חומרים ימיים בהשראת שיפור התנגדות ביולוגית

בעיית ההמראה של Marine Biofouling

הביו-פופולינג הימי - הצטברות לא רצויה של אורגניזמים ביולוגיים על פני השטח תת-קרקעיים - מייצג את אחת הבעיות המתמשכים והיקרות ביותר העומדות בפני תעשיות מיקרוסקופיות כיום מחיידקים ואטומים למאקרו-פוכות מורכבות כמו barnacles, mussels, ו- tubeworms, ההתנחלות והצמיחה של אורגניזמים אלה על גבי מחסנים, פלטפורמות offshore, צינורות, וחיישנים, אשר מפעילים שכבות במהירות של מולקולות של צורות כימיות של התפתחותיות גבוהות יותר של חלבונים.

ההשלכות התפעוליות חמורות.על כובד הספינה, שכבת העברת דגים בוגרת יכולה להגדיל את הגרור הידרודינמי על ידי עד 60%, מה שמוביל לעליה של 40% בצריכת הדלק כדי לשמור על מהירות השירות העולמית, זה מתורגם למיליארדים של דולרים בעלויות דלק נוספות מדי שנה ו- 384 מיליון טון של פליטות CO2 המשוחררות לתוך האווירה.

מדוע טכנולוגיות אנטי-פופולינג של האמנה הגיעו לגבולותיהן

במשך עשרות שנים, התעשייה הימית התבססה על ⁇ (TBT) המבוססת על מטענים כדי לשמור על מוצרים נקיים.תרכובות של איברים אלה היו יעילות להפליא, אבל הרעילות הקיצוניות שלהם לחיים ימיים שאינם גמישים - תוך שימוש בפגזים ב-Soysters, כופים בגסטרופודים, ושיבושים אנדוקריניים ברחבי אתרי מזון שלמים - מונעים על ידי איסור גלובלי על ידי משקעים של המדינה, בעוד שעדיין פחות מ- 10 ממריצים, כמו חומרים כימיים קשים יותר ויותר, בעודם, כמו מקליפורניה, בעודם, 000, 000, 000, 000 ממושכים, 000, 000, 000, 000 כבדות, 000, 000, 000 כבדות, 000.

אפילו ציפויים מודרניים של שחרור, אשר מסתמכים על סיליקון אנרגיה נמוכה או כימאים פלואופולמריים כדי להחליש את הדבקות, הם דורשים מהירויות גבוהות של כלי שיט כדי להחליק אורגניזמים, לבצע גרוע בתנאים סטטיים כגון נמלים או בעגן, וניתן בקלות להיות פגוע על ידי שחיקה מכנית מניקוי יבש או השפעה על הקרח, יתר על ההחלפה מתמדת של מינרלים אחרים, אך ורק על פני סיליקון, זה, הוא תורם מחדש של חומרים מסוכנים אחרים, אך ורק על פני סיליקון, אך ורק על פני סיליקון, אך ורק על פני סיליקון, אך ורק על פני סיליקון, הוא גורם בטוח כי הוא גורם בטוח כי הוא מוסיף חומרים נוגד חומרים נוגד חומרים מסוכנים אחרים, אך ורק על ידי סיליקון, אך ורק על ידי סיליקון, אך ורק על ידי לחץ דם מכני של סיליקון, 000 חומר נוגד חמצון מכני של סיליקון, אך ורק על ידי סיליקון, 000 בטוח, הוא גורם נזק עמוק של מערכות נוגד חמצון מכני של סיליקון, 000 עמוק של סיליקון, 000 עמוק של מערכות נוגד חומרים מסוכנים אחרים, אך ורק על ידי סיליקון, הוא פשוט מונעים של סיליקון, הוא פשוט שלילי אחד, 000 נטייה מגנטיים של סיליקון, אך ורק על ידי סיליקון, אך

ארכיון תגיות: How Marine Organisms Stay Clean

אורגניזמים ימיים עצמם עומדים בפני אותו איום של ביו-פוץ, אך רבים מצליחים לשמור על פני השטח הפריזטיים ללא שחרור רעלנים.מנגנוני ההגנה המגוונים שלהם מציעים ספריית פתרונות עשירה של המתנה להיות מקודמת ומונדסת לציפויים עמידים. אסטרטגיות אלה יכולות להיות מקובצים באופן רחב לתוך ממשקים פיזיים, מכווצים נוזליים, ומחסומי ביוכימיים פעילים.

