(PhysOrg.com) -- Rijen van kleine, verhoogde hoornvliezen van blaasvliegjes kunnen de sleutel zijn tot gemakkelijke productie van biomimetische oppervlakken, oppervlakken die de eigenschappen van biologische weefsels nabootsen, volgens een team van onderzoekers van Penn State.

"De bioreplicatie begon omstreeks 2001 of 2002, " zei Achlesh Lakhtakia, Godfrey Binder Hoogleraar Ingenieurswetenschappen en Mechanica. "Alle technieken die momenteel beschikbaar zijn, zijn niet bevorderlijk voor massale replicaties. In veel gevallen kun je zoveel replica's maken als je wilt, maar voor elke replicatie heb je een insect nodig. Dit is niet goed voor industriële doeleinden."

Lakhtakia, werken met Drew Patrick Pulser, afgestudeerde student in de ingenieurswetenschappen en mechanica; Carlo G. Pantano, vooraanstaand hoogleraar materiaalwetenschap en techniek en directeur van Penn State's Materials Research Institute; en Raúl José Martín-Palma, hoogleraar toegepaste natuurkunde, Universidad Autónomia de Madrid, Spanje, ontwikkelde een methode om mallen of matrijzen op macroschaal te maken die kenmerken op nanoschaal behouden.

"We hadden een object nodig dat groot genoeg was om te manipuleren en dat nog eigenschappen op nanoschaal had. ' zei Lakhtakia.
De onderzoekers kozen voor blaasjesogen omdat ze een potentiële toepassing hebben bij de vervaardiging van zonnecellen. Blowflies hebben samengestelde ogen die ruwweg halfrond zijn; maar binnen die halve sfeer, het oppervlak is bedekt met zeshoekige ogen op macroschaal met kenmerken op nanoschaal.

"Deze ogen zijn perfect voor het maken van zonnecellen omdat ze meer zonlicht van een groter gebied zouden opvangen in plaats van alleen licht dat direct op een plat oppervlak valt, ' zei Lakhtakia.

Echter, om in een vervaardigd product te werken, het oppervlak moet het totale ontwerp voldoende gedetailleerd behouden.

De onderzoekers bevestigden de vliegenhoornvliezen op een glassubstraat en vulden de achterkant van de hoornvliezen met polydimethylsiloxaan, een organisch polymeer op siliconenbasis, zodat de metalen bekleding die ze aanbrengen niet achter de ogen zou sijpelen. Vervolgens zetten ze nikkel op het oppervlak af met behulp van een gemodificeerde vorm van de conformal-evaporated-film-by-rotation-techniek. Bij deze techniek, de onderzoekers verdampen het materiaal dat de coating vormt thermisch in een vacuümkamer. Het object dat de coating ontvangt, wordt op een houder bevestigd en ongeveer elke twee seconden rondgedraaid.

De onderzoekers gebruikten arrays van negen vliegende ogen bedekt met 250 nanometer nikkel. Deze eerste sjabloon werd vervolgens geëlektroformeerd - een methode van galvaniseren - om nikkel op de achterkant te deponeren om een ​​mastersjabloon van een halve millimeter dik te creëren. De dikte van de mastersjabloon kan dikker zijn.

"Polymeerreplica's geproduceerd... door gieten reproduceerden natuurgetrouw kenmerken van enkele micrometers en groter in afmetingen, " rapporteerden de onderzoekers in de online editie van Bio-inspiratie en biomimetica .

De mastersjabloon kan worden gebruikt als mal om het patroon te stempelen of als mal. Het is de bedoeling om de hoofdmatrijs/mal te gebruiken om niet alleen dochterstempels/mallen te maken, maar om de sjablonen te betegelen zodat ze grote gebieden kunnen afdrukken. De onderzoekers zullen hun sjabloon waarschijnlijk uitbreiden met 30 blaasvlieghoornvliezen.

"Een van de leuke dingen van een conforme coating als deze is, het wordt nanokorrelig, " zei Lakhtakia. "Het oppervlak van de matrijs wordt erg glad, dus het polymeer zal waarschijnlijk niet blijven plakken."

Er bestaan ​​veel biologische oppervlakken die fabricageoppervlakken voor een verscheidenheid aan toepassingen kunnen creëren. De onderzoekers kijken momenteel naar vlindervleugels om te begrijpen hoe de oppervlakken kleuren creëren zonder pigment.

"Interessant, de smaragdgroene asboorder, een insect dat onlangs een probleem is geworden in Pennsylvania, partners op kleur, "zei Lakhtakia. "Zouden kunstaas gemaakt van sjablonen van de huid van de asboorder mannetjes aantrekken?"