Taiwan Nanotechnology Newsletter TNN Vol. 1 No. 4

11/22//2002, Pacific Research Institute, 奈米科技將會對人類社會產生革命性的改變. 此科技將會大大地降低能源的消耗, 提昇預防和治療疾病的能力, 而且也會增進軍事設備和武器的精準度和有效性. 因此科技的威力奇大, 因此也會引來對此科技規範甚或禁止的呼籲. 這裡有一篇PDF檔的報告, 由太平洋研究中心提出對奈米科技未來三種可能規範的檢視, 也就是對軍事上應用的禁止和限制, 以及對非軍事上應用的適度管制, 尤其是民事應用上的研究. 從其他受規範科技過去的經驗, 例如原子能和基因重組科技, 此篇報告認為一套適度的管制, 將研發重點放在民事上, 而且強調一種自我約束以及一種負責任的專家文化, 將會使我們的社會從奈米科技中得到最大的福利, 而且能將其風險降到最低.

奈米科技界應該在政府干涉之前先能自我約束

11/20/2002, Small Times, 根據美國加州一個智庫的報告, 奈米科技要能在最佳的條件下興旺發展, 最好就是在僅有少量政府的干預和監督下, 奈米開發界能夠自我約束. 從過去尖端科技的經驗, 尤其是生物科技上, 可以提供許多經驗來幫助商業界, 研發界, 和政策訂定者如何來認知大眾的恐懼, 而且知道如何來解決此恐懼, 否則這恐懼可能會遏止奈米科技的發展. 尤其是現在是關鍵時期, 在奈米科技的鼓吹者和那些擔心奈米科技對社會和環境會有衝擊者, 尚未有成見和政治立場形成之前, 最好先能開始討論和溝通. 這是田納西大學法學院教授Glenn Harlan Reynolds的意見. 他常常發表有關奈米科技規範和相關法律問題的文章. Rice 大學生物和環境奈米科技研究中心主任Vicki Colvin 同意 Reynolds 的意見, 認為現在各方人士應該開始討論溝通奈米科技的議題, 這對環境上有好處, 而且也可以預先避開奈米科技可能帶來預期外的惡果. 但是她認為法律規範是必然的. 這不是我們要不要的問題. 因此我們最好現在就該思考這個問題.

自我約束很容易被輕視, 但是我可以告訴你它的效果有多大. 其實它就像我們為何要梳頭和修剪草坪的理由一樣. Glenn Harlan Reynolds.

法律規範是必然的. 這不是我們要不要的問題. 因此我們最好現在就該思考這個問題. Vicki Colvin

奈米潛在未來:

美國國家科學基金會報告指出奈米科技和其它高科技的統合將帶來人類歷史的黃金時代

6/2002, 美國國家科學基金會預測許多不同路線的尖端科技的研究和開發, 其中也包括奈米科技, 將會統合來創造出一個黃金時代, 可能成為人類裡歷史上新紀元的轉捩點. 這篇報告的主題是 "統合科技來促進人類的生存", 種共有424頁, 其初稿的PDF檔可以連結 http://www.wtec.org/ConvergingTechnologies/Report/NBIC_pre_publication.pdf 下載. 此報告的焦點集中於整合在奈米, 生物, 資訊科技和認知科學等領域的尖端科技, 它們合在一起就簡稱 NBIC. 這篇報告預測經由未來20年整合NBIC 科技所產生的加乘效應, 將會使下列的能力變成事實:

人腦和機器的直接結合, 這將會轉變工廠裡的工作, 車輛的操控, 甚至會有新的運動和藝術型態產生.
電腦和環境感應器成為每天所穿衣服的一部份, 這將提昇對個人健康和環境危險的警覺性.
人體將會更堅韌更健康, 而且更有精力, 當有需要時, 人體也會較容易修復.
幾乎所有的結構材料將會是特殊功能材料製造出來的, 可以適應環境的變遷, 具有高能源效益, 而且對環境友善.
可以治療身體和精神疾病的新醫療科技, 完全消滅某些殘障的存在, 如麻痺症和瞎眼等.

創投大師 LARRY BLOCK 遺棄生物科技投入奈米科技懷抱

11/18/2002, Small Times, Larry Block 在矽谷雖然不是家戶曉諭的名字, 但是或許他應該會是. 在過去17年裡, 他在生物科技界裡, 可說是最多產, 最成功的創投家. 因為他是生技界早起之鳥, 43 歲的他就已經創造了12家新創的生技公司, 其中有8 家在 Nasdaq 掛牌上市, 而且他也從中賺了一大票錢. 他同時也為許多家已經上市的公司提供種子基金.

但是於去年, Block 就飛離了生物科技光環成就. 他說是因為企業重整的關係, 使得要賣給一些大型的製藥公司新產品已經變得非常困難. 於是他就開始育成一家新成立的公司, Nanosys, 此公司是在玩新興的奈米科技領域的東西. 他的從生物科技的離開可說是非常惹眼, 因為他過去都是以能夠先快速嗅出新的創意, 組出一個夢幻頭腦的啟動團隊, 且將之上市, 再移向另一個目標而成名的.

奈米科技使得半導體產業可以穩定成長

11/21/2002, EE Times, 奈米科技將會將半導體產業提升到一個相對穩定, 持續成長的境界, 這將取代此產業過去上上下下, 時好時壞的景氣循環. 就像過去姆爾定律所認定電路越來越複雜的趨勢, 使得PC和其衍生產品的成真, 奈米科技將會使得越來越多種類元件隱埋的應用成真, 而且其數量會遠超過PC產業所孕育的.Tredennick 在植入系統研討大會的專題演講裡說, 姆爾定律從來不是產業的驅趕者, 其實它是使夢想成真者, 它可以說是一艘製造波浪的快艇, 微處理器和後續的電腦所創造的PC時代, 在其製造出來波浪的高峰上衝浪. 他認為隱埋的應用將會替代PC成為產業的焦點. 半導體技術的進步將會使晶片上具有感應器和附有動件的啟動器成真, 這就讓我們可以將大自然裡的方法納入整個系統. 理論上到2016年, 我們將可以製造出僅有3個原子厚的閘極氧化物絕緣體, 但是經濟因素會逼我們要去好好利用這好幾百萬個電晶體, 來做點有用的事. 要能做有用的事, 就要將數位系統, 類比系統和微機電系統, 全部整合在一塊單一晶片上. 請同時參見 http://www.newsfactor.com/perl/story/20070.html#story-start

微機電系統:

瑞士的微機電公司在製造飛彈導航器時又獲得新資金的挹注

Colibrys MS7000 系列的加速儀乃是為飛航電子和導航系統設計的微機電感應產品.

