Fly Eye baner vejen for fremstilling af biomimetiske overflader

(PhysOrg.com) -- Rækker af bittesmå hævede spyfluehornhinder kan være nøglen til nem fremstilling af biomimetiske overflader, overflader, der efterligner biologiske vævs egenskaber, ifølge et hold af Penn State-forskere.

"Bioreplikation begyndte omkring 2001 eller 2002, " sagde Akhlesh Lakhtakia, Godfrey Binder professor i ingeniørvidenskab og mekanik. "Alle de teknikker, der i øjeblikket er tilgængelige, er ikke befordrende for massereplikationer. I mange tilfælde kan du lave så mange kopier, som du vil, men du skal bruge et insekt for hver replikation. Det er ikke godt til industrielle formål."

Lakhtakia, arbejder med Drew Patrick Pulsifer, kandidatstuderende i ingeniørvidenskab og mekanik; Carlo G. Pantano, fremtrædende professor i materialevidenskab og teknik og direktør for Penn State's Materials Research Institute; og Raúl José Martín-Palma, professor i anvendt fysik, Universidad Autónomia de Madrid, Spanien, udviklet en metode til at skabe forme eller matricer i makroskala, der bevarer funktioner i nanoskala.

"Vi havde brug for et objekt, der var stort nok til at manipulere, og som stadig havde funktioner i nanoskala, sagde Lakhtakia.
Forskerne valgte spyflueøjne, fordi de har potentiel anvendelse i fremstillingen af ​​solceller. Spylfluer har sammensatte øjne, der er nogenlunde halvkugleformede; men inden for den halve sfære, overfladen er dækket af makroskala sekskantede øjne med nanoskala træk.

"Disse øjne er perfekte til at lave solceller, fordi de ville indsamle mere sollys fra et større område i stedet for blot lys, der falder direkte på en flad overflade, sagde Lakhtakia.

Imidlertid, for at arbejde i et fremstillet produkt, overfladen skal bevare det overordnede design tilstrækkeligt detaljeret.

Forskerne fikserede fluehornhinderne på et glassubstrat og fyldte bagsiden af ​​hornhinderne med polydimethylsiloxan, en silikonebaseret organisk polymer, så metalbeklædningen de påfører ikke ville sive ind bag øjnene. De aflejrede derefter nikkel på overfladen ved hjælp af en modificeret form af den konforme-inddampede-film-ved-rotation-teknik. I denne teknik, forskerne termisk fordamper materialet, der danner belægningen, i et vakuumkammer. Genstanden, der modtager belægningen, fastgøres til en holder og drejes omkring en gang hvert andet sekund.

Forskerne brugte arrays af ni spyflueøjne belagt med 250 nanometer nikkel. Denne første skabelon blev derefter elektroformet - en metode til galvanisering - for at afsætte nikkel på bagsiden for at skabe en masterskabelon på en halv millimeter tyk. Tykkelsen af ​​masterskabelonen kan være tykkere.

"Polymerreplikaer fremstillet ... ved støbning gengav trofast træk på få mikrometer og større i dimensioner, " rapporterede forskerne i online-udgaven af Bioinspiration og biomimetik .

Masterskabelonen kan bruges enten som en matrice til at stemple mønsteret eller som en form. Hensigten er at bruge master-formen til ikke kun at producere datter-matricer/-forme, men at flisebelægge skabelonerne, så de kan præge store områder. Forskerne vil sandsynligvis udvide deres skabelon til at omfatte 30 spyfluehornhinder.

"En af de gode ting ved en konform belægning som denne er, det bliver nanokornet, " sagde Lakhtakia. "Overfladen af ​​matricen bliver meget glat, så polymeren vil sandsynligvis ikke klæbe."

Der findes mange biologiske overflader, der kan skabe fremstillingsoverflader til en række forskellige anvendelser. Forskerne kigger i øjeblikket på sommerfuglevinger for at forstå, hvordan overfladerne skaber farver uden pigment.

"Interessant nok, smaragd askeboreren, et insekt, der for nylig er blevet et problem i Pennsylvania, venner efter farve, " sagde Lakhtakia. "Ville lokker lavet af skabeloner af askeborerhuden tiltrække mænd?"