(nanocrystalline or nanophase)材料來稱呼這類奈米。
II.人們開始著重奈米材料的物理、化學和力學性能，設計在奈米複合材料上面，
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1-2 奈米材料特性
材料在縮小至奈米尺寸後，比表面積增大，暴露於表面及界面的原子數增多，
表面位能急速提高，粒子表面活性大幅改變，許多特性因奈米化而出現[1-3] : i. 小尺寸效應：當顆粒變小時所引起的性質變化，稱為「小尺寸效應」，當微粒
尺寸與光波波長相當或更小時，粒子表面的原子密度下降，導致光、聲、電、
磁、熱等物性發生變化。
ii.量子尺寸效應：奈米粒子所含的原子數有限，各原子受到鄰近原子的影響減 小，形成非連續的電子能階，產生量子限域效應(quantum confinement)[4]，另一 方面，最高電子佔據分子軌道與最低電子未佔據分子軌道的能階差(稱為能隙)，
會因奈米化而變寬，這種電子能階呈非連續化及能隙變寬的現象，稱為「量子 尺寸效應」。圖1-1 量子限域效應[5]
圖1-1 量子限域效應[5]
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iii.奈米光學性質：粒子奈米化後，光與微波的吸收度均顯著提升。奈米化的金 屬不反射可見光，故失去金屬光澤而呈現黑色，奈米粒子的量子效應使能隙變 寬，使激發光譜與發光光譜趨向短波長，產生藍移的現象。圖1-2 Size-dependent PL colors of semiconductor QDs.[6] 利用此一特性，可以以粒子尺寸自由改變發 光波長，應用在光電元件與生物標記上。
圖1-2 Size-dependent PL colors of semiconductor QDs.[6]
iv.奈米化學性質：當材料奈米化後，由於量子尺寸效應，加上結構變化、表面 鍵結及表面張力的差異，影響其化學反應活性。當粒子粒徑變小，因表面張力 及表面位能增大，為了平衡與周圍環境的界面位能差，奈米粉體的吸附能力遠 大於大顆粒物體，易參與化學反應。
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1-3 奈米材料運用
1-3-1 奈米與生物科技
生物分離 : 在進行生物分析時，經常需要分離單一細胞、抗體或酵素，將目標細 胞(例如紅血球、白血球、癌細胞)的抗體附著在有磁性的奈米微粒上，當施加磁
場時，磁性奈米細胞會將目標細胞固定住，而不要的細胞則會被沖走。圖1-3 磁
性奈米微粒之細胞分離法
圖1-3 磁性奈米微粒之細胞分離法
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1-3-2 奈米與醫學
檢測與診斷：目前已成功開發出具有鐵磁性的氧化鐵奈米顆粒作為顯影劑，能加 強影像的明暗對比，使臨床判讀上更正確。另外[7]傳統的檢查無法偵測到少量 的癌細胞，如果將特定癌細胞的抗體皆在半導體奈米晶體(量子點)上，然後注射 到體內，晶體即會自動尋找癌細胞並與之結合，由於量子點在光源激發下會發螢 光，因此可以用儀器輕易的找到癌細胞的位置。下圖為磁性奈米粒子模擬藥物(螢 光劑)從儲存器釋放，作為膜厚度對藥物的傳質速率。
圖1-4 奈米科技運用在醫學上[8]
藥物傳輸：目前奈米藥物的研究以癌症治療為主，科學家將抗癌藥物包裹在100
奈米左右的微脂粒中，此大小的微粒可穿透癌細胞旁的微血管，並進入癌細胞釋 放出藥物，但無法穿越正常細胞的微血管(孔隙在 80 奈米以下)，故不會對正常 細胞產生毒素。
圖1-5 微脂粒
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1-3-3 奈米金屬
1962 年，日本教授證明，金屬粒子奈米化後，隨著顆粒直徑變小，比表面積顯著 增加，促使表面能迅速提升，量子效應使能階產生變化，連續式的電子能階會變 成獨立式分散能階。
應用在吸波材料：奈米金屬粉體對電磁波有特殊吸波效應，由於奈米鐵或鈷具有 吸收紅外線的功能，因此可以作為軍用隱形塗料。
應用在生物標記材料：部分奈米金屬粒子(如金或銀)尺寸遠小於光波長時，其可
見光散射光譜會有明顯的共振現象，稱為「表面電漿共振」。其共振頻率與粒子
大小、形狀、材料及鄰近物質有關，把特定抗體鍵結在奈米金屬粒子上，當抗體 和特定抗原結合後，這些金屬粒子相互聚集靠近，而使金屬粒子顏色改變[9]。可 以製成生物標記材料、生物感測器及免疫分析探針等元件。
圖1-6 奈米生物標記
圖1-6 奈米生物標記
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1-4 研究目的
螢光檢測是醫療診斷和生物技術中有用的工具，雖然螢光是一種靈敏的技術，
但檢測受限於螢光團的產率及光穩定性。在這方面，研究上已證實螢光團的光學 性質可以透過相鄰的金屬奈米結構來修飾[10]，螢光-金屬相互作用的使用被稱為 金屬增強螢光(Metal-Enhanced Fluorescence , MEF)。
金屬螢光增強現象與金屬奈米顆粒的局部表面等離子共振(Localized Surface Plasmon Resonance , LSPR)有關，當光與金屬奈米結構的電子相互作用時，LSPR
現象被激發，導致集體激發振盪，奈米粒子的局部電磁場增強，又因LSPR 現象
貌及速度，本材料與控制組相比有明顯的螢光增強，對 Streptavidin-IR800 的螢 光增強最大值接近60 倍。
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