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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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正方形 Icon 創新之鑰Innovation

可撕式長效型抗菌噴霧劑 結構化奈米銀 長效抗菌一把罩

文/方正儀

講電話、拿東西、按電梯、打鍵盤,我們的手每天至少碰觸上百個地方,其中充斥著無形的危險,各式各樣的細菌正虎視眈眈地威脅著每一個人。很多人因此養成拿鑰匙按電梯鈕、隨身攜帶乾洗手的習慣,希望能做到「細菌止步」;但是防不勝防,尤其出入公共場所,雖然許多地方宣稱每天早晚各一次用酒精或漂白水擦拭,卻無法確定它的持效性有多久,很容易就把細菌帶回家。

目前市面上的抗菌產品,不是水溶液噴灑在手上或物體上,就是必須配合特定物品做抗菌處理,例如抗菌滑鼠、抗菌鍵盤等,前者不耐長時間效果,後者則固定形狀與大小,兩者都很難有更廣泛及長效的運用。

2009年台灣奈米科技展上,工研院奈米科技研發中心第一次曝光的「可撕式長效型抗菌噴霧劑」,受到高度的詢問,因為大家沒看過這樣的應用方式,又很貼近一般人的生活。此噴霧劑形成的奈米銀抗菌膜,猶如一層透明保護膜,可以輕鬆地噴塗於門把、桌面、電話等處,除了保護基材表面,更具備長效抗菌效果,還可以視需求隨時撕除,重新噴塗。

來自神明的啟示

此技術利用的是奈米銀線,以特殊的奈米結構,有效且長時間抑制病菌孳生。為了改善銀離子易受空氣物質影響而失去活性,無法長時間抑制病菌孳生,使抗菌效果大打折扣的缺點,工研院奈米中心以高分子材料包覆著銀線,讓奈米銀線更具穩定且持續長效的功能,於抗菌測試初期可達99%以上的抗菌率,經過30天後仍保有抗菌率90%以上。

 工研院奈米中心產品原型製作及應用組計畫經理張明智表示,奈米銀本身有相當多的特性,「不只是抗菌,還包括導電、導熱、光學上的雙吸收、抗靜電,甚至可以防電磁波,太多的應用了,」可撕式長效型抗菌噴霧劑其實是個無心插柳柳成蔭的結果,研發團隊最初是想從導電、導熱領域著手,沒想到卻在抗菌上開花結果。

「我們所做的奈米銀,跟目前國內外的商品在結構上有很大的不同,」基本上來說,目前普遍採用的奈米銀是顆粒狀,工研院奈米中心的則是棍狀、棒狀的銀線。「奈米粒子直接暴露在空氣中,吸入人體會有影響,所以通常會用高分子材料把它蓋住;但這樣子銀離子游離至外界進行抗菌的機率又會下降。相形之下,我們的銀線可以形成一些通道,銀離子就可以藉由這些通道慢慢釋放出來。」不過在這樣的設計之初,研發團隊還是遇到了困難,參與此計畫的研究員王裕銘說,銀線因為比表面積不如顆粒,「其實在大氣環境下,它的效果比奈米銀粒子還要差,這點讓我們很受打擊,感覺上我們在這個領域沒有機會了。後來想到它可能可以形成一些結構,幫助銀離子釋放出來,而且又特別要在基材內部,例如高分子材料,抗菌的效果有機會優於奈米粒子。」

轉折的關鍵,其實是拜拜時想出來的。在計畫提案前的一個週末,為了紓解工作壓力,研發成員張高德博士及孫文賢博士決定邀請所有研發成員一起去散心,因此到著名的大甲鎮瀾宮拜拜,看到三炷香的煙裊裊交叉盤繞上來,突然靈光一現有了新的思考:能不能將奈米銀做成長條狀,避開顆粒,將原本的缺點轉成優點,而這些優點是銀顆粒所做不到的?「畢竟天生我材必有用,所以我們就把銀線置入高分子材料裡面,為它找到一個適合的條件與環境,在這樣的限制之下,銀顆粒的抗菌效果就不如銀線,」張明智笑著說,「這是神明給我們的啟示。」

從廚房出來的構想

而噴膜這樣的設計,背後也是個有趣的故事。研發團隊的女性同仁張綾珂,因為對家事非常有興趣,有一次她在購物台看到一個新奇的廚房清潔用品,可以噴在流理台等處,避免累積油垢及髒污。「我們就想到,如果將奈米銀線做成抗菌噴膜,就可以運用到各種不同的領域,變成『一點通,樣樣通』,假設今天要做門的把手、做電話,即使表面結構及尺寸完全不一樣,噴膜都可以一體適用,不需要個別為它們再做設計。」這個從廚房產生出來的新構想,為研發團隊開啟了一個新的嘗試。

