界面性質探討

圖 3.14 顯示 sample 1、4、5 及 6，不同分散劑含量與界面電位 之關係。由圖中可知 sample 1（未加分散劑）之 IEP（isoelectric point）

位於pH 2 至 pH 3，在添加分散劑後，則變成 pH 4 至 pH 9，此 IEP 的增加與分散劑的吸附有關。

圖 3.14、 四種不同的磁性粒子，於不同的 pH 值下對界面電位的作 acid, oleic, dl-2-ethylhexyl chloroformate, 1,2-benzenedicarboxylic acid, hexanoic acid, pentadecane 及 squalene 等物質。 相對的，sample 1 則僅於 1.62 分鐘出現特性峰，

amount of dispersant adsorbed

sample 4

圖 3.15、 磁性粒子 sample 1 及 5 的 GC/MS 圖譜。

0 5 10 15 20 25

TIME(min)

sample 1

0 5 10 15 20 25

17.74 20.7721.15 21.70 21.93

23.21

16.06

TIME(min)

sample 5

3.4 流變性質（Rhelogical properties）探討

圖 3.16 代表各個 sample，其黏度（viscosity）隨著剪切率（shear rate）而變化的曲線。所有的曲線呈現剪切變稀的趨勢，即黏度值與 剪切率成反比。較高含量分散劑的吸附相當於較低的黏度表現。同樣 的結果亦表現在 PU 樹脂添加以後，如圖 3.17 所示。

流變性（Rhelogy），在濃的陶瓷漿料中，是最廣為被量測並據 以決定此漿料聚集程度的一項指標。它是一個分析的工具，用以度量 及決定漿料適當的黏度，通常的標準是最大的固含量有著最低的黏度 值。一個塗料系統的黏度是由樹脂、溶劑、粒子（pigment/filler）

及分散助劑來決定，分散劑的選用會直接影響整體漿料的流變行為。

立體障礙特性的分散劑具有兩個特性：第一，它具有一個或多個

所謂的錨接基，可牢固地吸附於粒子的表面；第二，它具有一與樹脂 相容的鏈（resin-compatible chains ，hydrocarbon entities），

在錨接基吸附於粒子表面後，此時這個鏈會展開伸出於樹脂溶液中，

此即是界面改質（surface modification）。由於立體障礙的作用，

粒子間會避免聚集並保持分散狀態，因而降低了黏度。如 sample 4、

5 及 6 的曲線所示。相反的，sample 1 則因未添加分散劑，因此有較 高的黏度，其所代表的意義即是分散不良。

可以作為錨接基的物質有 amines, ammonium 及 quaternary

0 10 20 30 40 50 60 0

50 100 150

200 SAMPLE 1

SAMPLE 4 SAMPLE 5 SAMPLE 6

Viscosity(cps)

shear rate(S^-1)

ammonium groups, carboxylic, sulfonic,acid sulfate and phosphate ester groups ,phosphoric acid groups 和它們的鹽類。表 3.1 顯示 出 amine 及酸基值皆為為 33mgKOH/g，此即代表此分散劑之錨接基。

高分子分散劑能用以分散氧化鐵 magnetite，同理亦可於氧化鐵成核 時吸附於新生核上，限制其成長與避免其聚集。因此本法在奈米粉體 的合成上，是相當合適的，同時也可應用於其他無機奈米粉體之合成 上。本法另一大特色是同時完成了界面改質，此特性已於圖 3.16 中 獲得了驗證；其機制請參閱 1.4 節「分散助劑」。

圖 3.16、 磁性粒子漿料 sample 1, 4, 5 and 6，其黏度與剪切率間 之關係圖。

0 10 20 30 40 50 60 0

20 40 60 80 100 120

sample 1 sample 4 sample 5 sample 6

Viscosity(cps)

Shear rate(S^-1)

圖 3.17、磁性粒子漿料 sample 1, 4, 5 and 6，於添加 PU 後，其黏 度與剪切率間之關係圖。

3.5 成膜特性探討

Sample 1、4 及 5 於添加水性 PU 後，以旋轉塗佈的方式，塗佈 於玻璃上成膜，隨後之烘烤溫度及時間為 100℃，3 小時。圖 3.18 為 膜的原子力顯微鏡(AFM)表面型貌影像。Sample 5 之平均高度為 4nm，

平均粗糙度為 0.23nm；sample 4 之平均高度為 22.74nm，平均粗糙

度為 5.35nm。這些數據顯示，奈米氧化鐵粒子均勻地被塗佈於玻璃 表面，同時也指出粒子均勻地分散於 PU 溶液中而形成塗料。另 sample 5 之截面圖左側有一明顯的裂紋，這可能是烘烤時收縮的結果。Sample 1 則是因未添加分散劑，造成不均勻的塗料，以致於膜太過於粗糙，

