編譯－彭漣漪


近來最熱門的、最具顛覆性的科技是什麼？答案就是奈米科技。

可以把100億年份的書籍，存在一個方糖大小的記憶體裡，
更可以在數十分鐘內完成目前電腦要花幾百年處理的計算。
運用於材料化工、生技、光學領域的奈米科技，有什麼魅力與潛能，
讓美日競相投入大量人力、物力去研究？它又會為世界帶來怎樣的改變？
煤不太值錢，但有的「煤」很值錢，例如它化學鍵上的親戚、同為由碳元素組成的鑽石。現在，它另一個值錢的親威「奈米碳管」（carbon nanotube）出現了，每公克售價500美元，是黃金（每公克300元台幣）的58倍，而且非常搶手。這都是因為新世紀的新顯學：奈米科技逐漸發展成形。
根據美國《財星》雜誌報導，這種與「在火爐邊上刮一刮就可以取得」的煤灰相似的物質，「將會翻轉整個世界，」位於法國的奈米科技公司Nanoledge總經理沙利文‧胡邦（Sylvain Hoebanx）預言。
美國去年宣佈將投資5億美元在國家級的奈米科技計劃上；連經濟景氣不佳的日本，也大手筆投入2.25億美元進行相關研究，以免錯過這極具顛覆性的未來科技。
什麼是奈米科技？什麼是奈米碳管？為什麼會改變這個世界？
奈米科技簡言之就是極微小化的科技，奈米（nanometer）是指十億分之一公尺。《牛頓》雜誌比喻，地球直徑的十億分之一，約只有一顆彈珠的大小，可以理解十億分之一公尺有多微小了。
傳統的製造方式，是將矽、鋼鐵、木材切割、磨鑽成各種形狀，愈做愈小；奈米科技的概念，是從物質的最基本單位──原子和分子層次的操控物質，組合出極其微小的新材料和新機器。
《牛頓》雜誌曾試圖揣摩奈米科技的驚異可能性。
在「微小」方面：單原子記憶體的技術，可以使全球100億年份的書籍（每年以100萬冊計，相當於1萬兆冊），儲存於一顆方糖般大小的記憶體內。
在「超薄」方面：DNA電子電路的技術，將於10年後促成如紙般薄的電子顯示器。
在「速度」方面：到2003年，量子電腦只要數十分鐘，即可完成目前電腦要花上數百年才能完成的計算。
這些未來假設雖然令人瞠目結舌，理論上卻是可能的。
奈米技術如果能成熟運用，將造成革命性的改變，尤其在材料化工、生物科技及光學上。
在材料化工上，以奈米科技來發現或創造出前所未見的強大新材料裡，奈米碳管是最知名的一種。奈米碳管可說是第5種純碳形式（其它4種是鑽石、石墨、木炭、碳簇）。史莫利（Richard E. Smalley）等三位化學家於1985年發現碳簇（由60個碳原子組成的足球狀碳分子），並因此得到諾貝爾化學獎。
1991年，日本恩益禧（NEC）研究員飯島澄男，在研究碳簇時發現奈米碳管，一種直徑1～30奈米的圓筒形碳材料。奈米碳管是目前自然界中所發現最細的管子，具熱傳導性、導電性，強度佳，化學性穩定，而且又柔軟。
史莫利在得到諾貝爾獎後，於去年與一些人共同創辦了奈米科技公司Carbon Nanotechnologies Inc.（CNI），著眼點就在奈米碳管驚人的運用和商業化潛力。「奈米碳管可以用來製造強度是鐵的100倍的光纖，而且重量只有鐵的六分之一，」史莫利在接受《財星》採訪時說。他又形容，如果將奈米碳管和銅纜「編織」成支架，強度可以支撐一個從地表拔地而起、位於2萬2,000英哩高空上的太空平台。
在商業用途上，奈米碳管可用於電視、個人電腦顯示器，目前已進入試作階段。飯島澄男預估，2005～2010年左右就可製造出省電、厚度僅數公釐的大畫面顯示器。
此外，奈米碳管也可作為飛機、太空梭的新複合材料，拿來製造氫汽車燃料電池等，可說是種蘊藏無限可能的夢幻材料。繼矽取代鐵之後，奈米碳管有可能取代矽，成為尖端產業的骨幹材料。
CNI預估，奈米碳管市場大餅每年可達1,000億美元。如果價格降到每公克33美元，而且年產量可達1噸，將可供應產值達數十億美元的電腦及電視顯示器。如果價格降到每公克22美元，則更多產業都能運用，例如可做雷達無法偵測的隱形飛機的機殼。如果降到4.4美元，則可運用於一般日常生活用品，例如作手機、筆記型電腦、PDA的材料，可以防電磁干擾。
美國最大創投雜誌《Red Herring》預估，要實現這樣的美夢，看來還要花好幾年時間。到2003年，奈米碳管價格才可能降到每公克5美元。此外，量產技術也有待克服，目前能「量產」的CNI每日也只能製造25公克，年營業額達400萬美元。
其他有能力量產奈米碳管的公司不多，日本三菱和兩家美國公司各出三分之一資金成立的公司Fullerene International，目前每日也只能製造30公克。
