Tunable nano-replication to explore the omniphobic characteristics of springtail skin

2013年2月1日 NPG Asia Materials 5, e2 (2013) doi:10.1038/am.2012.66


材料表面のぬれ挙動は、材料科学者にとって本質的に興味深い特性である。土壌中に生息するトビムシは、主に皮膚を通して呼吸する節足動物であり、湿潤状態での窒息を避けるため、効率よく水をはじく階層的ナノ構造を持つ複雑な皮膚表面を進化させてきた。トビムシのこうした皮膚の撥水性についてさらに理解を深めるため、ドレスデン・ライプニッツ・ポリマー研究所(ドイツ)のCarsten Wernerをはじめとする研究チームはこのたび、複数の数値シミュレーションを行い、ポリマーを用いて皮膚表面の正確なレプリカを作製した。その結果、ナノ構造中の微小な突出部が皮膚表面で空気を捕捉しやすくし、湿潤条件下でもぬれない効果的なバリアを形成することが明らかになった。研究チームはさらに、本来親水性の材料であっても、こうしたナノ構造を形成することで水をはじくようになることを示した。トビムシの皮膚の性質をより深く理解することによって、撥水性人工材料の設計に役立つ貴重な知見が得られるようになるだろう。

René Hensel, Ralf Helbig, Sebastian Aland, Axel Voigt, Christoph Neinhuis & Carsten Werner

Surface patterning: Mimicking springtail skin
The wetting behavior of a material's surface is a property of fundamental interest to material scientists. Springtails, also known as collembola, are soil-dwelling arthropods that typically respire through their skin. To avoid suffocating in wet conditions, springtails have evolved a complex, hierarchically nanostructured skin surface that repels water with remarkable efficiency. Carsten Werner at the Leibniz Institute of Polymer Research Dresden, Germany, and his colleagues have carried out numerical simulations and made accurate polymer-based replicas of this skin surface in order to understand better its anti-wetting behavior. Their results show that tiny overhangs in the nanostructure help to trap air against the surface in the wet, providing an effective barrier against wetting. The researchers further showed that even intrinsically hydrophilic materials will repel water when structured in this way. An improved understanding of springtail skin behaviour provides valuable insights that will aid scientists to design engineered materials with improved anti-wetting properties.


NPG Asia Materials ISSN 1884-4049(Print) ISSN 1884-4057(Online)