运用奈米技术所作的医疗设备.docx

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运用奈米技术所作的医疗设备

　　奈米科技

近來最熱門的、最具顛覆性的科技是什麼？

答案就是奈米科技。

可以把100億年份的書籍，存在一個方糖大小的記憶體裡，更可以在數十分鐘內完成目前電腦要花幾百年處理的計算。

運用於材料化工、生技、光學領域的奈米科技，有什麼魅力與潛能，

讓美日競相投入大量人力、物力去研究？

它又會為世界帶來怎樣的改變？

奈米科技簡言之就是極微小化的科技，奈米（nanometer）是指十億分之一公尺。

《牛頓》雜誌比喻，地球直徑的十億分之一，約只有一顆彈珠的大小，可以理解十億分之一公尺有多微小了。

正如諾貝爾獎得主羅雷爾（HeinrichRohrer）所說：

「（二十世紀）70年代重視微米（micronmeter.um）技術的國家如今都成為發達國家，現在重視奈米技術的國家很可能成為下一世紀的先進國家。

奈米（nanometer）是長度單位，原稱「毫微米」用nm來表示；正如奈米是長度單位，用m表示一樣。

1nm=十的負九次方m即1nm等於十億分之一米，相當於將十億兆本書把它擠在一塊方糖裡。

而奈米微粒度是大於原子簇的，因為我們知道原子是組成物質的最小單位，如自然界中氫原子的直徑是最小的，僅為0.08nm，而非金屬原子的直徑一般為0.1~0.2nm，而金屬原子直徑一般為0.3~0.4nm。

因此1nm相當於數個金屬原子直徑之和。

而由幾個至幾百個原子組成或粒徑小於1nm的原子集合體，則稱為「原子簇」或「團簇」（cluster）。

而通常我們所說的奈米尺度是指在1~100nm之間始稱之。

奈米粒子雖然比原子粒子大，但是用肉眼和一般的光學顯微鏡仍然是看不見的，而必須用電子顯微鏡放大幾萬倍，才能看得見單個奈米微粒的大小和行貌。

我們人體血液中的紅血球大小約為200~300nm，而一般的細菌的長度約為200~600nm，而能引起人體發病的病毒一般僅為幾十奈米（nm），因此奈米微粒是比紅血球和細菌還小，而與病毒大小相當或略小些。

奈米技術仍稱不上一門產業，而是一門學問、一種處理以奈米為計量單位的物質的技術（1奈米相當於人類頭髮的15萬分之一）。

在如此細微的層次下，物質結構的性質可用來開發產品，應用在從材料、化學、電子、電信到醫療等

～奈米技術與生物科技～

運用奈米技術的尺度特性，用奈米技術製造出來的奈米材料，作為一種新的材料是未來資訊技術和生物技術等多種科學深入發展的重要物質基礎，它將引起產業結構的重大變化。

如現有的矽晶片將被體積縮小了數百倍的奈米管元件所代替，像現在「銀河」那樣的巨型計算機，就可縮小到隨手放進口袋的尺寸。

而美國國會圖書館的資訊將被壓縮到一個0.3厘米大小的矽片上。

奈米機器人可進入人體血液中循環，對身體各部位進行檢測和診斷，並實施特殊治療，如疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物，甚至可以吞噬病毒、殺死癌細胞。

傳統的製造方式，是將矽、鋼鐵、木材切割、磨鑽成各種形狀，愈做愈小；奈米科技的概念，是從物質的最基本單位──原子和分子層次的操控物質，組合出極其微小的新材料和新機器。

