1、國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,Nano materials-V application,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,I. 奈米材料及技術(shù)的應(yīng)用 1. 在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用 (1) 奈米陶瓷指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有 奈米級(jí)的陶瓷材料 (2) 有良好韌性，可大幅彎曲而不斷裂 (3) 例如：仿有機(jī)結(jié)構(gòu)之無機(jī)複合產(chǎn)物,國立宜蘭大學(xué)食品

2、科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,2. 在電子學(xué)上的應(yīng)用 (1) 利用奈米粒子的量子效應(yīng)設(shè)計(jì)並製備 奈米量子器件 (2) 終極目標(biāo)是將積體電路縮小，研製由 單原子或單分子構(gòu)成的各種器件 (3) 如微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù),國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,3. 在生物工程上的應(yīng)用 (1) 生物分子是很好的資訊處理材料 a. 分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變的

3、最 小單位 b. 生物分子本身就是 一個(gè)微型處理器 (2) 如發(fā)展分子電腦,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,4. 在光電領(lǐng)域的應(yīng)用 (1) 利用奈米技術(shù)結(jié)合微電子與光電子， 使光電器件在光電資訊傳輸、貯存 、處理、運(yùn)算及顯示等性能大幅提 昇 (2) 發(fā)展光學(xué)高速數(shù)學(xué)運(yùn)算、高速雷射器 (3) 如高性能電極材料，大幅度提高放電 效率,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳

4、輝煌 Hui-Huang Chen,5. 在化工上的應(yīng)用 (1) 奈米材料的化工性質(zhì) a. 奈米粒子比表面積大，光催化效率高 b. 奈米粒子生成的電子、空穴到達(dá)表面之前 ，大部分不會(huì)重新結(jié)合 故可到達(dá)的數(shù)量多，化學(xué)反應(yīng)活性高 c. 奈米粒子分散在介質(zhì)中為透明性 可觀察界面間的電荷轉(zhuǎn)移、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、半 導(dǎo)體能階結(jié)構(gòu)及表面態(tài)密度 (2) 已發(fā)展奈米光觸媒、奈米靜電屏蔽材料、 奈米紫外線屏蔽材料(化妝品、食品包材) 、奈米反應(yīng)器,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(3)

5、 如美容美髮護(hù)理劑： a. 奈米氧化鋅粉末性質(zhì) * 無毒、無味、對(duì)皮膚無刺激性、分解、不 變質(zhì)、熱穩(wěn)定性好 * 本身為白色，可以簡單地以著色 * 具有很強(qiáng)的吸收紫外線的功能，對(duì)UVA和 UVB均有屏蔽作用 * 具有滲透、修復(fù)功能 b. 奈米氧化鋅粉末的應(yīng)用 適用於作美容美髮護(hù)理劑中的活性因子 * 大幅度提高護(hù)理效果 * 還可避免因紫外線輻射造成對(duì)皮膚的傷害,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(4) 奈米化妝品： a. Nanocapsule * 奈米碳球(130

6、600nm)所製成的化妝品 * 結(jié)構(gòu)非常微小，很快滲透進(jìn)入皮膚內(nèi)層 * 材料是生物相容性的聚合物 * 實(shí)務(wù)製作上仍有技術(shù)上的困難,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,b. Nanoparitcle * 表面效應(yīng) - 當(dāng)金屬或化學(xué)原料的大小改變時(shí)， 性質(zhì)也會(huì)改變 - 表面積越大，金屬作為觸媒的化學(xué) 作用會(huì)更有效率,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huan

7、g Chen,* ZnO2或TiO2 - 使用ZnO2(過氧化鋅)或TiO2(二氧化 鈦)製成80-100nm大小奈米粒子製 作防曬乳液,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,- 和一般利用有機(jī)分子形成紫外線隔離 層之防曬乳液的差異 i 可以有效隔離紫外線 ii 不會(huì)對(duì)敏感性皮膚造成過敏 iii 透光性 iv 奈米粒子越小，防曬效果越好 15-20nm的奈米粒子是奈米防曬乳液 的極限,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Dep

