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台灣奈米科技新聞信, Vol. II, No. 7, 4/1/2003
第二卷 第七期 TNN 綱目

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奈米人文政治和法規

台灣的行政院核定新竹生物醫學園區計劃 / 中國大陸成立國家奈米科學中心 /
中國大陸西安稱將建設奈米科技產業園 /

微機電系統

微射流中的混合 /

奈米材料科技

奈米材料用於纖維紡織2-3年產值逾150億元 / 奈米金粒子可以用來加強生物感應器的功能  /   
不要和矽晶奈米球開玩笑 / 加拿大公司的奈米材料讓重金屬變得暨輕又強 /

奈米晶片及奈米電子科技

新的簡易的分子電路印刷技術 / 矽晶奈米電子會產生漏電現象 /
模仿細菌中的蛋白質可以應用在奈米電子上面 / 用困陷的離子來製造邏輯閘門 /
MAPPER蝕刻公司努力要來拯救姆爾定律 /

奈米管, 奈米鬚, 奈米纖維和奈米球的進展

奈米白熾燈 / 美國杜邦公司開發出奈米管複合物可以形成一種可印刷的導電體 /
蛋白石為奈米管的研究科學家帶來好運 /

奈米醫學和奈米生物科技

基因療法中的糖衣 / 蜘蛛絲的彈性特徵 / 用會導電的聚合物來製造人工肌肉 /
中國大陸清華教授歷時六載研製奈米人工骨投入臨床 /
台灣九鼎生物科技公司研發奈米化藥用粉末 / 發展奈米生醫 台灣有利基 /
奈米晶體粒子的聚合物可以用來感應身體中的訊息 / INFINEON和METRIGENIX推出3D的生物晶片 /

奈米新技術和新產品

原子力探針顯微鏡將在台灣量產 / 日本的NEC公司藉著奈米碳角要來取得燃料電池的市場 /
Pacific燃料電池公司讓奈米管發電 /

奈米人文政治和法規:

台灣的行政院核定新竹生物醫學園區計劃

3/27/2003, 東森新聞報, 台灣的行政院27日核定「新竹生物醫學園區計畫」, 規畫打造台灣成為生物醫學研發高科技園區, 招攬高科技人才.  政院表示, 規畫要發展生活習慣病與再生技術等醫療技術, 將「監控式」研發奈米科技與幹細胞技術. 台灣的行 政院指出, 如果國內的生物醫學環境能維持現在的發展水準, 民國114年時可產生高度的經濟效益, 並提供1萬名以上高階就業機會, 使園區企業創造200億元營業額.  台灣的行政院表示, 開發模式涵蓋公共建設與民間投資, 吸引民間投入向國外招商減輕政府負擔, 增進效率.  政府並負責園區土地及研發經費, 還會出租其餘土地降低負擔.  台灣的行政院表示, 園區審議委員會已通過由台灣大學「新竹生物醫學園區籌備處」負責園區建設營運.

中國大陸成立國家奈米科學中心

3/22/2003, 台灣中央社, 大陸中國科學院副院長白春禮指出, 中國大陸將投入兩億五千萬元人民幣, 由該院奈米科技中心、北京大學、清華大學等為發起單位, 組建國家奈米科學中心.   新華網報導, 中國大陸國家奈米科學中心今天揭牌, 白春禮說, 中心將邊籌備邊建設, 建設中將採取靈活方式吸引不同形式的投資.

該中心有關負責人解思深說, 研究重點將放在前瞻性、具有重要應用前景的奈米科學與技術基礎研究, 在學科交叉、優勢集成的基礎上, 面向國家戰略需求展開高水準研究.  據指出, 奈米科學中心以在若干重要領域取得創新成果和獲得自主智慧產權為目標, 重點圍繞奈米器件與奈米加工、奈米生命科學、奈米結構與性能表徵方法、奈米技術應用等研究工作.

