第106期 2015年4月刊
 
 
 
发行人:林恭如所长  编辑委员:吴肇欣教授  主编:林筱文  发行日期:2015.04.30
 
 
 本所黄升龙教授研究团队创新研发「高速次微米三维断层扫瞄仪」,于2015年4月21日上午举办研究成果发表记者会,并以高额技转金将技术移转给高阶医疗器材厂商,进行后续产品开发及医疗认证,特此恭贺!
记者会新闻稿全文:http://ntuvp.ntu.edu.tw/upload_files/pressconf/31news.pdf
本校网页报导:
http://ntuvp.ntu.edu.tw/vpforacademic_effort.aspx

 本所吴志毅教授实验室团队(参与之博士班学生:林伟翔、罗元彦、程琮钦、徐诚志)与加州理工学院合作,研发成果刊登于Nature Communications期刊,特此恭贺!
文章篇名:Single-step deposition of high-mobility graphene at reduced temperatures
网页连结:http://www.nature.com/ncomms/2015/150318/ncomms7620/full/ncomms7620.html

本所5月份演讲公告:

日期

讲者简介 讲题 地点 时间

光电所专题演讲

5/1 (Fri) 田仲豪教授
交通大学光电系
数字光学与虹膜辨识技术(Digital Optics and Iris Recognition 博理馆
101演讲厅
16:30~18:00
5/8 (Fri) 谢达斌教授
成功大学口腔医学研究所
待订 博理馆
101演讲厅
16:30~18:00
5/15 (Fri) 罗大钧副总经理
台湾是德科技股份有限公司
待订 博理馆
101演讲厅
16:30~18:00
5/29 (Fri) 张焕正博士
中央研究院原子与分子科学研究所
Fluorescence Imaging and Quantum Sensing Using Nitrogen-Vacancy Centers in Nanodiamonds 博理馆
113演讲厅
16:30~18:00

 

 

 

 
 
3月份「光电所专题演讲」花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2015年3月6日(星期五)下午4点30分
讲者: 赖暎杰教授(交通大学光电系)
讲题: 锁模光纤激光科技(Mode-locked Fiber Laser Science and Technology)
  赖暎杰教授于3月6日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。赖教授本次演讲题目为「锁模光纤激光科技」。本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,演说内容丰富精彩,与现场同学互动佳,师生皆获益良多。
 

赖暎杰教授(右)与本所所长林恭如教授(左)合影

 

时间: 2015年3月13日(星期五)下午4点30分
讲者: 李嗣涔教授(台湾大学电机系)
讲题: 信息医学—X信息的发现
  本所于3月13日(星期五)邀请到本校前校长李嗣涔教授针对「信息医学—X信息的发现」发表演说。李教授演说内容丰富精彩,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动。李教授与现场同学互动佳,师生皆获益良多。
 

李嗣涔教授(右)与本所所长林恭如教授(左)合影

 

时间: 2015年3月20日(星期五)下午2点30分
讲者: Prof. Victor Yang(Division of Neurosurgery, Dept. Surgery, University of Toronto, Canada)
讲题: Split spectrum Doppler OCT imaging - potential for endovascular neurosurgical imaging
  Prof. Victor Yang于3月20日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。Prof. Yang本次演讲题目为「Split spectrum Doppler OCT imaging - potential for endovascular neurosurgical imaging」。本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,演说内容丰富精彩,与现场同学互动佳,师生皆获益良多。
 

Prof. Victor Yang(右)与本场演讲主持人杨志忠教授(左)合影

 

时间: 2015年3月20日(星期五)下午4点30分
讲者: 林清富教授(台湾大学光电所)
讲题: 环保和健康维护的光电科技Photonics for Environment and Health Protection
  本次演讲特别邀请本所林清富教授与同学畅谈环保和健康维护的光电科技。林教授以笔名沐林发表多本着作,写作包括报纸专栏、小品文、短篇小说、童话故事。本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,演说内容丰富精彩,与现场同学互动佳,师生皆获益良多。
 

林清富教授(左)与本场演讲主持人孙启光教授(右)合影

 

时间: 2015年3月27日(星期五)下午4点30分
讲者: 黄得瑞教授(东华大学光电工程学系)
讲题: 太阳能电池的发展思考与契机(Potential Opportunities and Development Strategies of Solar Cells)
  本所于3月27日(星期五)邀请黄得瑞教授于博理馆101演讲厅发表演说。本次演说吸引本所教师及学生热烈参与。黄教授本次讲题为「太阳能电池的发展思考与契机」,演说内容丰富精彩,师生皆获益良多。
 

