從壁虎到奈米科技運用

簡介

蘇宗粲
工業技術研究院院本部企畫處處長兼奈米科技研發中心副主任。

「你會因為喜歡奈米科技，而指定選購某一件商品嗎？」

「不可能因為不懂奈米科技，就放棄某一件喜歡的商品吧？！」

「討厭奈米科技？對不起，那可能以後什麼商品都買不到，因為，奈米科技是無所不在的！」

奈米是尺寸的單位，代表一種極其細微的刻度，以科學的算法是10億分之1米。在實驗室裡把「1奈米」和「1米」（1公尺）之間的關係，可比擬為「一顆玻璃彈珠」和「一個地球」，如此具體描述可以幫助普羅大眾了解1奈米的尺寸大小。自1980年代起，由於在科學量測技術的進步，例如電子掃瞄穿隧顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）及近場光學顯微鏡（NFM）等分析儀器的發明，方便科學家以「奈米尺度」分析及操控原子、分子所需的「眼睛」與「手指」，使得實驗與理論能相互驗證，奈米「介觀（Meso世界）」的特殊現象漸為人類所了解。這是奈米科技的普及化過程。其實奈米科技既不是高深莫測的科技技術，也不該被曲解為殺菌神丹。惟不久的將來，奈米科技會是無所不在，每個人都必須正視這項趨勢。

雖然我不同意奈米科技被扭曲成具有殺菌的功能，但是不得不感謝今年春天流行的嚴重急性呼吸道症候群（SARS），使得「奈米」口罩聲名大噪。當我向中部科學種子教師營、保一總隊等社會菁英演講時，席間約五、六百位聽眾都表示「聽過」奈米科技，主要就是來自於奈米口罩。

辜且不論奈米口罩的真正成效，廠商在奈米尺度下操控原子、分子，並活用奈米尺度下表現出的特殊物性，延伸出奈米科技的商品化新貌。經過科學家與市場需求的持續交流，奈米尺度的新特性已在下列領域突顯出來：

◎作用力

◎量子限域效應

◎尺寸效應

◎表面/界面效應

◎生物磁性

◎透明性

壁虎爬牆是奈米尺度在作用力方面的有趣個案。壁虎是家中最常見的小爬蟲，在天花板、牆壁間爬上爬下，看到昆蟲就快速爬行，用長長的舌頭把蟲子捲進口中，大飽口福。以前的觀念中，都以為壁虎腳上有吸盤，所以才不會在爬行時掉下來。事實上，當科學家翻開壁虎腳底時，並沒發現吸盤，而是肉眼看不出的一根根細毛，用顯微鏡估算，壁虎腳底有650萬根細毛（tiny hairs），每根細毛分成數百根更細的毛，稱為tips，直徑～200nm。史丹佛大學以特殊顯微量器microscopic force sensor測量，壁虎腳底的每根細毛可支撐20mg的重量，100萬根便可舉起20公斤，每根細毛利用分子間彼此吸引的「凡得瓦爾力」與各種物體表面黏著，每平方吋可支撐200磅的重量。而「凡得瓦爾力」正是奈米尺度下形成的作用力之一。在此理論下，壁虎與天花板、牆壁間有很好的黏性，所以壁虎的腳能輕易黏上天花板，並支撐自己身體的重量。當要移動時，只需以30度角的方式拔起或撕起，就可以輕鬆做到。

運用壁虎足底奈米尺度的黏性觀念，聰明的英美商人將之商品化為創新膠帶，讓消費者能使用到黏性好、卻沒有用久失效的困擾。所以我在對科學種子教師演講時，會繼續講述壁虎膠帶的故事，促請老師多讓學生以科學理論為基礎，導入靈活創新點子，想出更多讓奈米科技形成商機的可行性創意。

由於80年代觀測儀器的進步，讓大家對奈米科技有更明確的認識。事實上，早在80年代前，奈米科技早已存在人們生活中，只是受限於某些因素、儀器，所以並未被突顯出來。

以下為中國大陸發現的個案。從美國進口的某品牌碳黑材料，對輪胎的補強性是其他品牌無法比擬的，因此該項產品價格就算比較貴，還能領導市場。直到近幾年，有能力購買先進顯微儀器的大陸科學研發人士，在實驗室分析該產品成份時，發現其中就含有奈米級粉末，所以才能有如此優良的效能。多半基於商業機密的關係，美國之前不願透露製程及材料成份，所以才能掌握最大的商業優勢。之後由於全球研發技術升級，奈米科技不再為少數人把持，多領域的參與和解釋，衍生出廣泛應用，正是奈米科技走進日常生活的途徑。

在台灣則有業者以奈米級粉末作為塗料，運用於機車的外殼烤漆，不會輕易刮傷，這樣的產品，廠商也是號稱為「奈米機車」，名稱聽起來就很前瞻；另一項奈米級塗料個案，則是運用在家用塗料含鉛量偵測器上。過去礙於技術，幾乎沒有「簡易、可靠」的測試方法，用X光測試設備太貴，又得有專業人員操作。由於今年奈米測量儀（DNAzyme-nanoparticle Sensor）問世，情況將有所改變，過去的問題都可迎刃而解，更為相關試劑產品帶來更大商機。反觀現在業者根本不須隱藏技術，還特別強調奈米科技，好提升產品的附加價值。