11/23/2002, Small Times, Intel 資本公司和其它幾家公司一起投資一千萬美元於一家瑞士的微機電製造商, Colibrys. 此公司目前最快速成長的市場是在航空業和軍事上. 這市場是他們公司30% 營收的來源. 其顧客所買的都是他們的慣性導航系統和加速儀, 這些器具都堅固到可以承受從飛彈發射時而來的衝擊, 但也要敏感到當系統進入正常飛行時還可以達成任務. 慣性感應器可以獲得速度, 距離和方向的資訊, 並且將之傳送到軍方人員或是電腦系統裡, 以致可以將修正的資訊返傳, 使飛彈可以更精確地擊中目標. 有時甚至一個導航電腦也可以被內建入一個飛彈或是炸彈本身.

FLX MICRO 熱衷於 MUSiC 製程的開發

11/22/2002, Small Times, FLX IICRO 發表說他們已經完成了一個微機械製程的首度製造試車, 此製程使用的是一種比一般的矽更強更耐的材質. 這家在俄亥俄州的FLX 公司稱這個新製程為 MUSiC, 也就是多使用者碳化矽雛形開發服務. MUSiC 是將多種晶片的設計集中結合在一單一的基料上, 讓從不同使用者來的度同設計, 可以同時一起被製造出來. 他們使用碳化矽來開發出一套具經濟效益的製程, 碳化矽是一種類似鑽石的材料, 雖然傳統上都認為它是既昂貴又難加工, 但是它卻可以耐高溫和化學腐蝕的環境.

微機電降低成本的關鍵全在於封裝

11/21/2002, Small Times, 德國慕尼黑 Wicht 科技顧問公司的Carsten Bahle, 每當觸及有關重新思考微機電封裝的需要時, 它一點也不會妥協含糊. 他認為微機電產品在商業化上成功的最大絆腳石就是缺乏通用, 簡單, 而且有效的封裝技術. 放諸四海皆同的理由很簡單, 那就是成本. 封裝一個微機電元件一般都占掉總成本的百分之50 到 90, 其平均值是百分之80. 雖然這些微系統越變越小, 但這並不代表其封裝成本也會隨之變少. 反而如果要在這越來越小的尺度上, 維持其高度的精準度, 其成本會越高. 不管如何, 對微機電而言, 在封裝上絕對無法偷工減料的. 他認為過去的封裝方法是錯誤的. 解決的部分方法是將功能整合, 封裝的設計不應該只是針對元件的保護, 它應該和最終元件的功能整合在一起. 封裝應該是有增加價值的製程.

©Fraunhofer IZM

一個模組方法的封裝, 可以幫助微機械, 微射流和微光電部件的整合.

美國和歐洲的微機電產業開始整合

11/21/2002, EE Times, 兩個領先推動微機電系統的組織, MIG 和 Nexus, 他們的商業運作分別是在北美洲和歐洲, 最近宣佈要合夥來促進微機電系統的商業化. MIG 是一個北美洲的貿易協會, 而 Nexus 是一個產業組織, 支援歐洲的微系統活動. 這個跨大西洋的合作中, 預期會有一些合併或是互補性的專案計劃推出. MIG 說他們將會對微機電系統和微系統產業的商業化作一個全球的研究, 其中將包括產業統計數字的追蹤和科技路線圖的開發.

奈米分子機器:

由不動機器人 (Immobots) 掌控

12/2002-1/2003, MIT Technology Review, 從光學影印機到太空探索器, 注入於這些機器中有自我感覺能力的小自動機器, 可以是許多問題可靠的解決方法. NASA 於12/3/1999, 經過11 個月的太空飛行, 火星極地登陸艇因為其三根著陸腳上的感應器, 送出錯誤的訊號到登陸艇上的控制軟體, 告知其已經著陸, 然而事實上登陸艇仍然在40公尺的空中, 於是重力就讓脆弱的登陸艇撞入火星多岩石的表面, 以如高速撞車的能量毀滅. 同一年 NASA 的深太空一號 (Deep Space One) 也發生一些系統控制的問題, 但是它就能以較聰明熟練的方法處理危機. 這乃是深太空一號有一種東西是火星登陸艇沒有的, 那就是一個可以用來自行思考和處理意外狀況的機上機器人. 這種拯救深太空一號的機器人是現在正在發展的新一代機器人的先驅, 這種新機器人將在太空和地球上產生極大的衝擊. 這種機器人都有一個其母體內部機能的詳圖, 以軟體為基礎的模式存在, 使得它能夠對程式設技師可能沒有預期到的事件, 做出新的適當的反應. 因為很多這種能夠內向思考和自我重新組合的機器人是不會移動的, 所以有一些電腦科學家就稱之為不動機器人, Immobots.

科學家看到了細胞機器在活細胞裡運轉

11/22/2002, Science Daily, 使用先進的影像技術和電腦模擬, 科學家第一次看到了細胞機器在活細胞裡運轉. 這項研究產生了一個細胞機器的新的觀念, 那就是細胞機器是一個動態的蛋白質複合體, 它會在細胞內不停地對其自己建造和再建造, 這和過去那種穩定結構的觀念不一樣. 來自美國國家癌症研究中心的科學家對一種 RNA 聚合酵素I 的細胞機器深入研究, 這種酵素在細胞內會對某一組特定的基因進行解碼. 此聚合酵素中含有超過十個蛋白質的次單元. 藉著分析這些蛋白質次單元到達一個基因, 並且自行組裝成一個功能性蛋白質的複合體所需的時間, 科學家發現這個 RNA 聚合酵素 I 是會不停地從細胞裡的一個蛋白質次單元的大蛋白質庫中, 一直從事組裝和拆裝自己的動作.

