Les structures biologiques ont parfois des caractéristiques uniques que les ingénieurs aimeraient copier. Par exemple, de nombreux types d'ailes d'insectes jettent de l'eau, tuer les microbes, reflètent la lumière de manière inhabituelle et sont autonettoyants. Alors que les chercheurs ont disséqué les caractéristiques physiques qui contribuent probablement à de tels traits, une nouvelle étude révèle que les composés chimiques qui recouvrent les ailes des cigales contribuent également à leur capacité à repousser l'eau et à tuer les microbes.

Les scientifiques rapportent leurs découvertes dans le journal Interfaces de matériaux avancées .

Les chercheurs ont examiné les traits physiques et les caractéristiques chimiques des ailes de deux espèces de cigales, Neotibicen pruinosus et Magicicada casinnii. N. pruinosus est une cigale annuelle; M. casinnii sort du sol une fois tous les 17 ans. Des études antérieures ont montré que les deux espèces ont un motif très ordonné de minuscules piliers, appelés nanopiliers, sur leurs ailes. Les nanopiliers contribuent à l'hydrophobie des ailes - ils évacuent mieux l'eau qu'un imperméable - et jouent probablement un rôle dans la destruction des microbes qui tentent de s'attacher aux ailes.

"Nous en savions beaucoup sur la structure de surface des ailes de cigale avant cette étude, mais nous en savions très peu sur la chimie de ces structures, " a déclaré Marianne Alleyne, un professeur d'entomologie à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign qui a dirigé l'étude avec la chimiste analytique Jessica Román-Kustas, des laboratoires nationaux Sandia à Albuquerque, Nouveau Mexique; Donald Cropek, du Laboratoire de recherche en génie de la construction du Corps of Engineers des États-Unis; et Nenad Miljkovic, professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie à l'Illinois.

Pour étudier la chimie des nanopiliers, Román-Kustas a développé une méthode pour extraire progressivement les composés à la surface sans endommager la structure globale des ailes. Elle a placé chaque aile dans du solvant dans une chambre fermée et a lentement passé chacune au micro-ondes.

"Nous avons extrait tous ces différents composés sur différentes périodes de temps, et puis nous avons analysé ce qui s'est passé, " a déclaré Román-Kustas. " Et nous avons également examiné les changements correspondants dans la structure des nanopiliers. "

L'effort a révélé que les ailes de cigale sont enrobées d'un ragoût d'hydrocarbures, les acides gras et les molécules contenant de l'oxygène comme les stérols, alcools et esters. Les molécules contenant de l'oxygène étaient les plus abondantes plus profondément dans les nanopiliers, tandis que les hydrocarbures et les acides gras constituaient davantage les couches de nanopiliers les plus externes.

"Trouver ces molécules particulières à la surface n'est pas une surprise, " A déclaré Alleyne. " Les hydrocarbures et les acides gras sur la cuticule des insectes sont assez courants. "

Le rapport des produits chimiques de surface différait entre les deux espèces de cigales, tout comme leurs structures de nanopiliers.

L'étude a révélé que la modification des produits chimiques de surface modifiait également la structure des nanopiliers. Chez les cigales N. pruinosis, les nanopiliers ont commencé à se déplacer les uns par rapport aux autres au fur et à mesure que les produits chimiques étaient extraits, et est ensuite revenu à une configuration plus parallèle. Cela a également modifié la mouillabilité et les caractéristiques antimicrobiennes des ailes.

Les ailes des cigales M. cassinni avaient des nanopiliers plus courts et une proportion plus élevée de composés hydrophobes à leur surface. L'orientation de leur configuration de nanopiliers n'a pas changé à la suite de l'extraction de leurs produits chimiques de surface.

Bien que préliminaire, les nouvelles découvertes offrent un aperçu de l'interaction de la structure et de la chimie dans la détermination de la fonction, dit Alleyne. En disséquant ces caractéristiques, les chercheurs espèrent un jour concevoir des structures artificielles avec certains des mêmes traits de surface. Trouver des matériaux qui libèrent de l'eau et tuent les microbes, par exemple, serait utile dans de nombreuses applications, de l'agriculture à la médecine, elle a dit.