las superficies autolimpiables son una clase de materiales con la capacidad inherente de eliminar cualquier residuo o bacteria de sus superficies de diversas maneras. La función de autolimpieza de estas superficies suele estar inspirada en fenómenos naturales observados en hojas de loto , patas de geco y zapateros , por nombrar algunos. La mayoría de las superficies autolimpiables se pueden clasificar en tres categorías:
El primer ejemplo de una superficie autolimpiante se creó en 1995. [1] Paz et al. crearon una película transparente de dióxido de titanio (TiO 2 ) que se utilizó para recubrir el vidrio y proporcionarle la capacidad de autolimpiarse. La primera aplicación comercial de esta superficie autolimpiante, Pilkington Activ, fue desarrollada por Pilkington Glass en 2001. Este producto implementa un proceso de limpieza de dos etapas. La primera etapa consiste en la fotocatálisis de cualquier material sucio en el vidrio. A esta etapa le sigue la etapa en que el vidrio se vuelve superhidrófilo y permite que el agua elimine los residuos catalizados en la superficie del vidrio. Desde la creación del vidrio autolimpiante, el dióxido de titanio también se ha utilizado para crear nanopartículas autolimpiantes que se pueden incorporar a otras superficies de materiales para permitir que se autolimpien. [2]
La capacidad de una superficie para autolimpiarse depende generalmente de su hidrofobicidad o hidrofilicidad . Ya sea que se trate de limpiar materia acuosa u orgánica de una superficie, el agua desempeña un papel importante en el proceso de autolimpieza. En concreto, el ángulo de contacto del agua sobre la superficie es una característica importante que ayuda a determinar la capacidad de una superficie para autolimpiarse. Este ángulo se ve afectado por la rugosidad de la superficie y se han desarrollado los siguientes modelos para describir la "adherencia" o humectabilidad de una superficie autolimpiante.
Young y sus colegas propusieron el modelo de humectación de Young, que relaciona el ángulo de contacto de una gota de agua sobre una superficie plana con las energías superficiales del agua, la superficie y el aire circundante. Este modelo es típicamente una simplificación excesiva de una gota de agua sobre una superficie idealmente plana. Este modelo se ha ampliado para considerar la rugosidad de la superficie como un factor para predecir el ángulo de contacto del agua sobre una superficie. El modelo de Young se describe mediante la siguiente ecuación:
[3]
= Ángulo de contacto del agua en la superficie
= Energía superficial de la interfaz superficie-aire
= Energía superficial de la interfaz superficie-líquido
= Energía superficial de la interfaz líquido-aire
Cuando una gota de agua se encuentra sobre una superficie que no es plana y las características topográficas de la superficie dan lugar a una superficie mayor que la de una versión perfectamente plana de la misma superficie, el modelo de Wenzel es un predictor más preciso de la humectabilidad de esta superficie. El modelo de Wenzel se describe mediante la siguiente ecuación:
[3] [4]
= Ángulo de contacto del agua previsto por el modelo de Wenzel
= Relación entre el área de la superficie rugosa y el área de la superficie de una proyección plana de la misma superficie
Para sistemas más complejos que son representativos de las interacciones entre el agua y la superficie en la naturaleza, se utiliza el modelo de Cassie-Baxter. Este modelo tiene en cuenta el hecho de que una gota de agua puede atrapar aire entre ella y la superficie en la que se encuentra. El modelo de Cassie-Baxter se describe mediante la siguiente ecuación:
[3] [5]
= Ángulo de contacto del agua previsto por el modelo de Cassie-Baxter
= Fracción líquido-aire, la fracción de la gota de líquido que está en contacto con el aire.
El control de la humectabilidad de la superficie es un aspecto fundamental de las superficies autolimpiantes. Tanto las superficies superhidrofóbicas como las superhidrofílicas se han utilizado como materiales autolimpiantes.
