सागरी बायोफाउलिंग — पाण्याच्या संपर्कात असलेल्या पृष्ठभागांवर सूक्ष्मजीव, शैवाल आणि मोठ्या जीवांचे सतत जमा होणे — ही जहाजवाहतूक, उद्योग आणि जलचर संवर्धनातील सर्वात हट्टी आणि खर्चिक समस्यांपैकी एक आहे. सुलतान कबूस विद्यापीठातील संशोधकांनी आता एक अशी सामग्री-रणनीती नोंदवली आहे जी सूक्ष्म पृष्ठभागाच्या नमुन्यांना नॅनोस्केल झिंक ऑक्साइड संरचनांसोबत एकत्र करून जिवाणू आणि सूक्ष्म शैवालांना स्थिरावणे कठीण करते. हे निष्कर्ष PLOS One या नियतकालिकात प्रकाशित झाले आहेत.
अल-बुसैदी, डोब्रेत्सोव, क्याव आणि म्यिंट यांनी लिहिलेल्या या अभ्यासात D1, D2 आणि D3 असे लेबल केलेल्या तीन वेगवेगळ्या नमुन्यांच्या पॉलिमर पृष्ठभागांवर झिंक ऑक्साइड नॅनोरॉड कोटिंग तयार केले. तयार झालेल्या सामग्रीने नॅनोस्केल झिंक ऑक्साइड संरचनांखाली सूक्ष्म-स्तरीय स्थलाकृति थर दिले, आणि नंतर संघाने प्रयोगशाळेतील प्रवाह परिस्थितीत प्रत्येक संयोजन वसाहतीला किती प्रतिकार करते हे मोजले.
बायोफाउलिंग ही चिकाटीची अभियांत्रिकी समस्या का आहे
जेव्हा सूक्ष्मजीव आणि मोठे सागरी जीव बुडलेल्या पृष्ठभागांवर जमा होतात, तेव्हा त्याचे परिणाम संपूर्ण कार्यप्रणालीत पसरतात. गढूळ झालेले हल अधिक पाणी ओढते, ज्यामुळे जहाजाची कार्यक्षमता कमी होते आणि इंधनाचा वापर वाढतो. गंज वेगाने वाढतो. पाण्याचे सेवनमार्ग आणि उष्णता विनिमयक अडकू शकतात. जलचर संवर्धन उपकरणेही त्याचप्रमाणे प्रभावित होतात, कारण हीच प्रक्रिया मत्स्यपालन केंद्रे अवलंबून असलेल्या हार्डवेअरला धोका देते.
या खर्चांमुळेच अँटीफाउलिंग सामग्रीचा शोध बराच काळ चालत आला आहे. जुन्या पद्धती प्रभावी ठरल्या आहेत परंतु बऱ्याचदा पर्यावरणीय किंमतीवर, आणि क्षेत्राने आता आसंजन मर्यादित करणाऱ्या तसेच पर्यावरणीय विषारीपणा कमी करणाऱ्या टिकाऊ कोटिंग्सवर अधिक लक्ष केंद्रित केले आहे. सुलतान कबूस विद्यापीठाचा संघ आपली नॅनोस्ट्रक्चर्ड पद्धत याच प्रयत्नात ठेवतो.
अभियांत्रिक पृष्ठभाग कसे तयार केले गेले
संशोधकांनी तीन वेगळ्या मायक्रोपॅटर्न असलेल्या पॉलिमर सब्सट्रेट्सवर झिंक ऑक्साइड नॅनोरॉड कोटिंग तयार केले. स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक प्रतिमांनी कोटिंग न केलेल्या मायक्रोपॅटर्न पॉलिमरची भूमिती तसेच तीनही रचनांसाठी क्रॉस सेक्शन नोंदवले, ज्यामुळे ZnO थर लावण्यापूर्वी संरचनात्मक आधारभूत माहिती मिळाली.
रचनेचा तर्क दोन लांबी-प्रमाणांच्या संयोजनावर आधारित आहे. सूक्ष्म-स्तरीय नमुने पाणी आणि जीव पृष्ठभागाशी कसे संवाद साधतात हे बदलतात, तर नॅनोस्केल झिंक ऑक्साइड रॉड्स अधिक सूक्ष्म ठरावात रसायन आणि पोत जोडतात. एकत्रितपणे, संरचनेच्या या दोन स्तरांनी साध्या पॉलिमरपेक्षा अगदी वेगळे वर्तन करणारी सामग्री तयार केली.
