奈米科技

活體生物的「奈米外套」

活體生物的「奈米外套」
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮/長庚大學生物醫學系周成功教授責任編輯

編譯來源:Japan Science and Technology Agency

果蠅的幼蟲在電子光束照射下的高解析掃描式電子顯微鏡進行活體觀察,發現會自己形成「奈米外套」來自我保護。(圖片來源:維基百科)

生物為了生存於變化多樣的環境,發展出各式各樣的生理機能與結構,例如蓮葉的高撥水性、蝴蝶翅膀的色澤、鯊魚表面的低摩擦力等都廣為所知。模仿生物的微細構造而開發新材料是仿生技術的熱門研究之一。

生物表面的微細構造需要透過電子顯微鏡進行觀察,但必須要處於電子束易於穿透的高度真空狀態,且有必要將生物材料置於真空管內。只是若將體重有約80%水分的生物置於高度真空狀態,生物會因水分蒸發而造成體積收縮,以致其表面微細結構變形。故為了觀察近似活體生物的微細結構,需要將生物材料進行化學固定、乾燥處理或表面包覆處理,因此以往透過電子顯微鏡觀察的都是已死亡的生物體。

可溶你體的新發明

可溶你體的新發明
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯張涵茜/國立臺北科技大學分子系暨有機高分所許益瑞副教授責任編輯

編譯來源:BBC健康新聞 2012/9/27

奈米膜溶解的速度是靠蠶絲來調控。蠶絲再次成形的結構會決定最後這個電子儀器溶解時間的長短。(圖片來源:flickr用戶mynameisharsha)

美國科學家發明出「可溶你體」的超輕薄電子儀器,根據科學期刊(Science)刊登的研究指出,這樣的電子儀器可以在達成任務之後自行溶解,而這項新科技也已經用來消滅傷口上的細菌,希望未來可以利用在醫療技術上。

這項發明是以絲質外膜包覆矽和氧化鎂所組成,可以算是「瞬態電子」(transient electronics)的延伸。發明團隊在發明這項電子儀器之前,已經研發出「電子刺青」(electronic tattoos),是一種可以隨著身體延展和彎折的傳感器。他們說這項發明跟以往的發明大相逕庭,過去對電子儀器的發明都朝持久耐用發展,而他們的發明則是要電子儀器消失不見。

上而下

上而下 (Top down)
臺中縣立新社高級中學物理科陳俊清老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編

在奈米製造技術上,基本上可分成兩大主流,Top down與Bottom up,Top down是藉由加工的極細微化,控制塊材能由大而小雕塑的技術,Bottom up是藉由操控原子及分子,由小而大開發奈米新材料的技術,兩者均有其擁護者。

自潔功能〈Self clean function〉

自潔功能〈Self clean function〉
台中縣立新社高級中學物理科陳俊清老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂自潔功能,是指當灰塵等污染物沾到物體的表面時,可藉由天然雨水的沖刷,不需人工清洗,就可保持表面的清潔,我們稱其具有自潔能力。

「蓮之出淤泥而不染,濯清廉而不妖,中通外直,不蔓不枝,香遠益清,亭亭淨植,可遠觀而不可褻玩焉」,蓮葉上頭之所以有著乾淨的表面,是來自於它本身的自潔能力,蓮花葉片上具有許多細小之纖毛,使得滴落於葉面上之水珠與其之接觸角(contact angle)大於 $$140$$ 度且使水不沾附於葉面而形成小水珠,這就是蓮葉表面的超疏水(superhydrophobicity)性質。

由下往上〈Bottom up〉

由下往上〈Bottom up〉
台中縣立新社高級中學物理科陳俊清老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

在奈米製造技術上,基本上可分成兩大主流,Top down 與 Bottom up,Top down 是藉由加工的極細微化,控制塊材能由大而小雕塑的技術,Bottom up 是藉由操控原子及分子,由小而大開發奈米新材料的技術,兩者均有其擁護者。

蓮花效應〈Lotus effect〉

蓮花效應〈Lotus effect〉
台中縣立新社高級中學物理科陳俊清老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

「蓮之出淤泥而不染,濯清廉而不妖,中通外直,不蔓不枝,香遠益清,亭亭淨植,可遠觀而不可褻玩焉」,蓮葉上頭之所以有著乾淨的表面,是來自於它本身的自潔能力,雨水落於上之所以形成水珠,是來自於水珠的表面張力大於與蓮葉接觸面間的附著力,但是這兩種現象都是歸咎於蓮花效應的展現。

奈米(Nanometer)

奈米(Nanometer
國立台南第一高級中學一年級林晉名/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

奈米(標誌:mμm) 是一種公制長度等於十億分之一米, 即百萬分之一分之一毫米。

它是用來測量極小尺寸的常用單位(等於十埃),是國際上公認的非Si單位。它是經常和奈米科技聯繫在同一個領域。以前,奈米被稱作毫微米(標誌 mµm)。

它是在半導體產業最常用來描述生產技術的線寬大小 ,同時也是最常用來描述光波長的單位,可見光波長的範圍大約在400-700奈米之間,資料在光碟上被存為大小大約100 奈米深、500奈米寬的凹槽。

奈米科技是個範圍相當廣的領域,如應用物理學、材料學、膠體與界面科學、元件物理、超分子化學;自我複製機器和機器人學、化學工程、機械工程、生物工程學和電機工程。將上述的科學領域合稱為奈米科技會引起爭議,因為在相關研究上奈米級並沒有明顯的界線劃分;儀器使用是唯一跟所有領域有關的,例如配藥和半導體產業並不相干,奈米科技產品主要都銷售到某個工業範疇。

奈米-從簡單到複雜:一個微觀的角度 (Simple to Complex: A Molecular Perspective)

奈米-從簡單到複雜:一個微觀的角度 (Simple to Complex: A Molecular Perspective)
國立台南第一高級中學一年級林亭佑/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

現代的合成化學技術水準已到達可以製造結構很小的分子。現今可以使用這些方法今天去製造各式各樣實用的化學製品,例如:配藥或商業用的聚合物。這樣的功能使我們更進一步思索是否可將這樣的方法擴張到下一個層級,也就是將這些單一的分子加工並且組織成結構整齊的多分子材料。

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