Nano-na-aperij: plakken en afstoten

13 juli 2009
Door: Ronald Veldhuizen

In de natuur zijn veel dingen mooi geregeld: zo wordt een lotusbloem nooit nat of vies. Handig voor ruiten, denken nanotechnologen. Op deze en meer manieren is de natuur de grootste inspiratie van een nanotechnoloog om praktische uitvindingen te doen. Hoe haaienhuid, spinnendraad en gekkovoetjes en natuurlijk lotusbloemen een plekje vinden in de nanotechnologie. En nu al van pas komen.

Lotus

De meest bekende nano-na-aperij is alweer tien jaar oud. Het bedrijf Sto keek van de lotusbloem af hoe die zichzelf schoonhouden en bouwden met dat idee een nanolaag op acrylbasis die ruiten beschermt. Eenmaal met de zogenaamde Lotusan-laag bedekt, hoef je die ruiten nooit meer te lappen of te wassen. Geen chemische troep, geen restvlekken, geen schoonmaakkosten en beter voor het milieu. Minder voor de glazenwassers, dat dan weer wel.

Een filmpje van een lotuscoating. Water rolt van het oppervlak af, en neemt gemakkelijk vuil mee.

Water plakt

Om te begrijpen waarom de lotusbloem en ruiten met Lotusan niet nat worden, dalen we af naar de wereld op nanoniveau. In deze wereld betekent ‘nat zijn’ dat watermoleculen een beetje plakken aan andere moleculen. Als je onder de douche staat ervaar je water niet als plakkend, omdat de meeste waterdeeltjes nog altijd het liefst aan elkaar plakken, waardoor ze in grote druppels samenklonteren en onder hun eigen gewicht naar beneden vallen.

Watermoleculen op een lotusblad vormen samen druppels en trekken vuil aan. Door de spijkerbedvorm rollen ze met vuil en al makkelijk weg. _____________________________________

Maar wanneer je de douche uitstapt en het meeste water van je af is gevallen, ben je nat. Dat komt doordat erg kleine druppels niet zwaar genoeg zijn om zo van je af te vallen: ze plakken als het ware op je huid.

De truc van nanotechnologie in het waterafstotende lotusblad en het door de mens gemaakte Lotusan, is om deze nanoplakkracht zo klein mogelijk te maken. Dat werkt zo. Het lotusoppervlak bestaat uit een wasachtige laag bestaat die eruitziet als een spijkerbed. Er zijn dan weinig contactpuntjes met de bolle waterdruppels. Minder contactpunten betekent minder plek om te plakken. Dat geldt ook voor vuildeeltjes, maar in mindere mate voor hardnekkig vuil. Toch krijgt hardnekkig vuil geen kans: spoel je waterdruppels over de vuildeeltjes, dan plakken ze altijd liever aan de druppels dan aan het stekelige lotusoppervlak, waardoor vuil met water en al van het oppervlak afrolt.

Voor de mens voelt het lotusblad niet stekelig aan, eerder glad zelfs, omdat de stekels zo’n één honderdste millimeter uit elkaar liggen. Niet te vinden voor de tast van een vinger, die alleen maar vormen groter dan een halve millimeter uit elkaar kan houden.

Haaien helpen

Wetenschappers proberen meer nanomaterialen te bouwen die andere stoffen slim afstoten. Naast de lotusbloem halen nanotechnologen hiervoor inspiratie van haaien. Op basis van het uiterlijk van haaienhuid ontwikkelde een groep Amerikaanse nanotechnologen het materiaal Sharklet™. Net als de lotusbloem stoot dit spul water af, maar het kan nog meer: bacteriën wegjagen. Dat komt doordat het materiaal op nanoschaal niet alleen stekelig is, maar ook de tandachtige vorm van haaienhuid heeft. Geen bacterie die er zich op vastzet. Dat maakt Sharklet™ ideaal om ziekenhuisapparatuur mee te coaten. Zo blijft het steriel en wordt het nu nog relatief grote risico op besmetting met gevaarlijke ziekenhuisbacteriën een stuk kleiner.

Haaienhuid bood inspiratie voor Sharklet. ________________________

Sterke plakkers

Afstotende materialen zijn populair, maar wetenschappers  houden ook wel van het omgekeerde: nanolaagjes die juist erg plakken. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) maakten met zulke plakkende nanotechnologische een speciaal medisch verband. Vooral handig voor na een operatie: het nieuwe nanoverband is sterker dan normaal verband en bovendien afbreekbaar door het lichaam.

Andere nanoplakkers die nog gaan komen: klittenband dat nooit slijt, of koelkastmagneten die op werkelijk ieder oppervlak plakken – en dus geen magneet meer zijn. Een echte Spider-Man die langs een wand omhoog klimt is wat verder weg, maar zou met een nanoplaklaagje op de vingers geen probleem zijn. Ideeën voor dit soort extreme plakkerij zijn er echt, en de inspiratie hiervoor komt van de een kleurige hagedis: de gekko.

Gekko’s lopen zonder moeite ondersteboven op het plafond. Ze plakken zo goed vast, dat je aan een ondersteboven lopende gekko nog drie anderen kunt hangen. Het geheim zit in de gekkotenen: daarop zitten miljoenen superdunne nanohaartjes die elk een zwakke binding aan kunnen gaan met haast elk oppervlak. Een zo'n haartje stelt qua plakkracht weinig voor, maar bij elkaar opgeteld plakken vier gekkopootjes beter dan een koelkastmagneet.  

Een andere nanotruc uit de natuur die net zoals gekkovoetjes dingen bij elkaar houdt, zit in spinnendraad. Het verschil is dat spinnenzijde in plaats van kampioen plakken kampioen gewichtheffen is. Onderzoekers van het Max Planck Instituut in Duitsland voegden met nanotechnologie eerder dit jaar aan spinnenzijde metaalionen toe, waardoor vier korte draadjes hiervan met gemak een heel kippenei kunnen dragen. Waar is dat handig voor? Nou, denk aan liftkabels die tien keer sterker zijn dan waar je nu op moet vertrouwen, of superkrachtig steunmateriaal dat licht en flexibel genoeg moet zijn voor bijvoorbeeld vliegtuigen.

De redactie is benieuwd naar jouw mening over dit artikel. Klik hier om te reageren.