Filmes super-hidrofóbicos biomimetizados a partir de estruturas hierárquicas da superfície de folhas de espécies vegetais da caatinga

Abstract

O Brasil faz parte dos 17 países megabiodiversos e o território brasileiro conta com 22% do total aproximado das 350.000 plantas superiores existentes no Planeta. Esta megabiodiversidade traduz-se no potencial biomimético para avanços em tecnologia de sensores e atuadores, sendo um dos focos da 6ª Onda de Inovação Tecnológica. Neste trabalho investigamos parte do potencial biomimético, em especial relacionado à hidrofobicidade, de espécies vegetais da Caatinga. Oito espécies tiveram suas estruturas de superfície investigadas e uma foi selecionada como template natural para ser replicada em polímero, juntamente com a Colocasia esculenta ‘black magic’, tomada como padrão. As espécies da Caatinga mostraram ângulos de contato entre 103º a 148º, apontando que as superfícies obedecem a um regime hidrofóbico e algumas espécies, como a Himerea tiubae (148º), dentro de um regime de super-hidrofobicidade semelhante ao observado para a C. esculenta ‘black magic’. As estruturas de superfície das espécies Simaba ferruginea e C. esculenta ‘black magic’ foram replicadas a partir da não-adesão de polímeros, utilizando o PDMS para obtenção dos templates negativos e PVB para obtenção das réplicas biomiméticas. As superfícies dos filmes foram caracterizadas por SEM e verificou-se a reprodução e a fidelidade dimensional das estruturas hierárquicas presentes nas duas espécies. Foi utilizado o modelo de molhabilidade de Cassie-Baxter para determinação da tensão superficial das superfícies naturais e dos filmes biomiméticos, estes últimos apresentando valores de ângulo de contato para água de 79 a 131º, cerca 30º de graus menor que o natural, mostrando a influência da energia de superfície dos materiais poliméricos utilizados. Objetivando aplicações, analisou-se a evolução dos ângulos de contato em função da presença de etanol e NaCl na água, em diversas concentrações. Os resultados apontaram que a presença de aditivos ou contaminantes na água podem ser averiguados por meio da mudança do ângulo de contato de uma gota sobre as réplicas biomiméticas. O método de replicação de estruturas biológicas utilizado, explorando a não-adesão de polímeros, apresentou resultados eficientes para replicar superfícies em escala micro- e nanométricas, com estabilidade mecânica, rapidez e baixo custo para modelagem das superfícies. Uma Prova de Conceito para aplicações foi realizada com êxito.