Las superficies superhidrofóbicas se pueden crear de varias formas diferentes, entre ellas, el grabado con plasma o iones, el crecimiento de cristales en la superficie de un material y la nanolitografía , por nombrar algunas. [6] Todos estos procesos crean características nanotopográficas que dotan a una superficie de superhidrofobicidad. El objetivo final del desarrollo de superficies superhidrofóbicas es recrear las propiedades autolimpiantes de la hoja de loto, que tiene la capacidad inherente de repeler toda el agua de la naturaleza. La base de la autolimpieza superhidrofóbica es la capacidad de estas superficies de evitar que el agua se esparza cuando entra en contacto con la superficie. Esto se refleja en un ángulo de contacto con el agua cercano a los 180 grados. Las superficies autolimpiantes superhidrofóbicas también tienen ángulos de deslizamiento bajos, lo que permite que el agua que se acumula en la superficie se elimine fácilmente, normalmente por gravedad. Aunque las superficies superhidrofóbicas son excelentes para eliminar cualquier residuo a base de agua, es probable que estas superficies no puedan limpiar otros tipos de suciedad, como el aceite.
La superhidrofilia permite que las superficies eliminen una amplia variedad de suciedad o residuos. Este mecanismo es muy diferente al de las superficies superhidrofóbicas antes mencionadas. En el caso de las superficies superhidrofílicas autolimpiantes, la limpieza se produce porque el agua de la superficie puede extenderse en gran medida (ángulo de contacto del agua extremadamente bajo) para introducirse entre los residuos que la ensucian y la superficie y eliminarlos.
Uno de los productos autolimpiantes más utilizados, el dióxido de titanio , utiliza un mecanismo de autolimpieza único que combina un paso fotocatalítico inicial y una superhidrofilia posterior. Un revestimiento de dióxido de titanio, normalmente en ventanas de vidrio, cuando se expone a la luz ultravioleta, generará electrones libres que interactuarán con el oxígeno y el agua en el aire para crear radicales libres. Estos radicales libres, a su vez, descompondrán cualquier materia orgánica sucia depositada en la superficie del vidrio. El dióxido de titanio también cambia el vidrio normalmente hidrófobo a una superficie superhidrófila. Por lo tanto, cuando llueve, en lugar de que el agua se acumule en la superficie de la ventana y caiga instantáneamente por el vidrio, las gotas de lluvia se esparcirán rápidamente sobre la superficie hidrófila. Luego, el agua se moverá por la superficie de la ventana, como una película en lugar de una gota, actuando esencialmente como una escobilla de goma para eliminar los residuos de la superficie.
Se ha demostrado que el calentamiento de las superficies mediante el paso de corriente a través de una película conductora transparente repele y elimina la contaminación. Se ha utilizado en impresoras de inyección de tinta para reducir la contaminación de tinta en las ventanas de los sensores. [7]
La limpieza de superficies en entornos sin agua ha sido un desafío. Los dispositivos de cortina eléctrica fueron diseñados para eliminar partículas mediante la creación de campos eléctricos en la superficie y el arrastre de partículas debido a su naturaleza cargada. Se han utilizado en paneles solares y en impresoras 3D. [8]
La flor de loto ha sido conocida como un símbolo de pureza en algunas culturas asiáticas. [9] Las hojas de loto (Nelumbo nucifera) son repelentes al agua y poco adhesivas, lo que las mantiene libres de contaminación o polución incluso estando sumergidas en agua sucia. Esta capacidad, llamada autolimpieza, protege a la planta de la suciedad y los patógenos y juega un papel vital en proporcionar resistencia a los microbios invasores. De hecho, numerosas esporas y conidios de formas de vida patógenas, principalmente hongos, necesitan agua para germinar y manchan las hojas con las primeras señales de agua. [10] Había sido una curiosidad cómo la flor de loto podía permanecer limpia incluso en agua fangosa, hasta que los botánicos alemanes, Barthlott y Neinhuis, introdujeron la estructura dual única de las hojas con la ayuda de un microscopio electrónico de barrido (SEM). [11] [12] Las células epidérmicas papilosas tapizan el exterior de una planta, particularmente la hoja. Estas células generan papilas o microasperezas que hacen que la superficie sea muy rugosa. Además de la rugosidad a microescala, la superficie de las papilas está superpuesta con asperezas a nanoescala que consisten en hidrocarburos hidrófobos tridimensionales (3-D): ceras epicuticulares. Básicamente, la cutícula de la planta es un material compuesto formado por una red de cutina y ceras de baja energía superficial, diseñadas en diferentes niveles jerárquicos. [13] [14] [15] La superficie de varios niveles de las hojas de loto está hecha de células convexas (que parecen protuberancias) y una capa mucho más pequeña de túbulos cerosos. [16] Las gotas de agua en las hojas de las plantas descansan en el ápice de las nanocaracterísticas ya que el aire está encerrado en el valle de células convexas, lo que minimiza el área de contacto de la gota de agua. Por lo tanto, las hojas de loto representan una superhidrofobicidad notable. El ángulo de contacto estático y la histéresis del ángulo de contacto de la hoja de loto se determinan alrededor de 164° y 3°, respectivamente. [17] Con pequeños ángulos de inclinación, las gotas de agua sobre la hoja ruedan y arrastran cualquier suciedad o contaminante, lo que produce una autolimpieza. [18] La capacidad de las gotas para formarse y rodar depende no solo de la hidrofobicidad, sino también de la histéresis del ángulo de contacto .
