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嶄新的半導體奈米線磊晶技術

科景_96
・2011/02/08 ・973字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 575 ・九年級
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Original publish date:Nov 21, 2002

編輯 Agape 報導

哈佛大學的科學家利用新開發的磊晶技術﹐不需要經 過繁複的製程﹐將不同種類的單晶半導體﹐成功地合 成了由異質結構半導體組成的奈米線。

熟悉或聽過(heterostructure semiconductor)的人﹐ 想必對於它的組成原理並不陌生。2000年諾貝爾物理 學獎得主之一的Herbert Kroemer,便是因發展半導體 異質結構並將其應用在高速電子及光電元件的貢獻而 獲此殊榮。所謂“磊晶”﹐英文為epitaxy﹔這個字結 合了epi(on, upon)與taxis(源自希臘文的tassein﹐ 原意為arrange)兩個字。基本上﹐異質結構半導體是利 用特殊的磊晶技術﹐將不同種類的單晶元素逐層地建構 起來。其原理有點類似砌疊層層的磚塊﹐只不過這些磊 晶技術中的“磚塊”僅有單個分子﹐甚至原子的大小。 而且現今成熟的磊晶技術﹐經由選擇高純度的單晶原料﹐ 適當的溫度(一般在攝氏數百度)﹐以及精確地控制各組 成元素分(原)子大小的匹配﹐即可得到高品質的磊晶成品。

有別於傳統磊晶技術的逐層砌疊﹐哈佛大學的 Lincoln. J. Lauhon (Charles M. Lieber的研究小組)利 用該小組已開發的奈米合成技術﹐成功地製造出Si-SiO2 以及Si-Ge的異質結構半導體奈米線(Nanowire)。利用化 學觸媒的選擇性﹐Lauhon等人不僅可以控制這些奈米線的 成長方向(軸向或徑向)﹐更可以加入不同種類的元素作為 攙入的雜質(chemical doping)來改變奈米線的導電特性 (n-type或p-type)。Lauhon所屬的研究小組更使用一般的 半導體製程(光罩﹐蝕刻﹐鍍金屬等)將他們合成的奈米線 製成三極電晶體﹐並且成功地量測到這奈米元件的電流- 電壓特性曲線。

相較於只有單一方向控制自由度的傳統磊晶技術﹐Lauhon 等人合成奈米線所用的方法﹐可以達到在軸向或徑向的磊 晶或攙入雜質。更重要的是﹐這一切的過程都是在奈米尺 度(nanoscale)上完成。因此﹐Lauhon以及其所屬研究小組 所開發的技術在與現有積體電路的整合應用﹐或是發展全 新的奈米元件﹐都提供了一個新的研究方向。

原始論文﹕
Lincoln J. Lauhon et al., Epitaxial core-shell and core-multishell nanowire heterostructures, Nature 420, 57 (2002).

參考來源:

  • Lincoln J. Lauhon et al., Nature 420, 57 (2002) (原始論文)

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Jan 07, 2004] 能進行碳奈米管合成與電性自動化測試的整合性金屬氧化半導體電路
  • [Aug 01, 2003] 新的奈米結構合成技術
  • [May 06, 2003] 碳奈米管中的碳奈米線
  • [Apr 10, 2003] 單晶結構的GaN奈米管
  • [Jan 23, 2003] 一“線”光芒
  • [Feb 13, 2002] 具有不同化學成分組成的奈米線
  • [Oct 12, 2000] 2000年諾貝爾物理獎頒發給資訊科技研究

  • 文章難易度
    科景_96
    426 篇文章 ・ 7 位粉絲
    Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

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    鑑識故事系列:MRI 才看得到單純疱疹腦炎?
    胡中行_96
    ・2023/09/25 ・2010字 ・閱讀時間約 4 分鐘

