《奈米科技纵横谈》PPT课件

第 一 章 奈 米 科 技 縱 橫 談 粘 正 勳 物 理 系E-mail: chnienphy.ncu.edu.tw 94年 9月 13日 (星期二) 奈 米科學 2. 跨 世 紀 的 三 大 主 流 科 技3. 匯 江 河 而 納 百 川 的 奈 米 科 技 1. 所 謂 奈 米 的 國 度4. 微 小 化 競 賽 中 的 奈 米 風 情 畫5. 奈 米 供 養 的 明 日 世 界 奈 米 有 多 熱 ？美國2000年2月宣佈啟動跨部會“國家奈米科技計畫（NNI）”92.03.03 美國家奈米科學計畫( NNI) 2004年 奈米研究預算達 8.47億美元美國政府日前公布2004年國家奈米科學計畫（National Nanotechnology Initiative, NNI）的預算，總金額為8.47億美元，較2003年成長了9.5%。 92.03.20 2012年我奈米技術產值達兆元經濟部十九日預估，到二八年時我國奈米技術應用影響相關產業產值將達新台幣三千億元，至二一二年擴大應用到電子、半導體等八大產業後，這八大產業的產值可升至一兆元。自 從 政 府 宣 布 奈 米 材 料 為 未 來 重 點 發 展 技 術 後 ，(民國八十八年) 國 科 會 也 通 過 奈 米 計 畫 成 為 國 家 型 科 技 計 畫 ，而 預 計 在 6年 內 (民國九十二至九十七年間) 將 投 入 192億 元 ， 所 謂 奈 米 的 國 度femto-10 -15 mm毫米(公 厘 )pico-10 -12 nano-10 -9 micro-10 -6 mini-10 -3 meter10 0 kilo-10 3 pm(胚？)米fm飛米nm奈米 m微米m米(公 尺 ) km仟米(公 里 ) 忠孝新生站忠孝復興站假 設 全 世 界 的 人 口 已 增 加 到 一 百 億 (10 10 )， 若 大 家 肩 並 肩 地 塞 進 一 公 尺 寬 的 隊 伍 裡 ，則 每 個 人 的 肩 寬 應 為 0.1 奈 米 ， 恰 約 氫 原 子 的 直 徑 。 毫 米 mm微 米 m(胚 )米 pm仟 米 km 米 m奈 米 nm飛 米 fm 1600 20001500 1900180017001000天文物理化學生物天文望遠鏡(1609)電磁波理論(1864)電晶體(1948)特殊相對論(1905)牛頓力學(1687)電腦(1953)量子論(1900)X-射線(1895)元素週期表(1869)電子顯微鏡(1926)粒子加速器(1930)演化論(1858)遺傳學(1865) DNA 結構(1953)抗生素(1929)光學顯微鏡(1598)尺度年代基因定序(2000)人體解剖學(1543)細胞(1666)氧氣分離(1774)原子學說(1808)塑膠(1933)登陸月球(1969)萬有引力(1687)實用蒸汽機(1769) 1950科 學 文 明 的 主 流 演 進 跨 世 紀 的 三 大 主 流 科 技1.資訊半導體 ：光電、網路、通訊、微機電2. 材料和能源：高分子、觸媒、儲能、環保3. 生物醫學：人造組織、神奇藥物、基因工程20 世紀 - 21 世紀 毫 米 mm微 米 m奈 米 nm 20001950 1990198019401900二極真空管(1904)電腦(1953)量子論(1900)X-射線(1895)電子顯微鏡(1926)尺度年代19701960193019201910電晶體(1947)三極真空管(1906)電子計算機(1945)個人電腦(1980 ?)網際網路(1990 ?)手機(1995 ?)積體電路(1958) * Moores law : 每 隔 1.5 年 在 IC 上 功 能 元 件 的 密 度 就 增 加 一 倍 。雷射(1960)原子力顯微鏡(1986)掃瞄穿隧顯微鏡(1982)跨 世 紀 的 三 大 主 流 科 技 跨 世 紀 的 三 大 主 流 科 技新穎材料 及 能源科技磁 性 材 料超 導 材 料光 電 材 料高 效 能 觸 媒有 機 高 分 子 材 料 (自 組 裝 分 子 )人 造 低 維 度 材 料 (薄 膜 和 介 面 、 奈 米 碳 管 、 量 子 點 )產 能儲 能高 效 率 轉 化 跨 世 紀 的 三 大 主 流 科 技 奈 米 nm 20001950 1990198019401900電腦(1953)量子論(1900)X-射線(1895)電子顯微鏡(1926)尺度年代19701960193019201910抗生素(1929)果蠅突變(1910)網際網路(1990 ?)濾過性病毒形態(1938)雷射(1960)原子力顯微鏡(1986)掃瞄穿隧顯微鏡(1982)毫 米 mm微 米 m血型(1901) DNA結構(1953)基因定序(2000)複製羊(1997) 匯 江 河 而 納 百 川 的 奈 米 科 技 資訊半導體(光電、通訊、微機電)材料和能源生物醫學更輕巧的 裝置更強大的 功能更省能、更耐用新穎超凡的特性可供調控的功能便於設計的多樣化精密的操控 準確的測量靈敏且低破壞性 奈 米 科 技 匯 江 河 而 納 百 川 的 奈 米 科 技 奈米光電結構的製作奈米光電量測技術奈米結構的操控技術量子點雷射奈米碳管場發射顯示器光子晶體光電偵測器 匯 江 河 而 納 百 川 的 奈 米 科 技 DNA分子工程與分子組裝生物分子組件式樣形成分子拓印奈米粒子或奈米管等之生技應用表面奈米生技奈米顯影藥物制放組織工程微流體生物晶片生物感測器 奈 米 供 養 的 明 日 世 界NANO PICTURES:Dip-Pen Nanolithography One molecule thick letters written using Dip-Pen Nanolithography: Octadecanethiol is the ink and gold is the substrate. Visualized with an atomic force microscope. Credit: S. Hong and C.A. Mirkin, Northwestern University Center for Nanofabrication and Molecular Assembly 奈 米 供 養 的 明 日 世 界磁性標籤許多偵測是否有某分子或病原菌存在的檢驗法，都是利用抗體與標的物結合的方式達成。