Жирные кислоты и насыщенные углеводороды сделали крылья цикад бактерицидными

Jessica Román-Kustas et al./ Advanced Materials, 2020
Американские ученые показали, что химический состав крыльев цикад влияет на их супергидрофобность и бактерицидные свойства не меньше, чем нанорельефная текстура на поверхности. В статье в Advanced Materials ученые пишут, что жирные кислоты и насыщенные углеводороды на поверхности крыла убивают налипающие на крылья бактерии и у цикад с гладким крылом, и у тех, поверхность которых покрыта массивом наностержней. Во втором случае это еще и делает крыло супергидрофобным.
Крылья многих насекомых обладают гидрофобной поверхностью — это помогает защитить крыло от грязи, дождевых капель и бактерий. Такая защита не дает грязи налипать на крылышки, но если этого недостаточно, то насекомые не ограничиваются изменением химического состава поверхности, а дополнительно наносят на нее рельефную нанотекстуру. Тогда поверхность становится супепргидрофобной, и капли не просто не прилипают к крыльям, но и сразу же скатываются с них. Считается, что некоторым видам цикад такая текстура помогает бороться с биозагрязнением, повреждая мембраны налипающих на крылья бактерий.
Американские исследователи под руководством Джессики Роман-Кустас (Jessica Román-Kustas) из Научно-исследовательской лаборатории строительной техники (CERL) решили разобраться, действительно ли бактерицидная природа крыльев цикад связана с их супергидрофобностью и какую роль в антимикробных свойствах играет химический состав крыла, а какую — нанорельеф на его поверхности. Для этого ученые сравнили крылья двух видов из семейства певчих цикад: однолетней цикады Neotibicen pruinosus и периодической цикады Magicicada cassinii. Периодическая цикада имеет 17-летний цикл развития, но в форме взрослого насекомого с крыльями живет меньше месяца. У цикады N. pruinosus цикл развития всего год, но в крылатой форме она находится значительно дольше — от 2 до 4 месяцев. Поэтому и свои крылья от воды это насекомое защищает значительно усерднее: если у 17-летней цикады M. cassinii поверхность крыла почти гладкая и выступы не выше 50 нанометров, то на крыльях однолетней цикады N. pruinosus можно обнаружить упорядоченный массив из наностолбиков высотой в несколько сотен нанометров.
Ученые отмечают, что полученные данные будут крайне полезными при создании искусственных гидрофобных поверхностей с антибактериальными свойствами. Химики нередко используют крылья насекомых в качестве биопрототипа искусственных материалов. Например, химики из США и Китая сделали материал, который отражает не более одного процента света в видимом и инфракрасном диапазонах, использовав в качестве прообраза гидрофобные брохосомы — частицы, которые производят цикадки для маскировки и защиты.
Стоит отметить, что далеко не все насекомые, которые часто контактируют с водой, делают свои крылья супергидрофобными. Например, у медоносных пчелы угол смачивания едва превышает 100 градусов, но они могут двигаться по поверхности воды, гребя крыльями, как веслами.
Александр Дубов