電子/光電元件使用的薄膜材料可以從魚的身上取得!清華大學電機系/光電所副教授洪毓玨所率領的團隊(文章上方大圖)在科技部(MOST)的補助下,以魚內臟為原料開發了號稱全球首創的「光感DNA奈米複合物技術」,期望在未來能以生質材料催生新一代更具環保概念、廉價的電子/光電元件,在降低電子產業對石化原料的依賴同時也為產業永續發展帶來貢獻。

洪毓玨表示,萃取動植物的DNA來製作電子/光電元件薄膜材料的想法,是從十年前她自美國返台投入研究時就萌芽,一開始是希望尋找能更進一步提升光電元件效率的材料,又有感於市面上的相關材料以及生產製程並不符合地球永續發展的趨勢,因此想到以自然界各種生物都有、取得也容易的DNA來做為實驗題材;她指出,DNA分子具有豐富的理化特性,相關技術在奈米與生化等領域的發展已經成熟、有廣泛的應用,DNA材料也被證實能有助於光電元件轉換效率的提升,再加上環保、低成本、低能耗等優勢,頗具發展潛力。

萃取DNA的過程也不複雜,可能是許多人在中、小學生時代就曾經親自動手做過的實驗,所需的工具設備或原料都不難取得。洪毓玨的團隊是選擇了在市場上能以低廉價格取得的魚類內臟,如魚卵以及魚膘作為生物DNA萃取來源,「我們當初的考量只是原料的容易取得性以及成本,其實無論是採用任何一種魚類或其他動植物、甚至生物組織廢棄物都可以;」該團隊以均質化、去雜質、醇類沉澱等技術萃取DNA,並已經研發出一系列新型界面活性劑改質DNA分子、以及創新的製程技術,能應用於製造有機光電材料、奈米至微米等級光學薄膜與光電元件,還有感測及發光元件。

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用魚膘萃取出的DNA原料能成為光電元件薄膜材料
(來源:Judith Cheng)

洪毓玨指出,以該研究團隊的實驗為例,每一份生物原料大約能萃取出約10%的DNA材料、如100公克能提煉出大約1公克,而「大多數光電元件需要的薄膜材料量非常小、可能只有幾毫克;」再加上目前高分子聚合物、金屬薄膜材料製造過程會產生毒性,或者需要在真空狀態下進行,DNA薄膜則能採用傳統旋轉塗佈製程在室溫下完成,因此無論在降低成本與製程能耗等方面都具備優勢。洪毓玨的團隊開發之技術已經取得美國與台灣專利,並吸引英國劍橋大學、美國空軍實驗室等國際研究團隊主動合作交流;同時其創新研究成果也獲得國際知名學術期刊如《Applied Physics Letters》(APL)、《IEEE Spectrum》等收錄。

接下來研究團隊期望能在產業界尋找對此DNA材料有興趣的廠商,合作針對目標應用最佳化製程,最終實現該種材料的真正商業化。洪毓玨表示,發展生質材料已經是全球趨勢,雖然仍在研發階段但已經小有成績的DNA材料,需要引進更多跨領域的資源、與產業界結合,才能擴大其影響力、發揮最大效益。台灣擁有完整的電子供應鏈,若能搶得先機投入前瞻技術的深度研發,將會是產業升級、取得國際競爭力的重要關鍵!