而無法以 AFM 測得表面型貌影像。

sample 5 sample 5

sample 4 sample 4

圖 3.18、 磁性粒子被覆於玻璃，成膜後之原子力顯微鏡（AFM）表 面型貌（Surface morphology）及三維表面結構型貌

（three-dimensional surface structure morphology）影像。

3.6 光學性質探討

圖 3.19 為 3.4 節之塗膜玻璃 sample 1、5 及 6，其紫外光-可 見光(uv-vis)光譜量測結果，膜厚約為 4µm，量測波長由 200 至 800nm。sample 1 之穿透度由 0 至 60﹪，sample 5 由 0 至 87﹪。此 處再次說明了分散的重要性，粒子分散得好（sample 5），透光率高，

反之則低（sample 1）。所有 sample 之穿透度轉折點(transmission threshold)皆位於約 310nm 處，而玻璃加 PU 層則位於 270nm 處，此 指出奈米氧化鐵粒子具有吸收紫外線（UVB，290-315nm）的效果。紫 外光（Ultraviolet radiation）為太陽光譜的一部份，分為 UVC（100-280 nm）、UVB（290-315 nm）及 UVA（315-400 nm）三種，其中 UVC 會被 大氣層中的臭氧（ozone）所吸收，大部份的 UVA 及約 10﹪的 UVB 會 達到地球表面，而這 10%的 UVB 則對人體健康有害，因此加以防範

【21-22】。

圖 3.20 顯示膠體狀的[奈米氧化鐵（sample 5，5wt%）]、[塗膜 玻璃(sample 5)]及[玻璃與 PU]三種樣品於 UVB 頻譜範圍內之光學吸 收圖譜。可明顯看出膠體狀樣品具有最佳的吸收效果，塗膜玻璃次 之。此結果除證明了奈米氧化鐵的 UVB 吸收能力外，同時也說明了加 入 PU 後影響了其吸收。奈米氧化鐵對紫外線的吸收，可以 d-d transitions 及分子上的電子遷移（electron transition）來解釋

此一現象【23-24】。至於塗膜玻璃吸收較膠體為差的原因，應與加 入樹脂及塗佈成膜後，造成奈米氧化鐵粒子某些程度的聚集有關。

圖 3.19 薄膜試樣 sample 1、5 及 6，與玻璃塗佈 PU（glass with PU-coated）等四組樣品，在不同入射光波長下（200 至 800 nm），

其穿透率之作圖。

200 300 400 500 600 700 800

0 20 40 60 80 100

sample 5

sample 6 sample 1

glass with PU-coated

Transmittance (%)

Wavelength, λ /nm

圖 3.20 含 5wt%奈米氧化鐵膠體（colloidal Fe³O⁴）、薄膜試樣 sample 5，與玻璃塗佈 PU（glass with PU-coated）等三組樣品，

在不同入射光波長下（290 至 320 nm），其吸收度之作圖。

290 295 300 305 310 315 320 0.0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

glass with PU-coated sample 5

colloidal Fe₃O₄

A / div.

Wavelength,λ /nm

3.7 結論

本研究以高分子分散劑溶液所形成的微乳液系統，成功地合成 奈米氧化鐵，此氧化鐵經以 XRD 及 TEM 電子繞射圖譜分析，證實為 magnetite。此奈米氧化鐵的粒徑隨著分散劑濃度的增加而降低，

但有一臨界的濃度（1.06×10^-2 wt%），超過此濃度，粒徑會增加。

此粒子在 T^b溫度以上，呈現超順磁特性；粒徑越大，T^b溫度越高。

黏度量測顯示，添加分散劑會造成膠體黏度的下降。

由於粒子表面已接上分散劑之 binder compatible chain，因 此可與水性 PU 相容而形成塗料，並均勻地塗佈於玻璃上。此玻璃 經 UV 光譜儀分析，證實以此方法合成的奈米氧化鐵具有優異的 UVB 吸收能力，因此以本方法合成的奈米氧化鐵，具有應用於抗紫外線 產品的價值。

3.8 參考文獻

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4.2 奈米氧化鐵在幽門螺旋桿菌抗體酵素免疫分析法(ELISA，

Enzyme-linked immunoassay）檢測上的應用 4.2.1 前言

傳 統 奈 米 氧 化 鐵 Fe3O4 的 製 造 方 法 包 括 共 沈 澱 法

（precipitation）【2】、噴霧乾燥法（spray-drying）【3】、微 波水熱分解法（microwave hydrothermal）【 4】以及微乳化法