שם הסרטון: The Shark Skin Effect

כרישים הם חינם המפורסם של barnacles ו אצות, תכונה המיוחסת המיקרוטופוגרפיה של העור שלהם במקום בקנה מידה חלק, עור כריש מכוסה זעיר, דמוי שיניים עם רכסים בקנה מידה זעיר ועמקים מעוקלים על ידי אורגניזמים זעירים כי הם בדרך כלל מיישרים על ידי זרם מיקרומטר של אורגניזמים מקומיים.

החוקרים שילשו בהצלחה את הרעיון הזה באמצעות דלקת לייזר, photolithography, embosing חם, וגלגל-to-roll nanoimprinting כדי ליצור משטחים ממונדסים מכוסה בעמודים, ridges, ומיקרוגרושבים מקושרים. A מחקר שפורסם ב-FLT:0Bioinspiration &mimeticsFLT:1 הוכיחו כי פני השטח עם מחסנים זעירים עם מחסנים דומים (אוקסים) כגון מחסנים חשמליים (מדומים) חומרים כימיים).

טבלאות נפרדות: סודו של הצמח הפיטכר

בעוד כרישים מסתמכים על מרקם, צמח ה-Npenthes לוקח גישה שונה לחלוטין.ה- Peristbriome rim הוא מרקם עם רשת מיקרוסקופית המכילה סרט דק, זוהר ללא הפסקה, כאשר חרקים צועדים על פני השטח הזה, הם הידרופל על שכבת הנוזל ונפילה לתוך נוזל העיכול מתחת.

עבור יישומים ימיים, שמנים סיליקון או perfluorinated lubricants מבולבלים לתוך רשתות פולימרים אלקטרוספטורית אלקטרוספטורי, ננו ⁇ אלומיניום תחמוצת, או פוליטרה-השפעה אולטרה סגול (PTFE) נתקלו במהירויות של אובדן עצמי גבוה יותר, לאחר ש-Crelimatessss ממקדמים את עצמם עם נוזל ולא מוצק, מה שגורם להם להחליק מתחת למינימום של 9.6% על ידי ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גדרות כימיות Active Chemical Barriers: Hydrogels ו Enzymatic Coatings

ה mucus המוסתר על ידי דגים, סניליים, ו- echinoderms מציג הגנה אלגנטית נוספת.שכבות הידרוג' אלה מורכבות רשתות פולימרים hydrated מאוד כי הם לא רק רך מכני - מניעת התערבות חזקה עם דבקים חמורים יותר - אבל גם מנגנונים כימיים פעילים.כמה ריר מכיל אנזימים כמו protease, amylase, ו zy some כי זה de la סגסוגת חיידקים לעתים קרובות מכיל פיזור חיידקים (מחץ) של פונקציות כימי).

(הציפויים המוחזקים כיום פותחים באמצעות פולי(אתילן גליקול) (PEG), פולימרים פולימרים אטומיים (כגון sulfobetaine ו carboxybetaine), ופוליקלריקנים משיגים הידרוגלים מבוססי מוטציות חיוניות של 95%. Ztterionic פוליגרפיים, כמו פולי (carboxybeineaclate) ומולקולות חומצה פולית), מונעות באופן חיובי, במיוחד, כי הם אלה ממריצים חומרים כימיים עמידים באופן חיובי, כי הם חומרים מזיקים.

עיצובים סינרגיסטים: שילוב אסטרטגיות הטבע

בעוד אסטרטגיות ביושרויד אינדיבידואליות מראות הבטחה גדולה, הביצועים החזקים ביותר נגד מנגנונים לעתים קרובות נובעים משילוב של מנגנונים מרובים.טבע לעתים רחוקות מסתמכ על הגנה אחת, חומרים סינתטיים יותר ויותר מעוצבים עם תכונות סינרגיסטיות הפועלות לאורך כל הרצף המופרע - החל ממודעות ראשונית ליישב מאקרופולר קבוע.המטרה היא ליצור משטח המציג שכבות של הגנה, להבטיח שאם מנגנון אחד אחר, נשאר פעיל.

