Las estructuras biológicas a veces tienen características únicas que a los ingenieros les gustaría copiar. Por ejemplo, muchos tipos de alas de insectos arrojan agua, matar microbios, reflejan la luz de formas inusuales y son autolimpiables. Si bien los investigadores han analizado las características físicas que probablemente contribuyan a tales rasgos, Un nuevo estudio revela que los compuestos químicos que recubren las alas de las cigarras también contribuyen a su capacidad para repeler el agua y matar microbios.

Los científicos informan sus hallazgos en la revista. Interfaces de materiales avanzados .

Los investigadores observaron los rasgos físicos y las características químicas de las alas de dos especies de cigarras, Neotibicen pruinosus y Magicicada casinnii. N. pruinosus es una cigarra anual; M. casinnii emerge del suelo una vez cada 17 años. Estudios anteriores han demostrado que ambas especies tienen un patrón muy ordenado de pilares diminutos, llamados nanopilares, en sus alas. Los nanopilares contribuyen a la hidrofobicidad de las alas (arrojan agua mejor que un impermeable) y probablemente juegan un papel en la muerte de los microbios que intentan adherirse a las alas.

"Sabíamos mucho sobre la estructura de la superficie de las alas de las cigarras antes de este estudio, pero sabíamos muy poco sobre la química de esas estructuras, "dijo Marianne Alleyne, profesora de entomología en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign que dirigió el estudio con la química analítica Jessica Román-Kustas, de los Laboratorios Nacionales Sandia en Albuquerque, Nuevo Mexico; Donald Cropek, del Laboratorio de Investigación de Ingeniería de Construcción del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos; y Nenad Miljkovic, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois.

Para estudiar la química de nanopilares, Román-Kustas desarrolló un método para extraer gradualmente los compuestos en la superficie sin dañar la estructura general de las alas. Colocó cada ala en solvente en una cámara cerrada y lentamente las calentó en el microondas.

"Extrajimos todos estos compuestos diferentes durante diferentes períodos de tiempo, y luego analizamos lo que salió, ", Dijo Román-Kustas." Y también observamos los cambios correspondientes en la estructura de nanopilares ".

El esfuerzo reveló que las alas de las cigarras están cubiertas con un guiso de hidrocarburos, ácidos grasos y moléculas que contienen oxígeno como esteroles, alcoholes y ésteres. Las moléculas que contienen oxígeno eran más abundantes en las profundidades de los nanopilares, mientras que los hidrocarburos y los ácidos grasos constituían la mayor parte de las capas nanopilares más externas.

"Encontrar estas moléculas particulares en la superficie no es una sorpresa, "Dijo Alleyne." Los hidrocarburos y ácidos grasos en la cutícula de los insectos son bastante comunes ".

La proporción de sustancias químicas de la superficie difirió entre las dos especies de cigarras, al igual que sus estructuras nanopilares.

El estudio reveló que la alteración de los químicos de la superficie también cambió la estructura de los nanopilares. En las cigarras N. pruinosis, los nanopilares comenzaron a cambiar entre sí a medida que se extraían los productos químicos, y luego cambió de nuevo a una configuración más paralela. Esto también cambió la humectabilidad y las características antimicrobianas de las alas.

Las alas de las cigarras M. cassinni tenían nanopilares más cortos y una mayor proporción de compuestos hidrófobos en su superficie. La orientación de su configuración de nanopilares no cambió como resultado de la extracción de sus químicos de superficie.

Aunque preliminar, los nuevos hallazgos ofrecen información sobre la interacción de la estructura y la química en la determinación de la función, Dijo Alleyne. Al analizar estas características, los investigadores esperan diseñar algún día estructuras artificiales con algunos de los mismos rasgos superficiales. Encontrar materiales que arrojen agua y maten microbios, por ejemplo, sería útil en muchas aplicaciones, de la agricultura a la medicina, ella dijo.