臺科大研發全球首創「菱形金屬奈米管陣列」助攻生醫檢測效能 登上國際頂尖期刊封面

波新聞─趙士翔／台北
國立臺灣科技大學材料科學與工程系朱瑾教授研究團隊，近期成功開發全球首創的「菱形金屬奈米管陣列」，強化拉曼散射訊號，提升分子檢測速度與靈敏度，展現跨足生醫撿測、食品安全與環境監測等領域的應用潛力。該項成果已刊登於英國皇家化學學會指標性期刊《Nanoscale》，並獲選為當期封面文章，突顯其在奈米材料設計與應用技術上的創新價值。
朱瑾表示，團隊自2018年起就投入金屬奈米管陣列的開發與製程優化，歷經多年的模擬與驗證，嘗試過圓形、正方形、等邊三角形等多種結構，最終才確立菱形結構為最有效提升電磁場熱點的幾何設計。這些位於菱形尖角的「熱點」(hotspots)是電磁場集中最強的區域，可大幅放大拉曼散射訊號，使得微量分子得以被迅速且精準地辨識，進一步實現對毒素、藥物或疾病指標快速、高靈敏的檢測分析。
此技術採用銀(Ag)作為奈米管材料，研究指出，相較於金或其他金屬，銀具有更優異的表面電漿共振特性，有助於強化訊號增益的效果。團隊將奈米管沉積於矽晶圓基板上，每平方公分可容納超過一億根菱形奈米管，透過增加表面積提升分子吸附與感測能力，偵測極限可達10⁻¹²莫耳濃度，遠高於許多傳統檢驗方法。
未來若整合在快篩片、穿戴式健康監控裝置，甚至延伸至遠距醫療設備及長照機構或居家看護的日常監測工具，就能解決傳統檢測中「靈敏度不足」、「檢體需繁複處理」、「晶片製作困難昂貴」、「結果不易即時取得」等問題，更快速的協助醫師或一般民眾在疾病早期即發現異常，例如：透過血液或尿液等體液樣本進行癌症、糖尿病快速篩檢，甚至還可搭配微流體裝置進行農藥殘留、瘦肉精等食品安全檢測。
除了感測功能外，團隊也研究發現「菱形金屬奈米管陣列」具備良好的疏水性與抗結霜能力，能有效延緩水滴結冰並降低冰層附著力，可推行至航空航太構件、戶外感測器、防結霜塗層等領域，擴展它在能源、環境控制與智慧裝置上的應用價值。
研究團隊成員包含已畢業校友張庭豪、Alfreda Krisna Altama及目前在學的材料系碩二學生王鈞廷等人，王鈞廷指出，此技術採用微影(Lithography)、室溫濺鍍(Room-temperature Sputtering)與剝離(Lift-off)等半導體與微機電(MEMS)產業中常見的標準製程，僅需少量調整即可導入現有晶圓代工產線，具備低成本、大面積量產、高重現性與良率等優勢，比電子束微影與FIB鑽孔等昂貴製程更具成本效益。
王鈞廷說，「我們相信，從醫院到家庭、從臨床到個人端，這項技術將可大幅改變目前醫療檢測的效率與便利性」，有助於推動平價、普及、高準確度的未來醫療環境，實現預防醫學與健康促進的核心理念。
朱瑾指出，目前研究團隊已與醫學中心合作，針對實際臨床檢體進行初步人體測試，驗證菱形金屬奈米管陣列技術在癌症早期篩檢上的可行性與靈敏度。同時，團隊也與國內幾間具光學感測應用背景的企業展開洽談，進行技術展示與效能驗證，評估後續技術移轉與共同開發的可能性，期望未來將此技術導入精準健康、智慧感測器與半導體前瞻材料等關鍵領域，拓展實際應用場域，推動台灣感測科技與智慧醫療產業的升級。
此外，團隊也正積極將此技術擴展應用至非矽基材，朱瑾說，「我們不只想把奈米管做在矽晶片上，更希望能根據產業需求，將奈米管建立在其他如鋼鐵等不同材質的表面。」特別是在傳統產業，透過奈米管結構所帶來的高表面積特性，提升材料的反應速率，有助於催化、增強吸附能力等，推動技術在智慧製造與材料工程等領域的創新應用。
本項研究成果獲選為《Nanoscale》封面文章，不僅為研究團隊多年技術積累的階段性成果，也象徵著台灣在奈米材料與智慧感測領域的實力獲得國際肯定，讓他們更有信心將技術向下延伸、橫向整合，走向更廣泛的實用場域與國際舞台。
圖／臺科大近期成功開發全球首創的「菱形金屬奈米管陣列」，能強化拉曼散射訊號，提升分子檢測速度與靈敏度，進而從樣本中偵測到微量的癌細胞或農藥殘留等。左起：研究團隊成員王鈞廷、材料系教授朱瑾。