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蛙類皮膚啟發 興大研發仿生多功能抗藻塗料 登國際頂尖期刊

發稿時間:2021/09/22 11:43:12

(中央社訊息服務20210922 11:43:12)蛙類柔軟滑溜的皮膚,促發中興大學材料系薛涵宇副教授團隊研究靈感,研發出可抗水中生物附著的多功能仿生塗料,此蛙皮啟發所開發而成的仿生塗層為全球首創,未來可應用於船體潛艦與離岸油槽表面抗汙、飛機抗冰、水下光學設備自清潔等多元用途,研究成果將於10月刊登於材料頂尖期刊《先進功能性材料》(Advanced Functional Materials),並獲選為內頁封面故事。

薛涵宇表示,細菌、微型藻類、藤壺、貽貝等水下生物,在潮濕環境下會附著於船舶等水下器具表面,造成髒損,此類水下汙垢生物除了影響器具外觀並造成表面結構損壞外,也會造成經濟與環境巨大的影響。以大型船舶為例,一旦汙垢生物附著於船體表面,經過長時間積累後,大量的附著生物將增加船體的負載,不僅減緩航行速度,更間接導致能源消耗的增加。船隻航行至世界各地,也會將汙垢生物散播,以外來物種身分進一步繁殖,破壞當地生態平衡。特別是當污垢或細菌等髒污進入精密電子儀器內部,可能造成儀器的損壞,帶來更巨大的損失。

此研究模仿兩生類動物青蛙皮膚具有柔軟能起皺且滑溜的特性,觀察多種臺灣本土特有種青蛙的表皮型態後獲得啟發。薛涵宇指出,蛙類皮膚放大3萬倍後,可發現其丘狀突起表面散佈點狀或溝槽等微米型態,而這些孔洞溝槽有助於分泌潤滑液的儲存,因此,他們歸結蛙類皮膚具抗藻與抗污作用,是來自於表面多尺度微結構可儲存並保留蛙皮所分泌的滑液。

該團隊以獨創的高分子合成技術,在微米等級的皺褶表面上製造奈米孔洞,並在表面注入潤滑液,如矽油等,形成仿蛙類皮膚的滑溜表面,皺褶曲面因表面不平坦不利於藻類附著,形成結構性抗藻能力,而奈米孔洞則具強大的毛細力,可吸附矽油,形成穩定且長效型的滑液表面,可讓滑液不因洋流等剪切力的衝擊而快速流失,此滑溜表面可使生物汙垢不易沾黏,進而隨著水流而脫附,進一步強化結構性表面抗汙能力。同時,在動態環境與不同藻類種類中測試,皆證實此種塗層具有長效性的抗生物污垢附著能力,能應付不同環境,如淡水與海水中的多樣藻類。

團隊表示,此篇論文第一作者博士生陳亭綸為主要執行者,從實驗設計到樣品製備皆具獨創性,特別感謝興大簡麗鳳教授與彰師大王瑋龍教授提供藻類,感謝東華大學楊懿如教授提供青蛙樣品,該研究為一成功的純本土團隊跨領域合作。

薛涵宇表示,臺灣為亞熱帶的海島型國家,氣候潮溼,淡水池塘湖泊散佈,藻類極易生長,此研究提出有效的抗藻對策,希望協助解決臺灣本土的民生、社會與環境問題,未來將嘗試降低材料成本與技術門檻,從高分子材料出發,跨領域整合材料化學與界面科學,調控奈米混成材料的型態與組成,進一步推廣至工業界實現產品化的可能。

期刊原文: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202104173?af=R

本文第一作者興大材料系博士生陳亭綸(左)與薛涵宇副教授(右)。

模仿青蛙皮膚(右上角)所製備的多功能仿生塗層表面型態。

塗佈於蛙鏡上之抗藻測試比較: 左半部未塗佈; 右半部塗佈仿生抗藻塗層,呈現優異的抗藻效果。