Учёные создали безопасное антипригарное покрытие, вдохновившись оперением стрел

Исследователи разработали покрытие с пониженным содержанием PFAS, которое так же эффективно, как тефлон, благодаря молекулярной структуре, вдохновлённой перьями. Фото: Shutterstock

Учёные из Университета Торонто разработали новый материал, который может стать безопасной альтернативой антипригарным покрытиям, используемым в посуде и других областях.

Новое вещество отталкивает воду и жир почти так же эффективно, как стандартные покрытия, но содержит значительно меньше пер- и полифторалкильных веществ (PFAS) — семейства химикатов, вызывающих экологические и медицинские опасения.

«Научное сообщество давно пытается создать безопасные альтернативы PFAS, — говорит профессор Кевин Головин, возглавляющий лабораторию DREAM в Университете Торонто. — Проблема в том, что легко создать материал, отталкивающий воду, но сложно добиться такого же эффекта с маслами и жирами».

С момента изобретения в конце 1930-х тефлон (политетрафторэтилен или PTFE) стал известен своей способностью отталкивать воду, масло и жир. Тефлон относится к семейству PFAS, молекулы которых состоят из цепочек атомов углерода, связанных с атомами фтора. Именно инертность связи углерод-фтор обеспечивает антипригарные свойства.

Однако эта же инертность делает PFAS устойчивыми к естественным процессам разложения, из-за чего их называют «вечными химикатами». Кроме того, они накапливаются в биологических тканях, а их концентрация увеличивается по мере продвижения по пищевой цепи.

Исследования связывают воздействие высоких доз PFAS с некоторыми видами рака, врождёнными дефектами и другими проблемами со здоровьем. Несмотря на риски, отсутствие альтернатив делает PFAS повсеместными: их используют не только в посуде, но и в водоотталкивающих тканях, упаковке и даже косметике.

«Наш альтернативный материал — полидиметилсилоксан (PDMS), также известный как силикон, — объясняет Головин. — В зависимости от состава он может быть биосовместимым, но до сих пор не мог сравниться по эффективности с PFAS».

Чтобы решить эту проблему, аспирант Сэмюэль Оу разработал новую химическую методику, названную «наноперением». Метод описан в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

«Мы прикрепили короткие цепочки PDMS к основе, как щетинки на щётке, — говорит Оу. — Для улучшения отталкивания масла мы добавили самую короткую молекулу PFAS (один атом углерода с тремя фторами). Наноразмерная структура напоминает оперение стрелы».

Испытания показали, что новое покрытие соответствует стандартам PFAS-материалов по отталкиванию масел. При этом использованная молекула PFAS слишком короткая для биоаккумуляции, что снижает риски.

Команда готова к сотрудничеству с производителями антипригарных покрытий для масштабирования технологии. В будущем учёные надеются создать полностью бес-PFAS материал, превосходящий тефлон.

«Святой Грааль этой области — вещество, превосходящее тефлон, но без PFAS, — говорит Головин. — Мы ещё не достигли этого, но сделали важный шаг».

Источники: University of Toronto, Nature Communications