專業期刊，後續有 Nano Letters、Nanomedicine、Nano Structured Materials、Nature Nanotechnology 等跟奈米有關的期刊出版，開始引
1-2 奈米科技發展
1959年諾貝爾物理獎得主費曼(Richard Feynman1918-1988)在美 國物理學年會中，表示奈米技術在未來發展之重要性，他認為物質隨
(a)氣體蒸氣法(Gas Evaporation Method)[2]
此法乃是將樣品直接加熱至氣態，然後這些氣化的樣品再被凝結至 充滿液態氮的旋轉板外層，而直接形成奈米粒子。
(b)雷射剝削法(Laser Ablation Technique)[3]
此方法主要是利用雷射打到樣品上面使粒子發濺出來，此法乃起
(b)微乳液法(Micro Emulsion Synthesis)[6]
微乳液法是，將金屬鹽和一定的沈澱劑形成微乳狀液，在較小的
(d)氧化還原法(Redox Method)[7; 8]
化學方法之中較常使用的為氧化還原法，氧化還原法更可細分為
為較新發展出來的電化學法，其中使用簡單的二極電解槽，配合 適當的界面活性劑(surfactant)直接電解而得所欲合成之金屬奈米粒 子。此方法的特點是製備過程容易、有較佳的經濟效益、產率高以及 副產物少。
3.生物方法
(a)微生物合成(Micro-organism Synthesis) [10]:
利用微生物來合成奈米微粒，可避免過程中遭到有毒化學物質的 污染，目前科學家已經使用過細菌、黴菌等生物來進行這項工作。
1-4 奈米粒子之應用與發展
目前研究奈米材料主要應用發展有以下五類：
1.奈米陶瓷材料:已克服傳統陶瓷材料的脆性，使其具有金屬的柔性和 易加工性。
2.奈米電子材料:即用奈米電子材料，以開發物質潛在的存儲和處理信 息之能力，實現快速信息採集和處理能力的革命性突破。
3.奈米生物及醫學材料:即用生化醫學的材料，例：DNA 簡單快速檢 測，病毒檢測[11]等。
4.奈米光電材料:用現有光電轉換效率的提昇，太陽能效能提昇。
5.化工領域:高效長壽的催化劑，降低能量使用等。
1-5 分離不同尺寸奈米粒子
通常假設粒子是圓球形或近似圓球形，因此可用粒子半徑或直徑 物質，一般採用 polydextran 或 polyacrylamide 材質的凝膠，大分子物 質則使用 agarose。
文獻指出[13]，會在動相中多添加一些界面活性劑，可幫助奈米 粒子進入到填充靜相物質中，並減少奈米粒子與靜相填充物吸附作用 力，改善分離效率，分離尺寸範圍可從 5.3nm 到 38.3nm。
2.離子配對層析法(Ion-Pair Chromatography)[18; 19]
離子配對層析法是逆相分配層析法的一種，以離子對試劑在固定 相上生成暫時之離子交換基位，或與分析物生成離子配對而改變分析
物在移動相與固定相間之平衡關係，而達到分離的目的，主要用來分 離離子化合物。文獻指出[18]，把直徑為1-2nm金奈米粒子表面修飾 上N-acetyl-L-cysteine和tiopronin離子基，在甲醇和水比例混合而成的 動相，添入tetrabutylammonium fluoride (Bu4N+F-)和緩衝液，則樣品和 動相會形成離子對(NPs-COO-Bu4N+)，分離條件視NPs-COO-Bu4N+離 子對與非極性靜相管柱之間的作用力，整體來說，奈米粒子電荷多寡 可反映出奈米粒子大小，結果小尺寸的奈米粒子會變先沖提出。
3.場流分離法( Field Flow Fractionation)[20-24]
一種結合介電泳力與流體力兩種力之分離方法，使不同介電性 質粒子，受介電泳力作用漂浮到流場中不同高度，進而利用流場 內 速度不同而分離樣品，可以去分離帶有磁性的奈米粒子。可看 簡易示意圖，如圖1-1。文獻指出[21]，對於γ-Fe2O3 或 CoFe2O4， 尺寸範圍在4nm到13nm帶有磁性之奈米粒子，以場流分離法可依 尺寸收集到4nm、6nm、8nm、9nm和13nm，不同大小尺寸的奈米 粒子。
圖1-1場流分離法
帶有磁性的奈米粒子，在有磁場的毛細管管道中，進行分離。帶 有磁性的粒子和磁場作用力低，則平均厚度較厚(lA)，沖提時間較短；
