Un revestimiento antiincrustante biomimético es un tratamiento que evita la acumulación de organismos marinos en una superficie. Los revestimientos antiincrustantes típicos no son biomiméticos, sino que se basan en compuestos químicos sintéticos que pueden tener efectos nocivos para el medio ambiente. Unos ejemplos destacados son los compuestos de tributilestaño , que son componentes de las pinturas para evitar la bioincrustación de los cascos de los barcos. Aunque son muy eficaces para combatir la acumulación de percebes y otros organismos problemáticos, las pinturas que contienen organoestaño son perjudiciales para muchos organismos y se ha demostrado que interrumpen las cadenas alimentarias marinas. [1] [2] [3]
Los recubrimientos antiincrustantes biomiméticos son muy lucrativos debido a su bajo impacto ambiental y a su éxito demostrado. Algunas propiedades de un recubrimiento antiincrustante biomimético se pueden predecir a partir de los ángulos de contacto obtenidos a partir de la ecuación de Wenzel y el ERI calculado. Los materiales naturales como la piel de tiburón siguen inspirando a los científicos para mejorar los recubrimientos que se encuentran actualmente en el mercado.
La mayoría de los recubrimientos antiincrustantes se basan en compuestos químicos que inhiben la formación de incrustaciones. Cuando se incorporan a los recubrimientos marinos, estos biocidas se filtran en el entorno inmediato y minimizan la formación de incrustaciones. El agente antiincrustante sintético clásico es el tributilestaño (TBT). Los biocidas naturales suelen tener un menor impacto ambiental, pero su eficacia es variable.
Los biocidas naturales se encuentran en una variedad de fuentes, incluidas esponjas , algas, corales , erizos de mar , bacterias y ascidias , [4] e incluyen toxinas, anestésicos y moléculas inhibidoras del crecimiento/adhesión/ metamorfosis . [5] Como grupo, las microalgas marinas por sí solas producen más de 3600 metabolitos secundarios que desempeñan funciones ecológicas complejas, incluida la defensa contra los depredadores, así como la protección antiincrustante, [6] aumentando el interés científico en la selección de productos naturales marinos como biocidas naturales. Los biocidas naturales se dividen típicamente en dos categorías: terpenos (que a menudo contienen grupos de ligandos insaturados y grupos funcionales de oxígeno electronegativos) y no terpenos.
Diversos taninos (no terpenos), sintetizados naturalmente por una variedad de plantas, son biocidas efectivos cuando se combinan con sales de cobre y zinc. [7] Los taninos pueden flocular con una variedad de cationes, que luego exhiben propiedades antisépticas. El biocida natural más efectivo es 3,4-dihidroxibufa-20,22 dienolida, o bufalina (un esteroide del veneno de sapo de Bufo vulgaris ), que es más de 100 veces más efectivo que el TBT para prevenir la bioincrustación. [5] Sin embargo, la bufalina es cara. Algunos compuestos naturales con rutas sintéticas más simples, como la nicotinamida o 2,5,6-tribromo-1-metilgramina (de Zoobotryon pellucidum ), se han incorporado a pinturas antiincrustantes patentadas. [5]
Una desventaja importante de los agentes químicos biomiméticos es su corta vida útil. Dado que los biocidas naturales deben lixiviarse del revestimiento para ser efectivos, la velocidad de lixiviación es un parámetro clave. [8]
Donde L a es la fracción del biocida realmente liberado (normalmente alrededor de 0,7), a es la fracción de peso del ingrediente activo en el biocida, DFT es el espesor de la película seca, W a es la concentración del biocida natural en la pintura húmeda, SPG es la gravedad específica de la pintura húmeda y SVR es el porcentaje de pintura seca a pintura húmeda por volumen.
Una clase de revestimientos antiincrustantes biomiméticos está inspirada en la superficie de la piel del tiburón, que consta de escamas placoides superpuestas a escala nanométrica que presentan crestas paralelas que evitan eficazmente que los tiburones se ensucien incluso cuando se desplazan a baja velocidad. Las cualidades antiincrustantes de los diseños inspirados en la piel del tiburón parecen depender en gran medida del índice de rugosidad de ingeniería (ERI). [9]
Donde r es la relación de rugosidad de Wenzel, n es el número de características superficiales distintas en el diseño de la superficie y φ es la fracción de área de las partes superiores de las características superficiales distintas. Una superficie completamente lisa tendría un ERI = 0.
Utilizando esta ecuación, se puede modelar la cantidad de esporas de microincrustaciones por mm2. De manera similar a la piel de tiburón real, la naturaleza estampada de Sharklet AF muestra diferencias microestructurales en tres dimensiones con un ERI correspondiente de 9,5. Esta diferencia estampada tridimensional imparte una reducción del 77% en el asentamiento de microincrustaciones. [ 10] Otras superficies rugosas artificiales a escala nanométrica sin estampado, como pilares circulares de 2 μm de diámetro (ERI = 5,0) o crestas de 2 μm de ancho (ERI = 6,1), reducen el asentamiento de incrustaciones en un 36% y un 31%, respectivamente, mientras que una superficie más estampada compuesta por pilares circulares de 2 μm de diámetro y triángulos equiláteros de 10 μm (ERI = 8,7) reduce el asentamiento de esporas en un 58%. [10] Los ángulos de contacto obtenidos para superficies hidrofóbicas están directamente relacionados con las rugosidades de la superficie mediante la ecuación de Wenzel . [11]