奈米材料科技:

水銀上的分子薄膜呈現新的特質

11/14/2002, Brookhaven National Laboratory News, 一組由美國能源部Brookhaven國家實驗室, 哈佛大學, 以色列Bar-Ilan大學的研究團隊, 已經能在液態水銀的表面, 培養出由有機分子構成的超薄薄膜. 此薄膜呈現出一系列新的分子結構, 可能引發奈米科技上的許多創新的應用, 尤其是在奈米尺度內對物質材料的操控. Brookhaven的科學家一直都在研究如何在液體的表面, 來培養出各種不同的分子奈米薄膜, 以便能開發出新的奈米材料. 超薄薄膜對快速進展中的奈米應用上變得越來越重要, 例如越來越快越小的電子和磁力元件, 高級的生物科技薄膜, 和人體內藥物的控制釋放等. 在液面支撐上的薄膜培養, Brookhaven已經累積了20年以上的功力, 可說是這一研究領域的先驅.

一般在固態的支撐上培養薄膜, 薄膜的分子都會和其底下支撐固體的分子互聯. 但是一個沒有次序的液體表面支撐, 就可以對研究材料在超薄狀態下的性質, 提供一個極理想的環境, 不會有固體表面支撐的副作用. 硬脂酸是細胞膜慣有類似臘的成分, 不會和水銀混合, 而會福在其上. Ocko 和他的團隊就是利用硬脂酸來研究其於水銀表面的薄膜結構. 他們發現依著硬脂酸分子的數量不同, 其再水銀表面的薄膜結構和分子排列有如下的四種樣式. 同一主題的報導請見 11/15/2002 Nanotech Web的分子薄膜在水銀表面上的結構改變.

這張示意圖說明薄膜的脂性分子, 當它們被加在液態水銀支撐的表面時是如何重新排列.

膠體的吸引力

11/21/2002, Material Update, 當膠體粒子被懸浮在兩種流體的介面, 然後將之充電, 它們就會感受到一種靜電力量的排斥. 但是在某些狀況下, 它們也可能感受到一種毛細力量的吸引. 最近的研究發現這種吸引力, 其實也是一種靜電力, 這種吸力可以用來控制膠體粒子之間的互相作用.

此圖所示的是在一油水介面間, 由兩個帶電的膠體粒子的存在所引發的靜電等勢線和介面變形. 這個變形使得膠體粒子間產生一個毛細吸引力.

當帶相同電荷的奈米粒子被懸浮, 並且被侷限再一個水和另一個不會混合的媒體的介面之間時, 它們之間的靜電排斥力會使得它們排序, 而形成一個二維的膠體結晶. 雖然這種排序一般僅會在當粒子被侷限於一個有限的介面時, 才有可能發生. 但是在沒有介面侷限時, 也偶有被觀察到, 這意味著在相同電荷的膠體之間, 不僅有排斥力存在, 其間也會有吸引力. 這種吸引力的來源, 科學家認為是粒子對流體介面引發的變形, 而造成毛細現象所產生的. Michael Nikolaides 和他的同僚已經能夠對這種吸引力做出定量性的量度, 這也代表著膠體粒子間的相互作用是可以被控制的.

奈米晶片科技:

IBM 和 Chartered 簽訂製程開發合作

11/26/2002, EE Times, IBM 和 Chartered 半導體製造公司已經簽訂的一個合作開發和製造的合約, 讓他們從90奈米節點開始有一個共同的製程平台. 這個交易將會為IBM 帶來好幾億美元的授權費用, 而Chartered 得到的是領先群雄的製程技術. 這個合約將會給雙方另一個在300-mm的晶圓片上製造出來的元件來源. 雙方將首先使其共同的90奈米製程同調, 接著再來一起開發65 奈米的製程, 同時還有選擇一起開發45奈米製程的權益. 這兩家公司也將和商業EDA 供應商合作, 並且以開放的標準模式來幫助其客戶, 在生產上能夠在兩家公司的產品間較容易地變換.

奈米電腦和記憶體科技:

量子電算在突飛猛進中

11/29/2002, New Scientist, 當一組澳大利亞研究團隊報告出第一個真實的量子計算時, 實際上澳大利亞的科學家已經完成一個元件的第一個要素, 此元件許多人都認為是最有希望用來做量子資訊處理的. 這項成就的意義大到可以驅除掉大多數人對量子電算的想法, 認為如果量子計算要能做處任何有用的事情, 至少還要等上幾時年甚或上百年. 量子世界裡的特殊詭異性質, 應該可以使一台量子電腦贏過任何一台現在的電腦. 傳統的電腦是在處理二元數位的資訊 (bits), 但是量子處理器卻是在處理量子位元, 或叫做qubits, 這是將數碼置於像原子, 光子和電子等粒子的量子狀態中. 因為這些量子粒子可以同時存在於許多能階, 量子位元就可以同時執行出巨大數量的計算. 於上週, 雪梨新威爾斯大學的 Robert Clark 就展示了一個矽晶片的量子位元, qubit, 還附有一個讀取的機制, 這似乎已經解決了許多量子計算上的問題. Clark 說這僅在幾年前還被認為是不可能的事情. 他相信此元件可以被放大來製造出qubits 的方陣, 而且到2007年就有希望來執行資訊處理的任務.

超導電節點被看中來用於量子計算

11/22/2002, EE Times, 一種超導電的電晶體, Josephson 節點, 現在正被密西根大學的一個物理學家研究是否可以是達到量子電腦的一條可能的途徑. Franco Nori 和 NEC 基礎研究室的科學家已經研究這個想法多年, 他們均認為 Josephson 節點將會是能夠處理量子位元, qubits 積體電路的關鍵要素. Nori 說要設計和製造出一台量子電腦會牽扯到許多的步驟. 而下兩個關鍵步驟就是, 第一, 要有能擴大的建構體, 可以使用為製造技術來將其擴展至大規模的方陣, 第二, 在這些方陣中的任何組群的量子位元要能夠配對, 而不是僅和其最近的鄰居配對而已. 還有一件更重要的就是他們已經開發出一個運轉的程序, 讓量子資訊處理便得有效率.

