27Jun.2022
物性分析

奈米粒子是什麼?從定義了解特性,清楚知道產業應用在哪裡!

相信大家都聽過「奈米粒子」,卻不知道其功用是什麼?甚至是連「奈米粒子」可以運用在哪些產業上,也是沒有任何概念?由於「奈米粒子」屬於科學的領域,以至於許多人平常並無法真的深入認識「奈米粒子」是什麼。這次,本篇就要來替大家詳細說明,貼心地從定義開始說起,讓你清楚了解「奈米粒子」可應用在哪些產業上!
 

奈米粒子介紹|定義說明 了解特性

想要理解什麼是「奈米粒子(nano particel)」,我們需要先理解什麼是「奈米」,或稱為「納米」。所謂的「奈米」指的是一種長度的單位。請將手邊的尺拿起來,公分下面最小的一格是「毫米(mm)」,將這一格等切割成1000等份會成為「微米(μm)」,再將「微米」切割成1000等份,就會變成我們今天的主角「奈米(nano meter)」。順帶一提,將「奈米」切割10等份會成為1Å,而1Å(0.1nm)則被認為大約是原子的大小。其換算式如下:

1 cm = 10 mm
1 mm = 1000 μm
1 μm = 1000 nm
1 nm = 10 Å

奈米尺度

 

奈米粒子特性說明

「奈米粒子」顧名思義是「粒子」尺寸大小,坐落在「奈米」尺度上的「粒子」。「奈米粒子」肉眼是無法看到的,甚至光學顯微鏡要看到「奈米粒子」也十分吃力,大多會借助電子顯微鏡或動態光散射法(DLS)協助『看見』奈米粒子
在如此微觀的角度下,一些素材會與巨觀角度下不同的特殊性質。例如:「金子」在一般認知裡面是安定的金屬,因不容易與其他物質反應,常被作為飾品配戴,也是世界上最多人使用的有價金屬。
但是「金粒子」如果進入了「奈米」大小,又變得非常有活性。透過化學氣相沉積等方法得到「金的奈米粒子(gold nanoparticles, AuNP)(約3~50nm)」,於溶劑中呈現紅色。
時常被應用於生物技術的表面修飾基底或生物標示,「奈米金」近年來也被廣泛應用於醫學檢測、藥物釋放、觸媒催化等領域。
奈米金
照片:奈米金粒子在溶液中呈現紅~紅紫色
不僅止於「金奈米粒子」,其他於「奈米粒子」也擁有如此有趣且特殊的性質。
在安全無虞的前提下更多等待發掘,利用更多奈米粒子的特性進行各種研究開發,故受到各種產業矚目。

奈米粒子應用產業有哪些?

在上世紀開始,奈米科技受到我們矚目,創造了一波奈米熱潮,並將更多產業上的材料「奈米化」。
由於生活周遭的「奈米粒子」應用案例實在太多了,這邊就只簡單列舉其中幾項:
  • 半導體領域

在臺灣的護國神山產業中,奈米粒子當然也沒有缺席。近年來,半導體高端製程不斷演進,就是希望在一定大小的空間中,可以做出更多結構增進晶片的效能。而奈米粒子在半導體最明顯的應用莫過於CMP研磨液,其中含有的奈米粒子成份、粒徑大小、粒徑分佈等等,具有可左右研磨的成效。萬一研磨液中的粒子分佈不均或沒有達到我們預期的大小,很容易在CMP研磨階段出現大問題。若無法很好地將晶圓平坦化,就像我們蓋房子地基打歪,後果不堪設想。
  • 顏料、顯示器領域

根據研究顯示,不同大小的顏料粒徑結果,會使塗布後的呈色有所不同,也會影響保存。各種墨水、顏料等等,也是在奈米的粒徑大小。
在顯示器方面,則是已經流行一陣子的新型電視等顯示器(OLED、QLED)原料,藉由控制其中奈米粒子大小(一般為2~10nm)來改變發出的光的顏色
量子點粒徑
示意圖:量子點藉由控制粒徑大小改變放光波長
  • 生醫領域

生物醫藥領域除了上述提過的「奈米金」的案例以外,「奈米銀」也被大量使用。「奈米銀」目前最多的使用用途是抗菌,以物理方式分解細菌病毒等等,且「奈米銀粒子」因為對哺乳類細胞無毒性,不會穿透皮膚真皮層而受到抗菌產品的歡迎。
另一種使用是於DDS(藥物裝載釋放系統),使用奈米微胞將藥物包覆後運送到人體目的地,並經由溫度等刺激方法,使裝載在微胞中的藥物釋放出來。微胞大小必須設計成可以通過人體組織的粒徑大小(例如:設計成100nm通過血管),才能順利達到釋放藥物的目的。
DDS示意圖
DDS3
  • 環境健康

「奈米粒子」也被使用於某些建材塗層或汽車塗層中,藉由添加於塗層劑內在表面生成一層奈米結構,使得髒汙顆粒不容易附著上去。

奈米粒子可能會帶來哪些隱憂?


當然奈米科技並不是只有美好的一面,大家一定都聽說過PM2.5,就是指空氣中直徑小於2.5μm的懸浮微粒。如果2.5μm都讓我們這麼害怕,那比他更小的奈米粒子不就更加可怕?!
根據研究顯示,10~50nm的奈米粒子就可以在人體中暢行無阻,大一點數百nm的奈米粒子就只會到達較大的組織中。
但其實我們不需要這麼擔心,奈米粒子一般都是在水或溶劑中,較少會直接漂浮在生活周圍。

另外,在進行奈米粒子的研究實驗中只要做好防護措施(戴上護目鏡、避免皮膚直接接觸奈米粒子),就能有效防護。在臺灣國衛院國家環境醫學研究所奈米微粒健康危害研究團隊研究指出,長期追蹤暴露於奈米微粒研究中,並沒有發現明顯與心血管功能障礙、肺損傷、發炎反應等明顯相關性。但畢竟人的健康是無價的,在追求科技發展之前,做好防護保護好自己才是最重要。
若有想進一步了解的地方,歡迎隨時與我們聯繫

📖 本文引述參考資料:
衛福部:比PM2.5還小!奈米微粒暴露對人體健康的影響與防護
奈米材料、奈米粒子的安全性
奈米顆粒 - 維基百科

想更加深入了解奈米粒徑量測方法,歡迎聯繫我們。
 

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