這些公司製造的奈米碳管，目前多做為研究之用。第一家能夠製造商用奈米碳管產品的公司，將是美國的Molecular Electronics，做的是記憶晶片，時間預定為兩年後。這種晶片開關（switch）的速度是傳統電晶體的100萬倍。
奈米碳管商用的第一個殺手級應用（killer app），將會是在顯示器市場。《財星》預估，市場大餅約為400億美元。以奈米碳管技術做成的顯示器，將比傳統電視及液晶螢幕顯示器更薄、更省電、更便宜。韓國三星公司在1999年4月公開展示奈米碳管顯示器的原型機，震驚各界；去年底已做出15吋螢幕的原型機。
用奈米碳管做成的電池，效能也更佳。同樣的大小，奈米碳管電池將比傳統電池持久一倍，重量卻只有傳統電池的一半。
在生物科技上，奈米技術也將是醫生的神奇助手。神奇之處不在於可以製造極精細的儀器，而是可以用程式控制分子的行為，達到控制生物體的目的。例如可以靠近、進入癌細胞，誘發T細胞釋出殺死癌細胞的酵素，或是催動噬菌搜尋並殺死癌細胞，甚至讓癌細胞「自我毀滅」。這和80年代的科幻電影「聯合縮小軍」的劇情：製造極微小的儀器進入人體中做治療，是完全不同的概念。
此外，《Red Herring》報導，科學家可以利用奈米科技偵測數百個原子大小（比DNA還小）的量子分子，當人體有心臟病、中風、感染現象，相關的量子分子就會「像嘉年華會中的燈光」一樣發亮，而且持續很多天。加上顏色，科學家就能觀察，哪些蛋白質和哪些疾病有關，以及藥物在人體中是如何運作的。美國奈米生技公司Quantum Dot做的正是這種「尖端生技」，目前籌募到3,750萬美元的資金，約合13億台幣，可見這種技術相當有潛力。
另一種令科學家束手無策的不治之症──愛滋病，奈米生技似乎也帶來一線曙光。碳簇的足球狀化學結構方式，恰巧可以讓它快速地和導致愛滋病的HIV病毒結合，也能和相關化學物質結合，以阻止HIV病毒擴散。加拿大的奈米生技公司C Sixty，已利用這個技術成功研發出藥物，並用於動物實驗上，這可說就是治療愛滋病的世紀之藥。
但用於人類的臨床實驗，甚至核准上市，則尚未成熟。發明這項技術的美國紐約大學化學系教授威爾遜（Stephen Wilson）承認：「要走的路還很長，我們還沒完全搞懂這種新物質在人體內會如何作用。」C Sixty預計在今年底申請做臨床實驗。
何時能夠商用？「這是一個對各種創新產品與投資人而言，更需要耐心等待的領域，」《Red Herring》認為，2、3年內都還不要想，7年、10年後，相關公司才可能開始公開上市，也就是宣告正式商業運轉之意。
在光學上，過去，處理光進行方向的「光學網絡裝置」（optical networking device），是利用電子來控制；在奈米科技中，則改用直徑只有8奈米寬的雷射光脈衝（laser light pulse）控制。
正積極將世界「光纖化」的通訊相關公司，無不緊盯這個技術的發展。目前光傳輸方式是將光轉化為電子訊號傳遞，這需要轉換的時間；而奈米科技則利用鏡子反射原理直接改變光進行的方向，可以有效、快速地將大量資訊傳送至千里之外。這表示，網路上的文字、影像訊息及聲音的傳輸速度，可以大步躍進到約等於光速一樣；奈米又創造了一項石破天驚的科技突破。
微型光學網絡裝置的市場潛力驚人。根據先鋒顧問公司（Pioneer Consulting）的預估，2001年，歐美兩地的微型光學網絡裝置市場大餅是19億美元，到2004年將成長為150億美元。
朗訊、康寧等通訊大廠都正秘密進行相關研究，當作最高業務機密，不願對外透露投入多少資金做奈米光學的研發。
然而，《Red Herring》分析，這種技術要商用，不僅要耐心等待技術成熟，還要克服許多其他問題。
價格會是一個問題。採用奈米光學裝置要花多少錢？淘汰現有設備是否值得？一般消費者端的接受度如何？另外，尖端科技需要尖端人才，而這個領域的人才有如鳳毛麟角，可說是「缺貨」。
奈米啟動的，不僅是最尖端的科技，也是最尖端的思考，當人類可以操控原子、分子，理論上就能做出任何東西，甚至「操控」生命，下指令要生物按照人類的意旨運轉。這是一個奈米世紀，一個目前人類無法想像的世紀。
沒有人能判斷，這種科技將如何改寫人類對生命、生物的理解。也沒有人知道，這種科技將如何超乎人類目前能力所及的認知與想像地發展，把世界推向何種極端。但這巨變已開了頭，而且不會停止。
摘自 e-天下雜誌.....