    在瑞士有個 61 歲的男子,4 天前還被看到好端端的,眼下卻沒來由地在家裡掛了。目擊證人、已知疾病、就診紀錄,或是感染相關的線索,例如:升高的肛溫、皮膚的瘀點、退燒藥、止痛劑等,要什麼沒什麼。驗屍團隊推估男子死亡超過 24 小時,其他所知無多。[1]

    非本案使用的核磁共振掃描儀。圖/Jan Ainali on Wikimedia Commons(CC BY 3.0)

    驗屍

    就外觀而言,男子的屍體沒有任何病灶。驗屍團隊本來想照慣例,先做電腦斷層掃描(computed tomography),觀察內部概況後再解剖。無奈這天儀器故障,所以改照核磁共振造影(magnetic resonance imaging)。不過,塞翁失馬,焉知非福。雖然核磁共振的成本較高,費時冗長,但是影像更為細緻:神經放射科醫師指出腦部額葉與顳葉的扣帶皮質、邊緣葉,以及島葉皮質的左側,都有損傷。換句話說,可能是單純疱疹病毒腦炎(herpes simplex virus encephalitis)。[1]

    男子的 T1 核磁共振影像。圖/參考資料 1,Figure 3(CC BY 4.0)
    男子的 T2 核磁共振影像。圖/參考資料 1,Figure 4(CC BY 4.0)

    照完醫療影像,把屍體剖開來,有肉眼和顯微鏡都可見的肺炎(pneumonia)病變。腦部切片的組織學分析,以蘇木紫(hematoxylin)和伊紅(eosin)染劑上色,顯現出少量發炎的腦幹細胞與病變的海馬體神經元;透過免疫組織化學染色,則發現腦幹內有某些類型的 T 細胞和巨噬細胞,以及活化的小神經膠質細胞等多種免疫細胞。更重要的是,在海馬體中找到單純疱疹病毒(herpes simplex virus)HSV-1 與 HSV-2,證明了根據核磁共振影像所做的推測。[1]

    腦幹(米色)與海馬體(紅色)的位置。圖/Life Science Databases on Wikimedia Commons(CC-BY-SA-2.1-jp)
    腦幹發炎的細胞。圖/參考資料 1,Figure 1(CC BY 4.0)
    海馬體病變的神經元。圖/參考資料 1,Figure 2(CC BY 4.0)

    單純疱疹病毒

    單純疱疹病毒經由接觸傳播,從皮膚或黏膜進入人體,感染神經末梢,並在神經節中進行複製。[1]該病毒分為兩型:90% 的人口都得過,會造成口腔疱疹唇疱疹HSV-1,偶爾也因口交衍生出性器疱疹;不過較不普遍的 HSV-2,通常才是後者的元兇。[1, 2]另外,有些極罕見的 HSV-1 和 HSV-2 案例,是母親於生產時,傳染給嬰兒。[2]

    首次感染也許會發燒、頭疼、喉嚨痛、身體痠痛,或淋巴結腫大。這些症狀若難以承受,可以透過藥物緩解;但是單純疱疹病毒一旦定居神經細胞,只會一下活躍,一下沉寂,終身無法根除。生病、發燒、月經、創傷、手術、陽光曝曬與心理壓力等,都可能引起復發。好在之後的發作通常為期較短,病況也不如第一次那麼嚴重。[2]

    單純疱疹病毒腦炎

    儘管單純疱疹病毒只會給一般人帶來暫時的不適;遇上免疫力差的人,發作就更加嚴重且頻繁,甚至有致命的風險。[1, 2]HSV-1 感染可能併發腦炎(encephalitis)和角膜炎(keratitis);[2]HSV-2 則會導致腦膜腦炎(meningoencephalitis)與擴散至多處的瀰漫性感染(disseminated infection)。[2, 3]

