用奈米毛球做電子產品-科學人雜誌
科學人新聞

用奈米毛球做電子產品

2007/05/31 蔡宙(Charles Q. Choi)
新技術擴增了奈米科技工具箱

重點提要

兼具微小原子和大體積材料特性的奈米粒子,是研究人員極感興趣的結構材料。最近麻省理工學院的科學家史戴拉奇(Francesco Stellacci)發現了過去想像不到的奈米結構,它能夠成為未來極為有用的工具。

連結了抗體(藍色和紅色Y型)的蝕刻奈米導線(藍色桿狀),可快速診斷出溶液中的其他抗體。圖中長方形為電接點。

兼具微小原子和大體積材料特性的奈米粒子,是研究人員極感興趣的結構材料。奈米粒子表現的行為大致上像球,這也使得科學家很難用它們來製造堅固的結構(除了組合出像超市陳列橘子般的結構)。不過,最近科學家終於有了大幅進展,能製作並使用過去想像不到的奈米構造。


美國麻省理工學院的材料科學家史戴拉奇(Francesco Stellacci),在1月19日的《科學》上發表了一套方法,可以讓奈米粒子互相勾在一起,像鎖鍊般銜接成一串。他的策略是利用所謂的毛球定理:有一個球體上覆滿了毛,假若你試圖梳平所有的毛,最後總是會有兩根位於對立兩極的毛豎立起來(想像沿著地球的緯線上有梳平的毛,而在南、北極各有兩根毛站著。)


史戴拉奇和同事讓金奈米粒子包裹一層混合了兩種硫磺分子的絨毛,而原本有絨毛豎起的地方,最後在奈米粒子表面形成不穩定的缺陷,使絨毛很容易可以替換。科學家用一些類似把手的化學分子取代豎立的絨毛,使得奈米粒子可以互相連接。


史丹佛大學的材料科學家崔屹(Yi Cui)說:「如此一來,奈米粒子就會和原子很像,更明確的說,這會類似具有兩個化學鍵的雙價原子。你現在可以用它們來建造真正有趣的結構,就像用原子組裝分子一樣。」史戴拉奇提到,他的研究團隊現在正致力研發具有四個鍵結的奈米粒子。


這些奈米結構可以利用奈米導線連結,而進一步製造出電子產品。研究人員可以讓奈米導線從底部往上增長,或用從上到下的蝕刻法(這種方法有點像從原木上削切出牙籤)。從底往上長的方法面臨的挑戰是如何將每根細小、柔軟且往往散亂的絲線組合成設計的裝置;而採用了較多傳統技術的從上往下法,「則像用鋼鋸切割一般,」會留下邊緣粗糙、導電性差的奈米導線,耶魯大學生物醫學工程學家史登(Eric Stern)解釋。


耶魯大學研究人員在2月1日的《自然》上,發表了一套蝕刻法,可以生產出外緣平滑的高品質奈米導線。它的竅門是使用銨鹽氫氧化四甲銨(TMAH)。和目前使用過的其他溶劑比較起來,TMAH蝕刻矽材的速度較慢也較平滑。耶魯大學生物醫學工程學家法米(Tarek Fahmy)補充說,這套技術和標準工業化半導體製程相容,有助於將奈米導線引進電子產品。


這些奈米導線對環境格外靈敏,接觸分子即會改變電壓。它們可以在大約10秒內偵測到T細胞對外來化合物啟動免疫反應時釋出的酸,而傳統利用標示抗體的診斷測試則需要數分鐘(或數小時)。研究人員還展示,若將奈米導線與抗體相連,可以和目前最先進的感應器相當,可在每立方毫米的樣本中偵測到最少60個癌症相關分子。


對此,約翰霍普金斯大學的免疫學家施奈克(Jonathan Schneck)說:「你想像一下,在急診室、診所或戰場上,使用這些利用奈米導線的儀器,就能馬上診斷病患,就反應速度來看,它將會是未來即為有用的工具。」


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2007年第64期6月號】


# 關鍵字:科學人新聞資訊科技
更多文章
活動推薦更多
追蹤科學人