著眼於蚊子體表,運用界面活性劑防治蚊子行動,花王開發不含殺蟲劑成分的驅蚊新技術。花王株式會社與日本特定國立研究發展法人理化學研究所腦神經科學研究中心的知覺神經迴路機構研究團隊的共同實驗發現,蚊子體表附著表面張力較低的界面活性劑水溶液,能夠阻礙其飛行並使其窒息進而喪失行動能力。運用這項研究成果,花王開發了只要對蚊子噴射霧狀界面活性劑水溶液,就能輕鬆驅蚊的技術。
背景
蚊子是登革熱和瘧疾等高風險傳染病的媒介。以登革熱為例,近年來隨著全球暖化、都市化加速等大環境的改變,蚊子的繁殖環境不斷擴大,導致全球登革熱感染者增加,遭受威脅的人越加增多。
為阻止以蚊子為媒介的傳染病蔓延,除了治療藥物的開發、疫苗以及防蚊劑這些預防手段外,在傳染病猖獗的地區,為能直接有效驅蚊,會使用含有擬除蟲菊酯類殺蟲劑。 然而近年來,研究顯示在東南亞等地區,有些蚊群已對擬除蟲菊酯產生耐受性,殺蟲劑無法滅除的蚊子逐漸增加,因此亟待開發可持續的多樣性驅蚊方法。
探索阻礙蚊子飛行的方法
這次花王圍繞著「阻礙蚊子飛行,讓它飛不起來」這一課題,著重於蚊子的體表和翅膀。 蚊子體表(圖1)有非常細小的凹凸構造,在此之上覆蓋著疏水性的蠟質成分,因而具有極強的不親水性。 所以蚊子的翅膀和體表不易沾水,下雨也不會淋濕,能在有水的水環境中產卵和羽化。
花王新聞2020年12月9日《開發防蚊新技術,製造蚊蟲無法適應的肌膚表面環境 有效預防經由蚊蟲傳播的疾病》
2020年花王開發了運用矽油黏附蚊子足部使其無法停留在皮膚表面這項研究成果,開發了有效防蚊技術*2,此次進一步以「沾濕蚊子體表和翅膀來改變其飛行行動」為研究方向,並發現了界面活性劑是目前最有效的解決手段。
界面活性劑具有能在物質與物質接觸的面(界面)上發生作用使其性質改變的作用。比如在水與油之間的界面上,加入界面活性劑,可以使原來無法相溶的水、油兩種物質混合。 同樣,在水中添加界面活性劑,可降低水溶液的表面張力,使原本避水的表面容易被沾濕。
花王的研究發現,運用界面活性劑的性質,可以沾濕原本不易濡濕的蚊子體表。經過對多種界面活性劑水溶液的比較得知,具有較高降低表面張力性能的界面活性劑,能快速有效地濡濕蚊子體表(圖 2)。
研究發現,因蚊子可以避水,所以向蚊子噴射水霧氣對其飛行沒有影響。但噴射界面活性劑水溶液的話,能有效沾濕蚊子體表、影響其飛行並輕易就使之墜落。
沾濕蚊子的翅膀可以阻礙其飛行
理化研究所分析蚊子翅膀附著了水或界面活性劑水溶液時的情況(圖 3)後發現,飛蚊附著水時,因為翅膀表面不沾水,所以依然可以持續飛行。而如果附著了界面活性劑水溶液,翅膀則會因濡濕而無法動彈。與其他飛行昆蟲相比,蚊子振翅速度更快,更能維持正確的行徑和姿勢。而界面活性劑水溶液迅速濡濕蚊子翅膀及體表,可有效對其振翅造成影響,進而喪失飛行能力。
迅速封閉蚊子體表的氣門使其窒息進而喪失行動能力
研究也發現,使蚊子體表附著表面張力較低的液體,可以使其窒息進而失去行動能力(圖 4)。昆蟲的體表有用以攝入氧氣的細小孔洞結構,被稱為“氣門”。部分昆蟲會因氣門閉塞而導致死亡。可見如果表面張力極低的液體附著其上,蚊子將無法通過氣門攝氧,並因此窒息進而喪失行動能力。
如上所述,利用界面活性劑水溶液能濡濕蚊子的性質殺蟲的方法,與擬除蟲菊酯殺蟲具有完全不同的內在機制。 由於體表防水性能是蚊子生存的必要條件,可以預見,濡濕蚊子的物理性殺蟲方法不易產生耐受性。
總結
花王運用長期累積的界面科學研究成果,結合對蚊子的行動及體表觀察,發現了使用界面活性劑濡濕蚊子達到驅蚊效果。運用界面活性劑的物理殺蟲劑技術,不同於傳統的擬除蟲菊酯為首的殺蟲劑的作用機理,不易出現耐受,因而有望長期使用。今後隨著技術投入應用,將可為人們避免感染蚊媒介傳染病做出貢獻。
來源
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