黄得瑞教授(右)与本场演讲主持人孙启光教授(左)合影

 

 

 
 
     
 

光电所参与欧盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 硕士双学位计划  系列报导 ~

【之五】

撰文:光电所硕士班学生李伟任

虽说EMSP对于语言已有要求门坎,但是一到了欧洲还是需要蛮长一段时间适应。一开始在圣安,虽然周遭环境都是英文,但难懂的英国腔,或是说苏格兰腔,以及很多英式用词,让我花了不少时间才理解并跟上在圣安的步调。此外,学校也有来自世界各地的国际学生,因此各地的英文口音也是很多元,其实还蛮有趣的。第一学期在圣安,我想进步最神速的应该就是听力了吧,已可以适应各种口音,阅读与写作在上课、作业中也逐渐都有精进;口说的部份就要靠个人造化了,多练习才会有进步,当然要在大家面前用英文畅谈或表达自己意见的时候真的需要一股勇气,刚开始讲的时候虽然常常会卡词或是讲到一半不知所云,不过大部分的同学都很愿意听你说话,毕竟很多人的母语也不是英文。我觉得英文口语能力是循序渐进的,刚开始要求能够成功地把自己的意思传达给对方即可,虽然可能文法有错或是用词不太适当,之后渐渐地当自己可以流畅地用英文谈话时再来思考并调整一下文法。久而久之,口说就会有明显的改善,此外还可以学他们用一些流行用词,让自己更融入他们!除了平常与朋友聊天相处中可以练习英文之外,学校的语言中心也有提供免费的咨询与在线课程给国际生们使用。另外系上的专业课程中,也有安排上台报告,这些都是很好的练习机会。

过了一个学期之后,便来到比利时布鲁塞尔,整个情况又不太一样了。布鲁塞尔是座双语城市,法语与荷语,不过大部分的居民都说法语为主,而我是在荷语的布鲁塞尔自由大学内做研究,EMSP学程则为英文,所以一开始颇混乱,常常在这三个语言之间转换。正因为语言不通,所以一开始也出了很多糗,当然也常常遭受店员们的冷落。所以若是会一些基础的法语或荷语的话,会更容易适应在比利时的生活。语言的问题除了购物之外,租屋的契约、到市政中心注册的程序等等都需要使用到荷、法语。我大概花了一个月的时间才渐渐可以听懂商店店员的法语用词,也慢慢地习惯这个语言不通的陌生环境。

在校园中,用英文沟通其实就很足够了,不过要是你突然从口中说出荷语或法语的话,除了可以让他们惊讶之外,也可以拉近跟外国人之间的距离。所以奉劝之后要申请至EMSP修业的学弟妹们,可以提前先学一些欧洲语言,例如法语、荷语、德语等,会有很大的帮助!

另外,语言是双向的,也有很多外国人对中文非常感兴趣,这也常常成为聊天的话题,当他们学了一些简单的问候,就会常常听到他们在你面前练习,听外国人讲中文真的非常好玩。【精彩内容,下期待续~】

在意大利旅行途中认识的巴西女孩与意大利警察。母语都不是英文的我们一整天下来都用英文沟通,也一起在威尼斯玩了一整天!

 

撰文:光电所硕士班学生陈井一

无论在苏格兰圣安还是在比利时根特的时候,主要沟通的语言还是以英文为主。要用英文沟通对长期以中文做为母语的我们来说,一开始的确很不容易。主要问题还是来自于对口说英语的信心。我们会担心说得不流利,让对方听得雾煞煞而止步,但其实并不然。只要你敢开口讲,对方还是很愿意聆听的。

在圣安用英文沟通是没问题的,毕竟当地语言就是英文。但其实个人觉得比较困扰的是当地英文的口音,英格兰人和其它欧洲朋友的口音还算能掌握,只要用心听还是能听懂。但苏格兰人的口音就很难听懂了,尤其是在市集遇到老一辈的苏格兰人,他们有很重的苏格兰腔英文,听起来实在让人摸不着头绪。授课的教授除了当地,也有些来自印度、西班牙、意大利等国家。刚开始的时候听力不好,会听得很吃力,但上了一两个星期就稍微能掌握了,很快就能跟上了。

