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用「閃電」鍍製觸控螢幕的導電膜

創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/03/12 ・1890字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 565 ・九年級

文/劉珈均

工研院機械與系統所的團隊研發「大氣電漿鍍膜技術」,能在大氣常壓下鍍製透明導電膜,為目前已知唯一能常壓進行製程並達到商用品質的技術,此技術也曾獲得「R&D百大科技獎」與「華爾街日報科技創新獎(TIA)」。

手指滑過手機或平板電腦時,因為螢幕下面那層透明導電薄膜,機器才得以「感知」碰觸、執行功能。現在觸控面板常用ITO(Indium Tin Oxide,銦錫氧化物)作為透明導電材料,透明導電膜兩項主要的性能指標為電阻和透光率,ITO符合低電阻與高可見光穿透率,此外還具有良好的化學穩定性和熱穩定性、基材黏著性佳、利於圖形加工等優點。因此,在眾多可作為透明電極的材料中,ITO成為主流,應用也相當廣泛,觸控面板、太陽電池、液晶、電漿顯示器等光電產品皆可見ITO。

業務組長周大鑫博士說,研發初衷是為了節能,希望開發低耗能的光電產業鍍膜技術。現在鍍膜的製程為達到高品質,須在真空環境下進行,為了維持真空度,即便不鍍膜,真空設備也要持續運行,相當耗能;另一方面,銦是稀有金屬,主要出產自中國,來源不穩定,常有價格波動問題。隨著近年導入非銦材料取代ITO薄膜的議題亦趨熱門,團隊也研究導入非貴重金屬材料鍍製透明導電膜,降低製造成本與風險。

大氣電漿鍍膜技術的計畫主持人、工研院機械所業務組長周大鑫博士。
大氣電漿鍍膜技術的計畫主持人、工研院機械所業務組長周大鑫博士。

相較於傳統真空環境製程,團隊的「大氣電漿鍍膜技術」省了一半以上的電力,也節省了60%的設備空間。大氣電漿製程最大缺點是材料出了噴嘴、碰到大氣便容易碰撞產生結晶,團隊技術的巧思在於「電漿噴嘴」(又稱電漿頭或電漿產生器)裡電極與氣流場特殊設計,在局部區域裡產生高密度的電弧。

團隊設計電漿噴嘴,使其電漿密度夠高,得以完整解離材料,透過氣流帶下來,讓材料順利覆在基板上形成一層薄膜。「有點像大自然現象的閃電,我們可以讓電弧產生的數量最多,產生的能量高,範圍也大。」周大鑫說,模組也整合電源供應器設計,控制電極的放電頻率,達到足夠溫度。

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機械所團隊開發的大氣鍍膜機器。電漿噴嘴的電漿密度夠高,完整解離氧化鋅,透過氣流帶下來,讓材料順利覆在基板上形成一層薄膜。
機械所團隊開發的大氣鍍膜機器。電漿噴嘴的電漿密度夠高,完整解離氧化鋅,透過氣流帶下來,讓材料順利覆在基板上形成一層薄膜。

「傳統也有大氣電漿技術,但能量沒像我們這麼高,所以只能做些表面清潔的工作。」周大鑫說,團隊的電漿密度高,得以完整解離材料,所以可在大氣條件下作鍍膜製程,甚至鍍製透明導電膜。高能量密度的電漿讓不同材料組合變得可行,團隊改以氧化鋅為鍍製材料,鍍出來的透明導電薄膜片電阻小於100 ohm/square,透明度90%以上,相當於市售的ITO薄膜水準。團隊計算過,觸控面板大約有三四成的成本都花在那透明導電膜,而用氧化鋅搭配大氣電漿技術,成本可降低為一成。(此為三年前的數據,現在透明導電膜成本較低了。)

團隊成員將玻璃基板放至鍍膜機並示範操作,此機器為線型鍍膜,鍍製疏水的功能性薄膜。
團隊成員將玻璃基板放至鍍膜機並示範操作,此機器為線型鍍膜,鍍製疏水的功能性薄膜。

大氣電漿鍍膜還可局部鍍製,讓製程環保許多。傳統上,若要局部鍍膜,得先全面鍍上一層,再用「黃光微影製程」去除不要的地方,過程中會產生許多化學廢液,新技術省下了這過程,避免了化學材料汙染。