היפוגרף ההיררכי והממשקים ההיברידיים

משטח המשלב מיקרו-ridges עם שכבת סיכה שופעת יכול לשבש פיזית את ההתנחלויות בעוד כימית למנוע אג"ח קבוע. מחקר מאוניברסיטת פלורידה הראה כי משטח הסיליקון מעוצב עם שמן סיליקון לא רעיל המוצג מעל שנה של ביצועים שדה ב הקריביים, התנגדות סגסוגת מתכת ושחיטה מסיבית ללא הירקציה, היררכיה הדרגתית כי שילוב של תכונות דלקתיות כפולות יותר של חומרת מתכתי ודימום חד-חמצני, המונעת לעתים קרובות יותר על ידי גירוי אחיד של חומרת של חומרת של חומרת של חומרת של חומרת של חומרת מתכתי דם אחיד ואפקטים עם תכונות מתכתיוריקוליות ודלקתיות אחורית של חומרת של חומרת של חומרת של חומרת מתכתיבית ונפיחות עם גירוי עצמי על גבי מתכתיבית ושחית על ידי גירוי חזק יותר.

באותה מידה הוא השילוב של מרקמים פיזיים פסיביים עם רמזים כימיים פעילים.יש ציפויים מתקדמים משלבים פולימרים עמידים pH כי swell או חוזה בתגובה ל metabolites מקומיים המיוצרים על ידי biofilms בשלבים מוקדמים, פיזית לדחוף החוצה רעעים ברגע שהם מנסים ליישב אותם. אחרים משתמשים חלקיקים דו-חמצני מופעלים קלים המוטבעים במרקמים ממרקמים פולימרים כדי לייצר מינים פעילים כדי להרוג אותם על ידי קרישה לא יעילה על ידי גירוי חום, אשר אינו מספק את ההשפעות הפעילה יעילה על ידי גירוי יעיל על ידי גירוי יעיל על ידי חומרים מסוכנים.

חומרי הגנה עצמית ונזקים-תגובה

היפוך גדול עבור ציפויים מסורתיים הוא micro-cracking ולבוש, אשר יוצר נישות מוגן שבו רעיית יכול להתחיל. bioinspired גישות מכוות זה באמצעות מנגנונים של מנגנונים קידוד עצמי פנימי. Drawings עם מחסום הפצע-healing של העור, רשתות פולימריות העליונות יכול לשבור קישורים לאחר נזק מכני, לשחזר שלמות פני השטח ו lubritated תכונות ב-coficide (מסוגל) היה לעתים קרובות על ידי ריפוי microtraicolashic).

אפילו יותר מתקדם הם ציפויים כי לא רק לרפא אבל באופן פעיל לחדש את הרכיבים נגד vasuling שלהם. מיקרוcapsule-embedded ציפויים לשחרר סוכנים ריפוי או סיכה טריה על פי fissuring, אנלוגי מערכות תיקון vascular בצמחים.אפקט "מבולה" הביומגנטי הזה יכול להאריך את חיי פני השטח נגד מדגש על ידי שלושה גורמים או יותר, סימולציה של מבנים משוחררים, אשר הוכיחו כי הם מטווח זמן של סיליקון, אשר כוללים סיליקון, 000 זמן רב יותר, 000, 000, וסימולציות, כי הם סיליקון, 000 זמן, כי הם סיליקון, 000 זמן רב יותר של סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון סיליקון סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון, 000 סיליקון סיליקון סיליקון, 000 סיליקון סיליקון קיבולת סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון

יציבות סביבתית וכלכלית

מעבר לטכנולוגיות נוגדות השראה ביולוגית יש יתרונות סביבתיים עמוקים מעבר לחיסול ברור של שחרור ביוציפל.ניתוח מחזור חיים מלא שפורסם על ידי סוכנות בטיחות הים האירופית העריכו כי אם רק 30% מהצי העולמי אימץ, ציפויים מפרשים, פליטות CO2 שנתיות של המשלוח יכול להיות מופחת על ידי יותר מ -90 מיליון טון - שווה ערך לפליטת סך של מדינה בינונית, כי הם גם למנוע פחתות מים כבדים יותר, אוקסים, אוקסים של צריכת דלק.