在比利时虽然当地语言是荷语和法语,但根特算是一座大学城,用英文沟通是没问题的。不过比起在英国还是稍微困扰一点,年轻一辈英文很好,但比较老一辈或到了比较偏远的小城市,遇到的人们就不太会讲英文。尽管如此,透过用手势或找个朋友帮忙翻译,还是能进行沟通。平时实验室同学聚在一起用餐,大家其实还是习惯用当地语言互相聊天,有时为了配合我们才改用英文,所以其实若懂得一些荷兰语和法语或许能更容易融入。

在欧洲这趟旅途,英文能力还是很重要的。基本的英文能力在沟通方面或许足够,但要用在讨论和写作论文方面,还是需要自行加强进修。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生林诗颖

在启程前往英国前,一度很担心自己的语言能力和不熟悉的英国腔,毕竟台湾的学习都是偏向美式英文。不过到了University of St. Andrews后即发现它是一个相当国际化的学校,学生来自世界各地,在上课同学中,英国人反而是少数呢!授课教授亦是来自四面八方,不过也因此有点难以适应各式各地的腔调。在学习上,大部分的教授都会反复解释重要的观念,只是相对而言,我们需要较为专注、花较多的时间复习。在整个学习的过程中,难免也会因为自己语言能力不足而感到沮丧,特别是在撰写报告和口头报告上,很难像国外学生一样自在、幽默,也需要花较多时间、精力准备,但藉由这些机会,也可以见识到他人的优缺点和获得难得的练习机会。在和同学相处上,难免会受限于语言,有时候总觉得词不达意,或是担心自己的措辞不妥,不过大部分不会有太大的问题。这些语言上的不同,有时候也带来许多乐趣,来自不同国家的大家都会相互学习简单的几个单字,相互嬉闹、玩笑。

离开苏格兰后,来到以法、荷文为主的比利时,语言才真正成为了问题。记得初到比利时,火车站列的时刻表和标示不外乎是法文和荷文,遇上和英文几分相像的单字,偶而能猜出几分意思,但对于其它陌生又落落长的单字,我们就如同文盲一般。经过几番波折,终于到达租屋的土耳其区,那里几乎是英文不通的世界,晚餐只能胡乱瞎点,就连男厕女厕都傻傻分不清((Heren/ Dames),实在很难想象接下来该如何在那里生活一个学期。庆幸的是,根特大学是一个大学城,在学校附近的商家、学生都有基本的英语能力,因此在生活上也便利许多。在实验室同学中,大部分都是当地比利时学生,几乎大家都能说三、四种语言(法、荷、英、德),着实令人羡慕。由于对荷、法语一窍不通,和同学、学长姐、教授沟通仍然都用英文,而在定期开会报告上,大家也都会用英文讨论,因此也不需要担心。另外,在论文的部分则是两者皆可,因此会看到某些论文及口试都是以荷文呈现的。一开始身处于一个语言完全陌生的城市,走在路上,四周充斥着无法理解的语言,感觉像是和这个世界隔离,然而,久而久之,也能大概认识几个生活用语、简单字汇,慢慢融入陌生又熟悉的荷语世界。在外语国家生活了一年,生活中处处都是练习的机会,对于英文能力必然能有所进步,更难得的是能听见、认识更多种的语言和文字,这样的交流更显得珍贵。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生曾千芳

在这短短的一年留学期间,其实会有蛮大的心境转折。时间上虽然不长,不过却有很多体验是以前从来没有过的,在短时间内一次经历,有时会感到应接不暇。有点像是把很多不一样的人生经验浓缩在一年内体现的感觉,有许多要克服的挑战。前面在圣安上课的生活,会遇到的困难比较偏向必须要习惯欧洲的教学方式和调整自己一贯的学习方法,对我而言挑战比较多集中于课业上,由于功课忙碌的关系,也比较没有社交方面的问题。但是下半年的瑞士研究生活,却有更多是生活方面的挑战。不管是食衣住行、社交人际、语言能力跟研究专业,都有不同的新挑战。在瑞士的生活至今难忘,在那里总是一边生活,一边努力学着如何生活。

