壁虎腳掌啟發防滑鞋底設計：添加氧化鋯奈米粒子提升抗滑親水效果

能夠爬牆的壁虎，它神奇的腳掌啟發了許多有趣的應用，包括黏性膠帶、黏著劑、「黏性機器人」攀爬機器人，甚至還有無肩帶胸罩設計。 現在，科學家們再度受到壁虎的啟發，開發出一種新型的抗滑聚合物，可以牢牢抓住冰面。

根據發表在《ACS 應用材料與介面》期刊上的一篇論文指出，將這些聚合物應用於鞋底，可以減少人類滑倒和跌倒的受傷事故。

壁虎以其高超的攀爬能力而聞名； 牠們之所以能夠吸附在任何表面，歸功於腳底微小的毛髮狀結構。 這些微小的毛髮被稱為剛毛 (setae)，每根剛毛又會分裂成數百根更細小的刷毛，稱為匙突 (spatulae)。 長期以來，人們都知道在微觀尺寸尺度下，所謂的凡得瓦力——兩個偶極分子之間的作用力與排斥力——會變得非常顯著。

本質上，壁虎腳掌上成簇的微小毛髮非常接近牆壁和天花板的輪廓，以至於來自壁虎毛髮分子的電子和來自牆壁分子的電子相互作用，產生電磁吸引力。 這就是使壁虎能夠毫不費力地攀爬玻璃等光滑表面的原因。 蜘蛛、蟑螂、甲蟲、蝙蝠、樹蛙和蜥蜴都擁有大小不一的黏性腳墊，它們都利用相同的力量。

壁虎及其不尋常的腳掌長期以來一直引起科學家的濃厚興趣。 例如，在 2013 年，研究人員設計了一種可重複使用的乾式黏著劑，其靈感來自壁虎的腳掌，可以輕鬆黏附在光滑表面上，向前推時黏性強，向後拉時則可滑脫。

2020 年，柏克萊的科學家研究了為什麼柔軟、多毛的壁虎腳趾只在一個方向上「黏住」。 而在 2022 年，科學家發現壁虎的腳掌覆蓋著一層垂直排列的超薄脂質分子層。 這可能有助於排開匙突下方的水分，使匙突與表面更緊密接觸，從而幫助壁虎在潮濕表面上保持抓地力。

圖片來源：V. Richhariya et al., 2025

壁虎腳掌的「親水性毛細增強黏附力」是這篇最新論文的討論重點。

根據世界衛生組織的數據，每年有 684,000 人死於滑倒和跌倒事故，另有 3,800 萬人因此受傷，醫療保健費用也隨之高漲。 大多數防滑產品（冰爪、鏈條、鞋釘、鞋底釘）、鞋底紋路設計或材料（玻璃纖維、碳纖維、橡膠）通常僅在特定用途或短時間內有效。 而且它們在濕冰上的表現通常不佳，濕冰具有奈米級的準液態層 (QLL)，使其更加濕滑。

因此，葡萄牙米尼奧大學的 Vipin Richhariya 及其共同作者轉向壁虎（以及蟾蜍）的腳趾墊，以尋求更好的解決方案。 為了在他們的矽橡膠聚合物中獲得類似的特性，他們添加了氧化鋯奈米粒子，這種粒子可以吸引水分子。 將聚合物 Roll 成薄膜並使其硬化，然後用雷射在表面蝕刻溝槽圖案——本質上是創造出微腔，使氧化鋯奈米粒子暴露出來，從而增強材料的親水效果。

紅外光譜和模擬摩擦測試顯示，含有 3% 和 5% 氧化鋯奈米粒子的複合材料防滑效果最佳。 作者總結：「這種最佳化的複合材料有可能改變滑倒和跌倒事故的動態，為預防全球最常見的事故原因之一提供一種受大自然啟發的解決方案。」 這種材料也可用於電子皮膚、人造皮膚或傷口癒合。

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