高科大產學媒合平台-研發成果

領域：化學工程及製程

研發教師：簡秀紋

技術說明：在大自然的環境中，不同於其他海洋生物，鯊魚表面沒有微生物、海藻及藤壺的沾黏，可視為一種具有自潔、低黏附的防污（Non-fouling）表面。鯊魚表面自潔及低沾黏的特性可歸納三個因素：
一、鯊魚表皮具有特殊的菱形盾鱗（Placoid scales）結構，每個盾鱗表面具有順向的微壕溝（Riblets），使得鯊魚在海中游動時，表面減少渦流的形成，並產生一層水膜，可降低水中阻力、增加流動速度，因此減少微生物沾黏。
二、微米級的盾鱗結構使表面地形崎嶇不平，導致微生物不易貼附。
三、鯊魚皮的表皮細胞會分泌黏膜，如抗菌胜肽（Antimicrobial peptides，AMPs）、溶菌酶（Lysozymes）、凝集素（Proteases）等，使其表面具有抗菌活性。
因此，綜合上述因素可得知，鯊魚皮自身上的地形與黏膜，是直接或間接影響微生物、海藻及藤壺沾黏的主要兩大因素。

創新特色：在我們的研究中，我們分析鯊魚皮各部位的盾鱗微觀結構，並檢視這些微觀結構與粗糙度和潤濕性的關係，以進一步評估表面性質對早期細菌貼附和生物膜生成的影響。經掃描電子顯微鏡和共軛焦顯微鏡得知，腹部的盾鱗長寬較鰭部位來的大，並且有較高的隆起和較密集重疊的盾鱗。因此，將聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）通過聚二甲基矽氧烷（PDMS）轉移複製成的鯊魚皮結構，會有較粗糙及較疏水的性質（圖片）。這些粗糙的微結構會促進早期細菌的附著，但可以阻止細菌形成生物膜。此外，為了降低早期細菌的附著，我們將光催化性的二氧化鈦（TiO2）奈米顆粒引入PMMA中，並複製成鯊魚皮結構。當TiO2奈米顆粒受到光催化，可抑制細菌的生長，並阻止生物膜發展。這些研究提供有關鯊魚皮表面形貌對防污機理的影響，有助於應用在水下設施或水處理的發展。本研究刊登於Colloids & Surfaces B: Biointerfaces (2020)及Materials Letters (2021)。