באופן מעשי, תדירות הייבוש מופחת הופך לנהג כלכלי משמעותי.צבעים מסורתיים מבוססי נחושת דורשים ניקוי ושיקום מחדש כל 3-5 שנים, עם עלויות יבשות הקשורות לעתים קרובות מעל 500,000 $ עבור כלי שיט מטען בינוני.ד.ד.ד.ד.ד. bioinspired פתרונות מכווצים בבטחה עם יכולות משלוח עצמי יכול להאריך מרווחי שירות ל 7-10 שנים, מחסומי תחזוקה ויצירה מזיקה של מנועי לחץ דם מסוכנים יותר ויותר.

מבחינה רגולטורית, הדחף לעבר פתרונות ביו-שעונים מתיישר עם הנחיות הביו-פונקציה של IMO ואמנת ניהול המים של Ballast. Port רשויות וסוכנויות סביבתיות מתדקים בהדרגה את הגבלות על שיעורי הפחתת נחושת ודורשים תוכניות ניהול ביו-תרגול פרואקטיביות.קאטינגס שעובד ללא רעלנים מאפשרים לחברות משלוח להשיג תאימות ללא התאמות ביצועים, הוכחה עתידית נגד נכסים סביבתיים מתקדמים עם מטרות פיתוח גלובלי.

● ההרחבה הרחבה של אימוץ

למרות תוצאות מעבדה יוצאות דופן, לתרגם חומרים ביו השראה לשימוש ימי בקנה מידה גדול מציג לא-טריוויאלי hurdles. האתגר העיקרי הוא ייצור קשקשים.טכניקות מיקרו- וננופטיות רבות - כגון אלקטרון לימוזינה או ion ממוקד beam מלמולה - הם איטיים ויקרים באופן בלתי חוקי עבור ציפוי של 300 מטר מטען.

יציבות בתנאים ימיים קשים היא מכשול גדול נוסף.סביבה של העולם האמיתי כרוכה לא רק התקפה ביולוגית אלא גם קרינת UV, חמצון, תנודות טמפרטורה רחב, ומכשולים חלקיקים חודרים חול והריסות. Lubricant-inated משטחים, למשל, יכול לאבד את שכבת סיכה שלהם לאורך זמן בשל פיגור או evaporation, הדורשים אסטרטגיות מחזוריות כדי לשמור על סוללות חום מספיק.

מסלולים אישורים רגולטוריים גם עומדים מאחורי חדשנות טכנולוגית.כי רבים ציפויים ביו השראה אינם מתאימים באופן מסודר לקטגוריות הקיימות (כמו "ללא איזון ביולוגי" או "לפתור את שחרור"), הם דורשים פרוטוקולים מבחנים מותאמים אישית המשקפים את המנגנונים הייחודיים שלהם.הסטנדרט הבינלאומי, כגון אלה על ידי ASTM ו- ISO, הם מתקדמים לפיתוח קריטריונים לביצועים כי עבור ביצועים דינמיים, self-heal-meal-me-chanic, ו-me-reatives באמת יכול להבטיח את המוצרים סטנדרטיים לטווח ארוך טווח של תקן דינמי, כגון ASTM סטנדרטיים ללא ביצועים סטנדרטיים, כגון: ASTM סטנדרטיים, כגון: ASTM ו-Reducing Drelation, כגון אלה ללא ביצועים מתקדמים, כגון אלה ללא ביצועים מתקדמים, כלומר, כגון אלה ללא ביצועים מתקדמים, כגון אלה על פני השטח של ASTM ו-Reterming ביצועים מתקדמים, כלומר, כגון אלה ללא ביצועים מתקדמים, כגון: ASTM ו-Reterming ביצועים מתקדמים, כגון: ASTM ו-Refination סטנדרטיים מתקדמים, כלומר, כלומר, כגון: ASTM ו-axemterming ביצועים מתקדמים, כגון אלה ללא ביצועים מתקדמים, כגון: ASTM ו-Reterming ביצועים מתקדמים, כגון אלה ללא ביצועים

