仿生學(Bionic)常被稱為生物模擬學,其定義為研究大自然的設計、模式與系統,以從中模仿、調整或獲得啟發,為日常問題創造可行的解決之道。動植物、昆蟲及其他生物有機體已進化超過數十億年才能生存及適應動態的環境,許多自然界的調適作用經證實比人工解決方式更有效。仿生學已被應用在機能性布料的製造上,以產生多種不同的機能特性[1]。
就仿生學以從中模仿、調整或獲得啟發而創造了以下幾項應用於紡織行業內如:
1.天然菊花具有防蚊成分
除蟲菊酯(Pyrethrin),存在於除蟲菊(一種菊科植物)的葉子、莖杆,特別是花中,對昆蟲具有很強的毒殺作用。把除蟲菊的花收集起來晾乾,與木屑、香料等混在一起做成煙熏劑,點燃後,除蟲菊酯即可隨煙霧散發出來,飛舞的蚊子一旦接觸到它,就會被毒殺,這種煙熏劑是優良的天然「蚊香」[2]。
人們受天然除蟲菊具有驅蚊成分而觸發,人工進行化學合成的物料如人工合成的除蟲菊精類(Synthetic Pyrethroid)如氯菊酯(Permethrin),為現代化學的驅蚊劑新興產物,它的化學結構就類似除蟲菊裡頭所含有的除蟲菊酯,具備有損害蚊子的神經元,令蚊子驅走、擊倒及觸殺功效具有可以殺滅蚊蟲的功能,因此,利用氯菊酯處理過的衣服,能夠完全覆蓋穿戴者的整個身體,如果防蚊配方應用得宜,是一種比較理想的可穿戴防蚊工具,何況防蚊衣服多作外穿,不直接和皮膚作長期接觸,令穿著者皮膚過敏的機會減低。可以廣泛應用於服裝、帽子、床品、沙發套、地毯、窗簾等裝飾用品和夏季服飾及軍用紡織品,氯菊酯具有廣泛應用空間,如軍用、民用及獨特健康保護功能紡織品發展方向之一[3]。

圖片來源: https://www.itsfun.com.tw/%E9%99%A4%E8%9F%B2%E8%8F%8A%E7%A8%AE%E5%AD%90/wiki-9608645-8325325
2.超高性能蜘蛛絲(Spider Silk)的仿製
蜘蛛絲是無數科學家著迷的研究目標,尤於它集輕質、強力、柔軟等優點於一身,香港城市大學胡金蓮教授近十多年致力研究仿生蜘蛛絲及工業應用及發展方向,模擬蜘蛛絲高韌性能、形狀記憶和水分收集能力等不同領域研究,期望能以產業化為目標,製作如防彈衣、降落傘等高科技產品。
胡教授指出天然蜘蛛絲的功能很多,具備多邊優良性能、特強韌性能、超強收縮性等神奇特性,蜘蛛和蠶蟲不一樣類別,蠶蟲食桑葉,蜘蛛是吃肉的,甚至會互相攻擊及吃掉,不能工人飼養,若要野外採集蜘蛛絲,她估計做一件衣服隨時要用上數千個蜘蛛網來製造,極其寶貴,所以仿生蜘蛛絲有了研究價值。胡教授會從製造方法著手,利用化學合成方法,再加利用生物科技,透過基因工程讓細胞產生蜘蛛絲蛋白及製成合成纖維;從仿生蜘蛛絲性能上而言,主要研究其纖維韌性、形狀記憶和水分收集能力,集水效率比人造尼龍高達100倍,期望在工業化後可用於戶外嶄新功能性材料例如沙漠收集水分器材。另外,她曾經探索形狀記憶物料(Shape Memory Material)的功能性,近期發覺蜘蛛絲遇水後的超強收縮現象而啟發,首次就仿生蜘蛛絲的濕度形狀記憶特性建立了理論結構模型,更發現其形狀回復比率達98.5%,較傳統的高分子智慧材料更高,從而發展高性能仿生物形狀記憶物料,胡教授覺得研究及開發前景非常好[4]。

3.殼聚糖(Chitosan)在紡織工業的應用
甲殼素又名幾丁質,是地球上含量僅次於纖維素(Cellulose)的第二豐富有機物,主要以蝦、蟹殼及其他甲殼動物之含量最多。加上人們發現甲殼素具備有抗微生物材料的功能,能針對藻類,細菌,酵母菌和真菌等多種目標生物[5]。
殼聚糖(Chitosan)是甲殼素最重要的衍生物,又名幾丁聚醣、幾丁胺醣、甲聚糖,是甲殼素脫乙醯度達到70%以上的產物。由於甲殼素不會融化,及不溶于水、酸、堿和有機溶劑,而殼聚糖易溶於大多數水溶液,也是迄今為止發現的唯一天然鹼性多糖,具有無毒性、可生物降解性、良好的生物相容性等特性,及抗菌功能,為紡織行業開發及應用:
(a)手術縫合線
採用殼聚糖纖維製造的縫合線,具有很強的抗張強度,在血清、尿、膽汁、胰液中能保持良好的強度,在體內有良好的適應性,殼聚糖縫合線能被溶菌酶分解,而且可以被人體吸收,不用拆線。
(b)醫療採用的紡織敷料
殼聚糖纖維製成的醫療採用的紡織敷料基本組織包括不織布、紗布、繃帶、止血棉花等,用於治療燒、燙傷的人,該類敷料應該具有極好的透氧性,防止傷口缺氧、吸收水分並通過人體內酶自然降解而不需要另外去除、降解產生可加速傷口早日癒合。
(c)人工皮膚
利用殼聚糖製成的人造皮膚,具備質地柔軟、舒適,與較好的創面貼合性,它具有透氣、吸水、抑菌消炎作用等等,並具有抑制疼痛、止血和促進傷口癒合的功能,殼聚糖人造皮膚能自行溶解並被人體吸收,不但會減低留下傷口的痕跡,而且促進人體皮膚的再生能力[6]。

參考資料來源:
1. 仿生學:大自然的科學啟發高科技機能性成衣的設計,http://monitor.textiles.org.tw;
2. 除蟲菊精類,https://zh.wikipedia.org;
3. 防蚊纺织品(上),香港纺织报,2021年3月8日,第2页;
4. [仿生科學之蛛網集水]人造蛛絲集水防彈,https://www.wenweipo.com/s/202012/17/AP5fda7041e4b0f97fb5d7ec77.html;
5. Goy, R.C., et al, “A Review of the Antimicrobial Activity of Chitosan”,https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-14282009000300013
6. 甲壳素及壳聚糖在纺织工业中的应用,https://www.163.com/dy/article/ETUJSDJL0518RVGQ.html
[Revised on 30 June 2021]
香港紡織商會榮譽顧問何繼超博士