材料科学家揭示蝉翼的独特物理，化学特性

时间：2022-04-11 09:25:07 来源：

科学家正在探索蝉翼的结构和化学特征。

生物结构有时有工程师想复制的独特功能。例如，许多类型的昆虫翅膀脱落水，杀死微生物，以不寻常的方式反射光并且是自清洁。虽然研究人员解释了可能有助于这种特征的物理特征，但一项新的研究表明，外套蝉翼的化学化合物也有助于他们排斥水和杀死微生物的能力。

科学家们在日志先进材料界面中报告了他们的调查结果。

研究人员研究了两种蝉翅膀，奈良普劳尼索斯和魔术达赌场的翅膀的物理特征和化学特征。N.Pruinosus是一年一度的蝉; M. Casinnii每17年从土壤中出现一次。以前的研究表明，两种物种都有一种高度有序的微小柱模式，称为纳米粒子，在其翅膀上。纳米玻璃有助于翅膀'疏水性 - 它们比雨衣更好的水 - 并且可能在杀死试图附加到翅膀的微生物中发挥作用。

伊利诺伊州大学团队包括，从左边，玛丽安·阿里·省，君禾哦，Nenad Miljkovic和Catherine Dana。没有图片：龙南李。

“我们在这项研究之前了解了蝉翅膀的表面结构，但我们对这些结构的化学造成了很少的关于这些结构的化学，”伊利诺伊州伊利诺伊大学的昆虫学教授Marianne Alleyne说Analtical Chemist JessicaRomán-Kustas，桑迪亚国家实验室在阿尔伯克基，新墨西哥州;美国陆军工程师建设工程研究实验室的唐纳德·克罗佩克;伊利诺伊州机械科学与工程教授和Nenad Miljkovic。

为了研究纳米玻璃化学，Román-Kustas开发了一种逐渐提取表面上化合物的方法，而不会损坏翼的整体结构。她将每个翼放在封闭的腔室中的溶剂中，然后慢慢微波。

“我们在不同的时间段内提取了所有这些不同的化合物，然后我们分析了出现的时间，”Román-Kustas说。“我们也看了纳米玻璃结构的相应变化。”

U.S.陆军工程师建设工程研究实验室团队由左，Sungmin Hong，JessicaRomán-Kustas和Don Cropek组成。没有图片：Jacob Hoffman，朱利安芦苇，安德鲁Gonsalves和Kyoo Jo。

努力揭示了蝉翼涂在碳氢化合物，脂肪酸和含氧分子等甾醇，醇和酯类中。含氧分子在纳米玻璃柱中最丰富，而碳氢化合物和脂肪酸组成了更多的最外层纳米粒子层。

“在表面上发现这些特殊的分子并不令人惊讶，”胡同说。“昆虫角质层上的碳氢化合物和脂肪酸相当常见。”

两种蝉物种之间的表面化学物质的比例与其纳米玻璃结构一样不同。

该研究表明，改变表面化学物质也改变了纳米玻璃结构。在N.Puuinosis蝉中，纳米米开始在提取化学物质时彼此相对于彼此改变，后来将返回到更平行的构型。这也改变了翅膀的润湿性和抗微生物特征。

M. Cassinni Cicadas的翅膀具有较短的纳米粒子和其表面上疏水化合物的比例较高。由于提取其表面化学物质，它们的纳米池配置取向不会改变。

虽然初步虽然初步，但新发现就确定功能的相互作用提供了深入了解，Alleyne表示。通过解剖这些特征，研究人员希望有一天的设计人造结构，具有一些相同的表面特征。她说，寻找脱落水和杀死微生物的材料在许多应用中，从农业到医学时，她说。

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参考：“分子和地形组织：杰西卡·罗马·哈斯塔斯对蝉翼润湿性和杀菌特性的影响“，雅各布·霍夫曼，朱利安H.里德，安德鲁大街，君禾哦，龙南李，苏格曼洪，凯托德·乔，凯瑟琳·达纳，Nenad Miljkovic，Donald M. Cropek和Marianne Alleyne，4月1日4月1日，先进的材料界面.DOI：
10.1002 / ADMI.202000112

Alleyne也是伊利诺伊州博克曼先进科学技术研究所的附属机构。

美国陆军军团工程师建设工程研究实验室，国家科学基金会和日本教育部，文化，体育，科学和技术部门支持这项研究。

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