台灣奈米科技新聞信, Vol. II, No. 5, 3/1/2003
第二卷 第五期 TNN 綱目
日本國家科技院政策方針季報中的科技趨勢 /
Infineon總裁Schumacher說該讓中國有一流的晶片鑄造技術 /
德國Infineon科技公司想在三月底前和台灣的Mosel公司離婚 /
加拿大生物倫理中心預測將來奈米科技會有麻煩 /
MEMGen公司突破微機電元件創新的障礙 /
微機電系統將來是否會是有利基的科技
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晶片上的實驗室 (Lab-on-a-chip) 擴展至細胞篩檢 /
奈米孔隙磁鐵可以吸取溶劑
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奈米材料可以用來又快又安全地抹擦甲板和清洗魚缸
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藉DNA輸入來運轉的分子電腦 /
一個量子版本的編結可以為未來的電腦立下基礎 /
單一分子的開關 / 以DNA分子來充當奈米元件的鷹架 /
破紀錄的超導體電晶體 / 分子記憶體的簡述 /
美國軍方調配智慧型塗料 /
香港科學家製造出最小的奈米線可用於量子領域 /
用DNA來將金屬原子串成一條鍊子
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將生命的分子分解開來 / 美國密西根大學發動極具野心的內太空探索計劃 /
新的分子自我組裝技術可以用來模擬細胞的自我組裝 /
科學家分析基因晶片來解讀腦內基因的呈現 /
玻璃產業的新契---奈米科技和自我清理玻璃 /
鹽結構變化的慢動作
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NBIC整合2003年研討會重點摘要 /
從大自然中學習如何來使奈米科技進步
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2/23/2003, Nano Apex, 這是一份日本國家科技院政策方針的季報, 其中對未來科技趨勢的分析結果, 認為下列的項目將會是關鍵要點: 1. 奈米科技和奈米材料, 2. 奈米生物科技的趨勢, 3. 高度輻射廢棄物處置計劃中, 有關技術和社會層面的趨勢和問題, 4. 分散電力來源的趨勢. 這份報告是一篇日本政府機構的一個有120頁的8Mb的PDF檔案, 可以到http://www.nistep.go.jp/achiev/ftx/eng/stfc/stt005e/STTqr5.pdf 下載.
Infineon總裁Schumacher說該讓中國有一流的晶片鑄造技術
2/27/2003, EE Times, 德國Infineon科技公司的總裁Ulrich Schumacher說, 中國的晶片鑄造廠會開發出或是獲得尖端的製造流程技術, 這件事情絕對是不可避免的, 也因此相關產業的公司應該和中國的晶片廠合作, 並且協助他們. Schumacher說, 中國在未來幾年裡面將會使得晶片的需求上升, 而這對Infineon西亞太地區的營收將會扮演重要的因素, 他們預期此區域的營收將從現在的百分之30, 於未來幾年裡面成長到百分之45. Schumacher當然也認知到中國市場的不確定性, 其中包括智慧財產權的保護問題, 仿冒的生意模式和其它的缺點, 但是他認為就算會有不停的變動, 公司還是應該積極進入這個市場. 目前Infineon科技公司已經和中國上海的SMIC公司達成簽訂了一個交易.
目前透過國際上的一個非強制性的協議, 也就是Wassenaar協議, 大部分的國家都不會將最先進的晶片鑄造工具樹出到中國. 然而最近這個協議的一致性已經有點破裂, 使得較熱衷的美國政府, 對某些歐洲國家放鬆出口特殊先進工具的許可執照, 有許多不滿的意見. 但是Schumacher認為, 近將過時的老技術輸出到中國, 而讓它們用此老技術來鑄造晶片的概念已經不行了. 事實上, 中國就像其他地區一樣, 都是在試著要迎頭趕上科技, 如以SMIC為例, 他們自己已經開始生產0.14微米的晶片了, 而且不久他們也將進入0.11微米的製程. 因此, 假使你知道無法逃避這個事實, 而且逃避本身就是不合情理的, 那不如就和他們合作, 並且幫助他們. Infineon科技公司決定, 在未來的幾年裡面, 其在中國的生產人力將由現在的幾百人,增加到大約2500人左右. 而且其中至少會有1000人是屬於工程師性質的, 其任務將會是用來開發無線產品的硬體, 以及從事後端設計的確認工作.
德國Infineon科技公司想在三月底前和台灣的Mosel公司離婚
2/27/2003, EE Times, 德國Infineon科技公司的總裁Ulrich Schumache和台灣的Promo科技公司的總裁Hu Hung-chiu, 2/26於台北會面, 一起討論了Promo公司的未來. 雖然台灣Promo科技公司的發言人說此會面是非常愉快, 但是Schumache於會後發表說此會面乃是有關離婚的討論, 而不是在討論合好的事情, 並且設定了一個三月底的最後解決時限. 其實從去年的10月以來, Promo就一直是和其母公司, Infineon和Mosel Vitelic的爭議中心. 這幾家公司一直在爭議晶片的價格以及Mosel將合作公司的股份抵押的問題. 在意見分歧升高之後, Infineon就已經停止其對Promo公司的技術轉移, 並且在今年1月就取消其採購合約. Schumache認為理念不合就一定要離婚, 因為Mosel是比較編向於財務運作的公司, 而Infineon還是忠於DRAM的製造. 現在Infineon科技公司和南亞科技公司在台灣已經有一個50-50的合作計劃, 要蓋一個300-mm的晶圓廠, 此合作的公司名字為Hwaya半導體公司, 總投資最高將有22億美元, 將於2004年的三月份試車生產, 經四個月後, 此廠每個月將生產10,000片晶片, 而於其年終, 將有辦法每個月生產20,000片晶片.