中國大陸西安稱將建設奈米科技產業園

3/23/2003,  台灣中央社, 中國大陸西安將建設奈米科技產業園, 並聲稱是以台資為投資主體的工業園區.  西安奈米科技產業園佔地面積一千畝, 預計投資額為十二億元人民幣, 第一期開發一百七十畝.   根據新華社報導, 西安奈米科技產業園, 將整合陸通國際與奈米產業相關的技術與核心器件的生產製造, 在西安建立生產基地, 並引入相關聯的上下游產業公司, 形成一個以奈米科技產業為核心的產業群. 報導指出, 西安納米科技產業園計劃分兩期建設：首期規劃面積為一百七十畝左右, 投入資金一億八千八百萬元, 預計兩年時間完成.  主要投資建設奈米科技研發中心, 以納米材料為主題的電子膜加熱設備生產製造基地, 部分生活配套設施.

微機電系統:

微射流中的混合

3/27/2003, Material Update, 在新興的微射流技術領域中, 科學家面對的挑戰之一就是在微射流系統中, 通過一個如迷宮式的微米管道來導引和處理各種微量的化學物質時, 如何來找出有效的方法來使兩種流體混合.  科學家已經發現建構一個幾何上複雜的三微微射流結構體, 來促進其間的渾沌流動, 可能可以解決這個問題. 微射流的領域未來將可以讓一大範圍的化學程序, 可以快速地和有效地在一片單一可拋棄式的整合為晶片上完成.  但是在這種”實驗室晶片” 的功能理想可以達成之前, 還有一些尚未解決的問題有待克服.  其中一個問題就是在一個由層流控制的單一微射流管道之中, 要讓兩種不同的物質達到有效的混合是非常困難的.  在下個月的Nature Material期刊中, Daniel Therriault和其同僚將發表如何來建構一個具有複雜幾何的三維微射流網絡結構, 來激發混亂的流體運動, 而能使兩腫瘤體可以有效地混合.  參考文獻: Chaotic mixing in three-dimensional microvascular networks fabricated by direct-write assembly, Daniel Therriault, Scott R. White & Jennifer A. Lewis, Nature Materials 2, 265–271 (April 2003) 左圖就是作者的複雜幾何三維微射流網絡結構體的製造方法的解說圖.  a, 整個製程的開始乃是利用一個電腦控制的墨水運送系統, 使用石蠟機的墨水來打樣出一個三維的鷹架方陣.  然後藉著滲入環氧樹脂以及去除墨水, 將此鷹架轉變成一個微射流的網絡.  b, 接著再於此網絡中灌入一種可光硬化的樹脂.  c, 通過一個光罩, 藉著紫外線的曝光, 來選擇性地使某些樹脂硬化.  d,  這種選擇性的光硬化就可以產生一個具有開 (黃色) 和關 (灰黑色) 的管道結構體.  e,  此圖就是一個在開狀態下的微射流管道的螢光影像.

奈米材料科技:

奈米材料用於纖維紡織2-3年產值逾150億元

3/26/2003, 台灣中央社,  經濟部技術處「產業技術資訊服務推廣計畫」 (ITIS)今天舉辦「2003我國產業生命力之新契機研討會」, 以紡織產業為主題進行研討.  由於奈米材料未來2-3年於纖維紡織領域的相關產值達150億元以上, 其重要性極受各界重視, 而台灣紡織產業仍屬於萌芽期, 相關技術尚待突破.  根據工研院統計, 奈米材料未來 2-3年於纖維紡織領域的相關產值可達 150億元以上, 其重要性極受各界重視, 奈米技術於紡織產業發展的趨勢以奈米複合材料纖維、奈米尺寸纖維、奈米塗佈紡織品及高效能染、顏料等較具商業潛力.   國內紡織產業應用奈米技術目前仍處於萌芽期, 奈米粒子改質、機能性奈米分散及穩定性控制、有機/無機相容化等關鍵技術尚待突破.

