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以DNA鍊成光電材料!專訪清大洪毓玨老師

2019/05/30 |採訪撰文:賴修淯(特約撰稿人) 點閱人次: 192

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洪毓玨副教授照片
圖片提供/洪毓玨

從魚類內臟中萃取DNA轉換為光電材料!清華大學洪毓玨副教授研究團隊憑著創新的研究成果,獲得國際知名學術期刊應用物理快報(Applied Physics Letter,APL)收錄,更取得美國和台灣的專利。


「等價交換。」這是經典日漫「鋼之鍊金術師」裡提出的世界基本法則,有點類似古典科學裡的「物質不滅定律」,只是更延伸到靈魂,生命等等更廣泛的概念。

雖然大家比較注意的是「等價」,但其實「交換」才是鍊金術師的真實本領。普通人可以給你等價的事物,但卻沒辦法變出魔法般的「交換」成果。

清華大學光電研究所的洪毓玨副教授研究團隊,從魚類的內臟中,以獨有的「鍊金術」將魚類DNA轉換成光電薄膜材料!在交換等值天平的兩端,是怎麼連結的呢?


DNA鍊金術解析!低成本、低耗能、低污染的光電材料研究

液晶、光碟片、光纖、光二極體、太陽能電池等等的光電材料,是現代生活的重要元素,這些光電材料絕大多數都是利用金屬、礦物結晶(矽晶)或高分子塑膠化合物等無機物來製造。但只能用這些無機物來製造嗎?

洪副教授想到奈米與生化領域應用DNA分子已很成熟,或許可以利用魚的DNA來製作光電薄膜材料。

生物性材料,例如DNA高分子,就在大自然界的生物體裡存在千萬億年,隨生物生而生,隨生物滅而不滅。但這樣的材料要怎樣找出其光電性質,以聯結到現代科技的光電應用上,目前全世界的研究都還在起步階段。

洪毓玨老師是怎麼做的呢?首先,研究團隊使用價格低廉的魚鰾,取回後用果汁機打碎,萃取細胞內的DNA,再透過一種叫CTMA(Hexadecyltrimethylammonium Chloride,十六烷基三甲基)的介面活性劑形成改質DNA。相對於傳統光電材料需在真空、高能、有毒氣體的環境中進行製造,改質DNA塗布可以在常態的室內環境下施做,更具低耗能的特性。

而在研究中,由於DNA的特性很容易和特定分子結合,而產生不同的主動特性,如可感測(接受光產生電流)和發光(用電去產生光),可做為高分子聚合物,應用在太陽能電池、感測器、發光元件、奈米薄膜等等的領域。

實驗過程中,會萃取出生物的DNA,製成DNA元件
圖片提供/洪毓玨

從光通訊研究轉向DNA光電材料 又一台灣之光

洪老師在美國讀博士時進行的是高頻光通訊研究,之後到德國進行博士後研究,專攻光纖通訊研究,相關的雷射與高頻量測設備十分昂貴。返國到清大任教後,剛進學校並沒有這麼多資源,光材料的取得就是一件要煩惱的事,所以才動腦筋想到用DNA當材料。雖然世界上已經有用這種生物材料當光電元件的概念,但在台灣真正研究的人並沒有,洪老師算是第一人。

從魚體內取得DNA材料相對容易又環保,但實驗室成員並沒有相關的處理經驗。為了要能夠做這方面的研究,學生們一開始都要到各個不同領域的學系去學技術,不僅辛苦,也不確定能不能有成果。而清大從助理教授升到副教授的年限是6年,洪副教授在任職第五年時才寫出第一篇論文,真的是職業生涯的豪賭。

在洪副教授實驗室中,研究成員正在操作雷射偵測儀器
攝影/賴修淯

不過努力總會有收獲,這場「等價交換」的鍊金術成功了!在研究團隊的共同努力下,研究成果不僅在美國和台灣都取得專利,洪毓玨老師研究團隊所發表的論文「Light makes write for DNA information storage device」在國際知名學術期刊APL創刊50周年特刊中,入選50篇「近年最受矚目的突破性研究」之一,是台灣唯一入選的代表作。在這個充滿想像的科技新領域,洪老師不掩其對未知領域的熱情與好奇,持續深耕研究,開發更多的光電應用新方向!


關鍵字:光電,DNA

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