2/18/2003, Small Times, 加拿大生物倫理中心是一個醫學倫理的智庫, 他們預測奈米科技這種在分子層次建構系統的科學, 將來也會像抗拒基因改造作物一樣的擦槍走火的衝擊. 加拿大多倫多大學的聯合生物倫理中心, 在英國的奈米科技期刊中發表他們的研究, 他們預警說, 這種非常微小的科學, 如果再不趕快在其對倫理, 環境, 經濟, 法律和社會的衝擊的研究上, 迎頭趕上其在技術上的進展, 就極有可能會導致此科技向前進展的出軌, 甚至有可能會被完全禁止奈米科技的研發. 多倫多大學的聯合生物倫理中心的這篇研究報告, 標題是 ’Mind the gap’: science and ethics in Nanotechnology, 是一個280K的PDF檔案, 可以在http://www.utoronto.ca/jcb/pdf/nanotechnology_paper.pdf 下載.
2/19/2003, Nano Apex, MEMGen公司提出了一份白皮書, 說明了有關其加速納入EFAB技術於微製造科技的進展. MEMGen公司認為藉著EFAB技術, 他們可以突破許多微機電元件創新的障礙. 過去架構於矽晶的微機電系統所不能達成的應用, 現在使用EFAB技術不僅可以達到, 甚或可以開拓新的應用領域. 構於矽晶的微機電系統過去曾在感應器產業上扮演極重要的角色, 但是此技術有很大的限制, 光是一些簡單的幾何形狀, 如一個旋臂樑, 薄膜, 或是將一個材料堆積3到5層高, 就無法達成. 而且對每一個新的應用, 就需要重新有一個新的製程, 使得矽晶的微製造系統變得非常地昂貴, 無彈性, 高風險, 且要耗很長時間才能市場化.
而MEMGen公司的EFAB技術則是一種新的添加累積式的微製造製程, 架構於多層具設計圖樣材料, 如鎳或是銅的選擇性的電子沉積法. 這個製程可以從電腦輔助設計資料設計出來複雜的3D形狀中, 製造出真實的3維結構體, 因此很適合用來製造出堅固的啟動器, 這會比利用矽晶微製造所生產出來的脆弱扁平的結構體要強許多.
此有關MEMGen公司EFAB技術的白皮書, 是一個PDF檔案, 可以到http://www.memgen.com/resource_center/EFAB_White_Paper_MEMGen_Corporation.pdf 下載. 有關MEMGen公司EFAB技術的簡報資料可以到http://www.memgen.com/resource_center/MEMGen_Presentation.pdf 下載. 有關MEMGen公司EFAB的技術, 此公司提供一個免費的軟體, 可以用來體驗此技術如何來製造出一個微機電系統的元件, 此軟體可以到http://www.memgen.com/layerview/ 下載. 下面就是應用MEMGen公司EFAB技術製造出來的一些微機電系統的元件.
電容器 (Capacitor)
線圈啟動器 (Solenoid Actuator)
線圈 (Coils)
噴嘴 (Nozzle)
變壓器 (Transformer)
感應線圈 (Inductor Coil)
2/12/2003, EE Times Advanced Technology, 依據最近聚集於國際固態電路大會 (ISSCC) 專家的見解, 微機電系統元件確實將會是下一波熱門的市場, 但是至於到底何時會是其開花結果時, 那就得靠猜的了. 這個會議討論了IC產業如何踏入這個新興的微機電系統市場, 也就是一個由結合影像/顯示/微機電系統來驅動的市場. 其中最主要的問題是, 未來IC晶片上是否會有越來越多的微機電系統, 還有當影像/顯示/微機電系統佔據了整個系統大部分時, 傳統的IC是否會變成整個為系統的一小部份而已? 瑞士科技大學的教授Christofer Hierold認為, 內建有微機電系統的產品將會很炫, 因此產品將會標示有”MEMS Inside” 來突顯此產品所具有的特殊附加價值. 雖然微機電系統元件的製造現在是有點難, 穩定性也較差, 產能對大量生產也是不能接受, 但是CMOS剛開始的第一年不也是這種情形嗎? 因此任何一家公司如果能夠找出方法來增進穩定度和產能, 此公司就可能掌控這個市場. 到目前為止, 微機電系統的慣性力和壓力感應器, 在汽車產業的應用上, 已經到達高產量的階段了, 相信這種情形也會繼續擴展到其它的領域.