有鑑於生物技術是一門「跨領域」特性極強的綜合學問, 就紡織業來說, 生物技術有可能帶來更省能源、更有效率、更加清潔的生產過程以及全新的材料.  紡織領域應用時, 需發揮相輔相成的效用, 才能有所結果.  紡織中心ITIS計畫產業分析師黃玲娉表示, 生物技術的研發屬資本密集性質, 國家政策影響甚鉅, 各國在方向上美國以農業、醫藥、基因領域領導全球產業； 歐洲則以複製技術為重點, 日本則在基因轉殖、酵素上見長；中國大陸則是在基因序列研究上, 投入大量人力與資金亦相當有進展.

生物技術領域首重智慧財產權, 各國在專利佈局上態勢明顯, 企業間則因市場考量, 技術併購頻繁, 且生技產業屬寡占事業, 無論在資金、市場、技術層次上進入障礙皆高.  以紡織領域來看, 最具市場潛力的是生醫材料, 但檢測認證成本過高, 所需時程也過長, 目前生技產業仍以醫藥為主, 生物技術研發人員較重視醫藥、食品領域, 少以材料觀點切入, 所以少有生技科學家探討紡織相關材料.  生物技術於紡織領域的應用屬於跨領域研究, 需整合各界人才合作, 生物、基因技術應用於生醫及各式材料開發設計、微生物技術、酵素工程應用等, 但於紡織領域的發展可行性, 仍需多方考慮其資本密集、高技術層次、專利與認證問題.　紡織中心組長林俊宏指出, 奈米科技將物質製造或加工至極超微尺寸的科技, 不僅促成材料微細化, 也讓材料顯現新的特性, 為產業運用帶來新機會、新產品與新品質, 整體而言對紡織產業的影響可說是既深且廣.

奈米金粒子可以用來加強生物感應器的功能

3/21/2003, Nanotech Web, 以色列希伯來大學的科學家和美國Brookhaven國家實驗室的科學家一起, 已經能夠使用奈米金粒子來將葡萄糖氧化酵素附著到電極上面.  這種酵素—電極的結合將來將可以用在植入於人體中的微小生化感應器, 來測量監控血液中的葡萄糖濃度.   以色列希伯來大學的Itamar Willner說, 植入於蛋白質中的一個單一奈米金粒子, 可以成為氧化還原中心和電極間的一個電力接觸點.  由這種方法製造出來的酵素, 可以在電極上表現出一個大約每秒有5,000的電子傳輸交換率, 而在其本來自然的狀況下, 其電子傳輸交換率大約每秒僅有700.

葡萄糖氧化酵素中含有一個被植入的奈米金粒子的三維結構圖.  這張圖乃是一張其用來當作傳導電子功能的示意圖. 
這張圖的上方所顯示的乃是, 這個植入奈米金粒子的蛋白質(圖中箭頭所指的地方) 的一個穿透電子顯微術的影像.

不要和矽晶奈米球開玩笑

3/26/2003. Nanotech Web,  美國 Minnesota大學和 and Los Alamos國家實驗室的科學家已經發現單一的矽晶奈米球的硬度是相當的高. 這個研究團隊發現直徑是40奈米的無缺陷矽晶奈米球, 其硬度大約是整體矽晶硬度的4倍以上. " 這乃是第一次有人將奈米粒子的機械性質, 而不是其電磁場性質量度出來,"  Minnesota大學的William Gerberich說,  " 我們現在可以在這種尺度上來和物質的機械性質的模擬結果來進行比較, 這種模擬是要比物質的電磁場性質的模擬難上許多的."

這些科學家首先藉著在一個藍寶石的表面, 凝結四氯化矽的蒸氣, 來製造出無瑕疵的矽晶奈米球.  然後他們用一個鑽石針尖的探針來在藍寶石的表面擠壓這個矽晶奈米球, 以便能量測其硬度.  他們發現球體越小, 其硬度就越高.  直徑100奈米的矽晶奈米球, 其硬度大約是20 gigapascals (GPa), 而直徑40 奈米的矽晶奈米球, 其硬度大約是 50 GPa.  就比較上而言, 大塊的矽晶, 其平均的硬度大約僅有12 GPa,  而藍寶石的硬度大約是40 GPa, 鑽石的硬度大約是90 GPa.

