蛙類啟發之仿生水下抗生物汙染附著表面塗層

刊登日期: 2021-02-09

執行方法及步驟	海洋污垢生物附著於船舶等水下器具表面，造成嚴重的經濟、環境等廣泛影響，因此本研究計畫以「仿生」概念提出新穎的解決方法，藉由共軛焦顯微鏡及電子顯微鏡觀察棲息於複雜環境之兩生動物—青蛙皮膚表面，模仿其柔軟能起皺之皮膚構造，且佈滿滑溜液體表面，開發水下抗汙垢生物附著塗層。受複雜多功能蛙皮的啟發，實驗方法使用簡易且能大面積製造之濕式誘導起皺製程產生軟物質基底之皺褶結構，結合具有自組裝及微相分離特性之嵌段共聚高分子，例如聚苯乙烯-b-聚乳酸(PS-b-PLA)，經水解特定鏈段產生奈米孔洞表面，並同時誘導系統起皺，最後在此表面注入環境友善潤滑液，形成如同青蛙皮膚構造之抗汙垢生物附著表面。其中，微米尺度的皺褶結構可產生不利於汙垢生物附著的波紋表面，水解嵌段共聚物特定鏈段進而產生三維奈米網狀孔洞除了以毛細力牽制潤滑液的流失，更提供潤滑液儲存空間，能延長此抗生物附著表面的使用效期。其中，抗生物附著實驗選定生物汙垢形成之初階物種—微型藻類進行測試，此部分實驗與生科系簡麗鳳副教授合作，由簡老師研究團隊進行藻類培養及後續抗藻類附著實驗，並提供藻類相關實驗數據分析方法。
執行績效	完成青蛙皮膚表面觀察及抗生物汙垢附著表面之樣品製作由簡麗鳳研究團隊協助進行抗藻實驗，探討皺褶、奈米孔洞之抗生物附著扮演角色此表面之其他性質測試：時效性、透明度、韌性、抗汙、抗冰凍由良好的表面結構鑑定及抗生物附著實驗結果得知，本研究以「仿生」概念成功開發有效的抗汙垢生物附著表面，並具備高透明度、容易塑型、抗冰抗凍、自清潔等特性，且材料便宜、無氟化物使用，不危害環境更利於工業化，可應用於燃料運輸、自潔窗戶、防腐，作為醫療器械和光學儀器的無毒保護塗層，相當具有潛力。本研究計畫成果已發表於頂尖材料領域國際期刊「Advanced Functional Materials」，並獲選為封面故事內頁；此研究成果於第十八屆國家新創奬榮獲學研新創獎。期刊原文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202104173?af=R
結論與建議	本研究計畫為跨領域合作方式執行，特別感謝Enable計畫的促成及經費補助，讓實驗得以順利完成，此研究計畫橫跨生物及材料領域，包括生物觀察、材料選擇及製程設計、藻類培養及抗生物附著實驗，以及其他材料分析試驗等，成功以仿生概念製作抗生物汙垢附著表面，未來若以此研究開發大面積噴塗的抗污塗料，相信將能有效解決日常面臨到生物附著所帶來的危害，不論在學術價值或是工業應用上，都極具新穎性且具商業應用潛力。
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