8、artment of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,圖 花粉負(fù)離子奈米保濕水,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,c. Micro ElectroMechanical Systems 奈米大小的皮膚偵測(cè)系統(tǒng) * 包含偵測(cè)儀、機(jī)電系統(tǒng)與含醫(yī)學(xué)資訊的軟體 * 與手腕皮膚的接觸，它會(huì)很快地分析出適合 該皮膚使用的保養(yǎng)品 d. Nanorobotor * 利用奈米機(jī)器人製作成染髮劑、洗髮精 * 操作頭髮生長的快慢 * 變色唇膏,國立宜蘭大

9、學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,6. 在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 (1) 研究生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及功能 獲取生命資訊，進(jìn)行診斷或治療 (2) 疾病檢測(cè)指示劑 奈米粒子微細(xì)結(jié)構(gòu)使其對(duì)環(huán)境中的 化學(xué)或物理指標(biāo)的變化極為敏感,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(3) 奈米導(dǎo)向劑 將以奈米磁性顆粒為載體的藥物注 入人體後，藥物在外磁場(chǎng)的作用下 會(huì)聚集於體內(nèi)

10、的局部 (4) 其他如分子機(jī)器人、生物導(dǎo)彈及其 他奈米生醫(yī)材料,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,7. 在分子組裝上的應(yīng)用 (1) 奈米材料的發(fā)展分為三個(gè)階段 a. 製備奈米粒子、合成塊體、評(píng)估表 徵、探索特殊性質(zhì) b. 設(shè)計(jì)奈米複合材料 c. 分子組裝等 (2) 奈米級(jí)微粒的尺寸大小及均勻程度 仍是技術(shù)瓶頸,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huan

11、g Chen,8. 在其他領(lǐng)域上的應(yīng)用 (1) 生物技術(shù)-如抗菌劑： a. 奈米氧化鋅粉末在陽光(尤其在紫外 線)的照射下，在水和空氣中能自行 分解出自由移動(dòng)的帶負(fù)電的電子（e- ），同時(shí)留下帶正電的空穴（H+） b. 空穴激活空氣中的氧變?yōu)榛钚匝?有 極強(qiáng)的化學(xué)活性)，能與多種有機(jī)物 發(fā)生氧化反應(yīng)（包括細(xì)菌內(nèi)的有機(jī) 物），把大多數(shù)病菌和病毒殺死,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,c. 殺菌效果：奈米氧化鋅的濃度為1%時(shí)， 在5分鐘內(nèi)金黃色葡萄球菌的殺菌率為 9

12、8.86%，大腸桿菌的殺菌率為99.93%。,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(2) 奈米洗衣機(jī)、抗菌衣：抗菌效果可達(dá)99.9% a. 洗衣機(jī)內(nèi)部塗上一層奈米材料可抑制黴菌 的生長 b. 奈米層狀銀系無機(jī)抗菌防黴母粒與纖維， 具有抗菌功效，如大腸桿菌及金黃葡萄球 菌的抗菌效果都達(dá)到99.9%，對(duì)淋病及肝 炎病毒的預(yù)防有很大功效 c. 可製成抗菌衣物，也能用在家電製品、日 用品、文具、玩具、醫(yī)療用品及建築材料 等,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ila

13、n University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,奈米銀抗菌機(jī)制 破壞細(xì)菌細(xì)胞膜，或強(qiáng)烈吸引細(xì)菌體中蛋白的硫氫基並迅速結(jié)合，降低細(xì)菌原生物的酵素活性，產(chǎn)生抗菌作用；同時(shí)藉由緩釋銀離子，發(fā)揮持久的抗菌效果,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,奈米銀殺菌作用與一般抗生素藥物之比較表,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Sc

