ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΣΜΟΣ (Lotus Effect) - Άγγελος Αντωνέλλης

1. Video 1
2. Video 2

Φίλοι επισκέπτες,

Ο  Λωτός (Nelumba nucifera)  είναι  υδρόβιο  ανθοφόρο,  φυτό, που  αναπτύσσεται   εύκολα  σε  αβαθή έλη-λασπότοπους, σε δέλτα ποταμών,όπου τα νερά, κινούνται αργά. Παρατηρώντας σε ένα αβαθή  βάλτο, τα επιπλέοντα φύλλα του, διαπιστώνουμε ότι αυτά, διατηρούνται πάντα στεγνά  και  καθαρά.

Βλέπουμε ότι το νερό (πχ της βροχής) σχηματίζει στην επιφάνεια των φύλλων του, σταγόνες, που αυτές εύκολα  μπορούν να  κυλίσουν  και  να  απομακρυνθούν  από  αυτά,  όταν τα  φύλλα  έχουν  μικρή  κλίση πχ από κυματισμό.

Αυτό  οφείλεται στο ότι η επιφάνεια των φύλλων  του Λωτού είναι  υπερβολικά  υδατο-απωθητική.

Παράλληλα τα φύλλα του, έχουν την ικανότητα του  αυτοκαθαρισμού τους , παρά  την συνεχή έκθεση τους στο ρυπογόνο  περιβάλλον  τους.

Αυτό οφείλεται στο ότι οι ρύποι και οι μικροοργανισμοί , που αφθονούν ιδιαίτερα  σε  ένα  τέτοιο  περιβάλλον, προσκολλούνται  πολύ ευκολότερα στις σταγόνες του νερού , παρά  στην επιφάνεια των φύλλων , και  έτσι , όταν οι  σταγόνες του  νερού  κυλούν, προς την άκρη των φύλλων, μεταφέρουν  και απομακρύνουν τελικά, και τους ρύπους και τα μικρόβια. Έτσι,  χωρίς   χρήση  απορρυπαντικών  και  αντιμικροβιακών ουσιών, το  φυτό αυτό σε ένα τέτοιο υγρό- γεμάτο ρύπους  περιβάλλον , κατορθώνει  να  διατηρεί  την καθαρότητά  του.  

Άν  ρωτήσετε  κάποιον μαθητή  ή και  ενήλικα, πως  τα  φύλλα του λωτού  εμποδίζουν το  νερό να  κολλήσει  σε  αυτά, σχεδόν  σίγουρα, όλοι   θα  πούν   επειδή , ‘’αυτά  έχουν,  επιφάνεια  ομαλή  και  λεία’’.

Ωστόσο  αντίθετα, η επιφάνεια των φύλλων του, δεν είναι   καθόλου λεία,  παρ’ όλο που αυτό το υδρόβιο φυτό,  έχει  τα  πιο  υδατο-απωθητικά φύλλα  στο  κόσμο.!!!

Αλλά  αν  δεν είναι  λεία, ομαλή,  η  επιφάνεια των φύλλων  του, και  είναι  αδρή (τραχιά), δεν  θα  δυσκολεύεται  η  απομάκρυνση  του  νερού  από  την επιφάνεια των  φύλλων  ;;;

Οι επιστήμονες  προβληματίζοντο για  δεκαετίες από  αυτά τα  δεδομένα, εως ότου  με την αξιοποίηση παρατηρήσεων  με το ηλεκτρονικό  μικροσκόπιο  διαπίστωσαν ότι πράγματι η επιφάνεια των φύλλων του λωτού  έχει  αδρή  δομή.

Για να εξηγήσουν την υπευδροφοβική συμπεριφορά των φύλλων Lotus, οι βιολόγοι έπρεπε να μελετήσουν τη χημική σύνθεση και την τοπογραφία της επιφάνειας των φύλλων του. Έτσι  διαπίστωσαν ότι, τα φύλλα (στην επιφάνειά τους), είχαν δύο επίπεδα δομών, που σχετίζοντο με τη  συμπεριφορά  τους :

1) ένα επίπεδο μικροδομής, (μεγέθους ολίγων μικρών, 1μm =10^-6 m), που αποτελείται από επιφανειακά εξογκώματα,  και

 2) ένα επίπεδο νανοδομής, τριχωτό (μεγέθους ολίγων νανομέτρων, 1nm = 10^-9m)  Και τα δύο αυτά επίπεδα δομών της  επιφάνειας των φύλλων, αποτελούνται από μια κηρώδη επίστρωση, η οποία έτσι, κάνει την επιφάνεια του λωτού να απωθεί το νερό και   να μη  διαβρέχεται  (υπερ-υδροφοβική επιφάνεια).

