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Un groupe multidisciplinaire qui étudie les propriétés physiques et chimiques des ailes d’insectes, a démontré la capacité de reproduire les nanostructures qui aident les ailes des cigales à repousser l’eau et à empêcher les bactéries de s’établir à la surface. Cette nouvelle technique – qui utilise un vernis à ongles commercial – est économique et simple, et les chercheurs ont déclaré qu’elle permettra de fabriquer les futurs matériaux imperméables de haute technologie.

Des nanostructures pour de futurs matériaux 

L’équipe a utilisé une version simplifiée d’un procédé de fabrication – appelé lithographie par nanoimpression – pour fabriquer un modèle des nanostructures complexes en forme de pilier sur les ailes du Neotibicen pruinosus, une cigale annuelle que l’on trouve dans la région centrale des États-Unis. Les gabarits sont entièrement dissolvables et produisent des répliques, qui représentent en moyenne 94,4 % de la hauteur du pilier et 106 % du diamètre de l’aile originale, ou du pilier de la structure maîtresse, ont déclaré les chercheurs.
« Nous avons choisi de travailler avec des ailes de cette espèce de cigale, parce que nos travaux passés démontrent que les nanostructures complexes de leurs ailes ont une capacité exceptionnelle à repousser l’eau. C’est une propriété hautement souhaitable qui sera utile dans de nombreuses applications de l’ingénierie des matériaux; des ailes d’avions aux équipements médicaux », a déclaré Marianne Alleyne, professeur d’entomologie à l’université de l’Illinois à Urbana-Champaign, qui a codirigé cette étude avec Donald Cropek.
La lithographie par nanoimpression n’est pas nouvelle, mais elle peut demander beaucoup de travail et coûter cher, ont déclaré les chercheurs. Certaines approches utilisent des matériaux toxiques qui peuvent endommager l’objet original, comme une aile de cigale délicate. D’autres nécessitent des températures élevées qui ne sont pas compatibles avec les échantillons biologiques tels que les plantes ou les insectes.

Trouver la bonne formule

« Notre procédé nous permet de faire cela dans un laboratoire ouvert à température ambiante et à pression atmosphérique », a déclaré M. Cropek. « Nous utilisons du vernis à ongles et de l’alcool à friction, qui n’endommagent pas les nanostructures délicates de l’aile ». Dans le laboratoire, l’équipe applique un vernis à ongles à séchage rapide, directement sur une aile de cigale, qu’on laisse ensuite durcir à température ambiante.
« Il n’a pas été facile de trouver la bonne formule de vernis à ongles, car nous ne voulions pas que le vernis déforme ou ‘étire le gabarit lors du retrait », a déclaré Mme Alleyne. Une fois terminé, le gabarit peut être recouvert d’un polymère ou d’un métal puis dissous, ne laissant que la réplique du métal ou du polymère.
Pour montrer la polyvalence de cette nouvelle méthode, l’équipe a expérimenté avec deux matériaux de réplique très différents : du cuivre métallique et un polymère organique flexible à base de silicium appelé PDMS. « Nous avons montré que cette technique est compatible avec le dépôt physique en phase vapeur, et le dépôt électrochimique de métaux, d’oxydes ou de céramiques, ainsi qu’avec le dépôt chimique en phase vapeur, et le revêtement par centrifugation de matériaux plus souples comme les polymères », a déclaré M. Miljkovic.

Le cuivre a des propriétés antimicrobiennes

« Le cuivre est particulièrement intéressant pour nous en raison de ses propriétés antimicrobiennes, et nos travaux passés indiquent que certaines espèces de cigales présentent des propriétés antimicrobiennes sur leurs ailes », a déclaré M. Alleyne. « Nous ne savons pas si ce sont les produits chimiques à la surface de l’aile ou les nanostructures physiques, ou une combinaison de la chimie et de la topographie, qui produisent l’activité bactéricide, mais le fait de pouvoir produire des matériaux avec des chimies et des structures différentes, nous aidera à répondre à cette question fondamentale. Cette nouvelle méthode de fabrication, relativement simple, nous aidera à terme à concevoir des matériaux techniques multifonctionnels ».
Cette recherche a été publiée dans Nano Letters.
Source :  University of Illinois at Urbana-Champaign
Crédit photo : Pixabay