張明智指出,做成噴膜後,可以用在各種材質上,包括ABS塑膠、玻璃、陶瓷、金屬等,噴上去經過十到十五分鐘讓它乾燥成型,之後即可維持近一個月的抗菌保護效果。比如辦公大樓的電梯按鍵,每天可能有超過上千次人手去接觸,其實只要在晚上下班後噴上抗菌噴膜,隔天一早大家來上班時,就已經形成一層抗菌保護膜,為全棟大樓的上班族及訪客提供衛生安全上的保障,應用起來十分方便。

有了這個新構想後,「首先要克服的,就是銀線在高分子材料裡面的分散性,不能夠讓它聚集在一塊,噴出來時分佈不平均,」張明智說。因為銀線本身是一個成本很高的產品,如果要把它用在很生活化的地方,成本是一個很重大的考量,研發團隊第一個想到的,是要用最省的銀線含量去達到抗菌的效果,「這中間的考量還包括了分散性、透光性、接著性、表面平坦等,當然還有最重要的成膜性,」這些問題在團隊的努力不懈下一一被解決。

非化工背景的挑戰

「這裡最大的挑戰點,在於我們同仁非常非常的厲害,」張明智對於同仁的表現感到驕傲,「他們都不是學化學化工的,而是機械、光電、物理背景,卻能在化學化工的領域有這麼好的成績產出!」

現在談起研發的那兩年時光,雖然是笑著話當年,但王裕銘說,那時的壓力確實很大,「第一個困難是銀線的合成,因為我們從來沒有碰過這樣的東西;第二是我們也不了解高分子。」對高分子背景的人而言,很多基本常識的事,對這群機械、光電、物理背景的同仁而言,卻都是新鮮的玩意兒,於是他們去買了許多現成的商品來研究,嘗試了各種不同的高分子材料,一直在try and error,最後終於找到適合的材料。

在這個艱辛的過程中,壓力激發出團隊的潛能,「他們都很願意去學去問,在那段時間內所看文獻的廣度與深度,絕不亞於一個化學或高分子背景的人,」張明智以一個主管的角度看這群部屬,也是十分佩服他們的努力。相對的,研發同仁們也很感激奈米中心所有主管提供的後援,不論是實質上專業的協助,或是心理上的支持,經過無數討論後總能找到新的方向,也有了繼續奮鬥的動力。

「主管的支持與協助很重要,我們每個月都會有進度報告,由於我們的主任也是化學背景,他也會提供很多寶貴的意見。」除此之外,張明智也指出,可能是因為背景太多樣化,大家想出來的事情比較不會那麼「一脈相承」,或是有所侷限,「這其實也是奈米中心的特色,有時候一個想法出來,大家會從各種不同的角度去回饋。比如說當時在做合成時,由於不是學化學的居多,大家都很痛苦;可是真正做出來在應用面上,卻可以玩得很廣泛。本來是一個比較弱的地方,反而搖身一變成為強處。」

開發更多生活應用面

根據2008年工研院產業經技與趨勢研究中心調查報告顯示,廠商平均每投入1元的奈米產品開發,可以增加4.16元的產品營收。奈米銀抗菌已經成為當前奈米科技開發民生需求的一大重點領域,可撕式長效型抗菌噴霧劑在2009年技轉給彰化的育澤公司,目前育澤正針對這個產品在擴廠中,預計於2010年底開始量產。「銀線是我們的核心技術,所以在技轉時並沒有把這部分賣斷,也就是說,我們提供關鍵原物料,將配方交付給育澤,讓他們自行生產。目前的情況是先建立通路,我們也會從旁協助。」張明智談到目前技轉的狀況,很希望能與有興趣的廠商多多交流。

「生活化是我們一貫的目標,」目前奈米銀抗菌噴霧的應用,主要方向會在於電話、鍵盤、開關按鈕、手機、遙控器等人手常碰的,或是電扶梯、座椅等公共區域,「甚至我在想,方向盤、車內音響、安全帶等,凡是車子的內裝部分,駕駛或乘客會用手去碰觸的,都是抗菌噴霧劑可以使用的地方,」張明智提供他的構想,為這個產品開發更多的應用面。依此趨勢發展之下,奈米科技在不久的將來,將以食、衣、住、行、育、樂等各種型態,更廣泛的存在於我們的日常生活中。



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