伊利諾伊大學厄本那-香檳分校的Marianne Alleyne教授及其同事研究了兩個蟬物種的翅的物理特性和化學特征:新生蟬(一年生蟬)和周期蟬(每17年從土壤中出現一次),該研究發表在《先進材料:界面》雜志上,先前的研究表明,這兩個物種的翅膀上都具有高度有序的納米柱模式,這些微小的支柱有助于機翼的疏水性,并可能在殺死試圖附著在蟬翼上的微生物方面發揮作用。
Alleyne教授稱:“在進行這項研究之前,我們對蟬翼的表面結構了解很多,但對這些結構的化學知之甚少。”為了研究納米柱化學,研究人員開發了一種在不損壞機翼整體結構的情況下逐漸將其提取到表面的方法。他們將每只機翼放在一個封閉的室內的溶劑中,然后慢慢地微波加熱。在不同的時間段提取了所有這些不同的化合物,然后我們分析了結果,并研究了納米柱結構的相應變化。
研究小組發現蟬翅由碳氫化合物,脂肪酸和含氧分子如甾醇,醇和酯組合而成,含氧分子在納米柱的最深處最豐富,而碳氫化合物和脂肪酸則占納米柱最外層的更多,在表面上發現這些特定分子不足為奇,昆蟲表皮上的碳氫化合物和脂肪酸相當普遍。兩個蟬物種之間的表面化學物質比例不同,它們的納米柱結構也不同,改變表面化學物質也會改變納米柱的結構。在新陳代謝過程中,隨著化學物質的提取,納米柱開始相對于彼此移動,然后又轉變回更平行的形態,這也改變了機翼的潤濕性和抗菌特性。周期蟬翅膀在其表面上具有較短的納米柱和較高比例的疏水化合物,由于提取了其表面化學物質,它們的納米柱構型取向沒有改變。
Alleyne教授稱:“雖然是初步的,但新發現提供了對結構和化學在確定功能中相互作用的深刻見解,通過剖析這些特征,我們希望有一天可以設計出具有某些相同表面特征的人造結構。例如,尋找能夠排水和殺死微生物的材料,將在從農業到醫學的許多應用中有用。