Un grupo multidisciplinar que estudia las propiedades físicas y químicas de las alas de los insectos ha demostrado la capacidad de reproducir las nanoestructuras que ayudan a las alas de las cigarras a repeler el agua y evitar que las bacterias se establezcan en la superficie. La nueva técnica, que utiliza esmalte de uñas comercial, es económica y sencilla, y los investigadores dijeron que ayudará a fabricar futuros materiales impermeables de alta tecnología.

El equipo utilizó una versión simplificada de un proceso de fabricación, llamado litografía por nanoimpresión, para hacer una plantilla de las complejas nanoestructuras en forma de pilar en las alas de Neotibicen pruinosus. una cigarra anual que se encuentra en la región central de los Estados Unidos. Las plantillas son totalmente solubles y producen réplicas que promedian el 94,4% de la altura del pilar y el 106% del ala original. o el diámetro del pilar de la estructura maestra, dijeron los investigadores.

Los resultados del estudio se publican en la revista Nano letras .

"Elegimos trabajar con alas de esta especie de cigarra porque nuestro trabajo anterior demuestra cómo las complejas nanoestructuras en sus alas proporcionan una capacidad sobresaliente para repeler el agua. Esa es una propiedad muy deseable que será útil en muchas aplicaciones de ingeniería de materiales". desde alas de aviones hasta equipos médicos, "dijo Marianne Alleyne, profesor de entomología en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, quien codirigió el estudio con Donald Cropek, del Laboratorio de Investigación de Ingeniería de Construcción del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., y Nenad Miljkovic, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois.

La litografía por nanoimpresión no es nueva, pero puede ser laboriosa y costosa. dijeron los investigadores. Algunos enfoques utilizan materiales tóxicos que pueden dañar el objeto copiado original, como el delicado ala de una cigarra. Otros requieren altas temperaturas que no son compatibles con muestras biológicas como plantas o insectos.

"Nuestro proceso nos permite hacer esto en un laboratorio abierto a temperatura ambiente y presión atmosférica, ", Dijo Cropek." Usamos esmalte de uñas y alcohol isopropílico, que no causa ningún daño a las delicadas nanoestructuras de las alas ".

En el laboratorio, el equipo aplica un esmalte de uñas de secado rápido directamente sobre el ala de una cigarra, que luego se deja curar a temperatura ambiente.

"No fue fácil encontrar la fórmula correcta de esmalte de uñas porque queremos evitar una que deformará o estirará la plantilla durante la extracción, "Dijo Alleyne. Una vez completado, la plantilla puede recubrirse con un polímero o metal y luego disolverse, dejando solo la réplica de metal o polímero.

Para mostrar la versatilidad del nuevo método, el equipo experimentó con dos materiales de réplica muy diferentes:cobre metálico y un polímero orgánico flexible a base de silicio llamado PDMS.

"Demostramos que la técnica es compatible con la deposición física de vapor y la deposición electroquímica de metales, óxidos o cerámicas, así como la deposición de vapor químico y el recubrimiento por rotación de materiales más blandos como polímeros, "Dijo Miljkovic.

"El cobre es particularmente interesante para nosotros debido a sus propiedades antimicrobianas inherentes, y nuestro trabajo anterior indica que algunas especies de cigarras muestran propiedades antimicrobianas en sus alas, "Dijo Alleyne." No sabemos si son los químicos en la superficie del ala o las nanoestructuras físicas, o una combinación de química y topografía, que producen la actividad bactericida, pero poder producir materiales con diferentes químicas y estructuras nos ayudará a responder esa pregunta fundamental. Esta nueva relatively simple fabrication method will ultimately help us design multifunctional engineered materials."