Tại sao đôi cánh mỏng manh của ve sầu lại là cơn ác mộng đối với mọi loài vi khuẩn?

"Nơi mà u sầu mỏng như là cánh ve. Nụ cười em nở tròn như là bánh xe", cánh ve không chỉ truyền cảm hứng cho Đen Vâu viết Cô gái bàn bên, nó còn truyền cảm hứng cho các nhà khoa học khi họ nghĩ đến một bề mặt có tính kháng nước và kháng khuẩn siêu việt.

Hãy tưởng tượng đến những chiếc kính xe ô tô không bao giờ bị mờ trong sương mù, những chiếc kính cận không bao giờ đọng nước khi đi mưa, những bề mặt trong bệnh viện – nơi những con vi khuẩn chỉ cần rớt trên đó sẽ bị xé toạc và giết chết.

Khoảng một thập kỷ trở lại đây, khi càng quan sát kỹ loài côn trùng ồn ào này dưới kính hiển vi, các nhà khoa học càng phát hiện ra nhiều bí ẩn tuyệt vời trên đôi cánh của chúng.

Mỏng như cánh ve là mỏng như thế nào?

Khi bạn nhìn xuyên qua đôi cánh của một con ve, nó thực chất là một lớp màng biểu bì siêu mỏng và trong suốt. Các đường "gân cánh" mà bạn thấy thực chất không phải gân, chúng là một mạng lưới các mạch máu, được kết nối với các ống thông khí và cả các sợi thần kinh.

Ở những điểm có tiết diện mạch máu lớn nhất, độ dày cực đại của cánh ve mới vào khoảng 0,7 mm. Nhưng ở những điểm có tiết diện mạch máu nhỏ hơn, độ mỏng của cánh ve có thể xuống tới mức 0,07 mm, hay 70 micromet – nghĩa là nhỏ hơn cả đường kính của một sợi tóc người.

Trên bề mặt của cánh ve, các nhà khoa học tìm thấy một lớp phủ nano tự nhiên được gọi là "nanopillars". Chúng thực chất là các cột phân tử axit béo có chiều cao chỉ khoảng 400 nm và xếp san sát nhau.

Khi tiếp xúc với bụi, phấn hoa và nước, lớp axit béo nano của ve sầu giúp chúng đẩy lùi vật chất để tự làm sạch. Nước rơi trên bề mặt cánh của ve sầu sẽ trôi tuột đi mà chúng không cần phải rũ. Hiệu ứng này giống với những gì xảy ra trên bề mặt lá sen, giúp những con ve sầu trong tự nhiên gần như không bao giờ phải trú mưa.

Một vật liệu chống vi khuẩn tự nhiên

Nhưng không chỉ có đặc tính kháng nước, những cột axit béo nano trên cánh ve còn thuôn nhọn về phía đỉnh với đường kính đáy khoảng 150 nm và đường kính đầu chỉ khoảng 80 nm. Trong thế giới của những con vi khuẩn, cánh ve sầu là một bàn chông ác mộng nếu vô tình có mặt trên đó.

Các nhà khoa học bắt đầu nghi ngờ điều này, khi họ thấy cánh của những con ve sầu chết phân hủy chậm hơn so với các bộ phận khác trên cơ thể. Để tìm hiểu lý do tại sao, họ đã nhỏ lên bề mặt cánh ve những chủng vi khuẩn khác nhau và thấy một số chủng đã chết chỉ sau vài phút.

Soi quá trình này dưới kính hiển vi, các nhà khoa học phát hiện những con vi khuẩn có màng đàn hồi đã bị lún xuống lớp chông nano, cánh ve sầu đâm thủng lớp màng của vi khuẩn với các cột axit béo trên bề mặt của nó.

Quá trình xảy ra giống như một quả bóng hơi được thả xuống một cái bàn cắm đầy đinh nhọn:

Ngoài ra, với những con vi khuẩn cứng đầu vẫn bám trên bề mặt cánh ve mà không bị xuyên thủng, lớp màng của chúng cũng dần bị áp lực đè lên đầu nhọn của các cột nano phá hủy. Hoặc khi chúng cố gắng di chuyển trên cánh ve, màng có thể bị mắc vào các đầu chông nhọn và vi khuẩn vẫn lúc này sẽ bị xé toạc:

Ứng dụng

Các nhà khoa học cho biết bắt chước hiệu ứng kháng khuẩn tự nhiên của cánh ve sẽ giúp họ chế tạo ra các bề mặt vật liệu an toàn sinh học, có thể ứng dụng vào lĩnh vực y tế, nông nghiệp và cả đời sống.

Giả sử, một lớp kháng khuẩn bắt chước các cột nano trên cánh ve có thể được phủ lên các bề mặt dễ nhiễm khuẩn như giường bệnh, tay nắm cửa, lan can cầu thang để hạn chế lây nhiễm chéo trong bệnh viện. Lớp phủ này cũng có thể được dùng cho dụng cụ y tế như dao mổ.

Các nhà khoa học cũng có thể chế tạo ra một bộ lọc hoặc đường ống nước chứa các cột nano siêu nhỏ như trên cánh ve. Một mặt đặc tính kỵ nước của nó cho phép nước chảy trong ống nhanh hơn, mặt khác, các gai nano siêu nhỏ có thể giết chết vi khuẩn và thanh trùng nước.

Tham khảo Phys, Chemistryworld