En el mundo vegetal, la hoja de loto no es el único ejemplo de superficies superhidrofóbicas naturales. Por ejemplo, se ha descubierto que las hojas de taro (Colocasia esculenta) también presentan un comportamiento de autolimpieza. [19] Tienen una rugosidad binaria formada por protuberancias elípticas de un diámetro medio de 10 μm y alfileres de tamaño nanométrico. Las hojas de canna india (Cannageneralis bailey) y las hojas de arroz (cualquiera que sea el tipo de arroz) también presentan superhidrofobicidad, que surge de la morfología jerárquica de la superficie. [20]
La jarra carnívora Nepenthes , muy extendida en muchos países como India, Indonesia, Malasia y Australia, posee una superficie superhidrofílica, en la que el ángulo de humectación se acerca a cero para crear una película de agua uniforme. Por lo tanto, aumenta la resbaladiza de la superficie y la presa se desliza fuera de sus bordes (peristomo). [21] La topografía de la superficie del borde de Nepenthes muestra crestas radiales de múltiples escalas. Las crestas de segundo orden son bastante pequeñas y se generan por filas rectas de células epidérmicas superpuestas. La superficie de las células epidérmicas es lisa y sin cera. La ausencia de cristales de cera y la rugosidad microscópica mejoran la hidrofilicidad y las fuerzas capilares, al hacerlo, el agua puede humedecer rápidamente la superficie del borde. [22]
Las alas de las mariposas poseen no solo propiedades ultrahidrofóbicas sino también características adhesivas direccionales. Si la gota de agua se encuentra en la dirección radial hacia afuera (RO) desde el eje central del cuerpo, se desliza y limpia la suciedad, lo que lleva a la autolimpieza. Por otro lado, si las gotas se encuentran en la dirección opuesta, se fijan en la superficie, lo que genera adhesión y asegura la estabilidad del vuelo de la mariposa al evitar el depósito de suciedad en las alas cerca del centro del cuerpo. Las micrografías SEM de las alas muestran una jerarquía a lo largo de la dirección RO, que surge de microsurcos alineados, cubiertos por nanorayas finas apiladas en láminas. [23]
Los zapateros acuáticos ( Gerris remigis ) , más comúnmente llamados chinches de Jesús, tienen una habilidad extraordinaria que les permite caminar sobre el agua. De manera similar a las plantas superhidrofóbicas, sus patas son altamente repelentes al agua debido a su morfología jerárquica. Están formadas por micropelos cerosos hidrófobos, microsetas, y cada pelo está cubierto de nanosurcos. Como resultado, el aire queda atrapado entre los micro y nanopelos, lo que repele el agua. [24] Feng et al. midieron la profundidad a la que la pata puede sumergirse en el agua y el ángulo de contacto de la pata. Encontraron que el ángulo de contacto era de al menos 168° y la profundidad máxima reportada fue de 4,38 ± 0,02 mm. [25]
Las patas de los gecos son el mecanismo de adhesión reversible más famoso de la naturaleza. La capacidad antiincrustante de las patas permite a los gecos correr por techos y rincones polvorientos sin que se acumule suciedad en sus patas. En 2000, Autumn et al. revelaron el origen de la fuerte adhesión de los gecos al investigar las características de la superficie de los dedos con un microscopio electrónico. [26] Observaron una morfología jerárquica de cada pie que se compone de millones de pelos pequeños llamados setas. Además, cada seta se compone de un pelo más pequeño, y cada pelo tiene una cola con una espátula plana y estas espátulas están unidas por las fuerzas de van der Waals. Esta característica de la superficie, independientemente del tipo de superficie (hidrofóbica, hidrofílica, seca, húmeda, rugosa, etc.), permite a los gecos adherirse a la superficie. Además de una fuerte adhesión, la pata del geco tiene una propiedad única de autolimpieza que no requiere agua como la hoja de loto. [27]