晶片上的實驗室 (Lab-on-a-chip) 擴展至細胞篩檢
2/12/2003, EE Times Advanced Technology, 在國際固態電路大會 (ISSCC) 裡, 有一群義大利的科學家試圖要將昂貴的醫療研究和診測工作, 藉著一個架構於CMOS的元件, 轉移到較低成本範疇的實驗室晶片上, 來進行單一細胞的操縱, 診測和分析. 義大利的Silicon Biosystems公司和Bologna大學, 在此大會中發表了一種生物晶片, 他們宣稱這種晶片可以將一般生物醫學上的試驗時間, 從本來需要的幾天減少到僅需幾個小時, 而且其在醫療診斷上, 藥物研發上和基本生物醫學研究上的應用極廣. 其採用的方法中主要包括有同時平行偵查超過10,000個細胞, 晶片的軟體具有可程式的彈性, 還有將隱埋的感應器放入矽晶中的可能性, 這就可以用來偵測粒子的存在. 他們沒有使用一般操控細胞的方法, 這個生物晶片是使用介電電泳 (dielectrophoresis, DEP), 也就是如一般細胞一樣, 藉由不均勻的電場所又發的偏極化, 來移動沒有電荷的粒子. 這是一種不具通道的建構, 這是和一般的實驗室晶片不同的地方. 一般的實驗室晶片都是採用流體的流動和倚靠一條微製造出來的通道, 因此都較容易阻塞. 這種生物晶片同時也是一種沒有接觸的移動, 因為其間的細胞都是在DEP籠子所形成的微空間裡被提起, 所以細胞較不容易黏著於元件的表面.
2/18/2003, Nanotech Web, 科學家已經開發出一種奈米孔隙的分子磁鐵, 其上具有一種金屬有機物的開放框架結構體. 西班牙的Institut de Ciència de Materials de Barcelona, 西班牙的巴塞隆納大學, 奧地利的Innsbruck大學, 和義大利的CNR奈米結構材料研究中心都認為, 這種新的奈米結構材料, 將可以用在一種新種類的分子磁性感應器的應用上面. 他們稱此種材料為MOROF-1, 其中MOROF代表著金屬-有機活性基的開放框構 (metal-organic radical open-framework). 在製造MOROF-1的時候, 科學家使用的溶液中含有乙醇和水. 於是所製造出來的晶體中就含有乙醇和水的外來分子, 這些分子就以氫鍵結合在孔隙的內壁, 以及其它狹窄孔隙通道的裡面. 當MOROF-1晶體從溶液中被取出來時, 乙醇和水就會離開這個結構體, 而使晶體變成不定型物, 這會使這個晶體體積減少25到35%. 如過在將之浸沒入乙醇中, 又可將此過程逆轉回去. 這種溶劑又發的收縮呼吸的現象, 是一個非常有趣的實驗發現, 這部只會產生體積巨大的變化, 而且會顯著地影響此晶體的磁力性質. 這種類似海綿的磁力變化特性是此研究團隊完全沒有預料到的現象.
此研究團隊裡的一些從 Institut de Ciència de Materials de Barcelona (CSIC) 和巴塞隆納大學來的幾個特選的成員. 第一排由左至右,: Jaume Veciana和 Daniel Maspoch. 第二排: Daniel Ruiz-Molina,
Neus Domingo (巴塞隆納大學) 和Concepció Rovira.
MOROF-1晶體結構的透視圖, 其中可以看到奈米尺度的孔隙,
2/25/2003, Small Times, 從愛之船到小孩子的水族館, 目前有兩家小型的科技公司, 正花錢在開發懸浮於水中的奈米材料, 可以用來吸走所有的雜污, 其中包括令人討厭的藻類和有害的細菌. 因為最近在許多郵輪上發生, 由Norwalk病毒所導致的傳染性腸胃炎, Scotia Prince郵輪就不再使用漂白粉或是其它刺激性的化學藥劑來擦洗甲板, 他們已經改用一種奈米科技產品, Eco Tru, 這產品是一種專利性的奈米乳液科技產品. Eco Tru是由加州聖荷西的Enviro System公司研發出來的產品. Eco Tru使用油滴式的奈米球體, 其直徑大約是170奈米, 在水中會形成一種奈米乳液, 然後會黏著在細菌細胞的表面. 這些奈米球不只是其接觸表面積有價值, 它並且可以減少殺菌劑的用量到0.2%, 一般在非奈米的溶液中所需要的殺菌劑濃度都要在3到5%之間. Eco Tru是唯一美國EPA註冊成功的第四類消毒劑, 對皮膚, 眼睛, 呼吸道和消化道完全沒有有害的效應.
