Trilyonlarla dövri cicadas – hər 13 və ya 17 ildən bir ortaya çıxan Magicicada cinsinin bir neçə növü – bu yay Şərqi ABŞ-da torpağı qırdı. Xəbər agentlikləri hadisəni Armageddona , apokalipsis və ya işğala bənzədirdilər . Bəs ovsunlayıcı kimi sözlərdən istifadə etmək haqqında nə demək olar? Sirli? Sehrli?

Magicicada cinsi adı günəş işığına çatmaq üçün yer üzündə sinxron şəkildə sürünən ağcaqanadların böyüklüyünə aiddir. Bu il İllinoys ştatı üçün xüsusi bir ildir: həm XIX Böyük Cənub Balasının 13 illik ağcaqayınları, həm də Böyük Şimal Balasının XIII 17 illik ağcaqanadları kütləvi şəkildə ortaya çıxdı. Bu eyni vaxtda ortaya çıxma 1803-cü ildən bəri baş verməyib və daha 221 il ərzində təkrarlanmayacaq.

İllinoys Urbana-Şampeyn Universitetində Beckman Qabaqcıl Elm və Texnologiya İnstitutunda entomoloqlar və tədqiqatçılar üçün əla vaxt idi.

“Biz cicadas və digər həşəratlardan yeni materialların hazırlanması üçün ilham mənbəyi kimi istifadə edirik. Bioloqlar olaraq biz də bu materiallardan istifadə edərək əks dizayn istiqamətinə getmək istəyirik. Beləliklə, yaratdığımız prototiplər bazara çıxarıla bilər. müxtəlif sənaye sahələri üçün yeni səthlər təbii seçmə ilə bağlı fundamental bioloji sualları izah etmək üçün də istifadə edilə bilər “dedi İllinoys ştatında entomologiya, mexaniki elm və mühəndislik professoru Marianne Alleyne.

Onun laboratoriyasının işi bioinspired dizayn ətrafında fırlanır: yeni materiallar və texnologiyalar hazırlamaq üçün təbiətdən öyrənmə prosesi.

Alleyne’nin ABC Laboratoriyasında bioloq və aspirant olan Yutao Chen cicada qanadlarının antibakterial xüsusiyyətlərini öyrənir və funksional ağcaqanaddan ilham alan səthlər istehsal edir.

“Cicada qanadları superhidrofobikdir, yəni onlar həqiqətən suya davamlıdırlar və həm də əla antibakterial xüsusiyyətlərə malikdirlər” dedi Çen.

Bu cicada qanadının supergüclərinin arxasındakı sirr nədir?

Çılpaq gözlə, şəffaf qanadlar hamar və xüsusiyyətsiz görünür. Beckman’s Microscopy Suite-də ətraf mühitin skan edən elektron mikroskopunu idarə edən Çen ağcaqanad qanadını 10.000 dəfə böyüdür. Böyütdükdə fırlanan naxışlar ortaya çıxır və nanopillar adlanan mikroskopik xüsusiyyətlər diqqət mərkəzində olur.

Hər bir nanopilların eni təxminən 150 nanometr, hündürlüyü isə 200-400 nanometrdir. Müqayisə üçün, insan saçı bir nanopillardan təxminən 1000 dəfə qalındır. Nanopillars hər qanadda bərabər paylanmışdır, lakin növdən asılı olaraq ölçüləri dəyişə bilər. Qanadlara hidrofobik və ya su itələyici və antibakterial funksiyalarını verən kobud bir səth yaradırlar.

Mikroblar nanopillarların üzərinə düşdükdə və ya hərəkət etdikdə onların xarici membranı zədələnir. Mikrob çirklənməsi ağcaqanadları təhdid edir və insan cəmiyyətində geniş yayılmış problemdir: gəmiçilik sənayesində, sualtı boru kəmərlərində, tibbi implantlarda və digər cihaz və cihazlarda, Çen dedi.

Materiallardan mikrobların qarşısını almaq üçün edilən səylər adətən zamanla zədələnən və effektivliyini itirən səth örtükləri şəklində olur. Antibiotiklər ümumiyyətlə infeksiya zamanı bakteriyaları müalicə etmək üçün istifadə olunur , lakin həddindən artıq istifadə nəticədə mikrob müqavimətinə səbəb olur.

“Mexanik olaraq antibakterial olan davamlı səthlər hazırlamaq vacibdir” dedi Çen.

Sicada qanadlarında nanoölçülü çıxıntılar bu yeni materialların hazırlanması üçün mükəmməl ilham mənbəyidir.

