Čistotné lekníny

Neviditelné výstupky na povrchu leknínových (lotosových) listů jim pomáhají odpuzovat vodu a zůstávat čisté.

Představte si, že svůj dům natřete barvou, která odpuzuje nečistoty i vodu. Zatímco vaši sousedé musí pravidelně malovat, váš dům zůstává čistý. Je to možné? Ano. Vědci to okoukali od listů leknínu, které zůstávají čisté i při pobytu v bahnitém prostředí.

1. Rozdělíme žáky do skupin.
2. Každá skupina obdrží ukázky hydrofilních (např.kousek skla, list ledového salátu) a hydrofobních povrchů (např. kus plastu, list kapusty, brokolice, růžičkové kapusty, zelí, tulipánu, leknínu, lichořeřišnice).
3. Vyzveme žáky, aby se dotkli každého povrchu a diskutujeme o rozdílech mezi nimi. Jde podle hmatu poznat nějaký rozdíl? (I když je povrch kapusty hladký, je na mikroskopické úrovni drsný.)
4. Poté necháme žáky pokapat každý list vodou a pozorujeme, co se stane. Čeho si všimnete na různých listech poté, co stékají kapky vody? Jsou suché nebo mokré? Interagují listy s vodou stejným způsobem? (Ne, listy salátu zůstávají vlhké, zatímco listy kapusty jsou pokryty kapkami vody).(Možná obměna: Na dvě části listu kapusty dejte vodu, jednu nedotčenou a druhou rozetřenou. Co se stalo? Na nedotčeném povrchu budou kapky vody "sbalené"; na třeném povrchu budou zploštělé kapky, které se přilepí na list. Proč?)
5. Žákům vysvětlíme, že ve vztahu k vodě lze listy (povrchy) rozdělit do dvou skupin: hydrofilní („vodu milující“ = zachycují vodu, jako listy salátu) a hydrofobní listy („vodu nenávidí“ = odpuzují vodu, jako listy leknínu či kapusty).
6. Žáky seznámíme s lotosovým efektem a s tím, že inspiroval vědce k vývoji inovativních povrchových nátěrů. Podívejte se na video here.
7. Požádáme žáky, aby přišli s nápady, jak by se dal lotosový efekt využít a zda to může pomoci zlepšit udržitelnost různých produktů.
8. Představíme některé inovace, kde se této vlastnosti již využívá (viz část K čemu to může být užitečné?).

Listy jsou nejdůležitější výrobní továrnou rostlin. Ze vzduchu (CO2, H2O) a světla se tu vyrábí potrava. Když je list špinavý, tak se do „továrny“ nedostane všechno světlo, a to je velká ztráta. Lekníny žijí v bahnitém prostředí, a proto vyvinuly speciální strategii na čištění svých listů. Povrch lotosového listu obsahuje mikroskopické (tedy okem neviditelné!) hrbolky (takové klky), které nedovolí molekulám vody přilnout k povrchu. Místo toho se voda odkutálí a po cestě nabere na povrchu lotosového listu veškeré nečistoty. Při dešti se na povrchu listu tvoří velké kapky, které sbírají nečistoty a odnášejí je pryč. Tomu se říká lotosový efekt. Kromě leknínu to umí i např. listy kapusty nebo zelí (zdroj: Ask Nature)

Vědci se nyní snaží napodobit unikátní voděodolné a samočistící schopnosti listů některých rostlin. Kromě toho, že si tak lze ušetřit spoustu práce, snižuje se také potřeba chemických čisticích prostředků, což je lepší pro životní prostředí.

Příklady inovativních barev a nátěrů využívajících nanočásticových struktur na površích inspirovaných vodoodpudivými a samočistícími vlastnostmi přírodních organismů:

• StoColor® Lotusan® je barva inspirovaná lotosem, která udržuje budovy čisté. Jakékoli nečistoty na povrchu jsou jednoduše odneseny, když prší. (read more here) 
• GreenShield™ ije povrchová úprava potahové látky odpuzující olej, vodu a skvrny, která také využívá nanočástice inspirované lotosem (read more here)   
• Společnost Nanotex využívá nanotechnologii ke zlepšení výkonu tkanin, které odpuzují déšť a sníh. (read more here)
• Povrchová úprava Lotus od NASA odpuzuje nečistoty a prach a chrání vesmírné zařízení. (read more here)

Možnosti propojení na výuku:

• Žák zváží, jak jsou vlastnosti a tvar různých materiálů vhodné pro různé úkoly.
• Kladení otázek a pozorování.
• Provádění jednoduchých testů.
• Vytváření předpovědí.
• Žák aplikujučení na problémy reálného světa.

Podívejte se na tento experiment s lotosovým efektem (watch here).

Další podrobnosti o odpuzování vody (read more here).

Přečtěte si o hydrofobnosti a biomimetických materiálech (read more here).