    單純疱疹病毒腦炎的成人發病率高,每年約有 1/250,000–1/500,000;而且就算即時診斷,並經靜脈施予抗病毒藥物 acyclovir,仍有 20% 到 30% 的死亡率。[4]其診斷方式為執行腰椎穿刺(lumbar puncture),抽取腦脊髓液來檢驗有無病毒;以及做腦部核磁共振,主要看額葉與顳葉是否病變,僅有少數病例會擴及腦幹。病毒影響腦部,展現出來就成了頭疼、癲癇、發燒、失語、個性改變或精神錯亂。[1]

    腰椎穿刺示意圖:側臥或坐姿。圖/BruceBlaus on Wikimedia Commons(CC BY 3.0)

    問題是這名男子生前大概缺乏明顯症狀,所以未曾就診。難怪 2023 年在《國際鑑識科學:報告》(Forensic Science International: Reports)期刊介紹此案的論文作者,只差沒抱怨如此隱蔽的疾患,要叫人怎麼猜。他們最後表示男子死於肺炎,卻通篇討論他罹患的單純疱疹病毒腦炎,並且強調多數鑑識單位頂多幫屍體照電腦斷層掃描,不太容易發現這種腦部感染,所幸他們的電腦斷層掃描儀壞掉,仰賴核磁共振才做出正確診斷。[1]

       

    參考資料

    1. Genet P, Merkler D, Zerlauth JB, et al. (2023) ‘Incidental discovery of herpes simplex virus encephalitis by post-mortem MRI’. Forensic Science International: Reports, 7, 100310.
    2. Herpes simplex virus’. (05 APR 2023) World Health Organization.
    3. Yetmar ZA, Khodadadi RB, Chesdachai S, et al. (2023) ‘Mortality After Nocardiosis: Risk Factors and Evaluation of Disseminated Infection’. Open Forum Infectious Diseases, 10(8):ofad409.
    4. AK AK, Mendez MD. (31 JAN 2023) ‘Herpes Simplex Encephalitis’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
    胡中行_96
    150 篇文章 ・ 54 位粉絲
    曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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    怎麼樣才算身高矮小?留意兒童生長激素缺乏,及重要發育觀念提醒
    careonline_96
    ・2023/09/24 ・2365字 ・閱讀時間約 4 分鐘

    「那是一位 13 歲的國中女生,來就診的時候身高只有 134 公分,體重 27 公斤,非常瘦小,第二性徵也沒有發育[1]。」新竹市立馬偕兒童醫院兒童內分泌科主任林昭旭醫師分享,「進一步檢查發現她是生長激素缺乏症,骨齡是 10 歲 6 個月,且性荷爾蒙也沒有分泌[2]。」經過半年的追蹤,她依然沒有長高,於是開始遵照專業醫師的指示並適當使用藥物後,順利達到理想的身高。

    很多因素會對成年身高造成影響,包括營養狀態、性早熟、生長激素缺乏[3]等。林醫師說明,一般而言,男生大概是 9 到 14 歲、女生大概是 8 到 13 歲會發育第二性徵[4],如:男生的睪丸、陰莖會變大,女生的初經來潮、胸部會變大[5]。在發育過程中,通常身高會快速成長,直到骨骼生長板完全癒合,達到成年身高。

    隨著整體營養狀況改善,現在小孩的發育時間會比過去提前。林昭旭醫師指出,「很多家長可能還停留在過去的觀念,認為女生會長高到 16、17 歲,男生會長高到 18 歲,不過現在的兒童可能提早發育,也會提早結束[6]。」

    身高過於矮小,可能對孩子的心理、社交造成負面影響。在兒童成長過程中,照顧者要定期紀錄生長曲線,才能提早發現身高矮小的狀況,把握治療時機。林昭旭醫師解釋,目前對於身高矮小的定義有兩個,第一個是長得很矮,身高落在兒童生長曲線圖中第三百分位以下[7]。第二個就是成長速率緩慢,6 歲以上的男生或女生,一年長高不到 4 公分[8]