प्रवाह परिस्थितीत चाचणी
स्थिर बुडवण्यावर अवलंबून न राहता, संघाने अभियांत्रिक पृष्ठभाग प्रयोगशाळेतील प्रवाह परिस्थितीत तपासले. दोन जीव प्राथमिक जैविक निदर्शक म्हणून वापरले गेले: जिवाणू Escherichia coli आणि सागरी डायटॉम Amphora sp. जिवाणू आणि डायटॉम दोन्ही निवडल्यामुळे संशोधकांना फाउलिंग प्रक्रियेचे दोन वेगळे टप्पे — सुरुवातीचे जिवाणू आसंजन आणि बायोफिल्म समुदाय तयार करण्यास मदत करणाऱ्या एकपेशीय शैवालांचे स्थिरावणे — तपासता आले.
संघाने पांढऱ्या पायांच्या कोळंबीच्या Litopenaeus vannamei अळींचा वापर करून संभाव्य तीव्र विषारीपणाचेही मूल्यांकन केले, हे पाऊल अँटीफाउलिंग रसायनशास्त्र लक्ष्य नसलेल्या सागरी जीवांना हानी पोहोचवते का या व्यापक प्रश्नाशी संबंधित आहे.
ओलेपणा नाट्यमयरीत्या बदलला
झिंक ऑक्साइड कोटिंग लावल्याने नमुन्यांच्या पॉलिमरचे ओलेपणाचे वर्तन बदलले. कोटिंग न केलेल्या पृष्ठभागांनी सुमारे 80 ते 90 अंशांदरम्यान पाण्याचा संपर्क कोन दर्शवला. कोटिंग केल्यानंतर, संपर्क कोन अंदाजे 150 ते 165 अंशांपर्यंत वाढले, ज्यामुळे पृष्ठभाग अत्यंत जल-विकर्षक बनले.
हा बदल महत्त्वाचा आहे कारण कमी ओलेपणा द्रव फिल्म किती वेगाने पसरते आणि जीव पृष्ठभागाशी किती घट्ट संपर्क साधू शकतात हे मर्यादित करू शकतो. या अभ्यासात, ओलेपणा हा निरीक्षित अँटीफाउलिंग कामगिरीचा एकमेव स्पष्टीकरण नसून अनेक घटकांपैकी एक मानला जातो.
आसंजनाचे निकाल नमुना आणि जीवानुसार वेगळे
जैविक निकालांनी स्पष्टपणे नमुन्यावर अवलंबून असलेला परिणाम दर्शवला. कोटिंग केलेल्या D1, D2 आणि D3 पृष्ठभागांवर अनुक्रमे जिवाणूंचे आसंजन 60.3%, 48.8% आणि 5.8% कमी झाले. दरम्यान, त्याच तीन पृष्ठभागांवर डायटॉम आच्छादन 9.9%, 72.9% आणि 71.8% घटले.
- D1: जिवाणूंच्या आसंजनात सर्वाधिक 60.3% घट, परंतु डायटॉम आच्छादनात केवळ 9.9% घट.
- D2: मध्यम जिवाणू घट 48.8% सोबत डायटॉम आच्छादनात मोठी 72.9% घट.
- D3: जिवाणूंचा सर्वात कमकुवत निकाल 5.8%, तरीही डायटॉम आच्छादन 71.8% ने कमी केले.
या आकड्यांचा प्रसार लक्षणीय आहे. दोन्ही जीव प्रकारांमध्ये कोणताही एकच मायक्रोपॅटर्न वर्चस्व गाजवत नाही: जिवाणूंना सर्वोत्तम रोखणारी भूमिती डायटॉम्सविरुद्ध खराब कामगिरी करते, आणि उलटही. हा फरक सूचित करतो की दोन्ही जीव वेगवेगळ्या पृष्ठभाग संकेतांना प्रतिसाद देतात, आणि नमुना भूमिती ही सोडवलेली समस्या नसून समायोज्य चल आहे.