在「微小」方面：

單原子記憶體的技術，可以使全球100億年份的書籍（每年以100萬冊計，相當於1萬兆冊），儲存於一顆方糖般大小的記憶體內

   在「超薄」方面：

DNA電子電路的技術，將於10年後促成如紙般薄的電子顯示器。

   在「速度」方面：

到2003年，量子電腦只要數十分鐘，即可完成目前電腦要花上數百年才能完成的計算。

奈米碳管可以用來製造強度是鐵的100倍的光纖，而且重量只有鐵的六分之一，」史莫利在接受《財星》採訪時說。

他又形容，如果將奈米碳管和銅纜「編織」成支架，強度可以支撐一個從地表拔地而起、位於35200公里高空上的太空平台。

   在商業用途上，奈米碳管可用於電視、個人電腦顯示器，目前已進入試作階段。

飯島澄男預估，2005～2010年左右就可製造出省電、厚度僅數公釐的大畫面顯示器。

CNI預估，奈米碳管市場大餅每年可達1,000億美元。

如果價格降到每公克33美元，而且年產量可達1噸，將可供應產值達數十億美元的電腦及電視顯示器。

如果價格降到每公克22美元，則更多產業都能運用，例如可做雷達無法偵測的隱形飛機的機殼。

如果降到4.4美元，則可運用於一般日常生活用品，例如作手機、筆記型電腦、PDA的材料，可以防電磁干擾。

正積極將世界「光纖化」的通訊相關公司，無不緊盯這個技術的發展。

目前光傳輸方式是將光轉化為電子訊號傳遞，這需要轉換的時間；而奈米科技則利用鏡子反射原理直接改變光進行的方向，可以有效、快速地將大量資訊傳送至千里之外。

這表示，網路上的文字、影像訊息及聲音的傳輸速度，可以大步躍進到約等於光速一樣；奈米又創造了一項石破天驚的科技突破。

機械為工業發展之源，於前瞻技術的開發外，其設備自動化能力的提升亦需強化，並朝向電子化、高速化、精密化方向發展。

二、奈米領域的挑戰與機會隨著科技的進步，產品不斷往輕薄短小發展，奈米微機電系統技術之發展因應而生，未來在光電影像、生化醫療、資訊儲存、與精密機械等應用領域將扮演重要角色，微系統技術中整合積體電路光刻術、電化學電鑄技術及高分子成型技術之微光刻電鑄模造製程，是批量生產高深寬比微元件的最佳方法，應用此技術可製造出微米級的微齒輪、微渦輪、微流道、微噴孔及特殊曲面微結構；當製造微機械元件的同時其產品精度檢測技術仍需建立，以即時檢測製造品質。

馬克昨天並預言，未來更小、更便宜同時功能更多的螢幕顯示器，不僅可折疊、不易碎，也可望在五年內達到量產階段。

馬克教授表示，奈米尺寸的透明導電材料（TCO）在商業上可被廣泛的應用，特別在玩具設計上，將會非常有市場，例如小小的生日賀卡，現在打開來可能只有單音音樂，但未來說不定一打開就自動播放立體的影像畫面，一張可折疊的「影音賀卡」將風行全球。

透明導電材料TCO在專業領域的應用上將更驚人。

馬克指出，想像將來在隱形眼鏡上就可以顯示資訊，當你戴上隱形眼鏡，同時你也有了「跟著走」的顯示器，不僅體積較小，也省去攜帶的麻煩

南台科大光電半導體中心主任黃建榮表示，現有TFT-LCD面板以玻璃為基板，易碎且需貼合多層光學膜材料，使得厚度達3mm至5mm，整合型可撓式透明基板技術將以奈米混成基材為主軸，再整合偏光、廣角、高彩及配向等特性的技術，LCD面板可降至0.5mm，具有輕型化、薄型化與低成本化的優勢，未來更可朝大量整捲式連續生產製程技術發展。

將紀錄點尺度從現有市售ＣＤ和ＤＶＤ的八百奈米和四百奈米，縮小到一百奈米以下，成功製造出超過一ＯＯＧＢ容量的「超解析近場光碟片」，容量為ＣＤ的一百五十倍，ＤＶＤ的廿倍以上蔡定平強調，「超解析近場光碟片」除了擁有超大容量的優點外，未來在市場上的最大競爭優勢是，完全可以與現有市售的光碟機相容，不必再另外購買新的光碟機，或變更讀寫頭設計，製造成本也與現有光碟片差不多，製程甚至比較簡單

　　缺電、缺水，可能成為未來全世界必臨的夢魘，在缺乏天然資源下，只有盡力開發“環保能源”﹑高熱傳性的奈米流體、低成本的染料敏化太陽能電池、具節能特性的奈米塗料等，如果該項技術研製成功，透過奈米染料層吸收太陽光，轉換成電能，由於發電效能提高、成本低，未來如能與建築物的外牆、窗材建材結合，可使建築物自備電能。

奈米塗料用於晶體表層，可製造出超薄型電視、輕巧攜帶型電腦、小巧而耐久的電池及更精細的製圖印表機等產品，對人類的貢獻是非常可觀的。

不過，奈米晶體太陽能電池技術在國外已開始商品化，初期效率約百分之五，由於具有透光性，實質應用可以與建築物的外牆與窗材結合，使建物成為智慧型節能建物，進一步控制太陽光進入建築物內部，營造省能環境。

工研院研發此一技術，主要即在追上國際腳步，掌握關鍵技術，再移轉給國內廠商自主生產，創造新利基。

奈米生物科技

蛋白質與分子藥物的開發，是奈米生物科技必走的方向，而以目前奈米生物科技的發展現況來說，運用奈米技術所作的醫療設備，以及控制藥物釋放的型劑，將會最快看到商品化的成果。

事實上，日本的Olympas已經運用奈米科技，開發出口服的內視鏡，且正在進行臨床試驗，未來接受檢驗的病人，只需要將只有一顆藥丸大小，卻包括了內視鏡、電池以及收音設備的口服內視鏡吞入腹中，就能進行內視鏡的檢查，大大減少目前在檢驗上所造成的不舒服感。