La piel de tiburón es otro ejemplo de superficies antiincrustantes, autolimpiantes y de baja adherencia. Esta superficie hidrófoba permite a los tiburones maniobrar rápidamente en el agua. La piel de tiburón está compuesta por dentículos dérmicos en forma de diamante dispuestos periódicamente, superpuestos con ribetes triangulares. [28]
Para fabricar superficies sintéticas autolimpiantes, existen diversos métodos [10] que se utilizan para obtener la nanotopografía deseada y luego caracterizar la nanoestructura y la humectabilidad de la superficie.
La creación de plantillas utiliza un molde para agregar nanoestructura a un polímero. [29] Los moldes pueden provenir de una variedad de fuentes, incluidas fuentes naturales, como la hoja de loto, debido a sus propiedades autolimpiantes.
La nanofundición es un método basado en la litografía blanda que utiliza moldes elastoméricos para crear superficies nanoestructuradas. Por ejemplo, se vertió polidimetilsiloxano (PDMS) sobre la hoja de loto y se utilizó para crear una plantilla de PDMS negativa. Luego, se revistió el PDMS con una monocapa antiadherente de trimetilclorosilano y se utilizó para crear una plantilla de PDMS positiva a partir de la primera. Como la estructura natural de la hoja de loto permite una capacidad de autolimpieza pronunciada, esta técnica de creación de plantillas pudo replicar la nanoestructura, lo que dio como resultado una humectabilidad de la superficie similar a la de la hoja de loto. [30] Además, la facilidad de esta metodología permite la traducción a la replicación masiva de superficies nanoestructuradas.
La nanolitografía de impresión también utiliza plantillas, presionando un molde duro sobre un polímero por encima de la temperatura de transición vítrea del polímero (Tg). Por lo tanto, las fuerzas impulsoras de este tipo de fabricación son el calor y la alta presión. [29] Se utilizaron plantillas porosas que consisten en aluminio con óxido de aluminio anodizado (un molde duro) para imprimir poliestireno. Para lograr esto, el poliestireno se calentó muy por encima de su Tg a 130 grados Celsius y se presionó contra la plantilla. Luego, la plantilla se eliminó disolviendo el aluminio y produciendo superficies de nanofibras o nanorelieves. Aumentar la relación de aspecto de las nanofibras alteró el patrón hexagonal uniforme y provocó que las fibras formaran haces. En última instancia, las nanofibras más largas dieron como resultado la mayor rugosidad de la superficie, lo que redujo significativamente la humectabilidad de la superficie. [31]
Similar a la nanolitografía de impresión, la nanolitografía capilar emplea un molde elastomérico con patrón. Sin embargo, en lugar de utilizar alta presión, cuando la temperatura se eleva por encima de la Tg, las fuerzas capilares permiten que el polímero llene los huecos dentro del molde. Suh y Jon utilizaron moldes hechos de poli(acrilato de uretano) (PUA). Estos se colocaron sobre un polímero soluble en agua recubierto por centrifugación, polietilenglicol (PEG), que se elevó por encima de la Tg del PEG. Este estudio descubrió que la adición de nanotopografía aumentó el ángulo de contacto, y este aumento dependía de la altura de la nanotopografía. [32] A menudo, esta técnica produce un menisco en la punta de las nanoestructuras que sobresalen, característico de la acción capilar. [33] El molde puede disolverse más tarde. [29] También se utilizan enfoques de litografía combinatoria. Un estudio utilizó capilaridad para llenar moldes de PDMS con PUA, curando primero parcialmente la resina polimérica con luz UV. Una vez formadas las microestructuras, se aplicó presión para fabricar nanoestructuras y se volvió a utilizar el curado por UV. Este estudio es un buen ejemplo del uso de estructuras jerárquicas para aumentar la hidrofobicidad de la superficie. [34]