第一个来到瑞士的挑战其实就是居住的问题。瑞士的租房有许多严格的规定,比如说很多必须要有瑞士保证人,并且在瑞士必须有户头和财力证明。另外,身为一个全欧洲生活所得最高的国家,物价和房租也是相对较高的,如果是靠近学校或是Metro站的话,雅房月租都要七、八百瑞郎左右,而且很多在地人跟你抢,很难抢到好的。那时候问过台湾同学会的同学,他们都说要在瑞士找到适当的房子,平均统计要两个月。一开始我暂时住在短租,白天去研究室,同时晚上找房子。每周缴高价房租,大概一两周就会觉得不胜负荷,所以我后来搬离短租,转而住进青年旅馆。青年旅馆大约一晚四、五十瑞郎,六个人一间的上下铺,断断续续住了快一个月。在这期间,来来去去的旅人,龙蛇杂处,财物要非常小心保管。由于洛桑位于法语区,学校以外基本上是不太说英文的,这里的英文并不普及。因为这样的关系,找房子更加困难,那时候拜托学校学生住宿组帮忙,他们有些顾问,可以帮助你和房东沟通。对于语言不通人生地不熟的学生,求助学校是个很好的方式。大概一个月后我找到了一层五人住的雅房,和另外四个大学男生一起住,由于是二房东转租,是少数不需要瑞士保证人的选择,所以快就签下了。不过后来发现他们常在家里抽大麻,而我不太习惯那个味道,所以向学校申请候补宿舍。最后终于在来瑞士的两个多月后搬进了学校宿舍,赔了一个月违约金。

搬进宿舍以后,也许是心定了下来,生活上渐入佳境。也许本身就是慢热性格加上语言和文化上的差异,一开始难融入实验室,也很懒得交际。我们实验室二十几个人,只有我是东方人,一开始难免感到格格不入。不过后来参加几次实验室聚会,和实验室的人约去滑雪以后,就开始变得熟悉,其实大家都年纪相仿,只要有心还是可以交到很好的朋友。心境上的调适,是把交朋友从一种困难的交际应酬,变成一种生活调剂,有了朋友以后,生活会变得很不相同。先从实验室的朋友开始,再进而认识其它实验室的朋友。一起参加音乐会,工作结束一起去bar喝点小酒或是咖啡,一起看世足杯或是周末一起开车去旅行。在人生地不熟的地方,生活能因为朋友而丰富。其实很多人到了新环境,还是习惯说中文,或是和台湾同学在一起。虽然这样也是一种选择,但对我而言,出国很大一部分是体验异国文化,和不同种族的人交流,了解彼此的生活方式和民情,在短短的一年生活里,不想失去这样的珍贵机会。而我觉得交朋友所需具备的条件,大概就是语言能力和肯踏出舒适圈的勇气。现在想起瑞士的生活其实还怀念的。

课业和研究方面的挑战,其实主要是自主能力和勇于提问这两方面。我的论文题目其实一开始就明确的。稍稍了解要做的事情以后,就开始大量阅读论文和paper。听其它在洛桑联邦理工的同学描述,他们的经验都和我雷同,指导教授和supervisor不会明确给你进度,而是你必须自己思考下一步要怎么走。不过每周都有一次的group meeting,每个人大约一个月会轮到一次一小时的报告。我把每次的报告看得很重要,因为这是一个在大家前面报告的机会,指导教授和实验室前辈都会给予方向和指导,同时训练表达能力,对于之后的口试很有帮助。也许是和我们实验室的气氛有很大的关系,大家都乐于互相帮助,有一些实验的问题,藉由和supervisor约时间讨论,软件部分则是请教实验室专业的博后,通常都能得到很好的帮助和解答。一边学习一边研究,对我来说是很好的研究环境。时间规划是重要的一环,随时掌握自己的实验进度,及早开始着手论文的撰写很重要。毕竟短短半年包括适应环境、学习新技术、阅读文献和规划实验、得到成果并撰写及修改论文,时间上其实吃紧的。由于实验设备需要和别人共享,我一开始没办法先做实验,而多在先跑仿真软件,最后三个月实验进度吃紧,常常会工作到十点、十一点才做完预期进度。还好后来顺利完成,也有时间二修论文。值得一提的是,相较于以前研究室弹性的工作时间,在这里我们 都准时在九点到九点半以前到达实验室。可能是这边的博士生角色相较于亚洲,比较像工作而非学生。

对于生活方面,最后一点要讲的是生活哲学。国外生活虽然欢乐的时光很多,但相对独自一人的时刻也是很长的。孤独感在生活相对挫折的时候会被放大,而这种时候常常并不是谁在身边可以帮忙解决的。低潮或无力感,必须给自己时间,透过各种方式自己走出来。对我来说,这一年是个学会和自己相处、了解自己的过程。现在的我能自得其乐,更加享受独处的时光,这是这一年留学带给我的珍贵礼物。在国外生活的时候,也常常会惊讶地发现自己原来会有这样的一面,是以前在台湾所没有的,是很不错的自我开发过程。想要知道自己还有什么可能的话,这真的是一个很适合的program。【精彩内容,下期待续~】

