Um grupo multidisciplinar que estuda as propriedades físicas e químicas das asas dos insetos demonstrou a capacidade de reproduzir as nanoestruturas que ajudam as asas das cigarras a repelir a água e impedir que bactérias se instalem na superfície. A nova técnica - que usa esmaltes comerciais - é econômica e direta, e os pesquisadores disseram que ajudará a fabricar futuros materiais à prova d'água de alta tecnologia.

A equipe usou uma versão simplificada de um processo de fabricação - chamado litografia de nanoimpressão - para fazer um modelo das complexas nanoestruturas em forma de pilar nas asas do Neotibicen pruinosus, uma cigarra anual encontrada na região central dos Estados Unidos. Os modelos são totalmente dissolvíveis e produzem réplicas com média de 94,4% da altura do pilar e 106% da asa original, ou o diâmetro do pilar da estrutura principal, disseram os pesquisadores.

Os resultados do estudo são publicados na revista. Nano Letras .

"Escolhemos trabalhar com asas desta espécie de cigarra porque nosso trabalho anterior demonstra como as nanoestruturas complexas em suas asas fornecem uma excelente capacidade de repelir água. Essa é uma propriedade altamente desejável que será útil em muitas aplicações de engenharia de materiais, de asas de aeronaves a equipamentos médicos, "disse Marianne Alleyne, um professor de entomologia da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, que co-liderou o estudo com Donald Cropek, do Laboratório de Pesquisa em Engenharia de Construção do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA, e Nenad Miljkovic, professor de ciência mecânica e engenharia em Illinois.

A litografia de nanoimpressão não é nova, mas pode ser trabalhosa e cara, disseram os pesquisadores. Algumas abordagens usam materiais tóxicos que podem danificar o objeto original copiado, como uma delicada asa de cigarra. Outros requerem altas temperaturas que não são compatíveis com amostras biológicas, como plantas ou insetos.

"Nosso processo nos permite fazer isso em um laboratório aberto em temperatura ambiente e pressão atmosférica, "Cropek disse." Usamos esmalte de unha e álcool isopropílico, que não causa nenhum dano às delicadas nanoestruturas das asas. "

No laboratório, a equipe aplica um esmalte de secagem rápida diretamente na asa de uma cigarra, que é então deixado para curar em temperatura ambiente.

"Não foi fácil encontrar a fórmula certa de esmalte porque queremos evitar um que deforme ou estique o molde durante a remoção, "Alleyne disse. Depois de concluído, o modelo pode ser revestido com um polímero ou metal e então dissolvido, deixando apenas a réplica de metal ou polímero.

Para mostrar a versatilidade do novo método, a equipe experimentou dois materiais de réplica muito diferentes:cobre metálico e um polímero orgânico flexível à base de silício chamado PDMS.

“Mostramos que a técnica é compatível com deposição física de vapor e deposição eletroquímica de metais, óxidos ou cerâmicas, bem como deposição de vapor químico e revestimento por rotação de materiais mais macios como polímeros, "Miljkovic disse.

"O cobre é particularmente interessante para nós por causa de suas propriedades antimicrobianas inerentes, e nosso trabalho anterior indica que algumas espécies de cigarras exibem propriedades antimicrobianas em suas asas, "Alleyne disse." Não sabemos se são os produtos químicos na superfície da asa ou as nanoestruturas físicas, ou uma combinação de química e topografia, que produzem a atividade bactericida, 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."