奈米管, 奈米鬚, 奈米纖維和奈米球的進展:

假鑽石的奈米碳管電晶體優於矽電晶體

11/21/2002, Material Update, 未來的電腦和邏輯電路都需要許多的奈米元件. 將一種具有高電容率的二氧化鋯介電質層和奈米碳管整合在一起, 就可以製造出一個高效能的奈米管電晶體, 而且其效能要比同樣尺寸的矽晶電晶體要來得好. 未來的電腦需要超小的電晶體, 而且要比傳統的大元件不僅要更快而且要更省電. 這意味著不僅要縮小通道長度, 其他部位的尺寸也要一起縮小, 包括二氧化矽閘門的厚度, 這厚度在目前高級積體電路上大約小於2奈米. 但是這幾乎已經是以矽晶為基礎元件的極限, 因為如果將二氧化矽層弄得再薄的話, 其電流漏電狀況就會變得很嚴重. 科學家已經耗了很多時間在尋找矽晶科技的替代品. 奈米碳管因為有許多特質, 使得它們比其他的分子導電體較具有優勢. 第一, 單一奈米碳管比大多數的金屬和半導體, 能以明顯較高的密度傳導電流. 而且奈米碳管是穩定鈍性的, 沒有特殊的表面性質, 使得它們和其他材質之間極其相容, 如氧化物. 最後, 奈米碳管不僅可以在特定地點當場培養, 也可以從溶液中直接佈散. Dai和其同僚所製造出來的電晶體, 是將單一單壁奈米碳管, 置於金屬的電源和電洩極之間, 請看下圖. 然後將一個高介電常數的二氧化鋯層積聚在奈米管的上面, 再在每一個單一奈米管元件上面, 製造出幾個分區性的上閘門.

同一主題不同角度的報導請見Nanotech Web, 11/19/2002 的新聞.

一個奈米碳管場效應電晶體的側面圖, 其閘門的介電物質是二氧化鋯.

Dai (左邊第一位) 與其研究團隊站在一台原子層沉積室 (Atomic Layer Deposition, ALD) 前面, 此機器是用來將鋯閘極絕緣體整合入奈米管電晶體的.

奈米醫學和奈米生物科技:

化學家造出人體體液電池

©GettyImages

11/12/2002, Material Update, 使用體內新陳代謝能量來運作的生物燃料電池, 可以用來運轉醫療上於人體的植入物. 我們的身體有一天將可以對植入的電子元件自行供電. 現在化學家已經開發出一種微小的電池, 可以利用體液裡的化學能, 來驅動一些監控我們身體健康的感應器. 這種生物燃料電池直接將由一般新陳代謝裡, 葡萄糖和氧氣反應時所產生的能量, 轉變成電力. 這種電池可以被插入皮膚底下, 和含有葡萄糖的體液接觸, 或是植入脊椎裡. 這個電池可以在和一般血液一樣的溫度和酸鹼度下運轉, 也就是攝氏37度和pH7.2. 它能產生的能量和一般脕錶使用的電池一樣, 大約1.9毫瓦. 它可以用來驅動監控糖尿病的小型葡萄糖感應器. 目前這個電池還太弱, 而且壽命較短, 它每天要減弱6%的電力.

奈米粒子影像技術可以用來偵測早期癌症

11/22/2002, Nanotech Web, 在美國聖路易華盛頓大學醫學院的科學家已經使用一種奈米粒子影像技術, 來研究人體內新生毛細血管 (小微血管) 的形成過程. 這些毛細血管會在血管有沉積的地方成長, 就是所謂的斑疣 (plaques), 這些斑疣可能會發展成腫瘤, 也是腫瘤形成的必要條件. 斑疣會在血管中累積, 造成血管的硬化, 最後也可能導致心臟病或是中風. 他們使用200奈米長的奈米粒子當作標誌, 然後使用核磁共振影像術 (MRI) 來找出毛細血管的位置. 這些奈米粒子首先被載以大約80,000個釔金屬原子和可以偵測 avb3 (一種在快速成長的毛細血管中非常多的蛋白質) 的分子. 這些奈米粒子會鎖定在含有 avb3 的細胞上面, 而粒子上的釔原子會在核磁共振影像上顯出亮點, 來透露出它們的位置. 科學家說這些奈米粒子因為含有較多的釔原子, 所以會比其它的載體顯出較亮的影像. 華盛頓大學醫學和生物醫學工程系的教授, Samuel Wickline 說, 它們已經開發出的這種非侵犯性的影像技術, 可以在其他方法尚無法偵測出來之前, 就可以預先照出般油的影像. 他認為使用同樣的技術也可以用來偵測出非常早期的癌症細胞還有其它發炎的狀況.

Quantum Dot 公司推出第一個生物奈米科技產品

11/15/2002, Nanotech Web, 美國的 Quantum Dots 公司已經正式推出其第一個量子點產品. 此公司宣稱其量子點 605 Streptavidin 共軛體將會增進生物偵測的能力. 量子點 605 乃是由含有多層的半導體奈米晶體, 附著於一種生化分子蛋白質, streptavidin 上所造成的. 當某些特別的生化分子反應發生時, 這些量子點就會發光. 根據該公司所說, 這量子點可以應用在細胞和組織的分析上面, 而且其敏感度高, 發出亮度強, 並且非常穩定.

