2.1.1 奈米科技之定義與發展歷史
根 據 美 國 國 家 奈 米 技 術 創 新 計 畫(National Nanotechnology Inititative, NNI)對「Nanotechnology」定義，奈米科技是指尺寸在1至100 nm之間材料，其製造、操作，以及相關量測技術、物化性質之研究，
皆屬奈米科技。
1奈米(nanometer, nm)是十億分之一公尺(10-9 m)，也就是百萬分之 一公釐(附圖1)，隨著奈米之相關研究蓬勃發展，奈米科技定義也越趨 嚴謹，當物質或材料的長寬高三維尺寸中有任一者小於100 nm以下，
該物質或材料才可稱為奈米級，奈米材料依其結構在空間中的三個維 度，以電子傳輸為標準，分類為：(1)零維是指電子在奈米空間中無法 自由活動；(2)ㄧ維是指電子僅能在非奈米尺度中自由活動；(3)二維是 指電子在非奈米二維中活動，意即電子可於平面中自由活動(附圖 2)(馬，2002)。
1959年著名諾貝爾得主理查‧費曼於加州理工學院的演說 「There is plenty of room at the bottom」(寬廣的底層)開啟人類對微小物質的探 索，也是被公認為開啟奈米相關研究的重要里程碑(附表1)。超微粒 (Ultra-fine particle)的研究起自1970年代，其大小為微米尺寸(10-6 m)，
比超微粒小即奈米尺寸，自1980年代起，超小物質的研究進一步跨入 奈米尺度的研究。T. Graham在1961年建立膠體化學這門科學，其中奈 米粒子可分為高度擴散性的晶質(Crystalloid)粒子與擴散性較差的膠體 粒子，且證明擴散快慢與粒子大小有關(Graham et al., 1961)，也開始了 人類有系統研究奈米物理的世界。1962年久保亮武在日本熱力學發表 著名久保理論，解釋金屬能量不連續(Kubo, 1966)。1981年濱伊(GK, Binning)和勞爾 (H, Rohrer)科學家發明研究奈米的重要工具-掃描式穿 隧顯微鏡(Scanning tunneling microscope, STM)(Binnig et al., 1982)，揭 示一個可見的原子、分子世界，奈米技術才真正實現。1990美國加州 研究中心，利用顯微鏡探針，按照意志力將35個氙原子於鎳基板上排 列成IBM三個英文字母(Eigler and Schweizer, 1990)，人類破天荒的原子 操縱使奈米技術向前邁一大步，同一年國際奈米科學技術會議在美國 舉辦，展現奈米科學技術的誕生，奠定了奈米科技研究與發展的基礎，
之後世界各國競相投入大筆研究經費，足見奈米科技對未來科技發展 確實極為重要。
2.1.2 奈米材料之特性
有別於傳統材料特性，奈米材料的出現引起材料界的關注，當物 體本身尺寸越小，總表面積與體積的比值就會越大(馬，2002)，奈米材 料的高比表面積，使材料表面的原子比例增加，表面能亦相對增加，
奈米粒子所伴隨的小尺度效應與表面效應等特性，使材料巨觀物理性 質發生改變。如奈米碳管抗斷裂能力比一般鋼鐵材料高12 倍(Neinhuis and Barthlott, 1997)；奈米銅材料比普通銅要堅固數倍以上(Oh et al., 1998)；蓮花表面奈米結構使得其出淤泥而不染(Neinhuis and Barthlott, 1997)；金的顆粒在 5 nm 時熔點大幅下降(Akamatsu et al., 1998)；奈米 尺寸的二氧化鈦(TiO2) 的導電性數倍於普通尺寸的二氧化鈦(Chung et al., 2001)。
2.1.3 奈米食品
奈米食品的定義是將奈米技術應用在食品的栽種、生產、加工以 及包裝過程製備而成的食品，即稱為奈米食品(劉，2007)。在食品包裝 上應用，例如選擇性的奈米薄膜可選擇性的將毒素濾除，而智慧包裝 材料使用奈米感測器，可顯示食品的新鮮狀態(Gardner, 2003)；奈米技 術還能使包裝材料具有避光、阻燃、保溫、清除異味的功能(楊，2006)。
另外，利用各種研磨的方法，把具保健成分的原料製成奈米粒子，由 於表面積增加，可提高吸收率，強化有效成分的效用(葉，2004)。以藥 物為例子，某些藥物具有不易溶解和吸收的問題，藥物奈米化後食品 材料粒子小，吸收率可能較高，有助於嬰兒、老人、或消化系統不良 者攝取這些營養物質。奈米硒是繼有機硒之後另一項補充硒的新型保 健食品，具有高生物活性、高純度、穩定性也極佳，且去除自由基的
活性為有機硒的五倍，在免疫及抑制腫瘤方面其靈敏度也明顯比有機 硒高(江，2005)。未來奈米科技應用於食品產業的例子，將會隨著科技 的發達而有更廣泛的應用，預估在2010 年奈米科技在食品界的應用將 有兩百億美元的市場(Joseph and Morrison, 2006)。
2.1.4 奈米材料製備方法
奈米材料製備原理可分為兩種：top-down (由上而下)與 bottom-up (由下往上)(附圖 3)。bottom-up 以原子、分子為基本組成單位，以合成 或鏈結的方法，在適當的環境下成長而成奈米材料(賴和王，2003)，此 方法可應用於活性物質的包覆(膠囊化)，另外，利用共價或離子性的交 鏈方式，使幾丁聚醣在適當條件下形成數百奈米大小的奈米粒子，可 以做為藥物的良好載體(葉，2007)。本研究中亦將利用葡萄糖木質醋酸 菌合成纖維時，以纖維水解酵素調控葡萄糖分子的聚合，嘗試製備微/
奈米級纖維。
Top-down 是利用一些有機或無機之材料以機械研磨、酸鹼處理或 臭氧處理等方法，以切割、分化或降解等技術，將巨觀材料粉碎微小 至奈米等級。例如利用酸、鹼或臭氧將纖維素等多醣類降解(Wang et al., 1999; Zhang and Lynd, 2003; Knill and Kennedy, 2003)。在多種物理降解 方法中，以球磨的歷史最悠久且容易操作，乾磨技術有其安全上的限 制，因此目前仍以濕磨技術為主。球磨降解是利用機械力藉由球磨介
質與目標物間的碰狀作用，因研磨珠子間上下作用力及研磨介質對微 粒子表面不斷磨蝕，產生如擠壓力、剪切力、衝擊力等而達到將目標 物粉碎的效果(徐等，2001)。