 

 

 

 
     
 
 
The application of Plasmonic infrared thermal emitters in cancer therapy

Professor Si-Chen Lee

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 李嗣涔教授

Infrared technologies have wide applications in silicon photonics, biotechnology, cancer therapy, night vision, communication and environmental protection. We developed narrow bandwidth plasmonic and waveguide thermal emitters achieved by Au/SiO2/Au tri-layer structures. Manipulate the blackbody radiation spectra of the heated device to obtain a narrow bandwidth infrared light source by controlling the period or metal width of top metallic layer to select emission wavelength. Fig. 1(a) shows a typical metal-dielectric-metal structure. There are two major kinds of infrared thermal emitters, including plasmonic thermal emitter (PTE) and waveguide thermal emitter (WTE). The thermal emission spectra of PTE and WTE are shown in Fig.1(c)-(d), respectively. Furthermore, we demonstrate dual-wavelength LSP thermal emitters by using double tri-layer Au/SiO2/Au structures with different SiO2 thickness, as shown in Fig.1 (e). Fig. 1(f) shows the waveguide type dual-wavelength thermal emitters. We use a metallic grating embedded in the central dielectric layer of a waveguide thermal emitter as a beam splitter, dividing the device into two waveguide structures for TE and TM polarizations. We can use a polarizer to select the wavelength we need. Fig.2 shows the effect of MIR exposure on the actin filaments and focal adhesions of MDA-MB-231 breast cancer cells. We found that mid-infrared (3~5 μm region) exposure inhibited breast cancer cell proliferation, induced morphological changes by altering the cellular distribution of cytoskeletal components, as shown in Fig. 2(a)-(b). It has potential to be used in the breast cancer therapy in the future.

 

Fig. 1 (a) The scheme of MIM structure. (b) Dispersion diagram of PTE with SP and LSP modes. (c)(d) is the emission spectra of PTE and WTE. The emission spectra of (e) dual-wavelength LSP thermal emitters by using double tri-layer Au/SiO2/Au structures with different SiO2 thickness and (f) the waveguide type dual-wavelength thermal emitters with different polarizations.

Fig. 2. (a) Three breast cancer cells. (b) Effect of MIR exposure on the actin filaments and focal adhesions of MDA-MB-231 cells.

 

 

Extending resonant wavelengths of contour bowtie nano-antennas with fixed footprint size

Professor Hung-chun Chang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 张宏钧教授

Properly designed plasmonic bowtie antennas (BAs) are known to produce “hot spots” in the antenna gap and have been extensively investigated in the visible and infrared wavelength range both theoretically and experimentally. The dependence of the field enhancement and confinement in the gap and the resonant wavelength, λres, on various parameters of the BA geometry has been widely studied. It has been known that λres is proportional to the antenna length. Several designs have been proposed to redshift the resonance of the nano-antenna over a wide wavelength range while maintaining the antenna size the same. A simple one proposed by Sederberg et al. [Opt. Express 19, 15532 (2011)] is contour bowtie antennas (CBAs) involving air holes with the antenna response tuned by varying the contour thickness. Fig. 1(a) depicts the three-dimensional (3D) structure of an isolated gold BA under a plane-wave illumination from the air side and Fig. 1(b) shows the gold contour of the CBA. In recent research, we have proposed a modified CBA (MCBA) structure, as shown in Fig. 1(c) to further red-shift the spectral response under the same CBA footprint size.

With our in-house developed 3D finite-difference time-domain (FDTD) method, we first simulated and compared the spectra of the conventional solid BA, the CBA, and our proposed MCBA. Referring to Figs. 1(a)–1(c), the gap area is 30 nm x 30 nm, the gold film thickness is d = 36 nm, the contour width is t = 30 nm, the relative permittivity of the silica substrate is 2.25, and the dielectric function of gold is described by the Drude model with ε = 1, ωp = 11500 (THz), and γp = 92 (THz). Figure 1(d) shows the gap enhancement factor versus the wavelength for the solid BA (θ = 90°), the CBA (θ = 90°), and the MCBA with different flare angles θ from 110° to 170° with 20° increment. The original resonance of the solid BA occurs at λres = 1.34 μm, and its corresponding electric field enhancement in the gap is 22.5. For the CBA, λres redshifts to 2.22 μm and the field enhancement increases to 37.7. For the MCBA, a further redshift trend occurs with increasing θ. The resonance reaches to 2.66 μm as θ = 170°, and its corresponding field enhancement is 31.4, which is still better than that of BA. We are working on extending the resonant paths by utilizing the hollow spaces of the MCBA to further broaden the resonant spectral range under the same antenna footprint size. (Hui-Hsin Hsiao, Shian-Min Chiou, Yu-Ping Chang, and Hung-chun Chang, to appear in META’15 Abstracts.)

