[ad_1]
(noticias nanowerk) Las cigarras, un insecto común en los patios traseros, excretan y se recubren con partículas diminutas y misteriosas que podrían servir como inspiración y guía para la tecnología de próxima generación, según un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad Penn State. En primer lugar, el equipo replicó con precisión la compleja geometría de estas partículas, llamadas brochosomas, lo que proporcionó una mejor comprensión de cómo absorben la luz visible y ultravioleta. Los brochosomas son esferoides huecos, nanoscópicos, en forma de buckyball con orificios pasantes distribuidos por toda la superficie del cuerpo de los saltamontes.
Esto podría permitir el desarrollo de materiales ópticos bioinspirados con aplicaciones potenciales que van desde dispositivos de camuflaje invisibles hasta recubrimientos para recolectar energía solar de manera más eficiente, dijo Tak-Sing Wong, profesor de ingeniería mecánica y biomédica. Wong dirigió el estudio, que fue publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (“Diseño geométrico de brochosomas antirreflectantes de cigarras”).
![Brocosomas producidos por saltahojas](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64873_1.jpg)
Estas partículas diminutas y únicas tienen una geometría inusual parecida a una pelota de fútbol con cavidades, y su propósito exacto para los insectos ha sido un misterio para los científicos desde la década de 1950. En 2017, Wong dirigió el equipo de investigación de la Universidad Penn State que desarrolló por primera vez una versión sintética básica de los brochosomas para comprender mejor su función.
«Este descubrimiento podría ser muy útil para la innovación tecnológica», afirmó Lin Wang, investigador postdoctoral en ingeniería mecánica y autor principal del estudio. “Con una nueva estrategia para regular el reflejo de la luz en una superficie, podríamos ocultar las firmas térmicas de personas o máquinas. Quizás algún día podamos desarrollar una capa de invisibilidad térmica basada en los trucos de las cigarras. Nuestro trabajo muestra cómo comprender la naturaleza puede ayudarnos a desarrollar tecnologías modernas”.
Wang explicó además que, aunque los científicos conocen las partículas de brocosomas desde hace tres cuartos de siglo, producir partículas de brochosomas en el laboratorio es un desafío debido a la complejidad de la geometría de las partículas.
«No estaba claro por qué las cigarras producen partículas con estructuras tan complejas», dijo Wang. «Logramos producir estos brochosomas en el laboratorio utilizando un método de impresión 3D de alta tecnología». Descubrimos que estas partículas fabricadas en laboratorio pueden reducir el reflejo de la luz hasta en un 94%. Este es un gran descubrimiento porque es la primera vez que vemos algo como esto en la naturaleza, donde controla la luz de una manera tan específica utilizando partículas huecas”.
Las teorías sobre por qué las cigarras se cubren con una armadura de brocosomas van desde repeler los contaminantes y el agua hasta una capa de invisibilidad parecida a la de un superhéroe. Sin embargo, según Tak-Sing Wong, profesor de ingeniería mecánica y biomédica y autor correspondiente del estudio, una nueva comprensión de su geometría plantea la gran posibilidad de que su propósito principal sea camuflarse para protegerse de los depredadores.
Los investigadores descubrieron que el tamaño de los agujeros en el brochosoma, que le dan una apariencia hueca, parecida a una pelota de fútbol, es extremadamente importante. El tamaño es el mismo para todas las especies de cigarras, independientemente del tamaño corporal del insecto. Los brocosomas tienen unos 600 nanómetros de diámetro (aproximadamente la mitad del tamaño de una sola bacteria) y los poros de los brocosomas tienen un tamaño de unos 200 nanómetros.
![Brocosomas sintéticos a microescala impresos en 3D](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64873_2.jpg)
«Esto nos hace hacernos una pregunta», dijo Wong. “¿A qué se debe esta coherencia? ¿Cuál es el secreto de los brocosomas de aproximadamente 600 nanómetros con poros de aproximadamente 200 nanómetros? ¿Tiene esto algún propósito?
Los investigadores descubrieron que el diseño único de los brocosomas tiene un doble propósito: absorben la luz ultravioleta (UV), reduciendo la visibilidad para los depredadores con visión ultravioleta, como aves y reptiles, y dispersan la luz visible, creando un escudo antirreflectante contra posibles depredadores. surgir. El tamaño de los agujeros es perfecto para absorber luz en el rango de frecuencia ultravioleta.
Esto podría conducir potencialmente a una variedad de aplicaciones para las personas que usan brocosomas sintéticos, como sistemas de recolección de energía solar más eficientes, recubrimientos que protegen los medicamentos del daño inducido por la luz, protectores solares avanzados para una mejor protección de la piel contra el daño solar e incluso dispositivos de camuflaje, investigadores dicho. Para probar esto, el equipo primero tuvo que crear brocosomas sintéticos, lo que fue un gran desafío en sí mismo.
En su estudio de 2017, los investigadores imitaron algunas características de los brochosomas, en particular las fosas y su distribución, utilizando materiales sintéticos. Esto les permitió comenzar a comprender las propiedades ópticas. Sin embargo, sólo pudieron hacer lo que parecían brocosomas, no una réplica exacta.
«Esta es la primera vez que hemos podido producir la geometría exacta del brochosoma natural», dijo Wong, explicando que utilizando tecnología avanzada de impresión 3D, los investigadores pudieron crear réplicas sintéticas a gran escala de las estructuras del brochosoma.
Imprimieron una versión ampliada que mide 20.000 nanómetros, aproximadamente una quinta parte del diámetro de un cabello humano. Los investigadores recrearon con precisión la forma y la morfología, así como el número y la ubicación de los poros, mediante impresión 3D para producir brocosomas artificiales incluso pequeños que eran lo suficientemente grandes como para ser caracterizados ópticamente.
Utilizando un espectrómetro infrarrojo por transformada de micro-Fourier (FTIR), estudiaron cómo los brocosomas interactuaban con la luz infrarroja de diferentes longitudes de onda, lo que ayudó a los investigadores a comprender cómo las estructuras manipulan la luz.
A continuación, los investigadores planean mejorar la producción de brocosomas sintéticos para permitir la producción a una escala más cercana al tamaño de los brocosomas naturales. También explorarán aplicaciones adicionales para los brocosomas sintéticos, como el cifrado de información, donde se podrían utilizar estructuras similares a los brocosomas como parte de un sistema de cifrado en el que los datos sólo son visibles en determinadas longitudes de onda de luz.
Wang señaló que su trabajo con brocosomas muestra el valor de un enfoque de investigación biomimética en el que los científicos buscan inspiración en la naturaleza.
«La naturaleza ha sido una buena maestra para los científicos en el desarrollo de nuevos materiales avanzados», afirmó Wang. «En este estudio, sólo nos centramos en una especie de insecto, pero hay muchos más insectos sorprendentes esperando a ser estudiados por científicos de materiales, y pueden ayudarnos a resolver varios problemas de ingeniería». Son inspiraciones”.
[ad_2]