談及研發過程,周大鑫說,一開始大家聽到開發在非真空環境鍍膜技術的點子都覺得挑戰太大,難以達成。2008年計畫最初執行的那半年,團隊也果真鍍不出來,因為解離不完全,材料從噴嘴出來後接觸空氣立即結晶,在基板上覆上一層顆粒狀粉末,變成「一盤散沙」而不是融合成一層薄膜。後來調整電極模組設計、調整材料配方,隔年才成功鍍膜,再經兩三年改良製程,才鍍出透明導電膜。

不同的功能性薄膜的製程有差異,但概念與設備大致相同,只是更換材料組成。因此,此技術除了用於製作觸控面板的透明導電薄膜,作為ITO的替代品,也可以跨產業,用於其他功能性鍍膜製程,如表面抗污、疏水、親水等,除了硬材質的玻璃或塑膠產品表面鍍膜,周大鑫也期望未來延伸至軟性材基材元件,應用於穿戴式設備。

研發大氣電漿鍍膜技術的團隊。
研發大氣電漿鍍膜技術的團隊。

更多資訊請參考解密科技寶藏

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創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
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由 19 個國家級產業科技研發機構,聯手發表「創新科技專案」超過 80 項研發成果。手法結合狂想與探索,包括高度感官互動的主題式「奇想樂園」區,以及分享科技新知與願景的「解密寶藏」區。驚奇、專業與創新,激發您對未來的想像與憧憬!

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只有女生需要?「子宮頸癌疫苗」不論性別都要打!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/11/21 ・2525字 ・閱讀時間約 5 分鐘

為什麼男生也要打子宮頸癌疫苗?

你知道嗎?其實子宮頸癌疫苗應該被正名為「人類乳突病毒疫苗(HPV 疫苗)」,因為並不是只有子宮的人才要打!在過去的研究報告中,女性的子宮頸上皮細胞因感染人類乳突病毒(HPV )的高危險型別(會致癌的型別如16、18型)後,受到病毒蛋白的作用而使正常健康的子宮頸細胞會出現癌前病變,之後就有極高可能變為子宮頸癌 1,因此在這樣的認知基礎與方便宣傳下,HPV 疫苗漸漸被以「子宮頸癌疫苗」代稱,但這反而讓大眾形成「只有女性需要施打」的迷思。其實,男性也該依醫囑施打 HPV 疫苗唷!

為什麼男生也會感染 HPV?病毒感染症狀、傳播方式?

人類乳突病毒(Human Papillomavirus ,簡稱 HPV)是一種 DNA 病毒,目前已有兩百多種型別被發現,雖然被稱為「乳突」病毒,但實際上跟乳頭沒關係,千萬不要混淆了。是因為感染 HPV 病毒的病患,會造成感染部位的表皮細胞增生,在臨床病理切片下看起來像是鐘乳石般突起而有這樣的命名 3。大多數 HPV 類型會感染皮膚上皮細胞,並引起常見的皮膚疣,約有 40 種型別會感染黏膜上皮細胞。

除了上述 HPV 16、18 型會引起侵襲性子宮頸癌與其他男女生殖部位癌症外,若感染 HPV 6、11型人類乳突病毒可能會引起尖形濕疣(俗稱菜花)或其他生殖器病變,但由於致癌機率相對小,被分類為低危險型別 2, 7

依照感染部位的不同(黏膜與非黏膜部位),與感染的 HPV 類型而有不同的病徵或病變。 圖/美國疾病管制中心(CDC)

HPV 的傳染途徑主要是經由性行為的接觸傳染,極少數是經由母嬰垂直感染 (子宮內 HPV 可能是經由精液由下生殖道上升感染,或嬰兒出生時產道直接接觸感染)。在性行為過程中,病毒會透過接觸皮膚、黏膜或體液而感染。

有時,若外部生殖器接觸帶有 HPV 的物品,也可能造成 HPV 感染。根據統計資料,不論男女生,每個人一生中約有 5-8 成的機會感染到 HPV。儘管大多數感染 HPV 的情況,是無症狀且可透過身體的免疫系統而自行消退,但若是持續感染的情況,則會發展為肛門生殖器疣、癌前病變以及子宮頸癌、肛門生殖器癌或頭頸部位癌症。因此,如果是伴侶的性經驗較複雜、自身有長期免疫力低落等情況,都可能增加 HPV 的感染風險。

最新研究指出,全球三分之一的男性感染 HPV

過去許多有關 HPV 的研究,皆主要探討「如何預防女性因感染 HPV 而罹患子宮頸癌」,但 2023 年 9 月國際頂尖期刊 Lancet 系列的 Lancet Global Health 中發表的論文帶來了新的視角。

