Lá sen chống thấm nước nhờ bề mặt phủ vô số gai nhỏ, trên mỗi gai lại phủ những tinh thể sáp siêu nhỏ. Giọt nước rơi xuống chỉ chạm vào đỉnh các gai, bên dưới là một lớp đệm không khí, nên giọt nước co tròn như hạt ngọc và lăn đi, cuốn theo bụi bẩn trên đường. Vì thế lá sen luôn sạch dù mọc giữa ao bùn.
Chào bạn, đây là Nhà Sinh Học. Câu ca dao gần bùn mà chẳng hôi tanh mùi bùn hoá ra có một lời giải thích vật lý rất đẹp. Tập này mình soi kính hiển vi lên chiếc lá sen quen thuộc.
Vì sao giọt nước lại tròn?
Nước có sức căng bề mặt: các phân tử nước hút nhau, kéo giọt nước co lại thành hình có diện tích bề mặt nhỏ nhất, tức hình cầu. Trên bề mặt mà nước thích bám, như mặt kính sạch, nước loang ra. Trên bề mặt nước ghét, như mặt lá phủ sáp, nước co tròn.
Các nhà khoa học đo điều này bằng góc giữa giọt nước và bề mặt. Trên lá sen, góc ấy rất lớn, giọt nước gần như là một quả cầu chỉ chạm bề mặt ở một điểm nhỏ. Bề mặt như vậy gọi là siêu kỵ nước.
Chỉ có sáp thôi thì chưa đủ. Một mặt sáp phẳng làm nước co lại nhưng giọt nước vẫn dẹt và khó lăn. Bí quyết của lá sen nằm ở cấu trúc gồ ghề kết hợp với sáp.
Bạn có thể thử ngay với lá khoai môn, lá cải bắp, lá sen: nhỏ một giọt nước, nghiêng nhẹ lá, giọt nước lăn đi không để lại vệt ướt.
Gai nhỏ và sáp siêu nhỏ: cấu trúc hai tầng
Dưới kính hiển vi điện tử, mặt lá sen phủ đầy những u lồi nhỏ, cao chỉ bằng một phần nhỏ của sợi tóc. Trên mỗi u lồi lại có vô số tinh thể sáp hình que còn nhỏ hơn nhiều lần.
Cấu trúc hai tầng này khiến giọt nước không len xuống được khe giữa các gai. Không khí bị kẹt lại bên dưới làm một lớp đệm, giọt nước như đang đứng trên một chiếc giường đinh có lót không khí, chỉ chạm vào một diện tích rất nhỏ.
Vì tiếp xúc ít, giọt nước bám rất yếu, chỉ cần nghiêng lá một chút là lăn. Hạt bụi trên lá lại bám vào giọt nước dễ hơn bám vào lá, nên bị cuốn theo. Lá được rửa sạch sau mỗi cơn mưa hay mỗi lần sương đọng.
Hiện tượng này được một nhà thực vật học người Đức nghiên cứu kỹ và đặt tên là hiệu ứng lá sen vào những năm chín mươi của thế kỷ trước.
Vì sao lá sen cần khô ráo đến vậy?
Lá sen nổi hoặc vươn trên mặt nước. Khác với phần lớn cây trên cạn có lỗ khí chủ yếu ở mặt dưới lá, lá sen có lỗ khí ở mặt trên, vì mặt dưới áp sát nước. Nếu mặt trên đọng nước, lỗ khí bị bít, lá khó trao đổi khí để quang hợp.
Bề mặt khô sạch còn giúp lá ít bị nấm, rêu bám, vì bào tử nấm và bụi bị nước cuốn đi trước khi kịp mọc. Trong môi trường ao bùn ẩm ướt, đó là một lợi thế lớn.
Cuống lá sen cũng có những ống khí dẫn không khí xuống tận ngó sen dưới bùn thiếu ôxy. Bẻ một cuống sen, bạn thấy những lỗ rỗng nhỏ trên mặt cắt. Đó là đường ống thông khí của cả cây.
