工程领域的许多灵感来自大自然。例如，蝉翼由于其独特的防水和抗菌性能，长期以来一直吸引着研究者的注意。如果这一特性能广泛应用于工业产品中，将大有裨益。以往的研究方法是完全去除蝉翼表面的化学物质，这不仅会损伤蝉翼表面，也不能完全解释蝉翼表面的化学物质是如何与自身结构协同作用的。在新的研究中，蝉翅上的涂层材料是分层的，揭示了形态和化学结构之间复杂的相互作用。
研究人员分析了两种不同的蝉，每一种都有高度有序的微锥结构，也称为纳米柱。以前，人们认为纳米柱结构可以起到特殊的作用，可以帮助蝉的翅膀抵御水和抑制细菌。
美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratory)的分析化学家杰西卡库斯塔斯(Jessica Kustas)说，为了避免破坏蝉的翅膀，研究小组尝试了微波辅助提取法，这种方法还没有用于完整的昆虫翅膀。相关结果发表在《先进材料界面》(高级材料界面)杂志上。这种方法需要将浸在氯仿和甲醇中的蝉翼加热再冷却，并在此过程中逐层分析剥离的化学物质。“整个过程需要带着计时器和电脑坐在微波发生器前几天。”卡斯特斯说。
对于两种蝉，研究人员发现纳米柱的化学成分对保持蝉翅膀的结构完整性非常重要。"除去纳米柱外层的化学物质后，柱会变短并向两端弯曲."伊利诺斯大学厄巴纳-香槟分校的生物学家玛丽安阿莱茵(这项研究的合著者)解释说。
对于一年生的蝉来说，萎缩效应更为严重。蝉翼的疏水性首先降低(尽管疏水性随着更多化学物质的剥离而增加)。抑菌作用在脱皮开始时增强，但当更多的化学物质脱落时，抑菌作用明显减弱。该团队还发现，对于另一种蝉(Magicicada cassinii)，蝉翅膀表面的化学物质天生具有抑菌性。这只蝉的休眠期为17年，其蝉翼上的纳米柱比——更短，这意味着它们更可能依靠蝉翼的化学成分来抑制细菌，而不是它们的结构特征。
西弗吉尼亚大学的物理化学家特里古里安没有参与这项研究，他说：“很明显，蝉翅膀上的每一层结构都有不同的功能。”“进一步分析特定层位的能力非常重要，这将有助于我们根据不同的化学成分更好地了解蝉翼的整体物理特征。”
了解化学物质对结构的影响可以帮助科学家设计更好的产品。艾伦说：“有了结构和化学之间关系的基本知识，我们可以更有针对性地设计新材料。根据我们从自然界观察到的现象，我们可以在考虑结构和化学特性的基础上做出选择。”