另一家公司則是美國內華達州的Altair奈米科技公司, 他們已經可以用奈米科技製造出來的材料來清理游泳池, SPA, 甚至於加裡的水族館. 在12月份的時候, 他們已經像專利局申請其Nano Check防止藻類劑的專利. 這個奈米科技材料產品可以江水中的磷移除, 這就可以防止藻類在游泳池, 噴泉和SPA中的繁殖. 他們是由其開發洗腎藥物的經驗中得到開發Nano Check的靈感. Nano Check是一種架構於鑭金屬的化合物, 它們會吸收磷, 但是不會產生污泥或是過濾上的問題. Altair奈米科技公司將此化合物製造成非常小, 每公克會有30平方公尺的大表面積, 其粒徑大約是40奈米, 可以像海綿一樣江水中的磷完全吸收.
2/14/2003, Laboratory for Biomolecluar Computers, 這個微小的電算元件已經獲得金氏世界紀錄認定為全世界最小的生物電算元件. 在人類發現DNA結構後五十年, 這個頗有名氣的分子現在又被發現有一種新的用途, 那就是可以用來運轉分子電算系統. 這個由Weizmann科學中心的科學家所做的研究, 將會在美國這一期的Proceeding of the National Academy of Science (PNAS) 發表.
Shapiro教授團隊和其獲得的金氏世界紀錄獎牌
不管是用插電的或是用電池的電源, 電腦總是需要某種電源來運轉. 一年前, Weizmann科學中心的Ehud Shapiro教授曾經發明一個由酵素和DNA分子所構成的一個可程式的分子電算機器, 而一時聲名大噪全世界. 現在他的研究團隊更上一層樓地讓這個又特別地節約, 也就是利用單一的DNA分子, 在提供分子計算機輸入資訊的同時也提供計算機所需要的能源. 先前分子電腦的能源是一種ATP的分子, 這可說是所有生命世界裡的標準能量通貨. 現在經過改良設計後的分子電腦, 在處理其DNA輸入的過程中, 僅使用會自然釋放能量的操作. 它會將DNA輸入的分子中的兩個鍵打開, 以熱能的方式將儲存在這兩個鍵中的能量釋放出來. 這個過程中就可以產生出足夠的能量來完成電算執行的任務, 而不需要任何外來的能源. 一個湯匙, 大約5mm的這種 ”電腦湯汁” 就含有15,000兆個這種電腦, 在一起就可以在一秒中內就可以執行330兆個運算, 而且其每一步驟的精確度可以達到99.9%. 這種電腦僅需要非常少的能源, 而且其能源都是由輸入的分子供應, 而其過程中全部僅會釋放出少於百萬分之25瓦的熱量.
Ehud Shapiro教授和其像變形機器的模型, 此模型激發了他的分子電腦的靈感.
Ehud Shapiro教授手中握著有一兆個分子電算機器的試管. 坐著的是Yaakov Benenson, 拿著的是8個含有8種不同軟體分子的試管.
同一主題的不同角度報導, DNA電腦自己產生所需的能源, 請參閱Nanotech Web 2/27/2003的報導.
2/22/2003, SCIENCE NEWS ONLINE, 小時候, 當你在學著如何打結時, 你可能會認為其主要的用途就是用來在生日禮物上打蝴蝶結, 或是讓你的鞋子可以好好穿在腳上而已. 但是現在, 假使讓幾個數學家和物理學家的理念實現的話, 編結將會成為一種完全不同的新類型電腦的基礎, 而這種新電腦的效能會遠遠超過我們目前所用的電腦.
在其最早的100年裡, 對編結的數學上的研究, 是屬於一種很古怪的純數學領域, 看起來和任何生活上的應用完全沒有關係. 然而在最近10年內, 數學家已經將編結理論轉變成一種在兩個完全不搭嘎物件, 那就是電算科技和量子力學間的橋樑. 量子力學就是在研究超級小尺度的原子和次原子粒子的一支物理學. 在一篇上個月發表的論文中, 科學家認為介於這兩個領域間的這個連結, 最後可能讓物理學家達到其10年久以來的目標, 也就是能夠利用量子物理來建造一台電腦, 而且其效能可以遠遠超過架構於傳統物理中牛頓力學的電腦.
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時空的編結SPACE-TIME BRAIDS. 粒子在一個表面上的運動軌跡繪畫出一條路徑. 在左上圖中, 一個實點代表著起點和終點, 而一個空點則代表著四個粒子中, 每一個粒子運動的中間點. 在時間和空間中將其畫出, 這些路徑會糾葛成一種數學家稱為編結, braid的形狀, 見左下圖. 假使這些粒子就是所謂的anyons , 那麼只要在粒子運動停止之後, 來量度這些anyons的物理性質, 我們就可能來重新獲得有關這個編結的資訊. 這種流程可能會打開一種嶄新電腦的大門, 這種電腦將會是使用編結來計算. |
2/21/2003, Physics Web, 由單一分子所製造出來的開關, 比起現存的固態積體電路裡的開關而言, 將可以大大地降低電子元件的能量消耗. Ernst Meyer和Christian Joachim的研究團隊, 他們是由Basle大學, IBM的Zurich實驗室, 和在Toulouse的CEMES-CNRS的科學家組成的, 現在已經開發出全世界耗能最低的癲一分子開關. 此開關的運作僅要耗掉47個zepto焦耳, 也就是47的10的負21方的焦耳, 或是0.3 e V, 這僅是現在用於高速電腦中的電晶體開關所需消耗電量的一萬分之一, 甚或更少. 在最新的處理晶片中, 例如Pentium4, 其平均的能量消耗大約是30W. 這種能量的消耗對一些手提電腦來講是一個頭痛的問題, 因為會需要額外的電力來去除這些熱量, 這會很嚴重地影響到電池的壽命.