Hoa sen còn có một tài lẻ khác: nhiều nghiên cứu ghi nhận hoa sen có thể tự giữ nhiệt độ bên trong ấm hơn không khí xung quanh trong vài ngày nở, có lẽ để mời côn trùng thụ phấn vào trú.
Con người học theo lá sen
Hiểu được hiệu ứng lá sen, các nhà khoa học vật liệu tạo ra những lớp phủ bắt chước: sơn ngoài trời tự làm sạch khi mưa, kính và gương chống bám nước, vải chống thấm, bề mặt chống đóng băng.
Nhiều sản phẩm trên thị trường ghi chống thấm theo cơ chế lá sen. Hiệu quả thực tế khác nhau, và những bề mặt nano này thường dễ bị mài mòn, mất tác dụng sau thời gian sử dụng. Lá sen thì tự tái tạo lớp sáp, vật liệu nhân tạo thì không.
Đây là một ví dụ của ngành mô phỏng sinh học: học từ giải pháp mà sinh vật đã tiến hoá qua hàng triệu năm. Chân thạch sùng, cánh bướm, vỏ ốc đều là những người thầy khác.
Bài học thú vị là: nhiều khi cái ta cần không phải là chất liệu mới, mà là cách sắp xếp chất liệu cũ ở kích thước rất nhỏ.
Lá sen trong đời sống Việt
Người Việt dùng lá sen gói xôi, gói cốm, gói cơm, hấp gà. Một lý do lá sen hợp với việc gói đồ ăn là bề mặt không thấm nước, giữ hơi và hương mà không bị nhão.
Hồ sen, đầm sen khắp ba miền, từ hồ Tây Hà Nội tới Đồng Tháp, mỗi mùa hè là nơi người ta tới ngắm và chụp ảnh. Lần tới đi ngắm sen, bạn thử múc một chút nước nhỏ lên lá, xoay lá nhẹ để giọt nước chạy vòng quanh, như chơi một trò mê cung nhỏ.
Nếu bạn dùng ngón tay chà mạnh lên lá rồi nhỏ nước, chỗ vừa chà có thể không còn chống thấm tốt như trước, vì lớp sáp siêu nhỏ bị phá. Đó là cách tự kiểm chứng rằng bí quyết nằm ở cấu trúc bề mặt.
Gần bùn mà chẳng hôi tanh mùi bùn, hoá ra là chuyện của những chiếc gai nhỏ hơn sợi tóc hàng trăm lần.
Câu hỏi thường gặp
Lá nào ngoài lá sen cũng chống thấm như vậy?
Lá khoai môn, lá súp lơ, lá cải bắp, cánh một số loài côn trùng và cánh bướm cũng có bề mặt siêu kỵ nước tương tự, với mức độ khác nhau.
Vì sao lá sen già lại bị ướt?
Lá già hoặc bị tổn thương có lớp sáp bị mài mòn, cấu trúc bề mặt hỏng nên mất dần khả năng chống thấm. Lá non khoẻ chống thấm tốt nhất.
Nước xà phòng có lăn trên lá sen không?
Nước có xà phòng có sức căng bề mặt thấp hơn nên dễ loang và thấm vào khe giữa các gai hơn. Bạn sẽ thấy giọt nước xà phòng kém tròn và ít lăn hơn giọt nước thường.
Sen và súng khác nhau thế nào?
Lá sen thường vươn cao khỏi mặt nước và không có khe, còn lá súng nổi sát mặt nước và có một khe xẻ từ mép vào tâm. Hoa sen có gương sen chứa hạt, hoa súng thì không.
Vì sao hạt sen để được lâu?
Hạt sen có vỏ cứng, rất ít nước và nhiều chất dự trữ, nên khi khô có thể giữ được lâu. Có hạt sen cổ đã nảy mầm sau hàng trăm năm, mình kể ở tập về hạt giống ngủ.
