分析技術對於新世代材料開發之意義(上)

 

刊登日期:2018/3/26
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施宗廷/工研院材化所

前言
材料科學與人類文明之關係向來密不可分,從歷史重要時間分野 (如石器時代、青銅器時代等) 依據材料使用類別進行區隔即可窺見端倪。然而,就在各式新穎材料相繼問世的同時,對應作為材料效能驗證的分析技術似乎卻相對被忽略!儘管已有越來越多的例子說明研究領域會實質受惠於新穎分析技術的誕生 (一如基質輔助雷射解析/電離法 (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization,MALDI) 之於生化巨分子的解構技術,致使生物化學的研究成果得以用於疾病的治療),但分析檢測僅是一種「輸入,輸出」過程的刻板印象卻仍深值在為數眾多的材料研發人員腦海中!

日前,筆者應邀出席百奧泰國際會議 (大連) 有限公司 (BIT Congress Inc.) 於日本福岡舉辦的國際研討會 (BIT’s 5th Annual Conference of AnalytiX-2017),並針對因應無機化性分析實務需求而開發出可串聯感應耦合電漿質譜儀進行後端檢測的功能性微流體裝置進行演講 (晶片型固相萃取技術結合感應耦合電漿質譜儀於微量元素測定上的應用);而為顧及實務上對於樣品耗損減量、汙染 (分析空白值) 控制 (Blank Control) 及分析通量 (Analytical Throughput) 提升的迫切需要,研究設計出活化型聚甲基丙烯酸甲脂固相萃取晶片 (Functionalized Poly(methyl methacrylate) (PMMA) Solid Phase Extraction (SPE) Chip)1、偶極矩輔助固相萃取晶片 (Dipole-Assisted SPE Chip)2,3 及高通量固相萃取晶片 (High-Throughput SPE Chip)4 三種對應解決的晶片型態 (見圖一)。

事實上,此次主辦單位是中國境內頗具規模的專業會議策畫公司,自2003年成立至今已成功舉辦300餘場國際會議,更曾先後邀請45位諾貝爾獎得主,近10萬名國際知名學者及企業家與會,會議屬性涵蓋生物醫藥、能源環保、新穎材料及經濟等前瞻科技領域5

圖一、「晶片型固相萃取技術結合感應耦合電漿質譜儀於微量元素測定上的應用」演講內容投影片節錄
圖一、「晶片型固相萃取技術結合感應耦合電漿質譜儀於微量元素測定上的應用」演講內容投影片節錄

值得注意的是,該公司自2012年起即每年針對分析科學領域舉行一次大規模的國際會議,且有別於過去改善既有分析技術效能多所著墨 (如儀器偵測極限所面臨的挑戰),此回會議主軸則放眼在分析科學的新興趨勢 (Emerging Trends in Analytical Science),針對其最新發展進行交流。會議內容包含質譜 (Mass Spectrometry)、先進光譜技術 (Advanced Spectroscopy Technology)、先進顯微暨影像技術 (Advanced Microscopy and Imaging Technology)、結晶學 (Crystallography)、層析 (Chromatography)、晶片實驗室、微流體裝置與微陣列裝置 (Lab-on-a-Chip, Microfluidics & Microarrays)、化學感測器與生物感測器 (Chemical Sensors and Biosensors) 及分析科學與技術的熱門議題 (Hot Topics in Analytical Science and Technology) 等八大主題,共計有7場主題論壇 (Keynote Forum) 及288場的專題演講6。此外,另設有參展廠商攤位及論文海報發表區。

誠如前述,今年會議主軸聚焦在新興分析科學趨勢的相關技術交流,技術所涉領域相當多元,且有別於一般會議主軸多半從事學術研究與論文發表,此一會議性質則趨近於學術研究與產業需求的媒介;在研究單位技術成果發表的同時,有興趣的業者即可在當下針對未來技術轉移或市場化的盲點提出看法,因此,在與會的同時亦可蒐集先進材料發展應用之檢測技術,以下將節錄部份演講主題進行介紹。

Keynote Forum: New Analytical Tools for Water Quality Monitoring and Treatment
Dr. Sushanta K. Mitra

講者Dr. Sushanta K. Mitra 為知名加拿大籍、印度裔學者,或許因為有感於印度水資源條件欠佳,檢測以水為傳播媒介的病原菌 (如大腸桿菌 (E. Coli)) 對於公共衛生的維繫具有相當程度的重要性,故率領其團隊研發可快速檢測受汙染水源中大腸桿菌的新式分析組件—Mobile Water Kit (MWK)7 (見圖二)。其概念是透過在過濾器 (Filter) 上依序固定化 (Immobilization) 具特殊選擇性之試劑,並由.......以上為部分節錄資料,更多內容請見下方附檔。

圖二、左圖為實際水質檢測剪影,右圖為Mobile Water Kit (MWK) 系統圖
圖二、左圖為實際水質檢測剪影,右圖為Mobile Water Kit (MWK) 系統圖

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