Ernst Meyer和Christian Joachim的研究團隊所開發出來的開關, 其內含有一種porphyrin的分子, 此分子具有四條苯基的腳, 參見下圖. 他們使用一台原子力顯微儀的探針, 可以將其中的一支腳, 從一個穩定的位置旋轉到另一穩定的位置. 當這支腳的位置是和這個分子的中間部分成垂直時, 這個開關就是在開的狀態, 相反地, 如果這支腳的位置是和分子的中間部分成平行時, 這個開關就是在關的狀態. 他們量度出旋轉苯基腳所需要的能量是小於100個zepto焦耳, 這是比最先進場效應電晶體所消耗的能量要小4個0以上. 他們相信他們的開關方法, 已經到達熱力學上開關的極限.
Porphyrin分子的化學結構,
其中含有四條苯基的腳.
2/18/2003, EE Times Advanced Technology, 美國明尼蘇達大學的一個研究團隊, 利用DNA裡面化學鍵的特殊鎖和鑰匙的模式, 提出一個分子電路組裝的技術, 它們並且相信這種電路將可以和矽晶架構的電子元件相容. 這種結合下的元件可以使其密度達到每平方公分10兆個位元. 這是電子產業界所預期2010年的64 Gigabit DRAM記憶體密度的100倍以上. 在雛形系統中, 其奈米的部分則光是使用奈米金的團簇, 它們可以扮演單一電子記憶體的角色. 這是第一次DNA晶體備用來組裝奈米元件, 但是針對要用此技術來達到電子電路的奈米製造的境界, 這僅僅是開始的第一步.
美國明尼蘇達大學的研究團隊, 利用DNA裡面化學鍵的特殊鎖和鑰匙的模式,
提出一個分子電路組裝的技術, 此技術可以自我裝出密度高的方陣.
2/20/2003, Nanoteh Web, 在芬蘭的科學家已經製造出一種新型的超導體放大器, 此放大器具有全世界到目前為止, 於同類元件中最高的電流和功率的增益. 在赫爾辛基大學的Pertti Hakonen和其同僚認為, 這種元件可以用在低溫的應用上, 其中包括量子電腦上的讀取元件. 這個赫爾辛基的團隊已經製造出一個Bloch震盪電晶體, 其內含有三個結合點. 第一個就是Josephson結合點, 其中有兩個超導電層, 由一層薄的絕緣層隔開. 第二層是一個般的穿隧結合點, 第三層則是一個大電阻層. 這個Josephson結合點的尺寸是小於100個奈米. 赫爾辛基的科學家藉著將一個類粒子, quasiparticles, 的電流注入那個一般的結合點中, 來達到這個效應, 因為這樣可以使得兩個能量的階層間完全地鬆弛. 這個研究團隊已經量測到其元件中的電流增益可以到30, 而功率放大可以有5.
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2/27/2003, Material Update, 於此篇簡述中, 說明了一個數位記憶位元於分子上的相當值. 一個有用的分子材料, 用於資訊處理, 儲存和溝通的第一項要求, 就是具有在兩種獨立的分子元件之間交換訊號的方法. 在本期的美國化學協會期刊中, Francisco Raymo和其同僚示範了一個系統, 於其中一個在兩個分子間溝通的伊個化學訊號, 可以從一個光學的輸入轉變成一個電力的輸出. 它們的系統中結合了一個光活性的元件, 此元件在光的刺激下可以釋放出一個質子, 和一個電活性的元件, 此元件可以用來捕獲這個質子. 這樣這個分子的開關, 利用其開始轉變和其消退之間的時間延遲, 就可以用來製造出一個化學上相當的數位記憶單元. 一個資訊的位元就可以以光學的方式寫入系統, 然後在一種非破壞性的模式下, 以電力的方式將此資訊讀出. 這種記憶體的限制性的位元壽命, 大約是11個小時, 意味著這種分子記憶體會比較接近於神經系統中化學訊號的儲存和傳遞, 而不像儲存在電子元件的資訊. |
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2/21/2003, MIT Technology Review, 美國陸軍想要能夠開發出一種會自我修復, 而且可以抗腐蝕的聚合物, 以便能夠來迷彩它們的坦克車. 科學家則相信利用奈米探管將可以幫助他們達到它們所要的東西. 多年來, 材料科學家一直在尋找會自我修復的聚合物, 可以用來當產業界的塗料, 來抵抗隨著時間所產生的老舊. 但是到目前為止還沒有人發現有一種材料, 可以重複性地自我修復, 可以充當塗料, 可以儲存許多年, 並且可以抵抗化學物質. 為了達到其目標, 軍方就找到伊利諾大學的教授Nancy Sottos. Sottos的實驗室已經設計出一種具有微米膠囊的環氧樹脂, 當裂縫形成時, 就會被釋放出來, 很快地就將裂縫密封. 她們有一個動畫影像記錄了整個環氧樹脂密封裂縫的過程, 請按下面的連結觀賞, http://www.autonomic.uiuc.edu/selfhealpolymer.html . Nancy認為, 如果要能夠將此材料商品化, 其有待克服的關鍵就是其有效的儲存時間, 因為現在她們僅做到在混合後, 馬上將其打破使用. |
