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奈米科技的新興產業─石墨烯

林口長庚醫院腦瘤研究團隊,利用奈米石墨烯(graphene)做為化療藥物載體,並在磁場導引下,可直達治療的目標,同時治療的深度比傳統技術深至10倍以上,局部藥物濃度提升20倍,這讓不易治癒的惡性腦瘤患者有了重獲新生的機會
 
 
 
國內每年約有600人罹患惡性腦瘤,平均存活期只有1年,且目前並無有效的治療方法;不過,林口長庚醫院腦瘤研究團隊,利用奈米石墨烯(graphene)做為化療藥物載體,並在磁場導引下,可直達治療目標,同時治療深度比傳統技術深至10倍以上,局部藥物濃度提升20倍,這讓不易治癒的惡性腦瘤患者有了重獲新生的機會,也為治療腦瘤開啟新頁!長庚醫院此項聚焦超音波與石墨烯奈米粒子研究,已在2013年7月發表於材料學界頂尖期刊《AdvancedMaterials》,並在2013年8月時由各新聞媒體廣泛報導。

石墨烯是近幾年正夯的奈米產業,其優異的導電、導熱,與機械硬度等特性,被應用於觸控螢幕、行動裝置,與半導體高科技產業,現在更跨足生醫領域,可說是奈米科技的明日之星。

石墨烯檢別名單層石墨,是目前世上最薄也是最堅硬的奈米材料:接近透明(穿透率~98%)、導熱係數高達5300W/m·K、常溫下電子遷移率超過15000cm2/V·s、電阻率~10-6 Ω·cm,比銀更低,硬度略低於鑽石。種種優異的特性被科學家賦予高度肯定,近五年針對石墨烯已設計出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或電晶體。多家高科技公司也爭相提出石墨烯的專利,希望佈局此一殺手級產品的應用,為商業利益占領一重要灘頭堡。截至2013年5月為止,全球已發表及已提出申請的石墨烯專利案件多達9218件;過去5年來,石墨烯專利申請案件量已增加3倍以上。

2013年長庚醫院腦瘤研究團隊更將石墨烯推往生醫癌症治療上之應用,並獲得卓越成就,在長庚腦瘤外科主任魏國珍帶領下,發展出磁性石墨烯奈米粒子作為產熱媒介,利用超音波產生震盪在腦瘤患部進行熱治療,同時石墨烯也是良好的載體,藉磁場調控遙控藥物運送到病灶處,此一突破性發明可說是癌症患者的一大福音。然而目前所說的種種優異特性與廣泛應用,卻碰上最大的難題!如何大量生產僅為1.42Å厚度蜂巢結構的奈米石墨烯?

2004年,英國曼徹斯特大學A. K. Geim教授研究團隊利用簡單的3M透明膠帶剝離方法,黏貼石墨薄片多次,終於獲得單層的石墨烯,證實石墨烯的真實存在。Andre K. Geim教授在6年內玩出史上最薄的材料-石墨烯,也玩出了諾貝爾獎。在實驗室可以利用膠帶剝離法製造出石墨烯,但是如何大量生產與製造卻還是一個大問號!

目前石墨烯薄膜價格高達每平方英寸60美元,要推向商業化應用,是不可能如實驗室一般用膠帶剝離出大面積片狀的石墨烯。截至目前所知,最有可能量產的方式是用化學氣相沉積法(Chemical vapor deposition,簡稱CVD),於高溫環境下(超過1100°C)將碳氫化合物氣體通入石墨,在過渡金屬為催化劑的情況下,使碳原子熱裂解並沉積在金屬表面上。

所謂「量產」的石墨烯仍是以公分計算,無法滿足大量商業應用所需;與現在動輒12~18吋之矽晶半導體相比,生產石墨烯還有一段很長的路要走。科學研究的焦點是在開啟石墨烯一系列的新應用,要真正步入商業普及或是應用在人體腦瘤療程還需要10年時間的發展,但它令人驚艷的特性,仍是奈米產業的明日之星;未來材料的新風潮必定是石墨烯。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通」執行團隊撰稿)

責任編輯:楊谷洋|國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊
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