研究團隊回顧 1995 年到至 2022 年間發表的 65 份研究報告中,評估一般男性族群生殖器 HPV 感染的盛行率,發現在 15 歲以上的男性中,每3名就有1名感染至少一種 HPV 類型,每 5 名就有 1 名感染一種或多種高致癌型別的 HPV,導致男性罹患生殖器疣以及口腔癌、陰莖癌和肛門癌等疾病。研究團隊認為不管是在哪個年齡層的男性,又或特別是性行為較活躍的男性,其生殖器官就是「 HPV 病毒重要的儲存庫」4

世界衛生組織(WHO)也針對研究內容表示:「男性生殖器 HPV 感染盛行率的全球研究證實了 HPV 感染的廣泛性。高危險 HPV 類型的感染可導致男性頭頸部位的癌症(如口腔癌、口咽癌)、陰莖癌和肛門癌。我們必須繼續尋找機會預防 HPV 感染,並降低男性和女性 HPV 相關疾病的發生率 5。」

另外,根據台灣2020癌症登記資料中,頭頸癌是台灣男性發生率第3名的癌症,而在頭頸癌中的口咽癌,被發現有 30% 是與 HPV 感染相關 6。從這樣的數據資料來看,若要全面性預防 HPV,更需要兩性一起施打疫苗。

男性也會感染 HPV 病毒。圖/wikimedia

全球跟進,台灣不可置身事外。世界男性的施打情況為何?

全世界已有 126 個國家將 HPV 疫苗納入國家疫苗接種計畫,其中已有 58 個國家提供男女共同施打 HPV 疫苗,其中包括美國、英國、德國、澳洲等國家。以美國為例,從 2019 年統計的 HPV 疫苗覆蓋率來看,男性中約有 69.8% 的人至少接種過 1 劑 HPV 疫苗 7

反觀台灣目前只提供國中「女生」公費接種 HPV 疫苗,雖然已經有地方政府自行編列預算讓轄區內國中「男生」同樣享有公費接種疫苗服務,但以台灣現階段的公衛政策而言,還是將 HPV 疫苗接種的主要目標放在 9 至 14 歲、未開始有性行為的女生上,不只未跟上國際趨勢,兩性健康平權也尚有努力空間。

HPV 疫苗種類及補助

國內目前提供三種為食品藥物管理署核准的 HPV 疫苗,不論施打哪一種疫苗,皆可預防最重要的第 16 型及第 18 型所引起的高致癌風險,保護力約 8 年,分別為下列種類 9, 10

種類保蓓 Cervarix(二價)嘉喜 Gardasil 4(四價)嘉喜 Gardasil 9(九價)
適用對象9-14 歲女性 (2 劑)
15 歲以上女性 (3 劑)
9-13 歲女性 (2劑)
14-45 歲女性 (3劑)
9-26 歲男性 (3劑)
9-14 歲男女性 (2 劑)
15-45 歲男女性 (3 劑)
預防型別16、18 型6、11、16、18 型6、11、16、18、31、33、45、52、58 型
價位每劑疫苗市價約 3000-7000 元
*補助:國民健康署自 107 年 12 月底開始,全面推動國中女生免費接種 HPV 疫苗服務。
表格資料來源:台北市政府衛生局、衛福部健康署

參考資料

  1. https://www.hpa.gov.tw/Pages/List.aspx?nodeid=1799#list0 國民健康署
  2. https://www.commonhealth.com.tw/article/82881 康健網站
  3. https://www.syh.mohw.gov.tw/?aid=626&pid=112&page_name=detail&iid=384 新營醫院
  4. https://www.who.int/news/item/01-09-2023-one-in-three-men-worldwide-are-infected-with-genital-human-papillomavirus WHO文章
  5. https://www.thelancet.com/journals/langlo/article/PIIS2214-109X(23)00305-4/fulltext Lancet Global Health期刊論文
  6. https://www.cna.com.tw/news/ahel/202309280241.aspx 新聞
  7. https://www.cdc.gov/vaccines/pubs/pinkbook/hpv.html 美國CDC
  8. https://www.who.int/news/item/20-12-2022-WHO-updates-recommendations-on-HPV-vaccination-schedule WHO指引
  9. https://www.hpa.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeid=1752&pid=11889 國民健康署
  10. https://health.gov.taipei/cp.aspx?n=239A1E89D0295C00&s=437A8C567509EB04 台北市政府衛生局
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