帶了磁性奈米粒子的抗體與標的物結合之後（上圖下方的前景），經短暫暴露於磁場之下，將造成這些探針集體放出強烈的磁性訊號。至於沒有與標的物結合的抗體，則會朝不同的方向打轉，而不會產生訊號。因此無需經過清洗的步驟將未結合的抗體除去，就可直接讀出結果。 金粒子上頭接有短鏈DNA的金質奈米粒子，可以測定樣本中是否有某基因序列（黑色）的存在。溶液中的一組金粒子上接了與標的序列前半段互補的DNA（紅色），另一組粒子則帶有與標的序列後半互補的DNA（藍色）。如果樣本中的確存有該基因序列，將會與兩種金粒子上頭攜帶的DNA觸手相結合，形成密集的網狀結構，把金粒子給固定住。這種金粒子聚集成塊的現象，將造成溶液變色（從紅變藍）。http:/.tw/read/readshow.asp 奈米醫學大未來撰文阿利維撒托斯（A. Paul Alivisatos，美國加州大學柏克萊分校化學系的教授。翻譯潘震澤，美國韋恩州立大學生理學博士，陽明大學生理學研究所教授。 奈 米 供 養 的 明 日 世 界奈米條碼裝有不同顏色量子點（奈米半導體）的乳膠粒，具有成為特殊標籤的潛力，可以用在任何數量的各種探針上。經光線照射後，這些珠粒將放出顏色及強度都不同的特定光譜，好似光譜條碼一般，可供辨識（由此也可得知，與之相接的探針為何）。 聰明的懸臂樑利用類似原子力顯微鏡當中的懸臂樑，可用來篩選生物樣本中是否存在某特定的基因序列。每個懸臂樑表面接上可與一特定標的序列相接的DNA分子，然後加入生物樣本。如果有配對產生，將形成表面壓力，造成該懸臂樑彎曲幾個奈米；雖然彎曲的幅度不大，但足以顯示樣本中具有特定的標的分子。【欲閱讀完整全文，請參閱2002年10月號小而美的醫學世界一文。】 奈 米 供 養 的 明 日 世 界Left: A two-layered membrane separates the cell interior in the bottom-right of this image from the surrounding environment. Complex molecules in this outer membrane control how the underlying cell interacts with its surroundings. Image copyright Scott Barrows, University of Illinois at Chicago.Voyage of the Nano-SurgeonsNASA-funded scientists are crafting microscopic vessels that can venture into the human body and repair problems one cell at a time.http:/science.nasa.gov/headlines/y2002/15jan_nano.htm 奈 米 供 養 的 明 日 世 界 Right: High-energy cosmic radiation can cause damage DNA and make cells behave erratically. Image courtesy NASA/OBPR. Right: Tiny capsules much smaller than these blood cells may someday be injected into peoples bloodstreams to treat conditions ranging from cancer to radiation damage. Copyright 1999, Daniel Higgins, University of Illinois at Chicago. 奈 米 供 養 的 明 日 世 界 Above: In this illustration nanocapsule walls are partially dissolved, then allowed to reform, trapping fluorescent-tagged drug molecules inside. Such vessels can be made of self-assembling polymers or of semiconductor materials such as cadmium telluride. Courtesy Yuri Lvov, Louisiana Tech University. 奈 米 供 養 的 明 日 世 界 圖: 奈米分子齒輪 圖2: 微生物的奈米推進纖毛奈米生物(nanobiotechnology) http:/