La fotolitografía y la litografía de rayos X se han utilizado para grabar sustratos, a menudo silicio. [35] Una resina, o material fotosensible, se recubre sobre un sustrato. Se aplica una máscara sobre la resina que a menudo consiste en oro u otros compuestos que absorben rayos X. La región expuesta a la luz se vuelve soluble en un revelador de fotorresistencia (por ejemplo, especies radicales) o insoluble en un revelador de fotorresistencia (por ejemplo, especies reticuladas), lo que finalmente da como resultado una superficie estampada. Las fuentes de rayos X son beneficiosas sobre las fuentes de luz UV-visible, ya que las longitudes de onda más cortas permiten la producción de características más pequeñas.
El tratamiento de superficies con plasma es esencialmente un grabado en seco de la superficie. Esto se logra llenando una cámara con gas, como oxígeno, flúor o cloro, y acelerando especies de iones desde una fuente de iones a través del plasma. La aceleración de iones hacia la superficie forma surcos profundos dentro de la superficie. Además de la topografía, el tratamiento con plasma también puede proporcionar funcionalización de la superficie mediante el uso de diferentes gases para depositar diferentes elementos en las superficies. [29] La rugosidad de la superficie depende de la duración del grabado con plasma. [36]
En general, la deposición química utiliza fases líquidas o de vapor para depositar materiales inorgánicos o haluros sobre superficies como películas delgadas. [37] Los reactivos se suministran en las cantidades estequiométricas adecuadas para reaccionar sobre la superficie. Los tipos de deposición química incluyen la deposición química en vapor , la deposición en baño químico y la deposición electroquímica. Estas metodologías producen nanoestructuras cristalinas delgadas. [29] Por ejemplo, las superficies cristalinas de hidróxido de cobalto de tipo brucita se produjeron mediante deposición en baño químico y se recubrieron con ácido láurico. Estas superficies tenían puntas de nanofibras individuales con diámetros de 6,5 nm, lo que finalmente resultó en un ángulo de contacto de hasta 178 grados. [38]
El SEM se utiliza para examinar la morfología de superficies fabricadas, lo que permite la comparación de superficies naturales [18] con superficies sintéticas. Se puede medir el tamaño de la nanotopografía. [38] [35] Para preparar muestras para SEM, las superficies a menudo se recubren con platino, oro/paladio o plata, lo que reduce el daño y la carga de la muestra y mejora la resolución de los bordes.
Como se describió anteriormente, el ángulo de contacto se utiliza para caracterizar la humectabilidad de la superficie. Se coloca una gota de solvente, típicamente agua para superficies hidrófobas, perpendicular a la superficie. Se toma una imagen de la gota y se mide el ángulo entre las interfaces sólido/líquido y líquido/vapor. Las muestras se consideran superhidrófobas cuando el ángulo de contacto es mayor a 150 grados. [9] Consulte la sección sobre los modelos de Wenzel y Cassie-Baxter para obtener información sobre los diferentes comportamientos de las gotas en superficies topográficas. Para que las gotas rueden de manera efectiva sobre una superficie superhidrófoba, la histéresis del ángulo de contacto es una consideración importante. Los niveles bajos de histéresis del ángulo de contacto mejorarán el efecto de autolimpieza de una superficie superhidrófoba.
