Un gruppo multidisciplinare che studia le proprietà fisiche e chimiche delle ali degli insetti ha dimostrato la capacità di riprodurre le nanostrutture che aiutano le ali delle cicale a respingere l'acqua e a prevenire l'insediamento di batteri sulla superficie. La nuova tecnica, che utilizza lo smalto per unghie commerciale, è economica e semplice, e i ricercatori hanno affermato che aiuterà a fabbricare futuri materiali impermeabili ad alta tecnologia.

Il team ha utilizzato una versione semplificata di un processo di fabbricazione, chiamato litografia nanoimprinting, per creare un modello delle complesse nanostrutture a forma di pilastro sulle ali di Neotibicen pruinosus, una cicala annuale trovata nella regione centrale degli Stati Uniti. I modelli sono completamente solubili e producono repliche che mediamente il 94,4% dell'altezza del pilastro e il 106% dell'ala originale, o diametro del pilastro della struttura principale, hanno detto i ricercatori.

I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Nano lettere .

"Abbiamo scelto di lavorare con le ali di questa specie di cicala perché il nostro lavoro passato dimostra come le complesse nanostrutture sulle loro ali forniscano un'eccezionale capacità di respingere l'acqua. Questa è una proprietà altamente desiderabile che sarà utile in molte applicazioni di ingegneria dei materiali, dalle ali degli aerei alle apparecchiature mediche, "ha detto Marianne Alleyne, un professore di entomologia presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, che ha co-condotto lo studio con Donald Cropek, dell'US Army Corps of Engineers' Construction Engineering Research Laboratory, e Nenad Miljkovic, un professore di scienze meccaniche e ingegneria all'Illinois.

La litografia con nanoimprinting non è nuova ma può essere laboriosa e costosa, hanno detto i ricercatori. Alcuni approcci utilizzano materiali tossici che possono danneggiare l'oggetto originale copiato, come una delicata ala di cicala. Altri richiedono temperature elevate che non sono compatibili con campioni biologici come piante o insetti.

"Il nostro processo ci consente di farlo in un laboratorio aperto a temperatura ambiente e pressione atmosferica, " ha detto Cropek. "Usiamo smalto per unghie e alcol denaturato, che non infligge alcun danno alle delicate nanostrutture alari."

Nel laboratorio, il team applica uno smalto ad asciugatura rapida direttamente su un'ala di cicala, che viene poi lasciato indurire a temperatura ambiente.

"Non è stato facile trovare la giusta formula di smalto perché vogliamo evitarne uno che deformi o allunghi la sagoma durante la rimozione, " disse Alleyne. Una volta completato, il modello può essere rivestito con un polimero o metallo e poi dissolto, lasciando solo la replica in metallo o polimero.

Per mostrare la versatilità del nuovo metodo, il team ha sperimentato due materiali di replica molto diversi:rame metallico e un polimero organico flessibile a base di silicio chiamato PDMS.

"Abbiamo dimostrato che la tecnica è compatibile con la deposizione fisica da vapore e la deposizione elettrochimica di metalli, ossidi o ceramiche, così come la deposizione chimica da vapore e lo spin coating di materiali più morbidi come polimeri, " ha detto Miljkovic.

"Il rame è particolarmente interessante per noi a causa delle sue proprietà antimicrobiche intrinseche, e il nostro lavoro passato indica che alcune specie di cicale mostrano proprietà antimicrobiche sulle loro ali, " ha detto Alleyne. "Non sappiamo se sono le sostanze chimiche sulla superficie dell'ala o le nanostrutture fisiche, o una combinazione di chimica e topografia, che producono l'attività battericida, but being able to produce materials with different chemistries and structures will help us answer that fundamental question. This new, relatively simple fabrication method will ultimately help us design multifunctional engineered materials."