2/20/2003, Physics Web, 香港City大學的科學家已經鑄造出有史以來最小的矽晶奈米線. Shuit-Tong Lee和其同僚認為這種奈米線, 因為其直徑僅有大約1奈米, 可用來製造UV發光二極體, 電晶體和雷射. 矽晶材料之所以吸引奈米科技上的應用, 乃是因為製造以矽晶為架構的技術已經非常地先進. 到目前為止, 最小的矽晶奈米線的直徑世界於3到5奈米之間, 然而理論的預測指出, 可觀的量子尺寸效應僅會在直徑小於3奈米以下的情形, 才會開始有所作用. Lee和其同僚使用一種氧化物輔助的培養方法, 來鑄造矽晶的奈米線, 其鑄造出來奈米線的直徑可以從幾奈米到幾十奈米. 這個團隊接著使用掃描穿隧光譜儀, 來量測這些奈米線的電子頻帶間隙. 他們發現此頻帶間隙會隨著奈米線直徑的變小而增大, 如直徑在7奈米時, 其頻帶間隙是1.1 e V, 然而當直徑減為1.3奈米時, 頻帶間隙則增加到3.5 e V. 這和先前理論上的預測一致, 同時也為矽晶奈米線裡, 量子尺寸對電子密度狀態的影響, 提出了實驗上的證據.
2/21/2003, Nanotech Web, 日本東京大學和日本分子科學研究中心的科學家, 已經成功地利用DNA來將金屬銅原子串成一條含有五個珠子的鍊子. 這種技術將可能可以應用來生產分子磁鐵和分子線. 東京大學的科學家Mitsuhiko Shionoya認為, 無機化學領域中最重要的目標, 就是要在空間上能夠動態地來控制金屬原子的排列, 而DNA則是一種極具潛力的東西, 能夠為無機的或是生物有機分子元件, 由下而上的鑄造中, 提供一些結構上的基礎. 為了要達到所要的結果, Shionoya和他的同僚將DNA中的自然存在的鹽基, 用人工含有銅離子的鹽基替代. 這些銅離子以間隔0.37奈米的方式排列, 形成一條磁性鍊子. 現在Shionoya和他的團隊要更進一步地嘗試製造出同時含不同金屬的鏈條.
日本的科學家成功地在人工DNA上讓金屬銅原子自我組串成一條含有五個珠子的鍊子的示意圖.
Credit: University of Tokyo.
2/25/2003, Nano Apex, 在Watson和Crick公開發表DNA的結構50年之後, 在最近一期的生物學刊 (Journal of Biology)裡, 研究人員已經秀出現在的科學家如何來量出, 將DNA的雙螺旋結構拆開所需要的力量. 這項任務是第一次同時結合兩種重要的技術, 也就是單一分子螢光技術和光學捕捉技術, 來觀察單一分子所達成的. 光學捕捉技術, 或稱光學鑷子技術, 是利用雷射光束來互相作用, 以致於能將牽扯於分子間複雜互相作用的微弱力量揭露出來. 而單一分子螢光技術, 則藉著將在某種特定狀況下的分子, 使其中的某一部份發光, 讓科學家可以逐一分子地來研究生物系統. 將這兩種技術結合在一起來觀察單一分子, 在此之前多被認為是不可能的, 因為在傳統的光學捕捉技術中, 所使用的雷射所發出的光線都太強, 因此都無法看到單一分子所發出的螢光.
Matthew Lang, Polly Fordyce和Steven Block, 他們想出了一個新辦法, 利用了特殊的濾光技術和特定的螢光標誌, 第一次成功地將單一分子螢光技術和光學捕捉技術結合. 他們使用這種新發明的技術, 同時來在當一小段DNA被拉開時, 檢視其分子結構和機械性上的變化. 此項技術對生物學上的研究, 將會有一個極大的衝擊, 對揭開一些生物上的基本問題, 也將會有所助益. 此篇發表在生物學刊 (Journal of Biology)裡的論述的一個PDF檔, 可以在http://www.biomedcentral.com/html/info/about/block01apress.pdf 下載. 下面兩圖乃是摘自此檔案, 簡單示意地秀出此一結合出來新技術的裝置, 以及其觀察出來分離DNA分子的力量.
2/20/2003, University of Michigan News Service, 美國密西根大學的科學家將進行一個破天荒的大合作計劃, 試著要在活的生物細胞裡面, 以3D而且是在實際時間下, 來拍攝所有人類從來沒有見過的化學活動的實景. 這個三年的專案計劃, 將公共衛生, 工程學, 化學, 生物學, 物理學和統計學的專家齊聚一堂, 他們有來自洛杉磯W. M. Keck基金會美金150萬的資助, 密西根大學自掏腰包約50萬美元.