La microscopía de fuerza atómica se utiliza para estudiar la rugosidad local y las propiedades mecánicas de una superficie. La microscopía de fuerza atómica también se utiliza para caracterizar las propiedades de adhesión y fricción de superficies superhidrofóbicas con patrones micro y nanométricos. Los resultados se pueden utilizar para ajustar una curva a la topografía de la superficie y determinar el radio de curvatura de las nanoestructuras. [39]
La biomimética es la imitación o mimetismo de sistemas, modelos o estructuras biológicas en áreas sintéticas. A menudo, los materiales biológicos pueden producir estructuras que tienen propiedades y cualidades que superan con creces las que pueden lograr los materiales sintéticos. La biomimética se utiliza para crear propiedades comparables en materiales sintéticos, en particular en cuanto a la humectabilidad y la capacidad de autolimpieza de superficies autolimpiantes.
Hay varias superficies biológicas que tienen propiedades superhidrofóbicas muy superiores a las de cualquier material sintético: hojas de loto, hojas de arroz, alas de cigarra y alas de mariposa.
Los investigadores han estado usando nanotubos de carbono (CNT) para imitar las papilas de las hojas de loto . Los nanobosques de CNT se pueden hacer usando técnicas de deposición química de vapor. [40] Los CNT se pueden aplicar sobre una superficie para modificar su ángulo de contacto con el agua. Lau et al. crearon bosques verticales de CNT con un recubrimiento de politetrafluoroetileno (PTFE) que era estable y superhidrofóbico con un ángulo de contacto de avance y retroceso de 170° y 160°. [41] Jung y Bhushan han creado una superficie superhidrofóbica al recubrir con aerosol los CNT con una resina epoxi. [42] Se ha demostrado que el espaciado y la alineación de los CNT afectan el grado de hidrofobicidad que tiene una superficie. Sun et al., han descubierto que los CNT alineados verticalmente con un espaciado medio muestran las mejores propiedades hidrofóbicas. [43] El espaciado pequeño y grande muestra una mayor dispersión de las gotas, mientras que la orientación horizontal puede incluso mostrar propiedades hidrofílicas.
Las perlas de sílice de vidrio en una resina epoxi [44] y la deposición electroquímica de oro en estructuras dendríticas [43] también han creado superficies biomiméticas sintéticas similares a las hojas de loto.
Los nanotubos de carbono también se han utilizado para crear superficies similares a las hojas de arroz. [43] De manera similar a la hoja de loto, una estructura jerárquica proporciona la hidrofobicidad de la hoja de arroz. [40] A diferencia de la hoja de loto, las hojas de arroz tienen una estructura anisotrópica. [45] Cuando los CNT se hacen para imitar los patrones de papilas de la hoja de arroz, el ángulo de contacto difiere a lo largo de la dirección del CNT o perpendicularmente. Sun et al. observaron una deshumectación anisotrópica de esta película de CNT. [43] Luego plantearon la hipótesis y probaron una matriz de CNT anisotrópica tridimensional, que de hecho exhibió una deshumectación anisotrópica dependiendo del espaciado de los CNT. [46]
Las alas de cicadia tienen una superficie de nanopilares hexagonalmente compactos que han demostrado tener propiedades autolimpiantes. [40] De manera similar, se ha demostrado que las matrices de sílice nanoestampadas con plantillas tienen propiedades hidrófobas, antirreflectantes y autolimpiantes. [40] [47] Estas matrices de sílice comienzan como monocapas no compactas y se modelan en una serie de pasos de grabado que involucran grabado de iones reactivos de cloro y oxígeno y un lavado con ácido fluorhídrico. [40] Estas propiedades han implicado que este patrón de superficie puede resultar útil en aplicaciones de células solares . [40] También se han fabricado materiales biomiméticos basados en el ala de cicadia a partir de películas de politetrafluoroetileno con soportes de carbono/epoxi tratados con haces de iones de argón y oxígeno. [48] Se ha fabricado una superficie con patrón de nanoimpresión basada en las alas de cicadia mediante la creación de plantillas electroquímicas de una lámina de aluminio con óxido de alúmina y utilizando esta plantilla para modelar una superficie de polímero. [31]