晶片實驗室有了超細超智慧的管路

11/14/2002, University of Rochester News, 假如一個謀殺現場僅留下一小滴血來當證物, 法醫實驗室怎麼來進行幾十種試驗呢? 假使醫生發現一隻可疑的病菌, 但是病人已經等不到那麼多天來培養出一個試驗上需要的大菌落, 該怎麼辦呢? Rochester 大學目前正在研究一種新的方法, 來在一生物晶片上移動和分配顯微量的液體, 基本上就是要在晶片的微小空間裡, 模仿科學家在實驗室裡試驗幾十個樣品的作業流程. 目前全球的科學家已經在開發生物晶片用來做即時的葡萄糖監測, DNA試驗, 藥物製造和環境監控等. 但是所有的這些晶片都需要某些管路系統來移動和分配液體. 此大學電機系教授 Jones 和其同僚已經開發出一種方法, 利用電場對水的靜電吸引力, 就是雙極電泳, dielectrophoresis, 來將單一水滴分成幾十個難以置信微小的小水滴, 並且將它們移動到生物晶片上指定的位置. 這些小水低可以用來和特殊試驗的化學藥物或是生物體液混合, 或是用來定位, 以供雷射或是電力脈衝的診斷試驗. 總而言之, 任何可以被縮小到能納入生物晶片的實驗室試驗, 都可以利用到這種新的管路系統.

生物晶片長出DNA股索

11/13/2002, TRW News, DNA 除了用來製造蛋白質來驅動所有生命過程的自然角色之外, DNA 分子也可以當作科學上極有用的工具. 科學家發現 DNA 對感應和辨認某些微生物和化學物尚有非常大的潛力. 而且DNA 也有極大的可能用來製造結構性的分子. 利用 DNA 的偵測感應功能的關鍵在於要能夠快速地將DNA 含有不同核酸序列的分子, 暴露於含有要被測試東西的溶液裡, 而要能利用 DNA 來建造分子的關鍵是在於找出有效率的方法, 來將分子定位和連結. 加州大學Davis 分校的科學家已經開發出一種方法, 能夠將 DNA 股索黏附於一片金子的表面, 使其中的分子站立得像一個沒有樹枝的樹所組成的一個密林, 來解決上述的問題. 這個方法也讓科學家可以將直立的 DNA 精確地定位於窄到10奈米的樣式中, 也就是大約氫原子寬度的100倍. 因為這些分子是站立的, 加入其週遭溶液的化學物就可以完全接近整條股索, 一般其長度大約可達700奈米. 這使得這種技術成為製造生物微方陣的一種好方法, 因為它可以同時使用不同的 DNA 來測試含有許多東西的不同樣品.

史丹佛大學的研究可能解開老化秘密之鎖

11/28/2002, San Jose Business Journal, 一種史丹佛大學新開發出來的奈米科技, 可以使我們對人體細胞的生和死有更進一步的理解. 這種科技是一種新合成出來的DNA 環, 稱為奈米環, Nanocircles, 顆以用來幫助科學家對體內細胞的老化過程了解更多. 細胞裡的染色體都是大分子的雙股DNA, 其末端都由一個單股序列來封尾, 這東西就是短鏈聚合體, telomeres. 細胞每次分裂繁殖, 這個telomeres 序列就會短掉一些, 科學家認為這和老化有直接的關係. 在史丹佛的研究中, 他們已經成功地在試管裡面, 使用合成的奈米環來使telomeres 增長. 因為 telomeres 有多長, 會決定一群細胞能夠活多久, 所以假使把 telomeres 增長, 就會對生物的壽命長度有實質上的影響. 這個研究的成果意味著在未來的某一天, 我們將有可以藉此方法來使細胞的壽命增長的可能性.

Telomeres

第一次將量子點用在活的生物裡

11/29/2002, Science Daily, 量子點這種奈米尺寸的晶體, 因為其具有獨特半導體的性質, 會呈現出如彩虹上的所有的顏色. 這些精巧微小的人造標誌, 有辦法連續幾個月, 甚或幾年一直放出它們的螢光. 但是自從它們第一次被製造出來後的最近十年內, 量子點一直都被排除在應用於生物上非常有用的潛力之外. 現在第一次, 這個非常有彈性的工具, 經過改進後, 已經被送到生物學家的手上. 如今量子點已經準備要來為比較胚胎學帶來另一個高峰, 也要為其它領域的生物學帶來無限的應用可能性. 在 Rockefeller 大學的兩個實驗室, 凝態物質物理和分子脊椎胚胎, 聯合來將量子點第一次應用於活的生物, 一個青蛙的胚胎. 其成果包括一個極可觀的三色四細胞的胚胎視覺圖.

Virginia Commonwealth 大學的科學家培植出人工血管

11/27/2002, Science Daily, 一般心臟繞流手術需要使用來自病人腿部的血管來修復受到傷害的血管. 使用Virginia Commonwealth 大學的科學家最金開發出來的奈米技術, 醫生不久就可以使用實驗室培植出來的人工血管, 來拯救每年有大約五十萬人的生命. 這個新的奈米技術乃是使用一個由膠原蛋白製造出來的支架或是管子, 然後使一個自然的人類血管在其上長成. 使用一種電子旋轉 (electrospinning) 的製程, 科學家可以製造出直徑小到約1厘米的血管. 這血管比一般的飲料吸管要小四倍以上, 而且要比商業上有的供殖接的血管要小上六倍. 科學家說, 病人不一定常有多餘的血管來供心臟繞流手術所用, 而且如果有的話, 也常因為相容的問題, 而導致手術的併發症或是失敗. 其實他們所需要的是有血管可以從庫存架上拿來直接使用. 此技術在支撐織好之後, 於實驗室中將光滑的肌肉細胞置在其上. 這些細胞將會增長, 經過約略3至4週後, 這個組織培養的血管就可以用來移植了.

