Одуванчик лекарственные свойства и применение

Бородки, крючки и желобки

На снимке — пингвин Гумбольдта (Spheniscus humboldti), плывущий под водой. Эти птицы гнездятся на побережье Чили и Перу и периодически сталкиваются с ситуацией, когда температура воды, в которой они охотятся, опускается немного ниже нулевой отметки. Контакт с переохлажденной водой может быть чреват оседанием на птице мелких льдинок (имеющихся в переохлажденной воде). А далее льда может становиться всё больше — если уже осевшие льдинки станут центрами кристаллизации (как это и происходит при замерзании воды). Обладает ли оперение этих птиц антиоблединительными свойствами?

Положительный ответ на этот вопрос удалось получить группе китайских биофизиков. Они изучили строение перьев пингвина Гумбольдта и протестировали реакцию перьев на переохлажденную (до –5°С) воду. Оказалось, что перья этого пингвина обладают выраженной гидрофобностью, то есть низкой адгезией к воде. Как это достигается, прояснило изучение тонкой структуры перьев под электронным микроскопом. Как и у других птиц, опахало пера пингвина представляет собой плотную сеть (см. Стержень, бородки и крючки). Она имеет свойства фрактальной структуры, со всё более уменьшающейся толщиной «веточек», от стержня к самым тонким бородкам и крючкам. Многочисленные крошечные «концевые веточки» (крючки) так тесно переплетены, что не пропускают через себя капельки воды и не дают им закрепиться на поверхности пера.

Пингвин Гумбольдта; внешний вид пера пингвина (a); фотографии его фрагментов при всё большем увеличении (b и с); угол контакта капельки воды с пером (d). Показаны стержень и бородки первого порядка (b1), бородки второго порядка с крючками (b2), «морщинистые» поверхности бородок второго порядка (b3), концевые части бородок второго порядка без крючков (c1) желобки на бородках второго порядка (с2). Фото из обсуждаемой статьи в The Journal of Physical Chemistry

Интересная особенность перьев пингвина состоит в том, что все «веточки» пера, включая крючки, имеют микроскопические желобки. Это дает два преимущества. Во-первых, в желобках остаётся воздух. А во-вторых, желобки уменьшают поверхность контакта «веточек» с каплей воды. Всё это способствует отталкиванию микрокапель воды и предупреждает образование наледи на перьях. Ученые посчитали, что если бы крючки были плоскими, то достигнуть прекрасных гидрофобных свойств пингвиньих перьев было бы невозможно.

Модель, объясняющая возникновение гидрофобности и антиобледенительных свойств перьев. Слева: схема ориентации «веточек», формирующих опахало; в порядке утоньшения — стержень, бородки первого порядка, бородки второго порядка, крючки. Справа вверху: контакт водяной капли с крючками (желтые). Справа внизу: то же при более крупном масштабе; показаны желобки на поверхности крючков и пузырьки воздуха в них. Водоотталкивающие свойства поверхности зависят от размера выступов (d и d’) и расстояния между ними (L и L’). Чтобы объяснить сверхгидрофобность перьев, недостаточно свойств крючков (d’ и L’); необходимо учесть также желобки на их поверхности (d и L). Рисунок из обсуждаемой статьи в The Journal of Physical Chemistry

По образу пингвиньих перьев ученые синтезировали тонкую мембрану из полиимидных нитей (рис. 4, а). Экспериментальная мембрана была не однородна, плотность упаковки нитей изменялась градуально. Тестирование мембраны (ее опрыскивали из пульверизатора переохлажденной водой) показало, что при уменьшении расстояния между волокнами мембраны адгезия к капелькам переохлажденной воды сокращается — то есть увеличиваются антиобледенительные свойства.

a — внешний вид мембраны; b1b3 — фотографии волокон в разных частях мембраны, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа; с — адгезия (серые столбики) и угол контакта капли воды с мембраной (черные столбики) в разных точках полиамидной мембраны (расстояние считалось по стрелке, справа налево). Фото из обсуждаемой статьи в The Journal of Physical Chemistry

Источник: Shuying Wang, Zhongjia Yang, Guangming Gong, Jingming Wang, Juntao Wu, Shunkun Yang and Lei Jiang. 2016. Icephobicity of penguins Spheniscus humboldti and an artificial replica of penguin feather with air-infused hierarchical rough structures. The Journal of Physical Chemistry. 2016.

http://elementy.ru/kartinka_dnya/17/Borodki_kryuchki_i_zhelobki