Στο Video 1,  με ελληνικούς υπότιτλους, εξηγείται  αναλυτικά, το πως,  η  δομή  της επιφάνειας του φύλλου του λωτού (μικρο –νανο) και η  χημική  σύσταση της, καθορίζουν την υπερ-υδροφοβικότητα των φύλλων  

Water droplet :   Σταγόνα νερού στην  επιφάνεια του φύλλου του λωτού (Διάγραμμα )

Micro-protrutions : Εξογκώματα  διαστάσεων 10-20μ( μικρών) σε ύψος, (1μ = 10^-6m)

Nano-waxy hydrophobic materials: (λεπτό στρώμα από) κηρώδεις (χνουδωτές)–υδρόφοβες ουσίες

Φίλοι  Επισκέπτες,

Μετά  από τα όσα μας παρουσίασε και το Video 1, τελικά, αυτή η αδρή-τραχιά σε  επίπεδο,  μικρο –νανο δομής, της επιδερμίδας του φύλλου, διευκολύνει  κατά  πολυ  την  κύλιση  των  σταγόνων του νερού στην επιφάνεια των  φύλλων , σε  σχέση  με  μια  επίπεδη  λεία, αφο :

α) μειώνεται  κατά  πολυ  η  επιφάνεια στην  οποία  κυλλά  η  κάθε σταγόνα, αφού  στα μεσοδιαστήματα  μεταξύ των  εξογκωμάτων, υπάρχει  μόνο  ο   αέρας,  σε συνδυασμό  και με το ότι,

 

β) η απόσταση  μεταξύ   διαδοχικών  μεσοδιαστημάτων  είναι  η κατάλληλη,   και  όχι  μεγαλύτερη, ώστε  κατά την κύληση κάθε  σταγόνας νερού,  σε  καθένα απο  αυτά, η  σταγόνα  να μη ‘’βουλιάζει‘’ σε αυτά, οπότε θα εμποδίζετο και  η κίνησή της.

 

Ας  αναρωτηθούμε, κατά  πόσο  μια  τέτοια  δομή της  επιδερμίδας   των φύλλων του   λωτού, με την όλη  αρχιτεκτονική της, αλλά  και την  κατάλληλη  χημική  σύσταση (για να είναι υπερ-υδρόφοβη), θα  μπορούσε να  είναι τυχαίο  προϊόν...

 

Το φαινόμενο Λotus σήμερα, χάρις στις δυνατότητες επίστρωσης  διαφόρων  επιφανειών  με  υδροφοβικά υλικά, αξιοποιείται σε πλήθος διαφορετικών επιφανειών, όπως, γυαλί- ξύλο-πλαστικό-μέταλλο-υφάσματα-εξωτερικές τοιχοποιίες κλπ.

 Έτσι  ενδεικτικά πχ  αξιοποιείται:

 1)στη πρόληψη συμπύκνωσης νερού -σχηματισμού πάγου- σε ακραίες κλιματικές συνθήκες στην επιφάνεια αεροπλάνων, αυτοκινήτων, ανεμογεννητριών κλπ,

2) ) στην   ανάπτυξη  χρωμάτων  που  αποτρέπουν  τη  διάβρωση  μεταλλικών  επιφανειών

3) στη παράταση ζωής των διαφόρων υλικών που εκτίθενται  στο περιβάλλον όπως πχ οι ηλιακοί συλλέκτες ,

4) στην  χρησιμότητά   τους  ως μονωτικών,  για πρόληψη  βλαβών

5) στη   προστασία εξωτερικών επιφανειών (τοίχων  κλπ ) από υγρασία – μύκητες

6) στην Ιατρική γιατί μειώνεται σε μεγάλο βαθμό η ανάπτυξη μικροβίων στους ιατρικούς    εξοπλισμούς,

Αγαπητοί  φίλοι , ο Μέγας Βασίλειος στην Εξαήμερό  του, εμπνεόμενος από  τη  Σοφία και το Μεγαλείο της   Δημιουργίας, γράφει και τα ακόλουθα:

‘’Τι  είπω, τι σιωπήσω;  εν πλουσίοις  της  κτίσεως  θησαυροίς  άπορος  μεν η  εύρεσις του τιμιωτέρου,  δυσφορωτέρα  δε  η   ζημία  του  παραθέντος’’,  (Εξαημ.Ε 18),   δηλαδή,

Τι να περιγράψω και τι να παραλείψω; Μέσα στους  πλουσίους  θησαυρούς  της  κτίσεως  αφ’ ενός μεν είναι αδύνατον να  εύρη  κανείς  το  πολυτιμότερο,  αφ’ ετέρου  δε  είναι  μεγάλη  ζημιά  οτιδήποτε  και  άν  παραλείψωμεν.