雙層體的相轉變可能會影響其效應

11/28/2002, Science Daily, 科學家對利用磷脂質的雙層體來模擬活生物的細胞膜非常有興趣, 因為它可以應用於生物感應器的基板和藥物上的控制釋放. 要能夠更好地理解在隱埋蛋白質之後這些東西會如何作用, 第一步就是要去了解這個雙層體本身到底會如何反應. 伊利諾大學香檳分校的科學家在一個受支撐的雙層體上, 對其相轉變做了一些研究, 他們發現了一些基本的特質可能會影響其在各種應用上的效應. 就好像水轉變成冰一樣, 因著溫度的不同, 這個雙層體可以以液態存在, 也可以以固態的膠體存在. 科學家以一台非常敏感的原子力顯微儀, 於其在相轉變的過程中, 來研究此雙層體的顯微結構. 科學家發現在從液相轉變成固相中, 雙層體會產生相當可觀的撕裂, 導致會有許多大的像泡沫的缺陷. 科學家認為這是相轉變本身內在的力量造成的. 因為固相的密度比液相高, 所以這些缺陷可能是因密度改變造成的, 熱力收縮則是其次. 在應用於生物感應器時, 這些缺陷將會影響元件的效能和其長期儲存的特徵.

奈米電子:

擴散技術將接觸間隙縮小

11/20/2002, Nanotech Web, 科學家已經開發出一種新的技術, 最後可能可以突破傳統蝕刻技術解析度上的極限, 可以為未來的奈米電子元件提供非常窄小間隙的接觸點. 從義大利國科會有機合成和光反應研究中心, 加拿大國科會的微結構研究中心分子科學研究中心的科學家認為, 解決此問題的關鍵可能是再於如何從二矽化鈦中將鈦金屬擴散. 為了要製造這個接觸點, 科學家將一層10奈米厚的鈦金屬沉積於一片矽晶上, 然後使用光蝕刻法來移除某部分的金屬, 使其有留下所需的樣式. 接著它們就將此樣本在攝氏800度下, 熱處理30秒, 以及在攝氏900度下, 熱處理5 秒, 來使其轉變成矽化鈦. 在原子力顯微術下觀察這個二矽化鈦接點, 在電極旁邊的矽上可以看到幾個奈米高的擴散陰影. 此陰影在矽111晶圓上大約有140奈米寬, 而在矽100晶圓上的寬度是介於200到500奈米之間, 而且較不規則. 科學家認為這些陰影乃是由鈦金屬的原子, 側向越過電極擴散而成的.

由左至右: 科學家Peter Kruse, Vincenzo Palermo 和Xiao Tong. Palermo 是義大利 ISOF 來的, 而 Kruse and Tong 是加拿大來的.

一個TiSi2 電極在一片矽晶上. 電極的中心部分已經被一種化學方法移除, 僅留下側邊擴散的部位可以看見. 這個影像是2x2 μm 見方.

機械化學磨光法製造出自我排列的奈米碳纖陰極

11/15/2002, Nanotech Web, 在 Oak Ridge 國家實驗室和田納西大學的科學家, 使用化學機械磨光法 (CMP) 已經從單一奈米碳纖陰極體中製造出具閘極的場放射元件. 這項技術的優勢在於它能使奈米碳纖自我排列, 且具有開口, 而且不需要動到複雜的光蝕刻設備. 這項研究證實奈米碳纖可以用來替代矽晶或是鉬, 來用在這些種類的結構體上, 而且不會喪失自我排列元件鑄造的能力. 因為在槍結構裡面, 其放射點的位置相對上可以較好地控制, 這種元件適合在電子束蝕刻術和電子顯微術上的高效能顯微尺度電子槍, 應用其來當做一個電子源.

掃描電子顯微鏡下的奈米碳纖場放射陰極體的影像. 此陰極體乃是以一種自我排列技術製造出來的. 這個影像是從正常入攝角偏30度下看的.

HP 獲准分子電子的專利權

11/13/2002, Nanotech Web, HP 公司已經獲准一個分子電子的美國專利權, 其專利是 "以化學方法來合成和組裝電子元件". 此專利說明了一個可以用來製造電子元件的可量度的化學製程, 此製程乃是利用位於僅有幾個原子寬度的交叉線纜之間的可被電力改變的分子而達成的. HP 實驗室量子科學研究組主任, R Stanley Williams 說, 它們的目標至少是要重新發明電腦, 而這個專利是這個努力目標的基礎. 這個美國專利號碼 US 6 459 095 的製程, 可以用來製造分子尺度的電子元件, 例如邏輯, 記憶, 通訊和訊號傳送元件等. HP 結合 UCLA 已經擁有三個相關的專利. 它們分別是: "分子線纜橫槓互聯來供訊號傳送和通訊", "分子線纜橫槓記憶體", 和"分子線纜橫槓的多工解訊器".

嶄新的奈米量子電容

自我欄柵. 一個Y型電路(圖中較淡色部分)當其尺寸夠小時, 其訊號放大效率會比一般的元件還要高. 這種效應可用量子電容來解釋.

11/25/2002, Physical Review Focus, 當傳統電晶體的體積縮小到一個程度時, 它們就會失去訊號放大的能力, 這也就是失去電晶體之所以為電晶體的本質. 現在科學家已經可以利用一種奈米量子效應的理論, 來製造出一種Y型的奈米電子電路, 此電路可以自發地將訊號放大. 這種獨特的元件, 詳述於11/25 第89期的Physical Review Letter, 是少數已知設計裡, 有可能發展至具有原子尺度電路中的一種.電晶體的閘極效率是和其電容有部分的關係, 但是當電晶體被縮小時, 其閘極電容和訊號放大功率, 或是 gain 就會消失. 德國Wurzburg大學的Lukas Worschech說, 每一個人都在奈米電子裡要找出gain 的機制, 但是關鍵是一定要去尋找新的佈置方式. 他們的團隊就選擇去探討電子的Y分叉開關(Y-Branch Switch, YBS), 過去的試驗顯示, 當其尺寸小到電子波的性質變成重要時, YBS就會顯示出量子電容"quantum capacitance" 的現象, 這應該就可以讓一個小的YBS, 在一個相對小的閘極電壓下產生gain. 跟傳統的半導體一樣, 輸入端閘極電壓的差異, 當電子不均勻地流經Y 分叉時就會被放大, 因此造成輸出端分叉電路間有較大電壓的差異. 但是對一個夠小的YBS, 其Y的分叉會有某個程度的自我欄柵"self-gate" 現象, 因為他們可以獲得一些量子電容, 這就會導致額外的放大.

