Gros plan de la cornée des yeux de mouche. Crédit photo :Akhlesh Lakhtakia, État de Pennsylvanie
(PhysOrg.com) - Des rangées de minuscules cornées de mouches à viande surélevées peuvent être la clé d'une fabrication facile de surfaces biomimétiques, surfaces qui imitent les propriétés des tissus biologiques, selon une équipe de chercheurs de Penn State.
"La bioréplication a commencé vers 2001 ou 2002, " dit Akhlesh Lakhtakia, Godfrey Binder Professeur de sciences de l'ingénieur et de mécanique. "Toutes les techniques actuellement disponibles ne sont pas propices aux réplications en masse. Dans de nombreux cas, vous pouvez faire autant de répliques que vous le souhaitez, mais vous avez besoin d'un insecte pour chaque réplication. Ce n'est pas bon à des fins industrielles."
Lakhtakie, travailler avec Drew Patrick Pulsifer, étudiant diplômé en sciences de l'ingénieur et mécanique; Carlo G. Pantano, professeur distingué de science et d'ingénierie des matériaux et directeur du Materials Research Institute de Penn State; et Raúl José Martín-Palma, professeur de physique appliquée, Universidad Autónomia de Madrid, Espagne, développé une méthode pour créer des moules ou des matrices à l'échelle macro qui conservent des caractéristiques à l'échelle nanométrique.
« Nous avions besoin d'un objet suffisamment grand pour être manipulé qui avait encore des caractéristiques à l'échelle nanométrique, " a déclaré Lakhtakia.
Les chercheurs ont choisi les yeux de mouche car ils ont une application potentielle dans la fabrication de cellules solaires. Les mouches à viande ont des yeux composés qui sont à peu près hémisphériques; mais dans cette demi-sphère, la surface est recouverte d'yeux hexagonaux macroscopiques avec des caractéristiques nanométriques.
"Ces yeux sont parfaits pour fabriquer des cellules solaires car ils recueilleraient plus de lumière solaire sur une plus grande surface plutôt que de simplement la lumière qui tombe directement sur une surface plane, " a déclaré Lakhtakia.
Cependant, pour travailler dans un produit manufacturé, la surface doit conserver la conception globale avec suffisamment de détails.
Les chercheurs ont fixé les cornées des mouches sur un substrat de verre et rempli l'arrière des cornées de polydiméthylsiloxane, un polymère organique à base de silicone, afin que le revêtement métallique qu'ils appliquent ne s'infiltre pas derrière les yeux. Ils ont ensuite déposé du nickel sur la surface en utilisant une forme modifiée de la technique du film évaporé conforme par rotation. Dans cette technique, les chercheurs évaporent thermiquement le matériau qui forme le revêtement dans une chambre à vide. L'objet recevant le revêtement est fixé sur un support et tourné environ une fois toutes les deux secondes.
Gros plan sur l'œil de la mouche à viande. Crédit photo :Akhlesh Lakhtakia, État de Pennsylvanie
Les chercheurs ont utilisé des réseaux de neuf yeux de mouche à viande recouverts de 250 nanomètres de nickel. Ce modèle initial a ensuite été électroformé - une méthode de galvanoplastie - pour déposer du nickel au dos afin de créer un modèle maître d'un demi-millimètre d'épaisseur. L'épaisseur du gabarit principal peut être plus épaisse.
« Les répliques en polymère produites... par coulée reproduisaient fidèlement des caractéristiques de quelques micromètres et de plus grandes dimensions, " les chercheurs ont rapporté dans l'édition en ligne de Bioinspiration &Biomimétique .
Le gabarit maître peut être utilisé soit comme matrice pour tamponner le motif, soit comme moule. L'intention est d'utiliser la matrice/moule maître pour produire non seulement des matrices/moules filles, mais pour carreler les modèles afin qu'ils puissent imprimer de grandes zones. Les chercheurs élargiront probablement leur modèle pour inclure 30 cornées de mouches à viande.
"L'un des avantages d'un vernis de protection comme celui-ci est, il devient nanograiné, " a déclaré Lakhtakia. " La surface de la matrice devient très lisse, donc le polymère ne collera probablement pas. "
Il s'agit d'un ensemble de neuf cornées de mouche à viande recouvertes de nickel. Crédit :Akhlesh Lakhtakia
Il existe de nombreuses surfaces biologiques qui pourraient créer des surfaces de fabrication pour une variété d'applications. Les chercheurs étudient actuellement les ailes de papillon pour comprendre comment les surfaces créent des couleurs sans pigment.
"De façon intéressante, l'agrile du frêne, un insecte qui est récemment devenu un problème en Pennsylvanie, s'accouple par couleur, ", a déclaré Lakhtakia. "Est-ce que les leurres fabriqués à partir de modèles de peau d'agrile du frêne attireraient les mâles?"