密西根大學的科學研究團隊將會使用一個小到可以置入一個細胞裡的人工合成的奈米探針, 而且是不會影響細胞的正常功能的, 來量測一些細胞內重要金屬離子, 如鋅和銅, 在細胞活動時的一些行為. 精密設計的統計學模擬程式, 將會被用來闡述這些看起來像是一群快速移動中的果蠅迴懸在一盤水果上的數據. 金屬離子進出細胞的運輸行為, 對像肌肉收縮和神經系統, 這些基本生理功能非常重要. 但是在過去, 科學都無法在實際的時間上, 去觀察和量度這種動態的過程.
密西根大學的研究團隊使用一個奈米探針, 上面部有可以和金屬離子, 如鋅, 鈣或是鉀結合的分子, 要來揭發使細胞能夠運作的離子交換行為. 這些奈米探針被置入細胞裡, 當它們有捕獲目標離子時, 就會發出訊號, 電腦統計模型會用來闡述這些數據. 這個圖像乃是一個藝術的概念圖, 圖中示意的是這些探針感應器正在粒腺體的表面尋找目標離子. Illustration by Christopher Burke
2/20/2003, NSF Press Release, 美國賓州大學和Sheffield大學的科學家, 於2/21的Science期刊中, 發表他們已經創造出一種像樹狀的分子, 這種分子會將本身自我組裝成含有25萬個原子的精準的建構方塊. 這種自我組裝出來的建構方塊, 可能會成為是未來分子電子或是光子材料上, 用來設計製造奈米結構體的前驅物, 它們將可以用來駕馭光子, 就如同現在電腦晶片如何駕馭電子一樣.
Percec和他在賓州大學的同僚現在已經開發出這種能夠模擬細胞中間自我組裝的模式, 這是人類第一次可以製造出這種大型的超級分子結構物, 而且它們會自我組裝成一種異常大的並且非常複雜的結構物. 光子學所追求的目標就是要像電子學一樣, 能夠駕馭光子如同駕馭和使用電子一樣. 一個有用的光子晶體一定大約要和光的波長一樣的大小, 大約是幾百貨是幾千個奈米, 而且其結構必須要精準, 這樣才有可能和光子產生可預測和可重複的交互作用. Percec和其同僚所開發出來的技術可能可以幫助化學家來設計出接近光子學上需求大小的自我組裝材料.
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左圖, 最上圖就是一個錐形樹突狀的3D結構物. 12個這種結構物自我組裝成含有8,500個原子的球形樹突體, 現在以簡化的方式秀出其由錐體所架構而成的形狀, 見中間的圖. 而左下圖就是其詳細的示意結構體圖. 下圖, 許多球形樹突體組合成一種液晶體材料. 此晶體有出人意外的複雜的晶格結構. 其晶格中含有重複性的30個球體的細胞單元, 其中包含有250,000個原子, 如果量其塊狀體積, 則大約有20奈米x10奈米x 10奈米. |
Pennsylvania 
2/18/2003, Small Times, 在Kennedy Krieger研究中心和John Hopkins大學的科學家, 使用了他們自己開發而架構在網站上的工具, 來篩檢許多的數據, 試著要解讀一些和Down症候群, 幻想症候群和鉛中毒有關的神經性疾病的基因問題. 這些科學家先從微方陣, 也就是所謂的基因晶片下手. 這種基因晶片可以同時量度成千上萬基因的活性. 藉著分析基因在腦內組織的活動模式, 科學家希望能夠發現出比正常基因的活性較活躍或是較不活躍的某些基因, 因而可以判斷出它們可能是和產生的疾病有關. 在2/16/2003的美國科學進展協會, American Association for the Advancement of Science的會議中, Jonathan Pevsner示範了他們所開發出來的工具, 一個是叫SNOMAD, 另一個是叫DRAGON, 如何利用其來在微方陣的茫茫數據大海中, 來進行海底撈針的任務. Jonathan Pevsner就用從Down症候群的微方陣數據中, 應用它們的程式來找出導致病因的基因. SNOMAD和DRAGON是架構在網站上的程式, SNOMAD可以在下http://pevsnerlab.kennedykrieger.org/snomadinput.html 載, DRAGON可以在http://pevsnerlab.kennedykrieger.org/dragon.htm 下載.
2/22/2003, Nano Apex, 這是日本東京大學工學院應用化學系教授Akira Fujishima將於2003年Glass Processing Days大會上發表的論文的摘要. 論文摘要的全稿可以在http://www.glassprocessingdays.com/2003/abstracts/abstract.php?tiedosto=opening.htm&tagi=%3Coral3%3E 下載. 摘要指出奈米科技最具有潛力以及市場價值的應用之一, 就是具有自行清理能力以及防霧能力的玻璃. 而以二氧化鈦為基底的光觸媒活性塗料, 就顯示出含有上述的一些特性.