NASA 從居住在泥巴中的細菌尋找製造奈米電子的模板

11/25/2002, Naniotech Web, 美國NASA Ames 研究中心, SETI 研究中心和 Argonne 國家實驗室的科學家, 已經從一種居住在泥巴裡的微生物, 以基因工程的方法製造出一個蛋白質, 用之來形成金屬或是半導體量子點的奈米尺度陣列物. 這種技術可以應用在製造奈米電子元件上. 他們是使用活在接近沸點酸泥巴裡的單細胞微生物, Sulfolobus shibatae, 將其基因改變, 加入如何製造一種蛋白質會和金子或是半導體結合的基因指令. 此項研究創新的地方乃在於設計出來的蛋白質, 當其再自我組裝成一個二維的晶格或是模板時, 也會在其模板表面的特定地點附著金屬或是半導體的粒子. 科學家將從Sulfolobus shibatae 菌中的蛋白質的小監護體改變, 將此改變的基因片段轉殖入大腸菌中. 然後他們在一個容器裡大量繁殖這種快速成長的基因改造大腸菌. 因為Sulfolobus shibatae 是可以耐高溫的, 因此科學家就可以利用此性質, 藉著對複製的細菌加熱來破壞自然大腸菌的蛋白質, 而來純化其改造的蛋白質. 改造出來蛋白質中像籠子形狀的小監護體, 科學家認為是用來當作載體或是容器的一種很理想的結構體, 可利用其來排組奈米尺度的物質. 這些蛋白質籠子可以被誘導來產生的高秩序晶體結構形狀, 很像電子產業在使用的類似模式, 那就是在基板上的一種精確的而且極規則的材料方陣. 科學家將此蛋白質佈在一個像矽晶圓的基板上, 於其上蛋白質就會自我組裝成一個有秩序的晶格, 其中包含大約20奈米直徑的許多小環. 於其上加入金子或是半導體的融溶液, 就會讓直徑大約1 至 10 奈米的金粒子或是硒化鎘-硫化鋅粒子附著在這個晶格上. 科學家認為這種奈米粒子的方陣可以應用於電腦的記憶體, 感應器或是邏輯電子元件上.

NASA Ames 研究中心, SETI 研究中心和 Argonne 國家實驗室的科學家, 已經從一種居住在泥巴裡的微生物, 以基因工程的方法製造出一個蛋白質, 用之來形成金屬或是半導體量子點的奈米尺度陣列物. 這種技術可以應用在製造奈米電子元件上. 他們使用的微生物, Sulfolobus shibatae 是一種活在接近沸點酸泥巴裡的單細胞微生物.

這種基因改造而生產出來的蛋白質, 會自我組裝成一個二維的晶格或是模板, 也會在其模板表面的特定地點附著金屬或是半導體的粒子.

同一主題不同角度的報導慶連結SPACE REEF, 11/25/2002的新聞

量子點 "籃球" 孕育新的奈米建築法

11/26/2002, Nanotech Web, 一群毆洲的科學家使用掃描穿遂顯微儀, 已經能夠從一片金子的基板上來加入或是移除量子點. 這種能夠在一個半導體奈米晶體和一個金屬基板間, 來移除或是修復其分子的接點的發現, 純屬偶然. 其實他們本來的目的是要開發一種將量子點連結到金屬基板的通用的化學方法, 以便能以掃描穿遂顯微術來探索量子點的電子結構. 為了要防止金子基板上的分子太雜亂, 他們將雙功能的分子連接物加在奈米晶體上, 而沒有加在金的基板上. 然後在是溫下使用掃描穿遂儀來看他們所選的雙硫基分子, 是否有將硒化鎘的量子點黏附於基板上. 結果他們發現, 在對基板施以負電位時, 他們可以得到這些奈米晶體的影像, 這表示它們是黏附於基板, 而沒有被顯微儀探針所遺漏. 然而當基板的表面正電位超過250-500 mV 時, STM 探針卻變成像吸塵機一樣, 所有的奈米晶體都從基板表面轉移到STM 探針上面. 這就好像在玩籃球一樣, 可以使用一個正的基板表面電位, 來將分子連結破壞, 而將一個量子點從基板表面拿起來. 接著可以將量子點放在基板上另一個指定的位置, 然後使用一個大的負基板電位, 來恢復其分子連結.

圖 A: 一個兩個 CdSe 量子點的組合以Au-S 鍵黏附於一片金子基板上. 左上角的奈米晶粒將會被拿起來, 也就是破壞其Au-S鍵, 然後將其重新置放於右下角那顆奈米晶體旁, 也就是恢復其Au-S鍵. 這整個過程就像是在玩籃球一樣. 最後的結果就是圖B. 這兩個影像是使用室溫下的掃描穿遂顯微術, STM, 圖中的單位是奈米.

奈米新技術, 新發現和產品:

太平洋奈米科技公司提供指導來辨識原子力顯微術影像的失真

11/25/2002, PRNewswire, 太平洋奈米科技公司 (PNI) 出版了一指導手冊, 用來辨識由原子力顯微術所產出的影像中的影像失真. 此手冊可以在下述網頁中瀏覽: www.pacificnanotech.com/tech/artifacts.htm, 也可以在下述網頁中下載PDF檔案: http://www.pacificnanotech.com/tech/artifactsweb.pdf, 將此技術導引放在其網站中, 可以具體反應出該公司的精神, 那就是提供工具和指引給任何一個科學家使用, 以能促進奈米科技的成長和擴充. 使用原子力顯微術產生的影像都可能會有失真, 變形和假象, 這全是因為其產生影像方法的先天因素. 這個手冊總共有全彩12頁, 其中有27張圖, 不僅說明了而且圖解了由探針, 掃描器, 影像處理軟體, 震動, 污染, 電子, 真空嗝動等所導致的失真例子. 科學家因此就可以將之辨識, 並且可以採取一些措施來預防或是降低這些常見的影像變形和失真. 下面就是一個黃金膠體粒子影像失真的例子. 原子力顯微術所顯出的其實是在反應出所使用的探針的形狀, 而不是黃金膠體的幾何外型.

