Observar la naturaleza de cerca a veces revela soluciones brillantes para la investigación científica. Así ocurrió con las alas de la cigarra Emperatriz, que esconden una red diminuta capaz de transformar la detección química y biológica.
Miles de espiras nanoscópicas cubren cada ala del insecto y, tras ser recubiertas con plata, permiten que la técnica SERS capte señales antes invisibles con una precisión sorprendente.
Este hallazgo, que fue publicado en la revista AIP Advances, podría transformar la fabricación de sensores: haría posible crear dispositivos moleculares más sensibles, económicos y sostenibles. Podría facilitar los diagnósticos médicos o controles ambientales en todo el mundo.
El científico principal, Chung-Hung Hong, llevó a cabo el estudio junto a equipos de la Universidad Médica de China y la Universidad Nacional de Taiwán.
La alianza que inspira sensores innovadores
La cigarra emperatriz es un insecto del orden Hemiptera, conocido por sus alas translúcidas y patrones nanoscópicos únicos. Habita en regiones de Asia y destaca por su peculiar canto, propio de los machos durante el verano.
Su estructura alar no solo cumple funciones biológicas, sino que también inspira desarrollos en nanotecnología debido a la disposición regular de columnas microscópicas sobre su superficie.
Por otro lado, desde hace años, detectar moléculas pequeñas o rastros de contaminación demanda sensores ópticos especializados y costosos.
Estos dispositivos funcionan a través de la espectroscopía Raman, pero construir las nanostructuras necesarias es complejo y tarda mucho tiempo.
Las tecnologías convencionales para lograrlo requieren precisión extrema y materiales caros, por eso la aplicación masiva en hospitales o monitoreos se complica.
Frente a ese desafío, los científicos apostaron por la naturaleza. Las alas de la cigarra Emperatriz ofrecen patrones perfectos a escala nanométrica.
El objetivo de los investigadores fue aprovechar esta geometría como plantilla lista para usar. Intentaron unir estas estructuras biológicas con una película delgada de plata y comprobar que su desempeño es tan bueno como el de los mejores sistemas creados en laboratorio.
De la cigarra al laboratorio
El equipo de investigación tomó alas de cigarra Emperatriz y las examinó minuciosamente bajo microscopio. Observaron el bosque diminuto de espiras regulares sobre toda la superficie.
Luego aplicaron plata a esas microestructuras usando dos técnicas: pulverización catódica y evaporación con cañón de electrones. Cada método produjo formas distintas: algunas columnas resultaron cilíndricas y otras cónicas.
Buscaron el grosor perfecto de la plata para encontrar el espaciamiento ideal entre columnas. Descubrieron que una separación de cinco nanómetros entre pilares cilíndricos produce el mayor efecto SERS.
Ese espaciamiento forma los “puntos críticos” donde el campo electromagnético se concentra, multiplicando la señal detectada.
La intensidad de la señal obtenida bajo esas condiciones fue hasta un millón de veces mayor que la de una ala sin plata. Un avance que posiciona esta tecnología como referente en detección óptica ultrasensible.
Los investigadores señalaron que el método podría extenderse a superficies inspiradas en otras especies, como mariposas u hojas, haciéndolo aún más sostenible y fácil de escalar.
El futuro de los sensores accesibles
Las alas de cigarra Emperatriz inspirarán sensores que funcionen en distintas longitudes de onda, incluso más allá de la luz visible. Permitirán así detectar patógenos o contaminantes en distintos ambientes.
Los investigadores estimaron que podría “abrir un nuevo camino hacia tecnologías de detección sostenibles, de bajo costo y altamente sensibles” y ampliar el acceso a soluciones e innovaciones científicas.
Sin embargo, reconocen que el uso de materiales biológicos implica desafíos, como la variabilidad natural en tamaño o forma, y que otras superficies naturales exigen pruebas y adaptaciones adicionales.
La investigación concluyó que las nanostructuras biológicas pueden orientar avances científicos y de ingeniería. Demuestran cómo ciencia y naturaleza pueden caminar juntas hacia nuevas herramientas para el cuidado de la salud y el planeta.
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