Mechanical bactericide by biomimetics of the nanopillars on insect wings

Abstract

Die antibakteriellen Eigenschaften von Zikadenflügeln beruhen auf hexagonal angeordneten säulenartigen Nanostrukturen mit artabhängigen Höhen von etwa 330 Nanometern und einem Spitzenabstand von etwa 188 Nanometern. Diese multifunktionalen Nanostrukturen sind außerdem superhydrophob und selbstreinigend. Diese Diplomarbeit stellt Untersuchungen an zwei neuseeländischen Zikadenarten Amphipsalta cingulata und Kikihia scutellaris, der österreichischen Libelle Sympetrum striolatum sowie einer US-amerikanischen Zikadenart Magicicada septendecim mit diversen Methoden wie Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Bakterientests mit Lebend-Tot-Färbung. Die untersuchten Oberflächen umfassen die Zikadenflügel selbst, Negativabdrücken der Flügel aus dem Formstoff Polyvinylsiloxan und Positivabdrücken in verschiedenen Harzen. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Entwicklung kostengünstiger Bioreplikationstechniken zur Übertragung der antibakteriellen Eigenschaften auf künstlich hergestellte Oberflächen wie Krankenhausoberflächen, medizinische Instrumente, Smartphondisplays und Türgriffe. Eine aktuelle Veröffentlichung von Senevirathne und Mitarbeitern unterstützt meine Zweifel an der Verwendung von Nanosäulen als Bakterizide.

The antibacterial properties of cicada wings originate from hexagonal pillar-like nanostructures with species-dependent heights of approximately 330 nanometers and a tip spacing of about 188 nanometers. These multi functional nanostructures are also superhydrophobic and selfcleaning. This diploma thesis presents investigations of two New Zealand cicada species Am- phipsalta cingulata and Kikihia scutellaris, the Austrian dragon y Sympetrum striolatum as well as an US American cicada species Magicicada septendecim with various methods such as Atomic Force Microscopy, Scanning Electron Microscopy, and bacterial tests with live-dead staining. The surfaces investigated comprise the cicada wings themselves, negative replicas of the wings made with the molding material Polyvinyl siloxane and positive replicas in various resins. The main focus lies in establishing low-cost bioreplication techniques for the transfer of the antibacterial properties to man-made surfaces such as hospital surfaces, medical instruments, smartphone displays and door handles. A recent publication of Senevirathne and co-workers support my ndings where I see challenges in using the nanopillars as bactericides.