Las alas de mariposa también exhiben propiedades superhidrofóbicas y de autolimpieza anisotrópica. Las alas de mariposa exhiben anisotropía en un nivel unidimensional, en comparación con los otros materiales biológicos, que exhibieron la anisotropía en un nivel bidimensional. [40] Las alas de mariposa están compuestas de capas superpuestas de escamas, que tienen las mejores propiedades de autolimpieza en las direcciones radiales. [40] Esta interfaz anisotrópica puede resultar importante para las interfaces controlables por fluidos. [40] Las capas de alúmina estampadas a partir del ala de mariposa original se han utilizado para imitar la estructura y las propiedades de las alas de mariposa. [49] Además, las estructuras miméticas del ala de mariposa se han utilizado para fabricar fotoánodos de titanio anatasa. [50] Las estructuras de alas de mariposa también se han realizado utilizando deposición basada en sol-gel capa por capa [51] y moldeo por litografía blanda. [28]
Las patas de los gecos son hidrófobas, pero esa no es la única propiedad que contribuye a su naturaleza autolimpiante. Estrada y Lin crearon nanofibras de polipropileno, polietileno y policaprolactona utilizando una plantilla porosa. [52] Se demostró que estas geometrías de nanofibras son autolimpiantes en dimensiones de fibra de 5, 0,6 y 0,2 micrones. [52] Sin embargo, una superficie hidrófoba por sí sola no explica la limpieza perpetua de la almohadilla de los dedos del geco, incluso en entornos secos, donde no hay agua disponible para la autolimpieza. Esta suciedad resultante es un problema común para los adhesivos reversibles modelados a partir de la almohadilla de los dedos del geco. La hiperextensión digital, o un movimiento del dedo con cada paso del geco, contribuye a la autolimpieza. [53] Aún no se ha desarrollado una superficie o un sistema que imite este proceso dinámico de autolimpieza.
La concha de caracol es un compuesto de aragonito y proteína, con una estructura de surcos jerárquicos. [40] La rugosidad regular de la estructura crea una estructura hidrófila, una fina capa de agua atrapada en la superficie, que no permite que el aceite se adhiera a la concha del caracol, manteniéndola así limpia. Estas propiedades superficiales de la concha de caracol han inspirado el uso de patrones superficiales similares en baldosas y estructuras cerámicas por parte de la corporación INAX, que aplica estas técnicas a cocinas y baños. [40]
Las escamas de pescado son compuestos de fosfato de calcio recubiertos con una capa de moco. [40] Las propiedades de las escamas de pescado han sido imitadas por hidrogeles de poliacrilamida, que son hidrófilos e imitan la retención de agua del moco. [40] Además, las escamas de pescado se han utilizado como plantilla para una técnica de fundición y como modelo para una litografía y técnicas de grabado químico en obleas de silicio que exhibieron ángulos de contacto oleofóbicos de aceite en agua de 163° y 175°, respectivamente. [40] [54]
Se han fabricado réplicas de piel de tiburón moldeadas y cortadas con láser, y se ha demostrado que son oleofóbicas en el agua. Las réplicas moldeadas utilizan un negativo hecho de cera dental de polivinilsiloxano y la réplica positiva se hizo de epoxi. [55] Estas réplicas también han demostrado que la estructura de la piel de tiburón reduce la resistencia del fluido causada por el flujo turbulento. Las propiedades dinámicas de fluidos de la piel de tiburón se han imitado en aplicaciones de trajes de baño, náuticas y aeroespaciales. [40]
Wong et al. desarrollaron una superficie inspirada en el sistema de la planta carnívora. [56] Esta superficie, llamada “superficies porosas impregnadas de líquido resbaladizo” (SLIPS, por sus siglas en inglés) es un sustrato micro o nanoporoso, con un líquido lubricante fijado en su lugar. Para que el sistema funcione, el líquido lubricante debe humedecer completamente el sustrato, el sólido debe ser humedecido preferentemente por el sustrato lubricante en comparación con el sustrato repelente, y el líquido lubricante e invasor deben ser inmiscibles. Aunque el concepto de SLIPS era biomimético de la planta carnívora, no es superhidrófila con un ángulo de contacto de 116°, aunque sí repele la sangre y el aceite. [56]
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