2/20/2003, Material Update, 眾所皆知很久的, 物質在小團簇中的性質可能會和其在一大團中的性質, 會有極大的差異. 最近有一個新的結構動力學上, 對碘化銫鹽小團簇的研究, 就是在深入觀察到底其性質上的差異會有多大. 雖然一個物質其全體所展現的性質, 是和其組成原子的性質有緊密的關係, 然而其微小奈米尺寸的團簇所展現出來的性質, 卻有可能和全體的性質有極大的不同. 的確, 自從1900年代的早期, 科學家已經發現一個物質的熔點會隨著其粒子的變小而降低.
在Physical Review Letters中所發表的論文裡, Andrew Dally和Louis Bloomfield, 就對碘化銫鹽的不同的同分異構物結構體之間的動態變化, 進行了一個逐時的光譜儀的研究, 要來探索期間的差異. 他們發現對一個物質的整體而言, 當溫度提高到超過其熔點後, 其於結構上的轉變是非常清楚的, 而且很容易就可以被辨別. 然而對小團簇而言, 這種轉變則就較不清楚, 而且一般都是在一個極廣的溫度範圍內逐漸地轉變, 在此溫度範圍內, 常常會有類固態和類液態共存的現象. 針對碘化銫鹽, 在一個溫度範圍內, 他們有辨認出三種不同的同分異構物, 其中包含了一個方塊狀, 一個梯狀和一個環狀的結構體, 而方塊狀的結構體在較低溫下則佔多數. 用雷射將方塊狀的結構體移除後, 然後觀察後續的同分異構物的變化, 他們就可以看到這些小團簇的結構進化. 他們發現再溫度僅有500K時, 這些團簇就展現出液體的性質, 而且在每一種同分異構物的型態間不停地變來變去. 這是比全體碘化銫鹽的熔點溫度, 也就是900K要低上許多.
Andrew Dally和Louis Bloomfield針對碘化銫鹽的研究中, 其同分異構物結構轉變的動態模擬, 可以在http://rabi.phys.virginia.edu/research/ 的連結上看到.
2/23/2003, Nano Apex, 將奈米科技, 生物科技, 資訊科技和感知科技, 也就是所謂的NBIC整合, 對人體能力的增進, 社會的狀況, 國家的生產力以及國民生活品質, 會產生出極大的效益, 而且這本身也代表著一個主要的研究和開發的新領域. 這是在2001年12月由美國國科會和商務部所主辦的討論會中, 針對探索NBIC整合潛在機會的本質和規模, 由政府單位的先進專家, 學術研究單位和產業界所獲得的結論. 這個討論會的報告書中, 肯定了對個人的, 社會的和人類的長期利益而言, NBIC的整合是一個廣泛的, 快捷的, 創新的和現時的機會, 因此建議政府有關增進人體機能的研發計劃, 在對人類的福利和尊嚴的尊重管制下, 應該列為國家的第一優先事項.
NBIC整合2003年研討大會已經在2/5到2/7, 於加州大學洛杉磯分校舉辦完畢. 如果有讀者對NBIC整合有興趣要進一部了解, 目前美國德國科會和Kluwer正在出版一本新書, 書名是”Converging Technologies for Improving Human Performance, 增進人體機能的科技整合”.
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Carlo D. Montemagno, Ph.D. |
Mihail C. Roco, Ph.D. |
2/21/2003, CNET News, 在貝爾實驗室的科學家, 從海星動物裡的到靈感, 已經開發出一種所謂的高品質晶體, 他們期待有一天這種晶體可以用來改進通訊的網絡和奈米的元件. 他們是使用一種牽扯到將礦物質沉積, 製造出非常精密的顯微結構的技術, 而產生出這種非常複雜形狀的碳酸鈣晶體. 他們將此研究發表在本期的Science期刊中, 他們認為這種技術對材料科學和奈米科技將會有極廣泛的影響. 如果在一個微米尺度甚或更小的單一晶體上, 有辦法製造出各種設計式樣, 然後能夠將這類的晶體整合入光電子電路, 那麼就可以製造出許多零件, 對各種電子, 感應器和光學元件, 將會有重大的改進.
這種新式樣的晶體, 乃是藉由模擬生物學 (biomimetics) 中所激發出來的新產品. 模擬生物學乃是一個新興的科學領域, 此科學乃是從大自然中學習工程的原理, 然後應用它們來創造新的材料和新的科技. 此研究團隊就是看到脆海星的身體上部滿了成千上萬的碳酸鈣晶體, 而一起來組成它身上那個怪異的眼睛. 而這些微透鏡片自然地就能夠用來糾正一般存在於透鏡片上的兩種扭曲, 那就是分光 (birefringence) 和球形偏離 (spherical aberration). 現在大部分的透鏡都是由一片玻璃小心地磨製而成的, 然而脆海星則用另外一種方法來製造透鏡, 它們乃是在一個有機的模板上, 逐層地沉積碳酸鈣, 而來製造出具有精密結構的水晶透鏡.
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