" 人們從來沒有有過這麼完美無瑕疵的球體來試驗過,,"  Gerberich接著說,  " 你可以拿奈米矽晶球來和氮化物和碳化物來比較, 一般它們的球體的硬度範圍大約介於 30-40 GPa."

Minnesota大學Barry Carter研究團隊的 Chris Perrey, 使用穿透電子顯微鏡 (TEM) 所攝取的兩個奈米矽晶球體的影像, 其半徑大約是70奈米. William Gerberich研究團隊中的研究生Bill Mook則對類似但是較小的球體進行機械性的評估.  影像左邊的奈米球相對上較無瑕疵, 但是右邊的球體則具有從左至右的一種 "nanotwin" 的瑕疵.  無瑕疵的奈米矽晶球, 其硬度要比大塊的矽晶要強出許多.  (影像中的插圖乃使電子繞設的式樣, 用來確定結晶圖像的方位.)   影像來源: C Perrey, C B Carter, 美國 Minnesota大學.

這些科學家也使用一台超級電腦來進行這種矽晶奈米球行為的一個個原子的模擬.  他們是在期望藉著他們的發現, 可以讓他們未來能夠用來設計超強度的材料和奈米複合物.  Gerberich解釋說,  " 這種硬度的量測讓他們可以從一個機械性質的觀點, 來追求一個真正使用由下而上的材料設計方法."

一個 12奈米直徑的奈米矽晶球, 被壓得變形2.3奈米的一個原子上的模擬圖.  這個模擬乃是由在Los Alamos國家實驗室的Mike Baskes  所做的. 在圖中上下的原子被擠壓成一種不定型的狀態, 但是也沒有發現有變位的現象.  這個模擬的結果也支持了Minnesota  大學Bill Gerberich  研究團隊所實驗量測出來的硬度的結果.  影像來源: Mike  Baskes, Los Alamos  國家實驗室.

加拿大公司的奈米材料讓重金屬變得暨輕又強

3/27/2003, Small Times,  奈米冶金樹上的研究已經證實, 將幾乎任何金屬中的顆粒減小, 就可以大大地增加其強度和其奈磨度.  一家加拿大的公司, Integran科技公司就擁有至少十幾樣和奈米金屬製程有關的專利, 而且也在成功地將此技術推向市場.   Integran科技公司推出的盾甲板目前就有美國軍隊車輛為其2020年需求所撰寫的規範中要求強度指數的2.5倍.   人體的盾甲, 有生產成布料的以及金屬板的, 其強度是目前市面上供給士兵, 警察和鎮暴隊伍的產品強度的七倍.  這意味著如果僅要維持目前防彈強度的水準的話, 那麼這些產品的重量就可以減輕七倍, 或是如果重量不成問題的話, 其產品就可以有目前強度的七倍.

奈磨的奈米金屬可以讓運動器材變得較耐用.

奈米微晶金屬的一個顆粒 (見最右圖) 是要比傳統金屬顆粒 (見本圖) 要小上1,000倍以上.

當金屬的結晶顆粒變成一半時, 此公司發現其硬度就可以增加四倍.

奈米電子奈米電腦及奈米晶片科技:

新的簡易的分子電路印刷技術

3/27/2003, Material Update, 傳統電路製造技術中表面打樣方法的解析度極限, 可以用一種簡單的印刷技術來超越.  現在科學家藉著對材料上的明智選擇, 已經可以將其解析度提升到50奈米以下.  這種新的微接觸印刷技術, 是目前用來創造表面花樣, 例如矽晶微電子電路的光蝕刻技術的一種又便宜又簡單的替代方法, 並且可以達到奈米的尺度裡.  英國劍橋大學的科學家已經成功地使用這種方法, 在一個矽晶的表面上印出小於50奈米的有機物和生物分子的線條.  Wilhelm Huck和其同僚表示, 這個技術的關鍵乃是在於材料的選擇.  藉著使其用來印出表面花樣的 ”橡皮章” 是由相對上較硬的塑膠, 而不是像橡皮一樣軟的材質所製成, 而且選擇加在印章上的墨水, 在表面蓋印時是不會宣染開來的, 這樣他們就可以將印製花樣的尺寸縮小到比以前使用的方法要小上3倍以上.  傳統的光蝕刻方法, 因為光繞射的限制, 其解析極限大約是在0.1微米.  參考資料 :  Li H.-W. , Muir B. V. O. , Fichet G. & Huck W. T. S. Nanocontact printing: A route to sub-50-nm-scale chemical and biological patterning. Langmuir 19, 1963–1965, (2003)