14、ience,陳輝煌 Hui-Huang Chen,表 奈米銀對(duì)致病(食品)菌之抗菌作用,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(3) 奈米保健食品：可降低自由基的活性 a. 科學(xué)家最早投入研發(fā)的奈米保健食品 是奈米硒（Se） b. 奈米硒具有高生物活性、高純度、穩(wěn) 定性 c. 奈米硒去除自由基的活性為無機(jī)硒的 五倍，在免疫調(diào)節(jié)及抑制腫瘤的靈敏 度上，也比有機(jī)硒提高許多,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department

15、of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(4) 奈米過濾(nano-filtration) NF為介於RO及UF之間的過濾方式 ，常用於除礦化(demineralization)和 濃縮去除分子量在100500的物質(zhì),國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(5) 軍事領(lǐng)域-如吸波材料： 奈米金屬粉末對(duì)電磁波有特殊的吸 收作用 a. 可作為軍用高性能毫米波隱形材料 b. 可見光-紅外線隱形材料和結(jié)構(gòu)式隱 形材料 c. 手機(jī)輻射屏蔽材料,I

16、I. 我國奈米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化近況,表VI-3 奈米材料技術(shù)商品化時(shí)程圖,表VI-4 工研院奈米技術(shù)開發(fā)成果表,表V-5 國內(nèi)已經(jīng)利用奈米技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品與公司一覽表,III. 展望,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,2. 奈米尺度下之新特性提供了新的 應(yīng)用契機(jī) (1) 2010至2015年間奈米技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模 約美金一兆元。 (2) 臺(tái)灣如能佔(zhàn)到3%市場(chǎng)即為1兆臺(tái)幣 的產(chǎn)值。,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Departmen

17、t of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,3. 美國富比士雜誌(forbes) 針對(duì)奈米科技的實(shí)際應(yīng) 用選出了2003十大排行 榜 (1) 滑雪設(shè)備保養(yǎng)臘 提升選手的速度外也 同時(shí)兼具更佳的操控 性,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(2) 會(huì)呼吸的防水雪地 外套 透氣、防水、而且 還不易弄髒,(3) 防皺/抗沾染服飾 布料本身奈米結(jié)構(gòu) 所構(gòu)成的保護(hù)層將 使得外界的液態(tài)髒 污無法滲透甚至附 著，亦有抗皺能力,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系

18、 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(4) 深層保養(yǎng)面霜,(5) LCD的替代產(chǎn)品 OLEDs 有機(jī)電激發(fā)光(organic light-emitting diodes；OLEDs)技術(shù)具有多項(xiàng)比液晶 (LCD)更優(yōu)良的特性：亮度更強(qiáng)、更 省電、可視角更廣。,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(6) 奈米科技 DVD與 書籍介紹,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系

19、National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(7) 太陽眼鏡 內(nèi)部由150nm與20m厚的 特殊材料沉積而成，並在 太陽眼鏡表面鍍上3-10nm 的抗反射層。 (8) 奈米級(jí)防曬用品 高防曬係數(shù)(sun protection factor；SPF)，且具有阻隔 UVA與UVB的能力。,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(9) 高科技網(wǎng)球拍 (10) 高科技網(wǎng)球 a

20、. 1970年代-鋁、1980年代- 碳纖、1990年代-鈦，目 前則是奈米材料。 b. 奈米材料所製成的球拍 具有比過去材質(zhì)百倍以 上的強(qiáng)度。 c. 奈米材質(zhì)製成的網(wǎng)球有 不易變形的更長壽命。(Davis Cup指定用球),國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,IV. 奈米生技醫(yī)學(xué)市場(chǎng) 1. 奈米生物學(xué)(nanobiology)研究與應(yīng)用 (1) 細(xì)胞內(nèi)各種胞器的結(jié)構(gòu)與功能的研究 (2) 細(xì)胞內(nèi)外生物物質(zhì)、能量與訊息傳導(dǎo) 的研究 (3) 生物反應(yīng)機(jī)制的研究：修復(fù)、

