Команда использовала упрощенную версию процесса изготовления, называемую литографией наноимпринтинга, чтобы создать шаблон сложных столбчатых наноструктур на крыльях Neotibicen pruinosus, однолетней цикады, обитающей в центральном регионе США. Шаблоны полностью растворяются и дают в среднем 94 реплики.Исследователи заявили, что 4% высоты столба и 106% диаметра столба оригинального крыла или основной конструкции.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters.
«Мы решили работать с крыльями этого вида цикад, потому что наша предыдущая работа демонстрирует, как сложные наноструктуры на их крыльях обеспечивают выдающуюся способность отталкивать воду. Это очень желательное свойство, которое будет полезно во многих приложениях в области материаловедения, от крыльев самолетов до медицинского оборудования », – сказала Марианна Аллейн, профессор энтомологии Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, которая вместе с Дональдом Кропеком руководила исследованием. , из U.S.
Исследовательская лаборатория инженерного корпуса армии США и Ненад Милькович, профессор машиностроения и инженерии в Иллинойсе.
По словам исследователей, литография с наноимпринтингом не нова, но может быть трудоемкой и дорогой. В некоторых подходах используются токсичные материалы, которые могут повредить исходный скопированный объект, например хрупкое крыло цикады. Другие требуют высоких температур, несовместимых с биологическими образцами, такими как растения или насекомые.
«Наш процесс позволяет нам делать это в открытой лаборатории при комнатной температуре и атмосферном давлении», – сказал Кропек. «Мы используем лак для ногтей и медицинский спирт, который не повреждает тонкие наноструктуры крыльев."
В лаборатории команда наносит быстросохнущий лак для ногтей прямо на крыло цикады, которое затем оставляют для высыхания при комнатной температуре.
«Было нелегко найти правильную формулу лака для ногтей, потому что мы хотим избежать такой, которая будет деформировать или растягивать шаблон во время удаления», – сказал Аллейн.
После завершения шаблон можно покрыть полимером или металлом, а затем растворить его, оставив только копию металла или полимера.
Чтобы показать универсальность нового метода, команда экспериментировала с двумя очень разными материалами-репликами: металлической медью и гибким органическим полимером на основе кремния под названием PDMS.
«Мы показали, что этот метод совместим с физическим осаждением из паровой фазы и электрохимическим осаждением металлов, оксидов или керамики, а также с химическим осаждением из паровой фазы и нанесением покрытия методом центрифугирования на более мягкие материалы, такие как полимеры», – сказал Милькович.
«Медь особенно интересна для нас из-за присущих ей антимикробных свойств, и наша предыдущая работа показывает, что некоторые виды цикад проявляют антимикробные свойства на своих крыльях», – сказал Аллейн. «Мы не знаем, являются ли химические вещества на поверхности крыла или физические наноструктуры, или сочетание химии и топографии, которые вызывают бактерицидную активность, но возможность производить материалы с различным химическим составом и структурой поможет нам ответить этот фундаментальный вопрос. Этот новый, относительно простой метод изготовления в конечном итоге поможет нам разрабатывать многофункциональные инженерные материалы."