再者，由量子限域效應引發的商機，為化粧品和試劑兩大市場，帶來無限寬廣的新局面。澳洲廠商Advanced Powder Technologies（APT）和日本業者Showa Denko K.K.（SDK），今年推出的抗紫外線化粧品，就同時運用Maxlight FTS和Maxlight ZS，以不同能階和奈米粉末含量，發揮阻擋紫外線中的UV-B、UV-A等強大功能，預估4年內的市場銷售量，每年可達日幣10億元。目前日本有38種防曬化粧品商品使用奈米級材料，澳洲的單一抗紫外線化粧品有六成的市占率，美國僅有8種奈米級防曬品。不過在科技追逐定論下，美國未來發展將十分可觀。奈米級試劑產品，則是醫療機構非常期待的新方法，因為可在數分鐘內診斷出感染性疾病，今年8月間由美國瑞斯大學（RICE UNIV.）生醫工程系研發成功後，許多國家都希望能把這項技術導入急診室，讓醫生能夠掌握救治病人的關鍵黃金期。

透過上述膠帶、化粧品、試劑等案例，大家應該可以體認，奈米科技是種商品應用的過程，奈米科技可以用來提升產品的附加價值，並藉由創新構想研發出更多的新商品，食、衣、住、行、育、樂，各個領域都可以導入奈米技術。只是，我要再次重申，對於奈米科技不應有扭曲概念，並強調，「一般客戶不是買奈米科技，而是買商品。」要是商品不夠創新、不具有附加價值，即使取了個奈米名稱，結果也只不過是噱頭而已。

善用奈米科技，商品化才有可能成形。所謂的「善用」，重點在於「操控」，在奈米尺度下適當地操控原子、分子，並活用奈米尺度下表現出的特殊物性、化性和生物特質，開發創新材料、製程、元件和系統產品的科技。這就是奈米科技商品化的作法，也是商機尋求的過程。

奈米商品化話說來簡單，但並不是一蹴可幾的。若是操控技術不佳，製造出的奈米級商品會淪於品質不良，唯有憑藉堅強的基礎技術和整合應用，才有可能克服障礙。台灣目前的國家級研發機構在奈米科技領域，正建置基礎科技平台、整合包括電子、機械、材料、化工、生技、光電等各項跨領域技術。平行發展基礎研究與應用研究，涵蓋產業互動的經驗，以期早日完成新興科技產業化的目標。

中央研究院院長李遠哲認為，21世紀全球將面臨能源危機，奈米科技正是新世紀能源的新方向，到2010年時，奈米相關產品可望出現1兆美元的市場規模，美、日、德等國政府單位，都相繼投入可觀的人力與經費。台灣從今年開始，投入215億元的奈米科技國家型計畫，配合台灣的優越製造能力，將在短時間內開發商機。李院長的這項談話，清楚描繪奈米科技未來商機的輪廓，台灣在技術應用及領域合作的深耕，是奈米科技發展的必然途徑。

抱持挑戰國際級技術的雄心，台灣各界對奈米科技發展興致高揚，在公部門方面，工業技術研究院工業材料研究所在經濟部科技專案計畫支持下，完成奈米級的遠紅外線放射與負離子機能性粉體的技術開發，並已移轉給國內廠商，製作包括面膜、貼布、內衣、襪子、眼罩、口罩等各種民生用機能性紡織品，為目前落實研發技術與生活應用具代表範例，這種合作關係正逐步加快擴展至各種產業。根據最新統計，投入奈米科技領域的產業，有半導體、印刷電路板、生技、紡織、奈米材料、建材/家電、平面顯示器/電腦、光電、能源、設備，以及運動器材等。為協助本土企業快速與國際奈米科技潮流接軌，工研院亦著手建置台灣首座奈米商情資料庫，預估3年後，將完成總計3萬筆以上國際奈米研發及產品開發資訊，為產業轉進奈米領導技術把關。

受惠於我國製造業位居國際供應鏈的強勢地位，國際級的奈米科技相關設備及產品，亦有進口廠商代理，從奈米材料、奈米設備分析儀器/軟體，甚至奈米科技服務業，像是應用技術諮詢、分析檢測服務，都陸續在市場中形成。這正應驗一句常理：「有市場、有客戶，就會有廠商製造生產。」奈米科技的需求情況，只會愈來愈密集、愈頻繁，借用工研院產業學院奈料科技企家班的如下宗旨，希望提供業者一個無限寬廣的奈米世界：

◎企業要掌握未來奈米產品發展的全球趨勢；

◎企業要有機會與世界級奈米科技同步學習；

◎企業要提升奈米技術，增進產品的附加價值；

◎從傳統產業轉型到優質產業，創造奈米新紀元。

奈米國家型科技計畫

行政院專案工作小組於2002年9月成立【奈米國家型科技計畫】辦公室，2003年1月開始推動奈米國家型科技計畫，冀盼藉由計畫辦公室整合產學研力量，建立我國發展學術卓越和相關應用產業所需要之奈米平台技術，同時加速培育奈米科技所需人才，奠定我國奈米科技厚實之基礎：

◎達到「學術卓越研究」和「奈米科技產業化」為兩大目標，建置核心設施和分享機制，並加強人才培育和養成，以奠定厚實基礎。

◎以卓越之學術研究基礎，引導不斷創新之產業化計畫；以推動具世界級階段目標之具體項目，帶動我國學術研究的積極投入與不斷升級。

其關聯如下圖：

資料來源網站：http://nano-taiwan.sinica.edu.tw/

奈米科技中文參考網站

奈米辭典：http://www.ntrc.itri.org.tw/reIation/dictionary.html

奈米科技研發中心：http://www.ntrc.itri.org.tw/

奈米國家型科技計畫：http://nano-taiwan.sinica.edu.tw/