21、複製及 調(diào)控等生物程序 (4) 奈米級(jí)生物分子工程的發(fā)展：分子機(jī) 器人及奈米訊息處理系統(tǒng)。,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,2. 醫(yī)學(xué)診斷與監(jiān)測(cè) (1) 分子雷達(dá) a. 光學(xué)相位差層析技術(shù)(OCT)，分辨率可達(dá)微 米級(jí) b. 精密度高，可以更早期診斷出癌組織病變 以每秒2000次完成生物體內(nèi)活細(xì)胞的動(dòng)態(tài) 影像，觀察活細(xì)胞的動(dòng)態(tài)，發(fā)覺單一病變 細(xì)胞 c. 不會(huì)如CT、X光、核磁共振一樣殺死活細(xì) 胞,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan Univer

22、sity, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(2) 微小探針技術(shù) 奈米監(jiān)測(cè)器 3. 有機(jī)奈米生醫(yī)材料： (1) 人造皮膚以及實(shí)現(xiàn)人工移植動(dòng)物器官 (2) 直接用於治療各種細(xì)胞等級(jí)疾病的奈 米生物導(dǎo)彈,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,4. 免疫治療： (1) 指利用或刺激人體免疫系統(tǒng)(免疫細(xì) 胞、抗體、細(xì)胞激素)以達(dá)成治療免 疫性疾病(癌癥、過敏、自體免疫、 感染等)之目的 (2) 是最具市場(chǎng)價(jià)值之生物

23、科技,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,5. 惡性腫瘤治療： (1) 找尋有效成分配合放化療治療惡性腫瘤 a. 可增強(qiáng)放化療敏感性 b. 增加放化療對(duì)腫瘤毒殺效應(yīng) c. 減輕對(duì)人體正常細(xì)胞之毒性反應(yīng) d. 提高機(jī)體積能如造血及免疫活性 e. 預(yù)防復(fù)發(fā)移轉(zhuǎn) f. 提高生存率及生活品質(zhì),國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(2) 以de

24、xtran包覆磁性氧化鐵,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,6. 奈米醫(yī)藥應(yīng)用 (1) 奈米級(jí)生物藥品不會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥 性 a. 遇水對(duì)細(xì)菌發(fā)揮更強(qiáng)的殺傷力，產(chǎn)品 的抗菌效果更強(qiáng) b. 吸附力及滲透力強(qiáng)，能深入皮下組織 ，進(jìn)行消炎滅菌 c. 奈米醫(yī)藥產(chǎn)品可能成為某些抗生素的 替代產(chǎn)品,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,(2) 在

25、產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用 a. Quantum Dot公司(美國)利用奈米科技 偵測(cè)比DNA還小的量子分子 * 當(dāng)人體有心臟病、中風(fēng)、感染現(xiàn)象， 相關(guān)的量子分子就會(huì)發(fā)亮，而且持續(xù) 多天 * 加上顏色，觀察哪些蛋白質(zhì)和哪些疾 病有關(guān)，及藥物在人體中如何運(yùn)作,b. C. Sixty公司(加拿大)，利用奈米技術(shù) (fullerenes)成功研發(fā)抗愛滋藥物 阻止HIV病毒擴(kuò)散，已並用於動(dòng)物實(shí)驗(yàn),國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Department of Food Science,陳輝煌 Hui-Huang Chen,V. 食品添加市場(chǎng) 1. 食品添加物 (1) 健康食品 雖為一般食品，但是在醫(yī)學(xué)臨床及研究 報(bào)告卻有療效。 (2) 健康食品管理辦法 88年8月實(shí)施“健康食品管理辦法”，每年 有400億的健康食品市場(chǎng)。 (3) 營養(yǎng)保健食品市場(chǎng)潛力 美國、日本、大陸等國的健康食品項(xiàng)目 達(dá)數(shù)千種。,國立宜蘭大學(xué)食品科學(xué)系 National Ilan University, Depar