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奈米級的發現,碳也可以發光!

在我們的想像中,「碳」通常會是黑漆漆、毫不起眼的一種物質,殊不知若從「奈米級」的角度來看的話,它不但具有螢光的特質,更能在醫療、能源、生物感測等領域有實質的應用與貢獻。
 
 

科學上有個奇妙的現象,同個物質若分別處於宏觀與微觀的狀態時,居然會呈現不同的特性。以碳為例,人們對它的印象不外是一團黑色的物體。但很奇妙的是,若把它縮小到奈米的尺度時,會發現這「碳奈米」卻發光起來。臺灣大學化學系張煥宗教授就對這現象潛心研究,而發現了「碳奈米」許多意想不到的特性,也發展出許多應用的可能。

 
從冷門的異象中,挖掘出不平凡的研究
 

在2006年間,科學家意外地發現,在特定的環境中,若以雷射光照射石墨,後者會散逸出些許發光的物質。這些不知名的東西後來經證實是一些「碳點」,但因它並非當時實驗的主體,所以僅很少數人對它繼續深究。長期研究發光物質與奈米科學的張教授對它產生了好奇,他表示:「碳點」具有螢光特性,只要給予適當能量,應該就會發光。研究團隊甚至發現,若給與不同顏色的光線(代表不同能量),「碳點」也會對應呈現不同顏色的螢光,而這些特性為後來的應用開展了許多可能。

碳點的水溶液:在日常中是接近透明淡黃色的,但在不同光線照射下,會呈現不同的顏色,這是碳點的一個特性。
▲碳點的水溶液:在日常中是接近透明淡黃色的,但在不同光線照射下,會呈現不同的顏色,這是碳點的一個特性。

在探究「碳點」的特性時,張教授的團隊也成功研發出製造低成本「碳點」的方法。他表示,早先製造「碳點」的方式需要特定的條件與環境,風險、成本都很高。而他們團隊研發的綠色化學合成法,流程簡單,且成本低廉,具有優渥的開發條件。也因為原料取得的門檻降低了,張教授的團隊得以陸續開發出許多「碳點」的新應用。

 
碳點的多種來源以及應用方向
 

他進一步分享了「碳點」的來源:其實充斥在日常生活中的茶葉、咖啡渣等都可以是「碳點」的來源;重點是,不同原料所製造的「碳點」,表面的官能基可能有些許不同,而這些細微的差異會導引出各種不同的應用。例如,來自茶葉的「碳點」可抑制乳癌細胞;來自薑的「碳點」則可抑制肝腫瘤生長。

 

除了製造簡單、原料來源豐富且取得容易外,「碳點」另有不受酸鹼影響的高穩定性,極佳的生物相容性,良好的催化活性、導電度等特性。張教授分析,「碳點」除了最早發現的螢光特性外,針對其陸續掌握到的各項特質,已另可應用於生物感測(例如毒物檢測試劑)、能源開發(例如燃料電池、超電容製造)、癌症治療等面向。張教授的團隊日前便以「碳點」在製作超級電容方面的研究在國際知名期刊《Journal of Materials Chemistry A》上發表了重要的論文,廣泛受到矚目。

 

對於「碳點」未來的發展,張教授認為在醫療藥材方面,特別是作為藥物的載體,應該是一個可深予期待的新方向。

 
來源 來源:
《科學發展》月刊2019年4月,556期,74~75頁
原標題:會發光的碳
標籤 標籤:
奈米(48)螢光(4)碳奈米(1)碳點(1)碳(3)
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