從昆蟲找靈感 仿生貼布很人性

羅智華 |2013.10.11
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興大研發的仿生藥物釋放貼布(左圖),不像一般膠布(右圖左)撕起時會痛。圖╱喻文玟、興大提供
興大研發的仿生藥物釋放貼布(左圖),不像一般膠布(右圖左)撕起時會痛。圖╱喻文玟、興大提供
興大副教授張健忠(左)與研究生蔡甄憶研發出仿生貼布,可吊起水瓶、黏著力強。圖/興大提供

不少影迷都羨慕電影《蜘蛛人》中男主角飛簷走壁、行動自如的能力,其實在無奇不有的大自然中,也有許多生物具備相似能力,像是壁虎、蟑螂、螞蟻等爬蟲類與昆蟲就能在光滑牆面上自由行走,且不會受到地心引力影響而向下墜,可說是自然界的「攀爬高手」。

這些與生俱來的攀牆能力,不但幫助螞蟻、蟑螂等小型生物在地球上順利存活下來,更成為科學家的研究靈感,進而研發出模仿生物特性的科技產品。畢業於台大昆蟲系博士班的昆蟲達人吳加雄表示,以蟑螂為例,在牠的腳部尾端有一根根細小纖毛可以提升抓地力,加上會分泌油脂來增加腳部與光滑壁面的黏著力,因此讓蟑螂可以輕鬆爬行於牆面上,而不用擔心掉下來。

不只生物界,植物界如蒲公英種子上頭的細毛,也具備如鉤子般的超微結構,可黏著在物體上,藉由風力傳播來傳宗接代、延續生命,像是我們球鞋上常見的魔鬼氈黏扣帶,就是從蒲公英的黏著原理發想出來的日常用品。另外,美國科學家也結合牛細胞與3D印表機,研製出可聽到及發出聲音的「仿生耳」,為仿生科技帶來更多可能性。

而台灣也不遑多讓,像是中興大學生醫工程研究所副教授張健忠和團隊,就花了三年時間集思廣益,從昆蟲腳趾的特殊結構去發想,結合科學原理研發出兼具透氣與防水功能的「仿生藥物釋放貼布」,實用發明不但可為生活帶來更多便利,研究成果更將發表於英國皇家化學學會知名期刊《Journal of Materials Chemistry B》、引起國際學界矚目。

談起研究動機,張健忠表示,不少人都有過受傷包紮的經驗,以醫療用膠帶或藥物釋放性貼布為例,裡頭通常包含藥物塗料、不織布與固定用的粘著層,雖然目的是為了避免傷口感染與幫助治療,但長時間貼附在皮膚上,日積月累下來易導致皮膚出現藥疹或過敏情況。

不只如此,當我們在撕除膠布時,有時會因為膠布緊緊黏著在皮膚上,而導致周遭皮膚的表皮細胞組織也跟著受到拉扯,尤其是長輩或幼童等肌膚敏感患者,更容易因此感到不舒服、痛得哇哇叫。

為此,張健忠與研究生蔡甄憶等團隊成員開始思考,有沒有什麼辦法可以讓醫療用膠布具有黏著力、又能不傷害敏感的肌膚呢?想著想著就將腦筋動到了螞蟻、蟑螂等昆蟲身上。

團隊表示,他們從德國科學家動物學家費德爾的研究成果中,看到蟑螂、蒼蠅等昆蟲在爬過的玻璃表面上會出現連續性的微量圓形油性小液滴,直徑只有1至2微米。張健忠說,這種油性小液滴可以用來強化昆蟲腳趾與光滑表面間的黏附力,讓牠們可以爬行在牆壁上。

藉由這樣的研究發現,也讓團隊激發了靈感,思考何不將這樣的生物黏著原理運用在膠布材質上,透過多次實驗與修正,終於讓醫療用膠布可自動分泌藥物增加黏性,同時又達到透氣防水的功能,藉此改善傳統貼布悶熱不透氣的問題。





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