若和磁場的作用力高，則平均厚度較薄(lB)，會有較長沖提時間。
4.膠體電泳法(gel electrophoresis)[25-28] TFF（Tangential Flow Filtration），是防止濃度極化，造成過濾速度 下降的最有效方法，藉由切向流的方法，當液體以一定速度連續流過 濾膜表面，在過濾的同時，也對濾膜表面進行了沖洗，使膜表面不易 形成凝膠層，減少薄膜的損壞，則可以保持穩定的過濾速度。選擇適
當之薄膜，進行各種不同之分離程序，通常依據待分離物質的性質，
例如：粒子之大小、蒸氣壓、親合性、電性、密度及化學性質等去規 劃，而薄膜之所以有這效果，主要因為薄膜之安全性、耐高溫、耐酸 鹼等性質，比傳統程序更容易設計及控制。
文獻得知[29]，使用微粒過濾法成功的對 1.5 nm 到 3 nm 不均勻 之金奈米粒子，可依 2.0 nm，2.5 nm，2.6 nm 及 2.9 nm 尺寸大小收集 之，微粒過濾法分離不同尺寸，可做到更細微之篩選。
圖1-2微粒過濾法透視圖[29]
蠕動性幫浦把分析物注入到管柱裡，管柱為一種中空纖維的微粒 過濾薄膜，當流分析物流經管柱，顆粒較小的粒子會滲透到薄膜外，
剩餘較大顆粒則被滯留，並沖提出管柱外，再進行下一次分離。
1-6 研究動機及目的
本研究，是使用雙水相系統批式萃取方式，分離不同尺寸的銀奈 米粒子。一般最常用來合成奈米粒子的方法為氧化還原法，實驗過 程，是以氧化還原法合成銀奈米粒子，並尋找出理想的雙水相系統，
使銀奈米粒子在兩相中會有尺寸上的分佈，接著藉由銀奈米粒子，依 不同尺寸在雙水相系統中有不同分佈，進行批式萃取，希望可把原本 不均勻的銀奈米粒子，做尺寸上的分離。
雙水相系統，是由高分子聚合物、鹽類和水所組成，選用此系統 之優點為低毒性、無污染，藥品低廉，配製容易。本實驗之結果，未 來可以使用於本實驗室之 離心分佈層析儀 (Centrifugal Partition Chromatography，CPC)，可以把理想的雙水相系統，應用在 CPC 儀 器上，做更進一步的分離。
第二章 文獻回顧
子雙水相系統，有 PEG-Dextran 雙水相系統，PEG 和 Dextran 以適當 比例混合在單一相水溶液中，會使得原本是單一相水溶液，分層成兩
質、抗體、抗生素以及醫療性酵素等。主要原因是雙水相萃取環境更
mO = ( VB × ñB + VT × ñT ) × CO （2-2）
mB = VB × ñB × CB （2-3）
mT = VT × ñT × CT （2-4）
V、ñ 與C 分別為系統溶液體積、密度與高分子重量百分濃度。下標 的T 與B分別代表在上層相與下層相的情況。
由方程式2-1 ~ 2-4 可以得出：
( VT × ñT ) / ( VB × ñB ) = ( CB – CO ) / ( CO – CT ) （2-5）
由式子2-2 觀察，PEG 於下層相的濃度（D 點）和在總組成（B點) 的濃度差與PEG 於上層相（C點）和在B 點的濃度差之比值，以相 似三角形原理得知，等於BD 線段與BC 線段之比值：
( CB – CO ) / ( CO – CT ) = BD / BC （2-6）
綜合式2-5 與式2-6：
VT / VB = ñB / ñT × BD / BC （2-7）
由於雙水相的密度可約略視為1，因此式7 可簡化為VT / VB =BD / BC[31]，亦即雙水相系統上下層體積比可藉由相圖來讀取。
節線的長度是來衡量兩相間相對差別的尺度，系統越長(節線越
長)，兩相間的性質差別越大，反之越小。當系統長度趨向於零時，
即在圖2-1曲線上的K點，兩相差別消失，任何溶質在兩相中的分配係 數為1，因此K點稱為臨界點(critical point)。
圖2-1雙水相相圖
此雙水相系統為PEG (M.W. 3350) + potassium phosphate+ water, 6 mass % urea, and pH=7, T = 25°C。由點所構成的雙節曲線(binodal curve)，點和點之間連結的虛線為節線(tie line)曲線和節線都可由實驗 結果而得，實驗數據越多越精準。
表2-1不同種類的雙水相系統
System Ref.
