Inspiriert vom Körperbau der Zikade hat ein Forschungsteam der Pennsylvania State University kürzlich eine neuartige Hochgeschwindigkeits-Produktionsplattform entwickelt, die die großtechnische Synthese hohler, poröser Mikropartikel ermöglicht, welche natürlichen Strukturen ähneln. Dieser Fortschritt könnte neue technologische Wege für Bereiche wie optische Beschichtungen und Sensormaterialien eröffnen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *ACS Nano* veröffentlicht.

Der Körper der Zikade ist eine komplexe Nanostruktur, die sich natürlicherweise auf der Oberfläche von Zikadenlarven bildet und einzigartige Antireflexions- und UV-Absorptionseigenschaften aufweist, die dem Insekt Tarnung bieten. Der Leiter des Forschungsteams, Professor Dexing Huang vom Institut für Maschinenbau und Biomedizintechnik, erklärte: „Die Natur ist ein Meister der Nanotechnologie. Zikaden bauen ihre Körper nicht durch Schnitzen oder Formen, sondern durch molekulare Selbstorganisation und Grenzflächenphänomene.“ Das Team nutzte dieses Prinzip der biologischen Selbstorganisation und setzte mikrofluidische Chiptechnologie ein, um Tröpfchen mit speziellen Polymeren während der Verdunstung spontan eine gleichmäßige, poröse Struktur bilden zu lassen. So gelang die erfolgreiche Hochgeschwindigkeitssynthese biomimetischer Partikel.

Mitautor und Postdoktorand Jin-Shu Cui hob hervor, dass die neue Plattform etwa 140.000 Partikel pro Sekunde produzieren kann – eine Effizienzsteigerung, die großtechnische Anwendungen ermöglicht. Cui erklärte: „Da viele potenzielle Anwendungen – von nichtreflektierenden Oberflächen für Tarnkappen bis hin zu Katalysatoren mit großer Oberfläche und Sensormaterialien – große Mengen präzise designter Nanopartikel erfordern, bringt die Möglichkeit der Massenproduktion dieser komplexen Strukturen sie der kommerziellen Nutzung einen Schritt näher.“ Die synthetisierten biomimetischen Partikel weisen optische Eigenschaften auf, die denen natürlicher Zikaden ähneln und die Lichtreflexion von der Beschichtungsoberfläche bei verschiedenen Winkeln und Wellenlängen deutlich reduzieren. Professor De-Xing Huang ist überzeugt: „Viele Technologien basieren auf der präzisen Steuerung von Licht. Beispielsweise Kameras und Sensoren, die mit Blendung zu kämpfen haben, Solarzellen, deren Effizienz durch Lichtreflexion sinkt, und Verteidigungsoptiken, die zuverlässige Antireflexionsmaterialien benötigen, um ‚Unsichtbarkeit‘ zu erreichen – all diese Bereiche profitieren von Materialien, die Reflexionen deutlich reduzieren können.“

Über optische Anwendungen hinaus birgt die hohle und poröse Struktur dieser biomimetischen Partikel auch Potenzial für Anwendungen in den Bereichen Energie, Katalyse und sogar Biomedizin. Die Forscher gaben an, dass der nächste Schritt darin besteht, die Produktion der Plattform weiter auszubauen und ihr Anwendungspotenzial in spezifischen technologischen Szenarien zu untersuchen.

Weitere Informationen: Autoren Jinsol Choi et al., Titel: „Morphogenesis and High-Throughput Nanofabrication of Synthetic Microspheres Inspired by Leafhoppers“, veröffentlicht in ACS Nano (2025). Zeitschrifteninformationen: ACS Nano