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寒波｜
科技大觀園特約編輯
如何將癌細胞燙死？
你是否曾經納悶，為何站在太陽下時，身體會流汗並覺得皮膚燙燙的呢？原因就在身體吸收太陽光的能量，並將太陽能轉換成熱能所導致。近年來，醫療界援用光熱轉換機制，人工製造出類似性能的奈米材料——「光熱敏感材料」，當這種材料被特定光源照射後，能夠有效率地將光能轉換成熱能，造成局部溫度上升。
藉由光熱敏感材料的光熱轉換特性，使用紅外光照射後，吸附於癌細胞表面的光熱敏感材料會產生局部高溫燙死癌細胞，提升癌症治療的效果，被稱為「光熱療法」。而台科大化工系張家耀教授團隊所合成的銅鐵硫奈米材料，升溫效果優於現有奈米材料，可望提升光熱療法的療效。
圖一：銅鐵硫奈米晶體應用於光熱療法的示意圖（圖／彰師大林泱蔚教授提供）
「銅鐵硫奈米材料」的優勢
張家耀團隊所合成的銅鐵硫奈米材料，在紅外光（波長808nm）的照射下，能有效吸收紅外光轉換成熱能。跟其他研究常利用的金奈米粒子相比，銅鐵硫材料對紅外光的吸收度更高，成為光熱敏感試劑的良好選擇。
圖二：銅鐵硫奈米材料（黑色）與金奈米粒子（紅色）的吸收光譜圖，箭頭顯示銅鐵硫奈米材料對808nm波長的光的吸收度，比金奈米粒子還要高（圖／彰師大林泱蔚教授提供）
然而，吸收越多光能，並不代表將光能轉換成熱能的效果越好，因此，研究團隊也測試了銅鐵硫奈米材料的「光熱轉換效率」，架設簡易的光熱轉換實驗裝置，看看在不同的光照時間下，銅鐵硫奈米材料是否會比金奈米粒子上升更多的溫度。實驗結果如圖三，隨著紅外光的光照時間拉長，金奈米粒子的溫度上升1.8℃（黑色），而銅鐵硫奈米材料的溫度則上升達4.0℃（紅色），顯示銅鐵硫奈米材料具有較高的光熱轉換效率。
圖三：銅鐵硫奈米材料（紅色）與金奈米粒子（黑色）加熱十分鐘內溫度變化圖（圖／彰師大林泱蔚教授提供）
為何研究團隊要比較兩種材料對「紅外光」的吸收度與轉換效率呢？因為相較於其他波長的光源，紅外線光源對人體傷害較低，且具有較深層的穿透性。
以紫外線（短波長<300nm）為例，紫外線對人體的傷害比起紅外線（長波長>700nm）要強，所以氣象局每天公布紫外線指數提醒民眾避免過度曝曬；藍光對眼睛的傷害更是人盡皆知，平日觀看手機及電視設備時，都最好選擇能過濾藍光的產品以降低眼睛危害，而在遙控器和耳溫槍等生活用品廣泛應用的紅外光就相對安全。
從肉眼可見的光熱轉換，看見治癒癌症的曙光
圖四是以肉眼可見的實驗來顯示，當溫度達31℃時，感溫粉溶液會從紅色轉變為白色，從圖四（A）的左右比較，可以看到混進感溫粉溶液的銅鐵硫奈米材料被紅外光照射10分鐘後，從紅色轉變為白色，圖四（B）為金奈米粒子與感溫粉溶液的混合溶液，無論有無照射紅外光，溶液顏色都沒有變化。證實銅鐵硫奈米材料的光熱轉換效率可以使溫度上升到超過31℃，金奈米粒子則無法達成。
圖四：（A） 銅鐵硫奈米材料與感溫粉溶液混合，有／無照射近紅外光10分鐘顏色變化。（B） 金奈米粒子與感溫粉溶液混合，有／無照射近紅外光10分鐘顏色變化。（圖／彰師大林泱蔚教授提供）
張家耀團隊所研發的銅鐵硫奈米材料，不僅對於紅外光有良好的吸收度，也擁有高光熱轉換效率，加上紅外光對人體傷害較低，可謂具備三重優勢的光熱敏感材料。即使目前光熱療法僅限於表層腫瘤細胞試驗，尚未進入真正的臨床應用，張家耀團隊所製備的新型奈米材料，仍是光熱療法以及癌症治療的重要進展，讓人類在戰勝癌症的道路上，又再次跨出了關鍵的一步。
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