    生長激素缺乏影響成年身高

    生長激素是影響兒童身高的重要賀爾蒙,林昭旭醫師說:「生長激素由腦下垂體分泌,能夠刺激骨骼生長[9]。如果遇到身高矮小的兒童都要留意是否有生長激素缺乏的狀況。」

    懷疑生長激素缺乏時,會先幫患者抽血,並作骨齡 X 光檢查。根據臨床經驗與觀察,林醫師提到,通常會發現患者 IGF-1 偏低[10],且骨齡有落後的現象。

    為了確定診斷生長激素缺乏症,會安排住院進行生長激素刺激測驗[11]。林昭旭醫師說明,我們體內的生長激素是脈衝式分泌,因此得藉由藥物刺激,評估生長激素能否正常分泌。若發現有生長激素缺乏的狀況,病人可諮詢專科醫師,進行相關檢查與治療。

    貼心小提醒

    在孩子成長過程中,請務必維持均衡營養、規律運動[12]、與充足睡眠[13],要盡量避免甜食[14],以免影響生長速度。

    記得要定期紀錄身高,如果身高落在兒童生長曲線圖中第三百分位以下[15],便須特別留意。林昭旭醫師提醒家長,若發現孩子的第二性徵太早發育,像是男生的睪丸變大、女生的胸部變大[16],也要至兒童內分泌科檢查。

    經過詳細檢查與專科醫師的評估,若確認生長激素缺乏症、沒有腦部病灶、且經過追蹤都沒有長高,面對治療藥物選擇時,充分地跟開立藥物的專科醫師進行討論。林昭旭醫師提醒,在骨骼生長板癒合之後,便沒辦法再長高,請務必及早至兒童內分泌科檢查,把握治療時機,幫助孩子順利成長!

    (本衛教資訊由台灣輝瑞大藥廠提供)

    PP-UNP-TWN-0090-202308

    參考資料

    1. 醫師受訪時分享的案例資料
    2. 醫師受訪時分享的案例資料
    3. 中華民國兒童生長協會(child-growth.org.tw)(Access date:2023.09.04)
    4. 淺談兒童長高與骨齡迷思,國泰綜合醫院,
      https://www.cgh.org.tw/ec99/rwd1320/allphoto/1900/240-2-1.pdf
    5. Abreu AP, Kaiser UB. Pubertal development and regulation. Lancet Diabetes Endocrinol. 2016;4(3):254-264. doi:10.1016/S2213-8587(15)00418-0
    6. 醫師受訪時分享的臨床觀察訊息
    7. 基層醫學 ; 21卷12期 (2006 / 12 / 25) , P359 – 366,
      https://www.mmh.org.tw/taitam/famme/old%20website/failure%20to%20thrive.pdf
    8. Diagnostic approach to children and adolescents with short stature – UpToDate
    9. Brinkman JE, Tariq MA, Leavitt L, et al. Physiology, Growth Hormone. [Updated 2023 May 1]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2023 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK482141/ (Access date: 29th, August, 2023)
    10. Ibba A, Corrias F, Guzzetti C, et al. IGF1 for the diagnosis of growth hormone deficiency in children and adolescents: a reappraisal. Endocr Connect. 2020;9(11):1095-1102.
    11. 生長激素刺激測驗檢查須知:GH stimulation test.pdf (cgmh.org.tw)
    12. Cappa, M et al. “Neuroregulation of growth hormone during exercise in children.” International journal of sports medicine vol. 21 Suppl 2 (2000): S125-8.
    13. Chaput, Jean-Philippe et al. “Systematic review of the relationships between sleep duration and health indicators in the early years (0-4 years).” BMC public health vol. 17,Suppl 5 855. 20 Nov. 2017, doi:10.1186/s12889-017-4850-2
    14. Coldwell SE, Oswald TK, Reed DR. A marker of growth differs between adolescents with high vs. low sugar preference. Physiol Behav. 2009;96(4-5):574-580. doi:10.1016/j.physbeh.2008.12.010
    15. 基層醫學 ; 21卷12期 (2006 / 12 / 25) , P359 – 366,https://www.mmh.org.tw/taitam/famme/old%20website/failure%20to%20thrive.pdf
    16. 淺談兒童長高與骨齡迷思,
      https://www.cgh.org.tw/ec99/rwd1320/allphoto/1900/240-2-1.pdf
    careonline_96
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    噗!不小心放屁了好尷尬!怎麼辦?——《有點噁的科學》
    時報出版_96
    ・2023/09/24 ・1400字 ・閱讀時間約 2 分鐘