（microemulsion）【5-7】等。本研究主要以高分子分散劑溶液合 成的微乳液系統合成奈米氧化鐵，之後再製成奈米免疫磁珠，其優 點是操作簡便，可大量生產。

奈米免疫磁珠在 ELISA 生化檢驗應用上， 本研究以幽門螺旋桿 菌抗體（Helicobacter pylori, 簡稱 Hp）作為檢驗標的，以化學冷 光作為反應吸收光源，以此來驗證其優異特性。Hp 是一種革蘭氏陰 性細菌，寄生在胃部與十二指腸，它的存在與慢性胃炎和胃潰瘍有 極大的關聯，半數以上的胃潰瘍患者是 Hp 陽性【8】。最近的研 究報告指出 Hp 所引起的胃炎可延續數十年而變成慢性 B 型胃炎

【9】，而這病是胃癌的前兆，所以 Hp 亦被視為胃癌的成因之一

【10-11】。

由於 Hp 與胃腺癌以及初期 B 細胞淋巴瘤的關係密切，在 1994 年聯合國世界衛生組織將 Hp 列為致癌物。此外，十二指腸潰瘍與 Hp 的關聯更為密切，約有 90-95% 的病患是 Hp 陽性【12-13】。對於 Hp 陽性的胃潰瘍或十二指腸潰瘍患者，若以傳統方法治療通常無法 完全根治疾病，復發率高達 33%到 85%之間，但若佐以抗生素治療 將此菌消滅，則可大幅降低潰瘍的復發率到 20%以下，大部分的報 告都是小於 1% 【14-15】。因此正確的診斷 Hp 的存在對於腸胃疾 病的治療非常重要。台灣的 Hp 感染率約為 70%，胃癌是十大癌症

死因的第四位，對於 Hp 的診斷有大量迫切的需求。同時 Hp 亦為世 界性的感染原，在先進國家中約為 20%-30%，開發中國家則超過 60%

【16】。

目前醫院對於 Hp 的診斷可分為侵入式與非侵入式兩類，其中細 菌培養、組織切片或尿素酶檢測均需要胃鏡（內視鏡）採樣，屬於侵 入式檢驗。同位素呼吸檢測，糞便抗原檢測，以及血清抗體檢測等方 法屬於非侵入式檢驗。這些檢驗方法都各有缺點。

胃鏡檢查是最常用的檢驗 Hp 的方法，病人先經過局部麻醉，由 醫師將胃鏡伸入取得胃壁組織，然後進行後續的細菌培養、組織切片 或尿素檢測等，採樣的過程必須由醫師親自實施，不僅費時費力，病 人也必須承受極大的不適，而且檢驗的費用也很高。此外，檢體的細 菌培養或組織切片，不但均需由專業人員操作判讀，且需費時數天。

同位素呼氣測試在 1995 年左右開始推廣，病人先吞服碳 13 或碳 14 的尿素，如果胃內含有 Hp，其尿素酶會將尿素分解產生二氧化碳，

只要檢查呼出的氣體中是否含有碳 13 或碳 14 即可得知胃內是否有 Hp 感染【17-18】。呼氣測試法雖然準確快速，但是需要較精密的儀 器，例如碳 13 需要質譜儀，若是碳 14 則需要閃爍計數器。此外，

同位素不適用於小孩、老人、以及孕婦。在進行呼氣測試前兩週不能 服用任何藥物，否則會影響尿素酶的活性。這些都是呼吸測試法的限

制。

檢驗血液中 Hp 抗體的方法是一項簡單方便的非侵入式檢驗法，

只要體內有 Hp 感染，血液中即可測到抗 Hp 的抗體【19-20】。在 1997 年左右，從糞便中檢查 Hp 抗原的酵素免疫分析法已上市推出【21】，

這是非侵入式檢驗方法的重大突破，此法可以用來偵測體內現存的 Hp，並且可以定量，沒有血液抗體檢測的缺點，可以作為治療追蹤 用。目前已有商品問世，但是也有缺點，例如糞便檢體不是隨時可以

這是非侵入式檢驗方法的重大突破，此法可以用來偵測體內現存的 Hp，並且可以定量，沒有血液抗體檢測的缺點，可以作為治療追蹤 用。目前已有商品問世，但是也有缺點，例如糞便檢體不是隨時可以

在文檔中 以高分子分散劑作為奈米粉體濕式分散研磨、界面改質及合成的研究 (頁 98-0)