矽晶奈米電子會產生漏電現象

3/27/2003, Material Update, 奈米尺度的矽晶電子元件的開發過程中, 目前已經面對許多嚴重的障礙, 然而雪上加霜的是, N. Clement和其研究同僚最近的研究顯示, 奈米尺度的矽晶電子元件的前景可能會比現在想的更糟糕, 因為他們發現這些元件會被通過它們的電流快速地吞噬掉, 使得電路中的端點之間產生許多迷失方向的空洞通路.  在未來的幾年之內, 矽晶電子元件將會達到僅有幾十個奈米小的尺寸.  然而這也會產生一些可能的新問題, 例如電流的露電問題.  在這麼小的電子元件中所產生的高電場, 可能會使得移動的電子的能量加速到像子彈一樣, 然後會撞擊矽晶中的原子, 來產生電子—孔洞對, 以能提高通過這個元件的電流.  N. Clement和其研究同僚懷疑, 就是因為這種撞擊現象, 使得他們的類似電晶體元件裡的端點之間, 會產生大約有45奈米寬的通道, 見左圖下方.  參考資料: Appl. Phys. Lett. 82, 1727–1729 (2003). 左圖, 撞擊前前後後, 這是一個原子力顯微術下的撞擊前後的破壞情形比較的影像.  正圖就是經過高電壓後, 一個奈米矽晶電線受破壞的情形. 內崁的小圖就是未經高電壓前的正常狀況.

模仿細菌中的蛋白質可以應用在奈米電子上面

3/28/2003, Nanotech Web, 奧國的 Universität für Bodenkultur Wien, 和愛爾蘭的  NMRC的科學家已經能夠使用毛細管微製模技術,  micromoulding in capillaries (MIMIC) 來製造出細菌中蛋白質的式樣.  這種會自我組裝的蛋白質, 一般都是在形成細菌細胞的外部護裹, 因為這種蛋白質可以將自己和其它的分子或是奈米粒子結合, 因此在奈米鑄造上的應用潛力極大. 奧國的 Universität für Bodenkultur Wien的 Erika Györvary說, 據他所知, 這是第一次有人應用毛細管微製模技術來打樣而且能夠自我組裝出蛋白質結構的二維表面結構層.  毛細管微製模技術是一種成本極低的方法, 它僅需要很少的材料, 而且它也是一種單步驟的技術, 這使得快速雛形產出變成可能.

此影像乃是一個掃描原子力顯微術的影像, 顯示出一個單層蛋白質的表面層 (S-layer) 重新結晶在一塊矽晶的表面上.
這個S-layers乃是在一般前核(prokaryotic) 細胞生物 (如細菌和archeae) 中的蛋白質性的方陣, 用來形成細胞最外部的護裹.  
此影像中特殊的 S-layer (從 Bacillus sphaericus CCM2177來的) 展現出一個對稱的方塊晶格, 其晶格常數是13.1奈米.
這個影像尺寸乃是相當於 150 x 113奈米.

用困陷的離子來製造邏輯閘門

3/27/2003, Nanotech Web, 當有兩個獨立的研究團隊宣佈他們都可以利用困陷的離子對, 來製造出邏輯閘門時, 量子電算科技就又向前進展一步了.   在美國和奧國的科學家, 最近都展示出如何來對困陷的離子進行量子控制的新技術.   <