    感官的知覺帶給我們許多體驗

    我們對自己身體生理現象感到尷尬,這種感覺的來源就在於感官知覺的運作機制:一套我們大腦與外界之間的中介工具。

    最明顯的感官是視覺、觸覺、聽覺、嗅覺和味覺,還有,你也可以感覺到疼痛、冷熱、時間(雖然不太準確)、加速、平穩、血液中的氧氣和二氧化碳濃度以及本體感覺(對於四肢、肌肉的運動和位置的感受)。你能不盯著腳步爬樓梯嗎?那就是本體感覺。

    我們得感官帶給我們感覺。圖/pexels

    這些感官訊息全都被送到大腦:一個沉默的、謎樣器官,質感和斯帕姆午餐肉一樣。你永遠看不到它,它也永遠看不到你周圍的世界,但它會分析所有這些輸入的訊息,並且創造你對自我、愛戀、快樂、痛苦、羞恥、信任、恐懼、懷疑等完整感覺。

    尷尬的感覺是從何而來

    在公共場合聽到自己放屁會覺得不好意思?

    在公共場合聽到自己放屁會覺得不好意思?圖/giphy

    這種感覺是由大腦的前扣帶迴膝皮層產生的。我們尚不了解其中的機制,但大多數心理學家都認為,羞恥感可能是為了維持社會秩序演化而來的,呈現羞恥的經典反應如臉紅、摸臉、視線向下和強制微笑,這些反應讓我們向其他人傳達訊息,表示自己明白破壞了社會常規且感到自責,因為有這樣的溝通功能進而又加強那些反應。

    研究指出,表現出尷尬的人比較容易被喜歡、原諒和信任。這一定是幫助我們這種社群生物進化的有用工具,但我擔心它也會讓我們當個乖乖牌,阻礙個人獨特性發展。

    感官小學堂

    每個人感知世界的方式都不盡相同。聯覺(synaesthesia)是一種不尋常的感官知覺,它使一些人能夠將音樂、字母或星期幾視為顏色。其他有聯覺的人可能會將某些景象與氣味連結起來或者使某些詞語和味道產生聯繫。有一項研究發現,約 4.4% 的人能體驗聯覺。

    更令人著迷的是其他動物擁有的感官,那些我們只能夢想的感知方式。狗能藉著磁感應來感測地球磁場,而且排便時往往習慣將自己的身體沿南北向磁力線對齊,牛也一樣。有些蛇有紅外線視覺,一些蜜蜂、鳥類和魚類的視力超出我們的可見光譜,能夠仔仔細細看到紫外線波頻,這意味著牠們實際上正在體驗我們幾乎無法想像的顏色。像嗑了藥一樣迷幻。

    註解

    • 我們確實知道大腦中不斷有微小的電子訊號滋滋作響,這些訊號透過八百六十億個稱為神經元的神經細胞與一百兆個突觸(神經元之間的連結──每個神經元透過它們與多達一萬個其他神經元相連)、八千五百萬個非神經元神經膠質細胞來進行發送、儲存和分析。大腦每天消耗四百卡路里的熱量(占總能量消耗的20%),有趣的是,無論是全神貫注寫一本科普書籍,還是靜靜凝視燭火發呆空想,這個耗能數值都保持不變。

    ——本文摘自《有點噁的科學:尷尬又失控的生理現象》,2023 年 8 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

    時報出版_96
    169 篇文章 ・ 33 位粉絲
    出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。