Polymer-Polymer Nonionic
Dextran-poly(ethylene glycol)(PEG) Dextran-poly(vinyl alcohol)(PVA)
Dextran-hydroxypropyl dextran
Poly(vinyl methyl ether)-PEG Ionic
Dextran sulfate-PEG
Carboxymethyl dextran-PEG Poly(acrylic acid)-PEG Poly(acrylamide)-PVP
Dextran sulfate-poly(styrene sulfonate) Salt-polymer
Potassium phosphate-PEG Ammonium sulfate-PEG
2-1-3 雙水相系統的分類
2-1-4 影響分配係數的因素
3.鹽類添加的影響
相中，當加入之金奈米粒子顆粒越大，粒子重力大過界面張力，則大
上下層相，當成 CPC 的動靜相，使用 CPC 層析儀，可以對更大量的 樣品進行分離。
圖2-2 CPC儀器示意圖
第三章 雙水相萃取實驗 3-1 實驗藥品
(1)Silver nitrate，AgNO3，M.W. 169.87，99.8 %，GR grade (Showa, Tokyo, Japan)
(2)Sodium borohydride，NaBH4，M.W. 37.83，98 %，GR grade (Alfa Aesar, Ward Hill, MA, USA)
(3)11-mercaptoundecanoic acid(MUA)，M.W. 218.36，95%，GR grade (Aldrich, St. Louis, MO, USA)
(4)Dipotassium phosphate，K2HPO4，M.W. 174.18，99%，GR grade (Showa, Tokyo, Japan)
(5)Polyethylene glycol，M.W. 8000，GR grade(Sigma, St. Louis, MO, USA)
(6)Polyethylene glycol，M.W. 6000&4000，GR grade(Showa, Tokyo, Japan)
(7)N-[3-(trimethoxy silyl)propyl]-ethylenediamine，M.W. 222.36，
97%，GR grade (Aldrich, St. Louis, MO, USA)
(8)Urea，M.W. 60.06，99.7%，ACS grade(J. T. Baker, San Francisco, CA, USA)
(9)Tri(hydroxymethyl)-aminomethane ， M.W. 121.14 ， 99.96% ， ACS grade (TEDIA, Fairfield, OH, UAS)
(10)Colloidal Graphite，GR grade (TED PELLA. INC., San Francisco, CA, USA)
(11)Hydrochloric acid，HCl，M.W. 36.45，35.0~37.0%，GR grade (Showa, Tokyo, Japan)
(12)Trisodium citrate dihydrate，C6H5Na3O7‧H2O，M.W. 294.1
，ACS grade (Showa, Tokyo, Japan)
(13)16-Mercap-decanoic acid (MUA) ， M.W. 288.5 ， 95% ， GR grade(Aldrich, St. Louis, MO, USA)
(14) Ficoll®400，M.W. 400000，GR grade (Sigma, St. Louis, MO, USA)