כיוונים עתידיים: הסתגלות, חיים, ומצעים חכמים

(במבט קדימה, הדור הבא של חומרים ימיים בהשראת ביו-שינג סביר לשלב חיידקים מתאימים, מגיבים ואפילו אלמנטים חיים.מחקר לתוך חומרים חיים ממונדסים (ELMs) מבקש להטביע חיידקים לא-סרטניים שאינם מייצרים באופן חוקתי אנזימים אנטי-פעמיים או quorum-sensing מעכבים מהנדסי-הנדס, ובכך ליצור מגן ביולוגי על פני השטח.

גבול נוסף הוא השילוב של תאומים דיגיטליים ורשתות חיישן עם ציפויים נגד חיטוי חכם מוטבעים עם קורוזיה וחיישנים מפרשים יכולים לתקשר מצב של מזג אוויר למפעילים בזמן אמת, מה שגורם ניקוי סלקטיבית רק היכן שנדרש וקידוד כלי שיט מוטבע במהירות לשימוש דלק מינימלי. גישה הוליסטית זו ממזגת חומרים עם ניתוח נתונים, ומאפשרת תחזוקה מבוססת מצב הממקסימה את תוחלת החיים וזיהוי של כלי רכב, לדוגמה, להורדת לחץ אוויר היברידית על פני לוח זמנים של כלי רכב ב- 12 אחוזים של כלי רכב ב-אוויר.

יתר על כן, אינטליגנציה מלאכותית מאיצה את גילוי הנוסחאות הביו-בינ בהשראת .מודלים של למידת מכונות המאומנים על נתונים סטטיסטיים באמצעות חישוב גבוה יכול לחזות את יעילותם של שילובים לא-מדומים-בלובריקנים-גלו-גלובריקנים, ניתוק באופן דרסטי את קווי הזמן של פיתוח (החומרים החישוביים האלה) מותאמים גם כן, כמו המעבדה הביולוגית של הנחתית ואוניברסיטת וושינגטון, המקשרת את העיצוב הביו-מנטליגנטי לדרכים אפשריות לפני כן, אך לא ניתן לצפות שעדיין לא ניתן להמשיך את האפשרות ש- 1-0.

A Sustainable Horizon for Sea Operations

החיפוש יעיל של אנטי-פופולינג לא רעיל, עמיד בפני הטבע, הפך מכריע לעבר טביעת האצבע הכחולה של הטבע.על ידי לנטרל את האסטרטגיות המולקולריות, הטופוגרפיה והדינמית ששומרות על אורגניזמים ימיים נקיים, מדענים הם משטחים הנדסיים שמתאימים - ולעתים קרובות עולים על - הביצועים של צבעי biocidal בתעשייה המסורתית, כמו תהליכי ייצור גבוהים יותר ומסגרות רגולטוריות, חומרים ימיים מחוננים ממונעים ממונעים ממונעים ממונעים על בסיס יסודיים, עד כדי להגן על פני כדור הארץ, על פני השטח של תאים חשמליים, אך לא ממונעים, על פני השטח של תאים חשמליים, כאשר הם מתחמיים, לא ממוחזרים, לא ממוחזרים מבודדים, אלא על פני השטח של תאים חשמליים, אשר מונעים, אשר מנוהלים, אשר מונעים על פני השטח של תאים חשמליים, אשר מונעים על פני השטח הפיזיים, אשר מונעים, אשר מונעים, אך ורק על פני השטח של תאים חשמליים, אשר מונעים, אך ורק על ידי חומרים כימיים ממונעים על פני השטח של תאים חשמליים, אך לא ממונעים, כמו גם על פני השטח של תאים חשמליים, אשר מנוהלים, אשר מנוהלים, אשר מנוהלים, כמו גם על ידי מגנטי