Çen ağcaqanad qanadlarının nanoskopik xüsusiyyətlərini təqlid etmək üçün nanoimprinting litoqrafiya adlı çevik və çox yönlü nanoölçülü replikasiya metodundan istifadə edir. Replikatlar təbii olaraq antibakterial olmayan bir polimer material növü olan polistiroldan hazırlanır. Doğru ölçülü nanopillar ilə tekstura edildikdən sonra polistirol bakterisid olur və ya bakteriyaları məhv edə bilir.

Bu təkrarlama metodu, mis nanopiller replikalarını yaratmaq üçün metal çökmə texnikası olan impuls elektrokaplama ilə birləşdirilə bilər. Chen onları hava və su filtrasiyası kimi tətbiqlər və ya daha keçirici elektrodlar hazırlamaq üçün öyrənir.

Çen, təbii və təkrarlanan nanopillarlarda Pseudomonas aeruginosa bakteriyalarını müşahidə etmək üçün Beckmanın ətraf mühitin skan edən elektron mikroskopundan və bioloji və mühəndis nanopillar səthlərin bakteriyaları nə qədər yaxşı məhv edə biləcəyini qiymətləndirmək üçün konfokal lazer skan edən mikroskopdan istifadə edir. Əksər hallarda, nanopillar bakteriyaları dəf etmək və ya məhv etmək üçün sadəcə olaraq onun xarici membranını deşir və ya yırtır.

Çenin görüntüləri bakteriya ilə əlaqə qurarkən nanopilların əyildiyini göstərir.

Mümkündür ki, sütunlar bakteriyalarla təmasda olduqda elastik enerji saxlayır və buraxır ki, bu da nəticədə membranı uzadar və qoparar, Chen dedi.

Skan edən elektron mikroskopdan istifadə edərək , membranın deşildiyi anda onu görmək çətin ola bilər, çünki mayelər bakteriya hüceyrəsindən sızmağa başlayır və görünüşü maneə törədir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=2053027255&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=5&fwrn=4&lmt=1722025810&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-cicada-wings-insects-antimicrobial-properties.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90L0EpQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNi4wLjY0NzguMTg1Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODUiXV0sMF0.&dt=1722025810368&bpp=4&bdt=M&idt=527&shv=r20240724&mjsv=m202407230101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D4affe4131dd5dd5c%3AT%3D1721801852%3ART%3D1722025481%3AS%3DALNI_MbUC-Ae2mgUQk_YcX7zH0MS_3PKkA&eo_id_str=ID%3D88459bb7dce951d5%3AT%3D1721801852%3ART%3D1722025481%3AS%3DAA-AfjbtvqJSL4Gv5AGhtgiPqyom&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=28455289377&frm=20&pv=1&tl=az&ga_vid=994546572.1721801825&ga_sid=1722025811&ga_hid=749308633&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=4484&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=4961&eid=44759875%2C44759926%2C44759842%2C44798934%2C95334527%2C95334828%2C95337027%2C95337870%2C95338258%2C95335248%2C95336267%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=550807222447099&tmod=576891272&uas=1&nvt=3&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeE%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&fsb=1&dtd=540

Hansı bakteriyaların deşildiyini müəyyən etmək üçün Çen konfokal lazer mikroskopundan və bakteriyaları ləkələyən xüsusi boyadan istifadə edir – membranları bütöv olan canlı bakteriya hüceyrələri yaşıl rəngə, canlı olmayan hüceyrələr isə qırmızı rəngə boyanacaq.

Çenin təkrarlanan nanopilların ölçüləri və quruluşu ağcaqanad qanadlarında olan təbii nanopillarların ölçüləri ilə çox üst-üstə düşür. Orijinal ölçüləri və miqyasını qorumaqla, Chen funksionallığı da qoruyur. Mühəndis nanopillar üç saat ərzində bakteriyaların 95%-dən çoxunu məhv edə bilir.

Hələ görüləsi çox iş var, Çen dedi.

Gələcək planlara müxtəlif istehsal üsulları ilə təcrübə aparmaq və mikrofluidika üsullarından istifadə edərək bakteriyalar və təkrarlanan səthlər arasında daha dinamik qarşılıqlı əlaqəni müşahidə etmək daxildir. Mikrofluidika layihəsi Chen-ə maye bakteriyaların qarışıqlarını müxtəlif nanopillar səthlər boyunca axmasına imkan verəcək kiçik kanalların istifadəsini nəzərdə tutur.

Beckman Qabaqcıl Elm və Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir