Närbild av hornhinnan i hornhinnan. Fotokredit:Akhlesh Lakhtakia, Penn State
(PhysOrg.com) -- Rader av små upphöjda hornhinnor från spyflugor kan vara nyckeln till enkel tillverkning av biomimetiska ytor, ytor som efterliknar egenskaperna hos biologiska vävnader, enligt ett team av Penn State-forskare.
"Bioreplication började omkring 2001 eller 2002, "sade Akhlesh Lakhtakia, Godfrey Binder Professor i ingenjörsvetenskap och mekanik. "Alla tillgängliga tekniker bidrar inte till massreplikationer. I många fall kan du göra så många kopior du vill, men du behöver en insekt för varje replikering. Detta är inte bra för industriella ändamål. "
Lakhtakia, arbetar med Drew Patrick Pulsifer, doktorand i ingenjörsvetenskap och mekanik; Carlo G. Pantano, framstående professor i materialvetenskap och ingenjörskonst och chef för Penn State's Materials Research Institute; och Raúl José Martín-Palma, professor i tillämpad fysik, Universidad Autónomia de Madrid, Spanien, utvecklat en metod för att skapa formar eller formar i makroskala som behåller nanoskaliga egenskaper.
"Vi behövde ett objekt som var tillräckligt stort för att manipulera som fortfarande hade nanoskala funktioner, sa Lakhtakia.
Forskarna valde blåsögon eftersom de har potentiell användning vid tillverkning av solceller. Blåflugor har sammansatta ögon som är ungefär halvklotformade; men inom den halva sfären, ytan är täckt av makroskala sexkantiga ögon med nanoskala funktioner.
"Dessa ögon är perfekta för att göra solceller eftersom de skulle samla mer solljus från ett större område snarare än bara ljus som faller direkt på en plan yta, "sa Lakhtakia.
Dock, för att arbeta i en tillverkad produkt, ytan måste behålla den övergripande designen i tillräcklig detalj.
Forskarna fixerade flughornhinnorna på ett glassubstrat och fyllde baksidan av hornhinnorna med polydimetylsiloxan, en silikonbaserad organisk polymer, så att metallöverdraget de applicerar inte skulle sippra in bakom ögonen. De avsatte sedan nickel på ytan med hjälp av en modifierad form av konform-indunstad-film-vid-rotation-tekniken. I denna teknik, forskarna förångar termiskt materialet som bildar beläggningen i en vakuumkammare. Föremålet som tar emot beläggningen fästs vid en hållare och roteras ungefär varannan sekund.
Närbild av spyfluga öga. Fotokredit:Akhlesh Lakhtakia, Penn State
Forskarna använde matriser med nio flugaögon belagda med 250 nanometer nickel. Den här första mallen elektroformades sedan - en metod för galvanisering - för att avsätta nickel på baksidan för att skapa en huvudmall som är en halv millimeter tjock. Tjockleken på huvudmallen kan vara tjockare.
"Polymerrepliker producerade ... genom gjutning återskapade troget funktioner av några mikrometer och större i dimensioner, " rapporterade forskarna i onlineupplagan av Bioinspiration &Biomimetik .
Mastermallen kan användas antingen som en form för att stämpla mönstret eller som en form. Avsikten är att använda huvudformen/formen för att producera inte bara dotterformar/formar, utan att kakla mallarna så att de kan trycka på stora ytor. Forskarna kommer troligtvis att utöka sin mall till att omfatta 30 hornhinnor för spyflugor.
"En av de fina sakerna med en konform beläggning som denna är, det blir nanokornigt, " sa Lakhtakia. "Ytan på formen blir väldigt slät så polymeren kommer förmodligen inte att fastna."
Detta är en uppsättning av nio hornhinnor för spyflugor belagda med nickel. Kredit:Akhlesh Lakhtakia
Det finns många biologiska ytor som kan skapa tillverkningsytor för en mängd olika tillämpningar. Forskarna tittar just nu på fjärilsvingar för att förstå hur ytorna skapar färger utan pigment.
"Intressant, smaragdaskborren, en insekt som nyligen blivit ett problem i Pennsylvania, kamrater efter färg, sade Lakhtakia. "Skulle beten gjorda av mallar av askborrskinn locka män?"
