《奈米科技纵横谈》PPT课件.ppt

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1、第一章第一章 奈米科技縱橫談奈米科技縱橫談粘正勳 物理系E-mail:chnienphy.ncu.edu.tw94年9月13日(星期二)奈米奈米科學科學2.2.跨世紀的三大主流科技跨世紀的三大主流科技3.3.匯江河而納百川的奈米科技匯江河而納百川的奈米科技1.1.所謂奈米的國度所謂奈米的國度4.4.微小化競賽中的奈米風情畫微小化競賽中的奈米風情畫5.5.奈米供養的明日世界奈米供養的明日世界奈米有多熱？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美國家奈米科學計畫(NNI)2004年年 奈米研究預算達奈米研究預算達 8.47億美元

2、億美元美國政府日前公布2004年國家奈米科學計畫（NationalNanotechnologyInitiative,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年我奈米技術年我奈米技術產值產值達兆元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，所謂奈米的國度所謂奈米的國度fem

3、to-10-15mm毫米(公厘)pico-10-12nano-10-9micro-10-6mini-10-3meter100kilo-103pm(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(1010)，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 fm1600200015001900180017001000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

4、)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科學文明的主流演進跨世紀的三大主流科技跨世紀的三大主流科技1.資訊半導體資訊半導體：光電、網路、通訊、微機電：光電、網路、通訊、微機電2.材料和能源：高分子、觸媒、儲能、

5、環保材料和能源：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 nm200019501990198019401900二極真空管二極真空管(1904)電腦電腦(1953)量子論量子論(1900)X-射線射線(1895)電子顯微鏡電子顯微鏡(1926)尺度年代19701960193019201910電晶體電晶體(1947)三極真空管三極真空管(1906)電子計算機電子計算機(1945)個人電腦個人電腦(1980?)網際網路網際網路(1990?)手機手機(1995?)積體電路積體電路(1958)*Moo

6、res law:每隔每隔 1.5 年在年在 IC 上功能元件的密度就增加一倍。上功能元件的密度就增加一倍。雷射雷射(1960)原子力原子力顯微鏡顯微鏡(1986)掃瞄穿隧掃瞄穿隧顯微鏡顯微鏡(1982)跨世紀的三大主流科技跨世紀的三大主流科技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跨世紀的三大主流科技奈米 nm200019501990198019401900電腦電腦(1953)量子論量子論(1900)X-射線射線(1895)電子

7、顯微鏡電子顯微鏡(1926)尺度年代19701960193019201910抗生素抗生素(1929)果蠅突變果蠅突變(1910)網際網路網際網路(1990?)濾過性病毒形態濾過性病毒形態(1938)雷射雷射(1960)原子力原子力顯微鏡顯微鏡(1986)掃瞄穿隧掃瞄穿隧顯微鏡顯微鏡(1982)毫米 mm微米 m血型血型(1901)DNA結構結構(1953)基因定序基因定序(2000)複製羊複製羊(1997)匯江河而納百川的奈米科技匯江河而納百川的奈米科技資訊半導體資訊半導體(光電、通訊、微機電光電、通訊、微機電)材料和能源材料和能源生物醫學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

8、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 奈奈 米米 科科 技技 匯江河而納百川的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結構的製作奈米光電量測技術奈米光電量測技術奈米結構的操控技術奈米結構的操控技術量子點雷射量子點雷射奈米碳管場發射顯示器奈米碳管場發射顯示器光子晶體光子晶體光電偵測器光電偵測器匯江河而納百川的奈米科技匯江河而納百川的奈米科技DNA分子工程與分子組裝分子工程與分子組裝生物分子組件生物分子組件式樣形成式樣形成分子拓印分子拓印奈米粒子或奈米管等之生技應用奈米粒子或奈米管等之生技應用表面奈米生技表面奈米生技奈米顯影奈米顯影藥物制放藥物制

9、放組織工程組織工程微流體微流體生物晶片生物晶片生物感測器生物感測器奈米供養的明日世界奈米供養的明日世界NANO PICTURES:Dip-Pen NanolithographyOnemoleculethickletterswrittenusingDip-PenNanolithography:Octadecanethiolistheinkandgoldisthesubstrate.Visualizedwithanatomicforcemicroscope.Credit:S.HongandC.A.Mirkin,NorthwesternUniversityCenterforNanofabricati

10、onandMolecularAssembly奈米供養的明日世界奈米供養的明日世界磁性標籤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

11、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奈米醫學大未來奈米醫學大未來撰文阿利維撒托斯（A.PaulAlivisatos，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供養的明日世界奈米條碼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

12、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奈米供養的明日世界Left:Atwo-layeredmembraneseparatesthecellinteriorinthebot

13、tom-rightofthisimagefromthesurroundingenvironment.Complexmoleculesinthisoutermembranecontrolhowtheunderlyingcellinteractswithitssurroundings.ImagecopyrightScottBarrows,UniversityofIllinoisatChicago.Voyage of the Nano-SurgeonsNASA-funded scientists are crafting microscopic vessels that can venture in

14、to 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奈米供養的明日世界Right:High-energycosmicradiationcancausedamageDNAandmakecellsbehaveerratically.ImagecourtesyNASA/OBPR.Right:Tinycapsulesmuchsmallerthanthesebloodcellsmaysomedaybeinjectedin

15、topeoplesbloodstreamstotreatconditionsrangingfromcancertoradiationdamage.Copyright1999,DanielHiggins,UniversityofIllinoisatChicago.奈米供養的明日世界奈米供養的明日世界Above:Inthisillustrationnanocapsulewallsarepartiallydissolved,thenallowedtoreform,trappingfluorescent-taggeddrugmoleculesinside.Suchvesselscanbemadeofself-assemblingpolymersorofsemiconductormaterialssuchascadmiumtelluride.CourtesyYuriLvov,LouisianaTechUniversity.奈米供養的明日世界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奈米生物(nanobiotechnology)http:/