Les chercheurs ont démontré une nouvelle technique de fabrication qui leur permet de reproduire les nanostructures trouvées sur les ailes de cigale qui les rendent hydrofuges et antimicrobiens. Crédit :Wayne Boo, Commission géologique des États-Unis
Un groupe multidisciplinaire qui étudie les propriétés physiques et chimiques des ailes d'insectes a démontré la capacité de reproduire les nanostructures qui aident les ailes de cigale à repousser l'eau et à empêcher les bactéries de s'établir à la surface. La nouvelle technique, qui utilise du vernis à ongles commercial, est économique et simple, et les chercheurs ont déclaré que cela aiderait à fabriquer de futurs matériaux imperméables de haute technologie.
L'équipe a utilisé une version simplifiée d'un processus de fabrication, appelé lithographie par nanoimpression, pour créer un modèle des nanostructures complexes en forme de pilier sur les ailes de Neotibicen pruinosus, une cigale annuelle trouvée dans la région centrale des États-Unis. Les modèles sont entièrement solubles et produisent des répliques qui représentent en moyenne 94,4% de la hauteur du pilier et 106% de l'aile d'origine, ou le diamètre du pilier de la structure maîtresse, les chercheurs ont dit.
Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue Lettres nano .
"Nous avons choisi de travailler avec des ailes de cette espèce de cigale parce que nos travaux antérieurs démontrent comment les nanostructures complexes sur leurs ailes offrent une capacité exceptionnelle à repousser l'eau. C'est une propriété hautement souhaitable qui sera utile dans de nombreuses applications d'ingénierie des matériaux, des ailes d'avion aux équipements médicaux, " a déclaré Marianne Alleyne, professeur d'entomologie à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, qui a codirigé l'étude avec 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.
La lithographie par nanoimpression n'est pas nouvelle mais peut être coûteuse en main-d'œuvre et coûteuse, les chercheurs ont dit. Certaines approches utilisent des matériaux toxiques qui peuvent endommager l'objet copié original, comme une délicate aile de cigale. D'autres nécessitent des températures élevées qui ne sont pas compatibles avec les échantillons biologiques tels que les plantes ou les insectes.
Un schéma montrant le processus de fabrication lithographique par nanoimpression des nanopiliers trouvés sur les ailes des cigales. Crédit :Société chimique américaine. Pour plus d'informations, visitez pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01547.
"Notre procédé nous permet de le faire dans un laboratoire ouvert à température ambiante et pression atmosphérique, " Dit Cropek. " Nous utilisons du vernis à ongles et de l'alcool à friction, qui n'inflige aucun dommage aux délicates nanostructures de l'aile."
Dans le laboratoire, l'équipe applique un vernis à ongles à séchage rapide directement sur une aile de cigale, qui est ensuite laissé durcir à température ambiante.
"Ce n'était pas facile de trouver la bonne formule de vernis à ongles car on veut éviter celle qui va déformer ou étirer le gabarit lors du retrait, " dit Alleyne. Une fois terminé, le gabarit peut être recouvert d'un polymère ou d'un métal puis dissous, ne laissant que la réplique en métal ou en polymère.
Pour montrer la polyvalence de la nouvelle méthode, l'équipe a expérimenté deux matériaux de réplique très différents :le cuivre métallique et un polymère organique flexible à base de silicium appelé PDMS.
« Nous avons montré que la technique est compatible avec le dépôt physique en phase vapeur et le dépôt électrochimique de métaux, oxydes ou céramiques, ainsi que le dépôt chimique en phase vapeur et le revêtement par centrifugation de matériaux plus mous comme les polymères, ", a déclaré Miljkovic.
« Le cuivre nous intéresse particulièrement en raison de ses propriétés antimicrobiennes inhérentes, et nos travaux antérieurs indiquent que certaines espèces de cigales présentent des propriétés antimicrobiennes sur leurs ailes, " A déclaré Alleyne. "Nous ne savons pas si ce sont les produits chimiques à la surface de l'aile ou les nanostructures physiques, ou une combinaison de chimie et de topographie, qui produisent l'activité bactéricide, 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."