अँटीफाउलिंग प्रभाव कशामुळे होतो
लेखक कामगिरीचे श्रेय एका प्रबळ घटकाऐवजी अनेक यंत्रणांच्या संयोजनाला देतात. त्यांच्या स्पष्टीकरणात झिंक आयनचे प्रकाशन, प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजातींची निर्मिती, पृष्ठभागाचा ओलेपणा, आणि सूक्ष्म- व नॅनोस्केल संरचनांमधील परस्परसंवाद यांचा समावेश आहे.
झिंक आयन प्रकाशन आणि प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती या रासायनिक मार्ग आहेत जे जोडलेल्या जीवांमध्ये अडथळा आणू शकतात, तर ओलेपणा आणि सूक्ष्म-नॅनोस्केल स्थलाकृति या भौतिक मार्ग आहेत जे जीव प्रथम स्थिरावू शकतात का यावर प्रभाव टाकतात. हे एकत्रित परिणाम म्हणून मांडणे नमुन्यांमधील निरीक्षित फरकाशी सुसंगत आहे — समान झिंक ऑक्साइड रसायनशास्त्र असलेल्या परंतु मायक्रोपॅटर्न भूमितीत भिन्न असलेल्या पृष्ठभागांनी लक्षणीय वेगळे जैविक परिणाम दिले.
पर्यावरणीय प्रश्न अजून खुले
सागरी वातावरणात झिंक हा तटस्थ घटक नाही, आणि आयन प्रकाशनावर अवलंबून असलेली कोटिंग्स जलस्तंभातील दीर्घकालीन संपर्काबद्दल वैध प्रश्न उपस्थित करतात. चाचणी कार्यक्रमात पांढऱ्या पायांच्या कोळंबीच्या अळींचा समावेश केल्याने त्या तणावाची थेट दखल घेतली जाते. हे काम पूर्ण पर्यावरणीय प्रोफाइल स्थापित करत नाही; तीव्र विषारीपणा चाचणी ही सुरुवातीची पायरी आहे, परिसंस्थेच्या परिणामांचे संपूर्ण मूल्यांकन नाही.
तथापि, व्यापक उद्दिष्ट स्पष्ट आहे: जुन्या रसायनशास्त्रांशी संबंधित तोट्यांशिवाय कामगिरी करणारी अँटीफाउलिंग सामग्री. भौतिक स्थलाकृति आणि नियंत्रित रासायनिक घटक एकत्र करणारे कोटिंग कामगिरी समायोजित करण्याचे मार्ग देऊ शकते आणि आवश्यक सक्रिय सामग्रीचे प्रमाण मर्यादित करू शकते.
सूक्ष्म- आणि नॅनोस्ट्रक्चर्ड अँटीफाउलिंगसाठी पुढे काय
या निकालांमधून अनेक प्रश्न उद्भवतात. वास्तविक सागरी वातावरण एका जिवाणू आणि एका डायटॉमपेक्षा खूपच गुंतागुंतीचे फाउलिंग समुदाय सादर करते, आणि फाउलिंग प्रयोगशाळेतील प्रवाह चाचणीच्या कालावधीऐवजी महिन्यांत विकसित होते. घर्षण, सूर्यप्रकाश आणि वारंवार बुडवण्याखालील टिकाऊपणा हे ठरवेल की नमुना केलेले झिंक ऑक्साइड कोटिंग सेवेत टिकू शकतात का.
तरीही, हा अभ्यास अँटीफाउलिंग साहित्यात एक उपयुक्त माहिती बिंदू जोडतो. हे दर्शवते की सूक्ष्म-स्तरीय नमुना आणि नॅनोस्केल झिंक ऑक्साइड पॉलिमर सब्सट्रेट्सवर एकत्र केले जाऊ शकतात, परिणामी पृष्ठभाग अत्यंत जल-विकर्षक बनतात, आणि जिवाणू व डायटॉम्सचे आसंजन लक्षणीयरीत्या कमी केले जाऊ शकते — घटीचा आकार कोणता नमुना वापरला जातो यावर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असतो.
हल कोटिंग्स, सेवनमार्ग संरक्षण आणि जलचर संवर्धन हार्डवेअरवर काम करणाऱ्या अभियंत्यांसाठी, हे नमुन्यावर अवलंबून असलेले वर्तन हा सर्वात कृतीयोग्य शोध आहे: पृष्ठभागाच्या पोताची रचना त्यावर लावलेल्या रसायनशास्त्राइतकीच महत्त्वाची असू शकते.
हा लेख Phys.org च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on phys.org
