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「黃金接觸」使低溫石墨烯製造成真

only-perception
・2011/10/15 ・1281字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 583 ・九年級

研究者開創出一種方法,不到正常溫度的一半,就能夠製造出高品質的石墨烯。

這種技術為石墨烯的使用開啟了新的良機。石墨烯已被廣泛視為一種有潛力的 21 世紀神奇物質。

來自劍橋大學工程系的研究者,添加非常少量的金到生長石墨烯的鎳薄膜表面。所產生的合金,使他們能在攝氏 450 度的溫度下生長石墨烯,相較之下,正常溫度為攝氏 1000 度。

該團隊,由該系 Hofmann 研究小組中的 Robert Weatherup 與 Bernhard Bayer 所領導,也能找到更多石墨烯如何在此過程中形成的相關資訊。

“只要我們發展出石墨烯如何生長的圖像時,我們就能夠開始調整生長並以合理的方式修改催化劑 — 鎳 — 以改善它,” Weatherup 說。”從科學的觀點來看,理解這件事很有趣,不過利用這項知識來改善生長過程則已是我們研究中真正有用的結果。”

石墨烯是一種非常薄的物質 — 基本上只有二維存在。那由單個原子厚的碳原子薄片構成,以六角形晶格的方式排列。

使科學家感到振奮的是其一系列優異特性。石墨烯非常強健、透明且具高傳導性。這意味著其能為各種應用所用,包括能被使用者穿戴的彈性(可撓式)電子產品、快速寬頻、高效能運算以及飛機和其他機器的輕量化元件。

為了要使這些可能性當中的任一種被實現,需要一種可靠的方法來製造高品質的石墨烯。迄今最佳選項涉及使用化學氣相沈積(CVD)的科學家。在此過程中,一張催化劑薄膜 — 在某些例子中是鎳,其他則是銅 — 於高溫下,暴露在含碳氣體中。石墨烯接著會在薄膜表面組裝。

到目前為止,需要大約攝氏 1000 度的溫度使石墨烯生長。這產生一個問題,因為高生長溫度將嚴重損壞許多通常用於製造電子裝置的材料,這表示石墨烯無法直接與將被用在電子產品的電路整合。

Weatherup 與 Bayer 在鎳薄膜上用了少量的金(不到1%),藉由將生長溫度減少到攝氏 450 度,從而開啟這種可能性。這種合金亦減少石墨烯在薄膜上生長的位址數量,因為金阻礙石墨烯生長。

這意味浮現出來的每一塊石墨烯小薄片(flake)要長得更大,而且要更長的時間,才會與其它小薄片結合。因為電子在石墨烯內到處遊走,所以(生長)不常受到薄片間結合的擾亂,因此石墨烯的傳導性改善了。結果是,石墨烯能在大幅減半的溫度下製造,同時仍保有未來應用所需的高品質。

在生長過程中亦利用專業技術來「感測」一個原子厚的石墨烯層。研究者們能明確證明,石墨烯生長並非只發生在基質冷卻時(如同某些學者先前所以為的),而且其生長也並非只受到催化劑薄膜的表面影響,還包括薄膜底下(underneath)的區域。

研究者廣泛預測,石墨烯從科研領域移動到業界只是遲早的問題,然而商業化發展仍有一段距離。

“在理想上,我們喜歡讓石墨烯直接在絕緣基質上生長,不過目前,生長好的石墨烯在開始被應用前,需要將合金移除,” Weatherup 說。”問題是絕緣體在將含碳氣體轉換成高品質石墨烯上,天生就不良。”

“石墨烯生長仍是一個非常年輕的領域,不過其進展速度難以置信地快。利用催化劑的合金化(alloying of the catalyst),如同我們在這裡進行的,在改上製程上是一種全新方法,而且我們預期,進一步的研究將有可能導致改善過的石墨烯產物,甚至是在更低的溫度下辦到。”

資料來源:PHYSORG:Golden touch makes low-temperature graphene production a reality[October 12, 2011]

轉載自only-perception

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only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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