第二章 文獻探討
第三節 奈米科技 (Nanotechnology)
壹、奈米之定義
奈米 (nanometer, nm)是一長度單位，為十億分之一公尺 (10-9 m)。現今廣泛 接受的定義：物質或材料的三維尺寸中有任一者介於100 nm以下，該物質或材料 屬於奈米級；介於100 nm~1000 nm間則為次微米級。與實際物質相比來說：病毒 的大小約為60 ~ 250 nm、紅血球約為2000 nm、金屬原子間距約為0.2 ~ 0.3 nm，
所以在1 nm的長度內可排列4 ~ 5顆金屬原子或10顆氫原子 (林景正、賴宏仁，
1999)。
自然界中存在著許多奈米現象，像是生物體內細胞中的DNA、蛋白質、酵 素等均在奈米尺度以內；而自然界中如蓮花出淤泥而不染，是因蓮花葉片表面上 的絨毛與絨毛之間只有奈米級的距離，使其具有疏水、不吸水的表面，而有「蓮 花效應 (lotus effect)」 (Neinhuis & Barthlott, 1997)。不同事物的尺度大小以圖2-4 來做比較。
圖 2-4. 不同事物的尺度大小 (美國國家奈米計畫網站
http://www.nano.gov/nanotech-101/what/nano-size)
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貳、奈米科技
奈米科學是對 1 nm 至 100 nm 之間的材料進行物理、化學性質和功能研究的 科學。奈米技術即是對奈米級材料結構的製造、操縱和量測等技術和儀器的研發 應用，涵蓋領域相當廣泛，包括機械、電機、材料、光學、量測、生化、醫藥及 環境資源等 (陳輝煌等人，2011)。
(一) 奈米材料製造方法
Hu & Shaw (1999)將奈米材料的製造方式主要分為兩大類：
一為「由下而上 (bottom-up)」的次微米組合法，如化學溶膠凝膠法、氣相 沉積法，可將粒子控制在數個奈米，粒徑分佈較為均一，但成本高且濃度不易提 高，也不適用於天然聚合物之生成。
二為「由上而下 (top-down)」的極小型化法，如珠磨法、物理粉碎法等，是 採用物理的方法透過外加機械力量，將粉體粒子由大變小，在多種物理降解法 中，以介質研磨最為簡單直接，但是粒徑分佈較為寬廣。此介質研磨技術可分為 乾式及濕式兩種，乾式研磨在製造奈米/次微米顆粒時有其安全上的顧慮，因此 濕式研磨逐漸取代乾式研磨 (E. Hu & Shaw, 1999)。
奈米介質研磨乃是利用機械能量、研磨介質 (研磨珠)與材料懸浮液之間的 碰撞作用產生之漿料流體-流體與流體-研磨珠間的剪切力，將大粒子破碎與分 散，常用於塗料或奈米粉體製備。使用之研磨球珠一般多小於1 mm，此種濕磨 方式物料為漿狀，可避免高溫的產生，有利於對熱敏感之有機材料 (包括食品材 料、中草藥等)的處理 (劉盈吟，2007)。
(二) 奈米食品
將奈米技術應用在食品的栽種、生產、加工以及包裝製備過程而成的食品，
即稱為奈米食品。此應用於將具保健成分的原料製成奈米粒子，透過增加其表面
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積以提高吸收率，來強化有效成分的效用；另一方面，把有效成分分別包埋在奈 米粒子中，其包埋與釋放效果均優於傳統方法，可添加入食品中成為具保健效用 的複方食品 (陳輝煌等人，2001)，另外，以奈米技術製備之微膠囊載體，可裝 填不易溶於水溶劑的營養活性物質，例如：輔酶Q10、異黃酮、β-胡蘿蔔素、植 物固醇、ω-3脂肪酸、維生素A、D、E、K等，其能提升食品的清澈感與透光性，
並因應加工或是生理之需求來調整營養活性物質的溶解性質，以達到提高吸收率 與延長保存期限的目的 (陳仲仁，2010)。
Moraru等人提到奈米科技於食品上之應用大致可分為：(1)材料：奈米材料、
奈米複合材料、奈米乳液、奈米粒子；(2)加工：奈米反應工程、奈米生物技術、
分子合成；(3)產品：成分遞送、配方、包裝；(4)食品衛生與安全 (Moraru et al., 2003)。近年來，使用奈米技術應用於食品方面是一大研究重點。類胡蘿蔔素 (carotenoids)具有許多有益健康的功能，一般以反式結構存在於食物中，但當經 過加工處理會變成順式，此更利於類胡蘿蔔素之生理功能，像是提高茄紅素 (lycopene)的生物利用率與活性 (Schieber & Carle, 2005)。研究發現植醇
(phytosterols)能透過抑制人體膽固醇之吸收，進而降低總膽固醇與LDL-C，其易 受到氧化而破壞，透過膠囊化可以增加其氧化安定性，提高人體利用率
(McClements et al., 2007; Ostlund, 2004)。其他像是將薑黃素 (curcumin)、兒茶素 (catechins)、紅麴 (red mold rice)等活性成分運用奈米技術製成奈米粒
(nanoparticle)或奈米膠囊 (nanocapsule)，以增進這些成分的人體吸收性與安定性 (B. Hu et al., 2008; Yen et al., 2010; C. C. Yu et al., 2008)。而奈米物質主要以皮膚 接觸、肺部吸入與腸胃道攝食三大途徑進入體內 (Hillyer & Albrecht, 2001;
Warheit et al., 2004)。
(三) 奈米科技之產品
以色列NutraLease公司開發出可以包覆lycopene、β-carotenes與phytosterols的
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奈米尺寸結構技術 (Nano-sized Self-assembled Liqid Stuctures, NSSL)，可以增加 被包覆營養素的生物利用性。澳洲George Weston Foods公司生產的「TIP TOP® bread」產品，將鮪魚油以奈米膠囊包覆，當膠囊到達pH值低的胃部時才會釋放 出富含omege-3脂肪酸的鮪魚油。有研究討論使用這樣的技術，發現運用奈米包 覆技術的脂溶性抗氧化劑更有益處 (Mozafari et al., 2006)。目前台灣市面上已有 相關奈米產品，例如統一推出含有奈米鈣與奈米鐵的營養強化牛奶、味全有含奈 米鐵之健康益生女性專用奶粉、九鼎生技研發之奈米中草藥等。由於奈米食品的 材料粒子小，其吸收率應較高，對嬰兒、老人或消化系統不良者在攝取必須的營 養物質上有所助益，且可應用於一般食品或中草藥，使藥效更容易發揮 (陳輝煌 等人，2011)。
此外，保健食品是目前以及未來的市場趨勢，但有許多具有功用的成分萃取 不易且溶解性較低，抑或是不利於人體吸收，如能將食物直接奈米化，可望能增 加其吸收與利用，不僅能直接獲取完整的活性成分，也能減少食物的廢棄量，讓 製造商與消費者皆能受惠。
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