生物科技的發展，也將是主宰二十一世紀變革的關鍵，未來國家是富強或貧弱，就看能否掌握住生命科學的變革機會

多功能光電生醫晶片儀」檢測平台主持研究計畫的台灣大學應用力學研究所教授李世光說，這套檢測設備將發展為可攜式、甚至植入式，其中，可攜式已與遠傳電信簽訂合作計畫，可望發展成手機型，即時檢測、即時傳輸；未來不只可以在疫區進行即時檢測，甚至可以突檢特定場所，進行FM2、快樂丸、搖頭丸等毒品即時檢測

醫療方面的應用，能檢測小於頭髮粗細的初期腫瘤，觀察抗癌藥物在體內的動態傳導過程，有效掌控抗腫瘤過程。

同時還能應用於不需注射顯影劑的心血管照相，改善顯影劑過敏的副作用症狀，並且也可以使Ｘ光照相和斷層掃描之輻射劑量大幅降低。

未來的醫療世界，是靠人體內奈米級的醫療機械元件實現，他們猶如進入人體世界的一群傘兵部隊，扺抗敵入侵並確保人體健康。

如果你對1996「奇妙航行（FantasticVoyage）」影片中，一個醫療團隊，被縮小到得以注入一個病人的血液中解救生命的電影情結感到懷疑，或者還對80年代經典之作「內部空間（InnerSpace）」中提及一個被縮小到微形尺寸的飛行員被注射進入人體內的情節感到荒謬，認為是遙遠未來的科幻情境那你就大錯特錯了，因為奈米科技正是使這些科幻夢想成真的技術。

1.治療皮膚病

混合在乳霜中的奈米機械人可以被用來治療皮膚病，它可以清除皮膚的壞死角質及過多的油脂，補充流失的油質，吸收天然保溼成份，並深入毛細孔清洗污穢。

2.清潔口腔

利用奈米機械人清潔口腔。

包含奈米機械人的漱口水可以分辨並銷毀具破壞性的病菌，並允許口腔內無害的物質在口腔內健康的生態系統中繁殖成長。

此外，這些分子化的奈米機械元件更可以辨識出食物的粉粒，並從牙縫中將其清除，並清洗牙溝。

奈米機械人可藏身在軟膏或乳液裡,用來除去死去之皮膚細胞,進行真正之毛孔深層清潔,讓肌膚變年輕,放進漱口水裡就可以做到完美之口腔清潔衛生,他們會清潔每一塊牙菌斑,齒垢,是任何牙刷都望塵莫及ㄉ

3.增加免疫系統

醫用奈米機械人因具有發掘無作用的細菌和病毒能力，因此有強化免疫系統的功能。

奈米機械人可直接注入人體固定位置，攻擊病毒。

4.強化心血管系統

奈米機械人亦可注入人體血管中，他們可用來消除血液中使動脈硬化的膽固醇，因而加寬血管管壁，對抑制心血管病的復發很有幫助。

5.植入人體

包覆在膠囊內的奈米機械人，可用來植入人體做為診斷人體內部器官工具。

奈米科技可應用產業有顏料、染料、油墨、纖維、紡織及超細紛體應用等。

郭東瀛分析，奈米技術應用於傳統產業的範圍相當廣泛，例如自然撥水撥髒織物；重量為傳統六分之一、強度達五十倍的網球拍；摻入奈米粉體、氣體遮蔽性極佳的食品包裝用薄膜；奈米碳管大型顯示器；加入氧化鋅等奈米粉體供工業塗覆做抗紫外線傷害的遮陽鏡以及化妝品；兼具環保與高效的建築用奈米塗料；甚至已有成功開發的奈米材料冰箱。

汙泥而不染亦為一例，水滴滴在蓮花葉片上，形成晶瑩剔透的圓形水珠，而不會攤平在葉片上的現象，便是蓮花葉片表面的「奈米」結構所造成。

因表面不沾水滴，污垢自然隨著水滴從表面滑落，此奈米結構所造成的蓮花效應

奈米材料處處生輝，工研院研發成績斐然--工研院化工所研究奈米材料成果豐碩，發表兩項奈米化學技術。

「高畫質奈米顏料」可改善噴墨印表機彩色列印品質，使色域、彩度、解析度等大為提昇；「高性能奈米高分子複合材料」具有輕薄短小及可多次回收使用的特性，化工所已成功將此技術用於Nylon、PET、ABS、PS、Epoxy等多種高分子材料中，並獲得4項專利，另有10項正申請中，市場極具發展潛力　　包括在：

塑橡膠與人造纖維產業、顏料奈米