 

Ελληνικοί Υπότιτλοι  Video 2: 

Zoom  into   a  Lotus  Leaf (Εστιάζοντας  στο εσωτερικό  ενός φύλλου Λωτού) ( ASK   NATURE )

0014 :    Αυτό  το  φυτό  ευδοκιμεί   σε  αβαθείς  λίμνες  και   λασπώδεις   νερόλακκους,

0021:    Η φήμη  του  οφείλεται  στο  ότι,  παρόλο  που  αναπτύσσεται σε ρυπογόνους

0024 :  υγρότοπους, τα  φύλλα του  τα  διατηρεί  καθαρά ,απαλλαγμένα  από   κάθε 

              ρύπο  του  περιβάλλοντος  του.

0037:   η  Επιστήμη  έχει   αποκαλύψει  πως , ο  Λωτός το  κατορθώνει.

0040:   Είναι  γνωστό  από  καιρό   ότι,  το  φύλλο  του  Λωτού  απωθεί το νερό

0047:   Για  αυτό, οι επιστήμονες χαρακτηρίζουν  την επιφάνεια του φύλλου του ως 

             υδρόφοβη

0057:   ειδικά ο Λωτός είναι απο τα λίγα φυτά που χαρακτηρίζονται ως υπερυδρόφοβα,

1.01 :  Αυτό   σημαίνει  ότι,  όταν  μια  σταγόνα   νερού,  ακουμπά   στα   φύλλα  του ,

1.04:   αυτή,  παίρνει   σχήμα   σχεδόν   σφαιρικό.

1.09:  και  έτσι   μπορεί  εύκολα  να  κυλίσει  από  το  φύλλο .

1.12 : Αυτή  η  υπερ-υδροφοβικότητα,  δεν   οφείλεται   ωστόσο   λόγω   της   χημικής

           σύστασης  της  επιφάνειας  των   φύλλων  του ,

1.20 : αλλά   κυρίως  στη   μορφή  της    επιφάνειας  της , 

1.22: σε επίπεδο μικρομέτρου ( μm ),  (1μm = 10^-6 m) ,  και    nm .  (1nm =10^-9 m )

1.26 : καθώς το  παρατηρούμε, με  μεγαλύτερη  μεγέθυνση, βλέπουμε  ένα  όμορφο

           πράσινο τοπίο

1.32:  το  οποίο  δεν  είναι  λείο  αλλά ‘’ ανώμαλο  με  εξογκώματα’’

1.35 :  αυτή η  ανώμαλη  υφή   εμποδίζει  το  νερό  να  διαβρέξει όλη  την  επιφάνεια

1:40 : Χρησιμοποιώντας  τώρα  ένα  οπτικό  μικροσκόπιο  τα  κηρώδη  εξογκώματα,

1: 44 : και  τα  κενά  μεταξύ  τους,  γίνονται  ποιο  ευδιάκριτα .

1:49 : κάθε εξόγκωμα (προεξοχή ) έχει πλάτος 0.01mm

1:51:  και ύψος 0.015mm

1:55 :  Η έλξη μεταξύ των μορίων του νερού (δυνάμεις συνοχής ) είναι μεγαλύτερη ,

1:59: από  την  έλξη  του  νερού  με  τις  μικρές  προεξοχές  και  εσοχές,

2:04: έτσι  το  νερό   σχηματίζει  μικρές   χάντρες ,

2:09: Άν το φύλλο του  Lotus   είχε  μόνο  αυτές  τις  micro –προεξοχές

2:13 : θα  ήταν  ακόμη  υδρόφοβο

2:15 : αλλά ωστόσο το Lοtus  είναι  υπερ-υδρόφοβο ,

2:18 : το υπερ-υδρόφοβο  οφείλεται  από το επίπεδο  της  νανοδομής του !!!

        nano-scale (10^-9m)  !!!

2:25 : Θυμίσου το 1 νανόμετρο είναι : 1nm =10^-9 m , το 1 δισσεκατομυριοστό του μέτρου !!!

2:28 : Τώρα    χρησιμοποιούμε   λεπτομερέστερη   παρατήρηση  με  το   ηλεκτρονικό

         μικροσκόπιο

2:31  Ετσι   μπορούμε   να   δούμε   λεπτομερέστερα τι  είναι  σ’ αυτές τις κηρώδεις

          προεξοχές.

2:35   παρατηρώντας  σε μεγαλύτερη  μεγέθυνση δεν βλέπουμε τα  εξογκώματα

          με  λεία  επιφάνεια ,

2: 41   αλλά  μια ανώμαλη  επιφανειακή  δομή

2: 42  τα  εξογκώματα φαίνονται  σαν ‘’διογκωμένα χνούδια’’