從豬籠草找靈感—新型超光滑自潔表面
國立清華大學材料科學與工程學系 陳柏宇教授
近年來科學家致力於超疏水、自我清潔、抗沾黏表面之研究，其中以荷葉的出淤泥而不染最為著名，歸功於其含蠟表面特殊的奈微米結構，形成超疏水性的界面 [1,2]。一系列的仿荷葉的超疏水材料也相繼開發[2]，然這些材料有所限制，如抗油及其他複雜液體能力不足、在高壓下無法運作、易受損、價格高、製作困難等。美國哈佛大學Joanna Aizenberg的研究團隊從豬籠草科的食蟲植物表面獲取靈感，研發出一種新型超光滑自潔表面，稱之為「SLIPS: Slippery Liquid-infused Porous Surfaces(光滑注液多孔表面)」，成果發表於Nature期刊[3]。豬籠草捕食器具溝槽狀結構(圖(a))，表面布滿奈米顆粒，可將一層薄薄的水固定在適當的位置，形成完美而平滑的水膜，昆蟲的足部含油，踏上此表面立即滑落至籠中，而被捕食消化[4]。研究團隊利用此策略，開發出多孔性具紋理的鐵氟龍基層，再注入潤滑液，在表面形成只有數奈米厚的平滑液體層(圖(b))。研究發現此材料表面，只需非常小的角度(<5˚)，無論是水、油、有機溶液、血液或昆蟲都會快速滑落，能耐高壓(680 atm)且具自我修復之能力。此超光滑表面可應用於液體傳輸、自我清潔、抗沾黏表面、輸血管道、生醫材料、微流體機電系統等。從大自然汲取靈感，將有助於開發智慧型、多功能、高效率且環保之仿生材料，以解決各種問題。
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(b)
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圖、(a)豬籠草捕食器外觀結構；(b)新型超光滑表面(SLIPS)製備示意圖 (Image courtesy of Peter Allen and James C. Weaver)。
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參考文獻
1. Barthlott W, Neinhuis C, The purity of sacred lotus or escape from contamination in biological surfaces. Planta 202, 1-8 (1997).
2. Koch K, Bhushan B, Barthlott W, Multifunctional surface structures of plants: An inspiration for biomimetics. Prog. Mater. Sci. 54, 137-178 (2009).
3. Wong TS, Kang SG, Tang SKY, Smythe EJ, Hatton BD, Grinthal A, Aizenberg J, Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity. Nature 477, 443-447 (2011).
4. Bohn HF, Federle W, Insect aquaplaning: Nepenthes pitcher plants capture prey with the peristomem a fully wettable water-lubricated anisotropic surface. Proc. Natl, Acad, Sci, USA 101, 14138-14143 (2004).