3-2 實驗儀器
(3)離心機(Centrifuges)
(a)型號為 EBA20(Hettich, Germany)
最大轉速 6000 rpm，最大離心力為 3421 g (b)型號為 Z323K(Hermle, Germany)
最大轉速 17000 rpm，最大離心力為 27000 (4)掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy)
型號為 JEOL JSM-7401F ，由 JEOL 公司製造(Tokyo, Japan) (5)能量散佈光譜分析儀(Energy Dispersive Spectrometer)
型號為 EDS7585，由 Oxford 公司製造(England)
3-3 實驗方法
12.5 ml 的緩衝溶液(Tris(hydroxymethyl)-aminomethane
0.1M HCl 所配製的 buffer，50 mM)，濃縮後之銀奈米粒子，在緩衝
一開始曾嘗試使用 PEG-Ficoll、PEG-Dextran 及 PEG-Dxtrin 的雙
圖3-3利用相圖規律選取9個點
在雙水相相圖中先選取九個點，並觀察銀奈米粒子系統中的分佈 情形
3-3-3 雙水相的製備
我們先配製一瓶 40%(w/w) PEG 水溶液，和一瓶 40%(w/w) K2HPO4 水溶液，兩者依不同比例混合，即可配製出不同比例的雙水 相系統。
本研究是使用高分子-鹽類的雙水相系統，高分子是使用 PEG，
鹽類是使用 K2HPO4，探討系統的變因主要是 PEG 分子量、改變 PEG 及 K2HPO4不同的重量百分比濃度，以及添加尿素分子(Urea)所帶來 之影響。我們先觀察三種不同分子量的雙水相系統，分子量分別為
4000、6000 和 8000，接著再改變 PEG 和 K2HPO4重量百分比濃度的 比例，最後再添加尿素分子(Urea)。雙水相系統配製，是先在相圖上 有規律的選取 9 個點，配製出 9 個不同重量百分比濃度雙水相系統。
3-3-4 偵測銀奈米粒子在雙水相系統中的分佈
在實驗過程中，銀奈米粒子在上層相以及下層相吸收光譜在最大 值之比，此值大體上可視為銀奈米粒子在兩相之分佈，以 Kc 來代表
（3-1）
At：absorbance of solute in top phase Ab：absorbance of solute in bottom phase
將所配製 10 ml 的雙水相系統，加入 0.1 ml，0.127%(w/w)的銀奈 米粒子溶液，待至平衡後，上、下層相各取一毫升，並加入去離子水 兩毫升(稀釋溶液)，分別測 UV-Vis 光譜儀，得到的表面電漿光譜訊 號(約 420 nm)，見圖 3-4，取其最大吸收度之比例，可視為奈米粒子 在兩相中的分佈(Kc)。
Ab
Kc At
圖3-4銀奈米粒子在雙水相系統中光譜訊號
ATPS: PEG 6000(10%) K2HPO4(12%)，粗線為上層相吸收光譜之 訊號，最大吸收度為 0.241；細線為下層相吸收光譜之訊號，最大吸 收度為 0.828，上、下層相最大吸收度之比值即為 Kc(0.29)。
3-3-5 銀奈米粒子測 SEM 的前置工作
待測物溶液中含有 PEG 和鹽類雜質，使 SEM 偵測不易，所以先 用高速離心方法把大部分雜質洗掉，高速離心(轉速 15000 rpm，離心 時間為 15 min)，用 pH 11 緩衝溶液清洗兩遍。接著在矽晶片(SiO2 wafer)
待測物溶液中含有 PEG 和鹽類雜質，使 SEM 偵測不易，所以先 用高速離心方法把大部分雜質洗掉，高速離心(轉速 15000 rpm，離心 時間為 15 min)，用 pH 11 緩衝溶液清洗兩遍。接著在矽晶片(SiO2 wafer)