哈佛大學應用科學家仿照豬籠草的疏水策略，開發出了一種極為光滑的塗層材料，幾乎能排斥包括血液、油在內的任何液體，甚至在高壓、冰凍等極端環境條件下，仍能保持排斥液體或固體的能力。這種仿生疏流技術在生物醫學流體處理、燃料運輸、防污、防凍等方面有著廣泛應用，甚至有望帶來一種能自動清潔的窗戶和改良型光學設備。該研究發表在近期《自然》雜誌上。
豬籠草是一種葉子像水杯的食蟲植物，尤其在雨後，其葉子表面會變得幾乎無摩擦，散發出甜味，吸引螞蟻、蜘蛛、甚至小青蛙。豬籠草的疏水策略與其他植物完全不同，它能在頂部形成一件光滑的外衣，把液體本身變成了疏水面。受其啟發，研究人員將一種潤滑液注入具有納米微結構的透氣性材料中，製成了這種名為“SLIPS”的疏水表面，意為“灌注液體的光滑透氣表面”。
“我們開發的新型塗層材料勝過天然和人工的同類產品，為固液間排斥問題提供了一種簡單而多用途的解決方案。”論文首要作者、哈佛大學工程與應用科學院的喬安娜•艾森伯格(Joanna Aizenberg)解釋說，目前的其他疏水面，如仿荷葉效應疏水，利用的是表面特殊紋理結構，使水滴聚集滑落，但荷葉效應對一些有機物或復雜液體無效，表面刮擦後或在極端條件下，液體反而會黏附或沉積在上面，而且這種疏水面難以制作，成本很高。
“SLIPS就像豬籠草那樣，不僅能滑倒昆蟲，還能排斥多種液體和固體，幾乎毫無阻滯，極輕微的傾斜都會讓液體或固體從它表面上滑下來。”艾森伯格說。他們用螞蟻做了多次實驗，發現螞蟻會從上面滑落，或剛爬幾步就趕緊退回地面。
論文首要作者、艾森伯格實驗室博士後 Tak-Sing Wong 說︰“由於SLIPS非常光滑，即使用刀子刮壞一部分，也能立即自行修復，修復後仍保持疏流性能，這讓它能作為一種自動愈合材料。如果制成光學透鏡，也是一種理想的自動清潔設備。”
此外，它在高壓（675個大氣壓，相當于海平面以下7000米）、潮濕、低溫等極端條件下也能保持這種幾乎無摩擦的特性。研究小組在一次暴風雪之後進行了實驗，發現它在嚴寒中還能排斥冰。艾森伯格說︰“SLIPS的穩定性和獨特的自愈能力，讓它幾乎能勝任任何應用，如極地或深海探測，為嚴苛條件下的應用帶來了廣闊前景。”
“我們的仿生表面不僅能在各種環境下發揮作用，而且成本低、制造簡單。”論文合著者、艾森伯格實驗室博士生 Sung Hoon Kang 說，“它還能改進升級，因為你可以選擇任何種類的透氣材料和多種潤滑劑。”
目前，研究人員正在為這種仿豬籠草技術申請專利。他們預計，該技術將來可用於運輸燃料和水的管道、醫用導管（如導尿管和輸血系統）、自動清潔窗、無菌無垢表面等，還可進一步開發出排斥冰的材料，以及不留指紋或亂畫痕跡的抗粘表面等。
科技日報 2011/09/26 常麗君
相關連結
- Bio-inspired coating resists liquids (Physorg)
- Hansjörg Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering (Harvard University)
- Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity (Nature)
- SlipperySurfaces (Youtube)
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