分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

神奇材料將改變世界

操縱自如的流體、會吞子彈的玻璃、薄板狀的變形金剛、還有取代石墨烯的電子業新星。這些新材料各個身懷絕技,準備實現不可思議的科幻夢想……

作者/鄧肯‧ 葛拉漢羅威(Duncan Graham-Rowe)
譯者/高英哲


在世界各地的實驗室裡,材料革命正在悄悄發生。科學家打算用漸趨細小的尺度操縱物質,並從生物世界中擷取靈感。曾經只有在科幻小說裡才見得到的物質,如今科學家將為我們逐步實現。

然而發明這些材料可不只是出於科學上的好奇心。它們真的很有用,只要開始出現應用的方法,這些材料就會徹底顛覆我們的世界。
《BBC知識》彙整了研究論文與專利申請案,為您呈現即將問世的十大關鍵材料。(完整內容請參閱該刊第二十六期)

    圖說1:只要運用磁場,就可以把鐵磁流體弄成各種奇形怪狀,這個性質有朝一日或許能拿來治療癌症。

圖說1:只要運用磁場,就可以把鐵磁流體弄成各種奇形怪狀,這個性質有朝一日或許能拿來治療癌症。

鐵磁流體:操縱會變形的液體來殺死癌細胞。

你要是想要在現實生活中打造一台電影《魔鬼終結者2》(Terminator 2 )裡的變形機器殺手T-1000,不從鐵磁流體(ferrofluid)著手的話,八成會搞得一團糟。鐵磁流體就像T-1000一樣,是可以變形的液態金屬。鐵磁流體是在液體中散置了磁鐵礦、赤鐵礦或其他含鐵化合物的微小粒子,液體帶有磁性,所以能夠擺弄成形。

鐵磁流體已經悄悄鑽入我們的日常生活之中。鐵磁流體用磁鐵加以定位後,就能夠在轉動的電腦硬碟外形成一道液態密封,防止微粒飄進去,毀了你的度假照片。此外喇叭裡也用到鐵磁流體。不過它的應用潛力不只如此。美國NASA嘗試用鐵磁流體來做太空船姿態控制系統(attitude control system),加拿大研究者則表示它能拿來做下一代的望遠鏡反射鏡,這樣就能改變形狀,補償大氣扭曲的效應。

鐵磁流體在醫學領域也深具應用潛力。美國維吉尼亞理工學院的研究者正在著手研究,打算利用含有鐵氧化物奈米粒子的鐵磁流體來治療癌症。他們先用磁鐵將鐵磁流體導入腫瘤內,再對其施加振動磁場,使鐵磁流體振動生熱,殺死癌細胞。領導這項研究的伊斯瓦‧普利教授(Ishwar Puri)說:「理想情況下,這套療法會增加腫瘤細胞的溫度大約三十分鐘,而同時健康組織的溫度則維持不變。」這套技法雖然管用,距離臨床試驗卻還有一段距離。

應用領域

  • 控制空船
  • 製作望遠鏡的反射鏡
  • 治療癌症

黃金奈米粒子:用黃金「打造」HIV檢測的新標準。

1381031_10201443247818019_433761674_n

圖說2:黃金奈米粒子是對抗愛滋病的新武器。

中世紀的彩色玻璃匠師是世界上第一批奈米科技專家。他們或許對自己工作的物理知識一竅不通,但他們所用的技法卻能使細小的黃金粒子困在玻璃內,散發出紅寶石色。如今黃金粒子不是用來妝點聖經場景,而是用來檢測愛滋病之類的致命病症,這些新方法比現有的檢測法更敏感,也更容易解讀。在極小尺度的奈米範疇內,材料會產生新的特質。一塊黃金是金色的沒錯,但是微小的黃金粒子卻會因為聚結方式不同,而產生不同的顏色。英國倫敦帝國學院的研究者就善加利用這點:他們的HIV檢測溶液裡裝滿了金離子(離子就是帶電荷的原子),把血清滴入溶液後,根據反應就能判定血清裡是否含有HIV病毒。簡單來說,如果有HIV病毒,溶液裡的雙氧水濃度就會下降,產生奈米尺度下的不規則黃金結塊,發出藍光;若是沒有,溶液裡就會充滿雙氧水,產生球狀的黃金奈米粒子,發出紅光。

這項檢測法很敏感,可以在一毫升的人類血清中偵測到幾阿克(attogram,即10-18 克)的HIV病毒蛋白,這甚至比目前最佳的檢測標準還要好!尤其要緊的是,新檢測法的溶液顏色改變用肉眼就可以看出來,而目前的檢測法卻需要昂貴的機器,才能解讀出至關重要的呈色變化。

領導這項研究的茉莉‧史蒂文斯教授(Molly Stevens)表示,不久後實際可用的檢測法就能問世:「目前我們已經用HIV陽性的人類樣本,證明這套檢驗法在概念上確實可行。現在我們得把這套技術最佳化,使它更易於攜帶,容易上手。我想這不用五年就能做到。」

這套檢測法加以修改後,還能檢測瘧疾、攝護腺癌與肺結核等疾病。 

應用領域

  • 檢測HIV病毒
  • 檢測攝護腺癌
  • 治療肺結核與瘧疾

作者 鄧肯‧葛拉漢羅威  科技記者,擁有電子工程學位。
譯者 高英哲 英國約克大學經濟學碩士,台灣大學科學教育發展中心長期合作譯者。

●本文摘自BBC知識國際中文版第26期(2013年10月號)。版權所有,轉載請註明出處。

關於作者

BBC知識

《BBC Knowledge》為BBC FOCUS、BBC HISTORY、BBC WILDLIFE三本雜誌的精華本,是一本內容權威、親近性高的知識普及雜誌。