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2018-09-01大的過去，小的留下—翻轉傳統濾材的過濾性能
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【本刊訊】物質分離（separation of substances）在污水處理及醫療診斷等過程裡，都是相當重要的議題之一，唯傳統如煮咖啡常用的濾紙等過濾材料，通常僅能讓較小的物質通過。近日，美國賓州一群機械工程師於《科學進展》（Science Advances）發表一種新的反向濾材（reverse filter），奇異的特性將顛覆人們對過濾的直觀想像。
受細胞中的內噬作用（endocytosis）啟發，研究團隊研製出一種穩定液態材料，且由於該材料能在被穿透後自我修復，故名為「自癒膜（self-healing membrane）」。事實上，液態材料的性能其實非常特別，只是過去膜工程多著重在固態材料的開發上。儘管近年已出現穩定液態層與多孔固體相加的材料，然而完全使用液體製作的膜體至今仍未被探索過。
有別於傳統濾材依大小的不同分離物質，自癒膜依據物質動能（kinetic）這種特性來「逆轉」人們對過濾的普遍認知。機械與生物醫學工程助理教授翁大新（Tak-Sing Wong，音譯）表示，較小的物質受其質量影響，通常也蘊含著較小的動能，所以動能若不夠大，便無法輕易穿越自癒膜。
該濾材的結構類似細胞膜，除了具備水的成分外，還含有一種能在液體與空氣間穩定膜面（interface）的物質。研究團隊利用皂模（soap film）打造自癒膜原型，並將其組成加以修飾、優化，以加強膜體的固性（robustness）、抗菌性及異味中和（odor neutralization）等功能。此外，研究第一作者波斯契茲奇（Birgitt Boschitsch）也提到其它強化該材料的方式，像是加入能讓膜體更耐久、或阻隔特定氣體的成分等，豐富的添加劑種類與選擇更是為這項技術帶來無限可能。
自癒膜有許多潛在應用價值，如在偏遠地區或戰區裡，醫師仍能利用這個材料執行開放手術（open surgery），因為自癒膜除了能用來阻絕某些物質、製造乾淨的手術環境外，即使手術刀受到污染，也能透過該膜體的特性將污染物留在外頭。此外，自癒膜也能安裝於馬桶上，在固體排遺通過的瞬間，將會引發臭味的氣體滯留在膜體上。未來，研究團隊將繼續強化自癒膜的功能，並與其他專業團隊合作，開發更多自癒膜的應用層面。波斯契茲奇表示，可以直接幫助人們的科技一直以來都令他相當感興趣，這些發明也將用以應對人類所面臨的種種挑戰。
新聞來源
Birgitt Boschitsch Stogin et al., Free-standing liquid membranes as unusual particle separators, Science Advances, 2018.