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, matan microbios, reflejan la luz de formas inusuales y son autolimpiantes. Mientras que los investigadores han diseccionado las características físicas que probablemente contribuyenA tales rasgos, un nuevo estudio revela que los compuestos químicos que recubren las alas de las cigarras también contribuyen a su capacidad de repeler el agua y matar a los 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 previos han demostrado que ambas especies tienen un patrón altamente ordenado de pequeños pilares, llamados nanopilares, en sus alas. Los nanopilares contribuyen a la hidrofobicidad de las alas: arrojan agua mejor que unimpermeable - y probablemente juegan un papel en matar microbios que intentan adherirse a las alas.
"Sabíamos mucho sobre la estructura de la superficie de las alas de cigarra 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 elestudio con la química analítica Jessica Román-Kustas, de los Laboratorios Nacionales Sandia en Albuquerque, Nuevo México; Donald Cropek, del Laboratorio de Investigación de Ingeniería de Construcción del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. y Nenad Miljkovic, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois.
Para estudiar la química de los 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 las colocó en el microondas lentamente.
"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 del nanopilar".
El esfuerzo reveló que las alas de la cigarra están recubiertas de un estofado de hidrocarburos, ácidos grasos y moléculas que contienen oxígeno como esteroles, alcoholes y ésteres. Las moléculas que contienen oxígeno eran más abundantes en los nanopilares, mientras que los hidrocarburos y ácidos grasos formabanmás de las capas más externas de nanopilares.
"Encontrar estas moléculas particulares en la superficie no es una sorpresa", dijo Alleyne. "Los hidrocarburos y los ácidos grasos en la cutícula de los insectos son bastante comunes".
La proporción de productos químicos de superficie difería entre las dos especies de cigarras, al igual que sus estructuras de nanopilares.
El estudio reveló que la alteración de los productos químicos de la superficie también cambió la estructura de los nanopilares. En las cigarras de N. pruinosis, los nanopilares comenzaron a cambiar entre sí a medida que se extraían los productos químicos, y luego cambiaron a una configuración más paralela.También cambió la humectabilidad de las alas y las características antimicrobianas.
Las alas de las cigarras de M. cassinni tenían nanopilares más cortos y una mayor proporción de compuestos hidrófobos en su superficie. Su orientación de configuración de nanopilares no cambió como resultado de la extracción de sus químicos de superficie.
Aunque es preliminar, los nuevos hallazgos ofrecen una idea de la interacción de la estructura y la química en la determinación de la función, dijo Alleyne. Al analizar estas características, los investigadores esperan algún día diseñar estructuras artificiales con algunos de los mismos rasgos de superficie. Encontrar materiales que arrojenEl agua y matar microbios, por ejemplo, sería útil en muchas aplicaciones, desde la agricultura hasta la medicina, dijo.
Alleyne también está afiliada al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de Illinois.
El Laboratorio de Investigación de Ingeniería de Construcción del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., La Fundación Nacional de Ciencias y el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón apoyaron esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Oficina de Noticias . Original escrito por Diana Yates. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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