右二圖是本來應該是完美黃金球體的原子力顯微影像7B (直徑 5 nm) 和7D (直徑28 nm). 左二圖, 7A 和 7C 是原子力顯微術中用來取得黃金球體探針的掃描電子顯微術的影像. 因為這些陵陵角角的探針比這些黃金球體要大許多, 因此原子力顯微鏡裡所反應出來的, 其實是探針本身的幾何形狀. 這些圖的掃描尺寸是 700nm X 700nm.

SPECS 公司推出丹麥 Aarhus 大學設計開發的可變溫掃描穿遂顯微鏡

11/15/2002, SPECS News, 由丹麥 Aarhus 大學 Besenbacher 教授, Laegsgaard 教授和Stensgaard 教授所設計開發出來的可變溫掃描穿遂顯微鏡, 目前由 SPECS 公司製造行銷. 因為此掃描穿遂顯微鏡的頭很小, 所以比其它的STM 的穩定度高. 因具有冷貯存庫的設計, 所以沒有冷卻時的震動. 其可變溫範圍從90K到400K, 有快速掃描的能力, 其接近速度是每分鐘1mm. 此機器的電子部分和控制軟體是由Aarhus大學設計開發的.

STM 的頭

左圖乃是STM的設計圖

1 樣品
2 樣品槽
3 樣品夾
4 針尖
5 針尖槽
6 掃描器管
7 接近馬達軸
8 馬達座
9 接近器座
10 石英球
11 Zener 二極體

在三氧化二鋁上的鈀金屬奈米晶體, 50×50 A2

-Cu-O- rows on Cu(110) (100x100 A)

有關丹麥 Aarhus 大學掃描穿遂顯微鏡小組的專門網站請連結至 http://www.dfi.aau.dk/camp/ , 其中有許多相關此機器的資訊.

Altair 奈米科技公司開發出抑制藻類的奈米化合物

11/26/2002, Nanotech Web, 美國的Altair 奈米科技公司宣稱他們已經開發出一種奈米結構的混合物, 100可以用來防止游泳池中藻類的成長. 此公司目前正在尋找於游泳池產業中有興趣買此科技授權的公司. 這種奈米混合物是不會溶解於水中, 而且可以穿透傳統游泳池的過濾系統, 而於其循環水流中來抑制藻類的成長. 他們也打算將此奈米材料用於冷卻水塔和商業養殖魚池中, 來防止藻類的生長. 此種化合物的藻類處理系統將可以省下許多操作成本, 如過濾器的維護更新, 殺藻農藥的費用, 甚或其它防藻設備的成本等.

博君一讀項目:

奈米科技競賽使得所有國家都怕落後

Tim Harper 是歐洲最大奈米科技資訊公司, CMP Cientifica 的創辦人, 亦是歐洲奈米產業工會的總執行長, 也是美國奈米產業聯盟的顧問.

11/14/2002, Nanotech Web, 今年是奈米科技極風光的一年. 連美國布希總統和英國布萊爾首相都把奈米一詞掛在口邊, 蜘蛛人一片電影中, 也把奈米科技帶到一般民眾的注意力的焦點裡. 從中我們所感受到的是一個全球的競賽, 為了要能與奈米科技的研究和發展並駕齊驅. 光看資訊產業的前車之鑑, 就知道美國的經濟和軍力巨大的增進上, 一個新興科技所扮演的角色是何其的關鍵. 奈米科技是比資訊科技還來得重要. 它不只有本事來轉變軍力的平衡, 看美國陸軍在MIT中的戰士奈米科技研究中心裡的積極研發就可得知, 也會在全球能源市場中, 改變其折衝平衡點. 中國已經可以用奈米科技來從煤礦中生產柴油, 美國也在努力脫離對波斯灣石油的倚賴, 尤其是美國有全世界最大可開採煤礦的蘊藏量. 從中我們就可以知道奈米科技對全球政治力量的影響力有多大. 假使每桶石油的價錢漲過28塊美金, 用煤來製造柴油就比進口石油便宜, 而光是中國蘊藏的煤礦所能製造出來的油, 就比整個OPEC 國家石油的蘊藏量還多.

為什麼微晶片會這麼沉重

11/2/2002, Material Update, 一個一般2克中的矽晶片, 根據一項最新的估計, 需要耗掉1.6公斤的石化燃料, 72 克的化學物, 和32克的水來製造它. 那也就是說在那些在我們的電話裡, 電腦裡,和其他家電用品裡, 看起來無害的, 而且幾乎是無重量的一片片矽晶之後, 卻消耗掉了一整山的其他物料, 而且其中有一些是對環境傷害力極大的. 這當然不是說晶片製造事件壞事, 畢竟, 就好像個人電腦一樣, 晶片越小, 其機殼所耗的材料就越少, 而且較具智慧的電氣用品, 能源的效率也會更好. 但是此文所要強調的就是, 要製造對環境友善的晶片, 重點應該集中於晶片製造過程中的, 能源和資源消耗的減少, 而不是在使製造出來的晶片能消耗較少的能源.

微軟公司正在創造虛擬人腦

11/22/2002, NewsFactor Network, 微軟公司媒體呈現實驗室的研究人員正在開發一種虛擬人腦, 這是一種以PC 為基礎的資料庫, 其中可以將一個人完整的人生經歷儲存下來. 這個叫做 MyLifeBits 的專案計劃的目的是要使這個人類記憶的資料庫, 可以使用傳統的搜尋引擎的方式來搜尋. 專案領導人之一, Gordon Bell 說, 到2047年, 幾乎所有的資訊都會存在於虛擬空間裡, 其中也包括所有的知識和創意作品. 這個專案最顯著的效益就是在我們彼此以所有的感官, 來進行遠距離溝通能力上的一個突破. 為了要讓這種遠距離溝攻的夢想成真, 他們正在開發一種新技術稱為遠距呈現, telepresence. 遠距呈現的技術可以讓空間和時間偏移, 使得一個使用者可以藉由文字, 圖片, 聲音, 影像和分享的程式運作, 來和另一位使用者溝通.

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