科学家们对蝉翅的结构和化学特性进行了研究。
很多生物结构不仅很精妙，而且非常实用，工程师们一直想要复制它们的独特特征。例如，许多昆虫的翅膀具有防水、杀死微生物、光线反射和自我清洁功能。《先进材料界面》杂志报道，研究人员发现，蝉翅上覆盖的化合物有助于防水和杀死微生物。
研究人员主要观察了两种蝉（Neotibicen pruinosus casinnii和Magicicada casinnii）的翅膀的物理、化学特征。Np是一种年生蝉，Mc每17年从土壤中钻出来一次。此前的研究表明，两种蝉的翅膀上都有一种高度有序的微观柱状结构，即纳米柱。纳米柱有助于提高翅膀的疏水性，并可能对抑制翅膀上的微生物有作用。
项目负责人、美国伊利诺伊大学香槟分校昆虫学教授Marianne Alleyne说：“虽然此前我们已经对蝉翅的表面结构多有了解，但它的化学结构还是一个谜。”
为了研究蝉翅的纳米柱化学信息，分析化学家Jessica Román-Kustas使用了一种特殊的分析方法：她在不破坏蝉翅整体结构的前提下，利用溶剂-微波法在逐步提取了翅膀表面的化合物。
Kustas解释说：“我们在不同阶段提取、分析了翅膀表面的所有化合物，并观察了纳米柱结构的相应变化。”
Kustas等发现，蝉翅上覆盖着一层由碳氢化合物、脂肪酸和含氧分子（如甾醇、醇和酯）组成的混合物。纳米柱深处含有最丰富的含氧分子，而碳氢化合物和脂肪酸则构成了最外层的纳米柱层。
Alleyne说：“在蝉翅表面发现这些特殊的分子并不令人惊讶。碳氢化合物和脂肪酸在昆虫表皮上相当普遍。两种蝉的表面化学物质的比例不同，纳米结构也不同。”
Kustas等还发现，表面化学物质的变化也改变了纳米柱的结构特征。在Np的翅膀中，当化学物质被提取出来后，纳米柱开始相互转移，最后形成了一个略平行的结构。这使得蝉翅的润湿性和抗生物特性都发生了改变。而在Mc的蝉翅中，纳米柱较短，表面的疏水化合物比例较高。并且纳米柱的结构取向不会因表面物质的提取而改变。
Alleyne表示，虽然只是初步研究，但他们取得的成果已经足够为研究人员了解结构-化学-功能的相互作用注入新思路。研究人员希望能在未来能设计出具有相同表面特征的人工结构，从而推动农业、医学等领域的发展。
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编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：唐林芳
期刊来源：《先进材料界面》
期刊编号：2196-7350
原文链接：
https://phys.org/news/2020-04-reveals-unique-physical-chemical-properties.html
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