«Нанопокрытие, которое покрывает поверхность глаз некоторых насекомых, было обнаружено в конце 1960-х годов у бабочек», – начинает Владимир Катанаев, профессор кафедры физиологии клетки и метаболизма медицинского факультета UNIGE и ведущий исследователь исследования. "Он состоит из плотной сети небольших выступов около 200 нанометров в диаметре и нескольких десятков нанометров в высоту. Имеет эффект уменьшения отражения света."
Роговица насекомого без покрытия обычно отражает около 4% падающего света, тогда как у насекомых, у которых есть покрытие, эта доля падает до нуля.
Хотя улучшение на 4% может показаться незначительным, этого достаточно, особенно в темноте, чтобы его выбрали в процессе эволюции. Благодаря своим антиадгезионным свойствам покрытие также обеспечивает физическую защиту от мельчайших частиц пыли в воздухе.
Профессор Катанаев перешел в эту область исследований десять лет назад. В 2011 году он и его команда первыми обнаружили нанопокрытие на глазах у плодовых мушек (Drosophila melanogaster). Это насекомое гораздо больше подходит для научных исследований, чем моль, в частности потому, что его геном полностью секвенирован.
Алан Тьюринг: путеводный свет
Основываясь на своих предварительных результатах, в 2015 году профессор Катанаев и его коллеги предположили, что нанопокрытие является результатом механизма морфогенеза, который британский математик Алан Тьюринг смоделировал в 1950-х годах. Эта модель утверждает, что две молекулы автоматически организуются для создания узоров в виде регулярных участков или полос. Первый служит активатором, запускающим процесс, в котором возникает и самоусиливается особый узор. Но он также одновременно стимулирует вторую молекулу, которая действует как ингибитор и быстрее распространяется.
Эта модель позволила объяснить природные явления в макроскопическом масштабе – например, пятна на леопарде или полосы на зебре – и в микроскопическом масштабе, но никогда еще в наноскопическом масштабе.
Исследователь из Женевы собрал больше доказательств в поддержку этой гипотезы. Благодаря биохимическому анализу и использованию генной инженерии профессору Катанаеву и его коллегам удалось идентифицировать два компонента, участвующих в модели реакции-диффузии, разработанной Тьюрингом.
Это зависит от белка, называемого ретинином, и воска, вырабатываемого несколькими специализированными ферментами, два из которых были идентифицированы. Ретинин играет роль активатора: с его изначально неструктурированной формой он принимает глобулярную структуру при контакте с воском и начинает формировать узор. С другой стороны, воск играет роль ингибитора. Силовая игра между ними приводит к появлению нанопокрытия.
Искусственное нанопокрытие
«Впоследствии нам удалось производить ретинин по очень низкой цене с использованием генетически модифицированных для этой цели бактерий», – продолжает профессор Катанаев. «После очистки мы смешали его с различными коммерческими восками на стеклянных и пластиковых поверхностях. Тогда мы смогли очень легко воспроизвести нанопокрытие. По внешнему виду он похож на покрытие насекомых и обладает антибликовыми и антиадгезионными свойствами. Мы думаем, что можем нанести такое нанопокрытие практически на любую поверхность, включая дерево, бумагу, металл и пластик."
Первоначальные испытания показали, что покрытие устойчиво к 20 часам стирки в воде (оно легко повреждается моющими средствами или царапинами, хотя технологические усовершенствования могут сделать его более прочным). Антибликовые свойства уже вызвали определенный интерес у производителей контактных линз, а антиадгезионные свойства могут понравиться производителям медицинских имплантатов. Действительно, этот тип покрытия может позволить контролировать, где человеческие клетки цепляются за. В промышленности уже есть методы, необходимые для достижения такого результата.
Но они используют суровые методы, такие как лазеры или кислоты. Преимущество решения женевской команды заключается в том, что оно недорогое, безопасное и полностью биоразлагаемое.