Las estructuras biológicas a veces tienen características únicas que a los ingenieros les gustaría copiar. Un nuevo estudio ha revelado que los compuestos químicos que recubren las alas de las cigarras contribuyen a su capacidad de repeler el agua y matar microbios.
Los investigadores de la Universidad de Illinois observaron los rasgos físicos y las características químicas de las alas de dos especies de cigarras, Neotibicen pruinosus, una cigarra anual, y Magicicada casinnii, que emerge del suelo una vez cada 17 años.
Estudios anteriores 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 y probablemente juegan un papel en matar a los microbios que intentan unirse a las alas.
Para estudiar la química de los nanopilares, los investigadores desarrollaron un método para extraer gradualmente los compuestos en la superficie sin dañar la estructura general de las alas. Colocaron cada ala en solvente en una cámara cerrada y las pusieron en el microondas lentamente.
El esfuerzo reveló que las alas de cigarra están recubiertas de un guiso de hidrocarburos, ácidos grasos y moléculas que contienen oxígeno, como esteroles, alcoholes y ésteres. Las moléculas que contienen oxígeno eran más abundantes en las profundidades de los nanopilares, mientras que los hidrocarburos y los ácidos grasos formaban más capas de nanopilares exteriores.
“Encontrar estas moléculas particulares en la superficie no es una sorpresa”, dijo en un comunicado Marianne Alleyne, profesora de entomología en la Universidad de Illinois. “Los hidrocarburos y los ácidos grasos en la cutícula de los insectos son bastante comunes”.
La proporción de productos químicos de superficie difirió entre las dos especies de cigarras, al igual que sus estructuras nanopilares.
El estudio reveló que la alteración de los químicos de la superficie también cambió la estructura del nanopilar. En las cigarras de N. pruinosis, los nanopilares comenzaron a cambiar entre sí a medida que se extraían los productos químicos, y luego cambiaron de nuevo a una configuración más paralela. Esto 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 productos químicos de superficie.
Los hallazgos ofrecen información sobre 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 repelan el agua y maten microbios sería útil en muchas aplicaciones, desde la agricultura hasta la medicina.
El estudio ha sido publicado en la revista Advanced Materials Interfaces.
Fuente: EPG