Figure 1 (a) The 3D structure of an isolated BA under a plane-wave illumination from the air side. (b) The schematic view of the BA. (b) That of the CBA. (c) That of the MCBA. (d) Gap enhancement spectra for the BA, the CBA (θ = 90°), and the MCBA (θ = 110°, 130°, 150°, 170°).

     
 
 
论文题目:用奈米结构撷取太阳能

姓名:林晋安   指导教授:何志浩教授

 

摘要

我们利用水热法成长氧化锌奈米线在市售五吋单晶硅太阳能电池上。氧化锌奈米线/氮化硅抗反射层/坑洞,我们使用奈米球制作奈米柱与奈米墙复合结构作为抗污封装玻璃,如图一所示,经过六星期的户外测试,电池可以维持98.8%原本的效率。如图二,我们利用硒化铜铟镓量子点设计梯流效应降低染料敏化太阳能电池的暗电流,使电池电流提升,最后我们利用氮参杂的石墨烯白金作为背电极,其梯流效应,高催化特性及高反射率使得染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到提升。

图一 图二

 

 

论文题目:接口敏感之金属氧化物奈米组件

姓名:乔斯 (Jose Ramon Duran Retamal)   指导教授:何志浩教授


摘要

此论文主要研究氧化锌的能带弯曲(surface band bending)与半径的关系,如图一所示,藉由缩小氧化锌奈米线的直径,所增加的表面位垒可以完全空乏奈米线,进而缩小光放松的时间。此外,藉由加热镀有金奈米粒子的氧化镍/氧化锌使得光响应增加到3×108,这是由于氧离子的吸附所造成。再者,如图二,使用紫外光照射3D忆组式内存也观察到有类似的现象。以上这些实验,再次证明表面效应与组件表现是有非常密不可分的关系。

图一 图二
 

 
 
 

— 资料提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃岩教授、廖玮珅 —

光驱动分子马达

光动力单向分子运动(light-powered unidirectional molecular motion)的展示说明一个人造奈米级马达及帮浦(pumps)的新种类,可能在不久的将来实现。Giulio Ragazzon和其在意大利波隆那(Bolongna)大学光化学奈米科学实验室之同事报告说明:如何使得一个分子轴(axle)能藉由紫外光照射来移动通过一个巨环(macrocycle ‘ring’)。(Nature Nanotech. http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2014.260; 2014)

轴是由三个部分所组成:一个光控分子(photoswitchable)E-偶氮苯(azobenzene)单位在尾端(图1b,绿色/红色结构的部分),一个中央氨(ammonium)识别点(图1b,紫色),最后一个被动的甲基环戊(passive methylcylopentyl)伪塞子(pseudo-stopper)在前端(图1b,白球部分)。巨环(图1b,粉红色)由二萘冠醚(2,3-dinaphtho[24]crown-8 ether 124)组成。用适当的照明,光致异构化(photoisomerization)反应被触发,光控分子轴尾端从E-2+组态(图1b,绿色)改变成弯曲的E-2+态(图1b,红色)且轴会相对于环作移动。

 

图1、系统设计与操作。a. 巨环1、非对称轴E-2+和Z-2+和对称模型轴3+和EE-4+之结构式。b. 光触发环状及轴的相对单向转换示意图。c. 所存在能态之简化位能曲线图,说明能量障蔽(energy barriers)和井(wells)如何周期调变至可以产生方向性和重复的运动。

用365奈米的光照射,E到Z态的转换被估计在96%;且实验测试指出5分钟内的照射期间就会发生完全转换。当轴的E-2+ 和Z-2+态有不同的吸收和发光频谱,其运动就能藉由监视时间相依的辐射改变而观察。研究团队报告指出,此效应是可逆的,因为E-和Z-偶氮苯拥有部分重迭的吸收频谱,所以相同的光也能触发状态变回初始的E-2+

仿真显示约需要吸收430个365奈米波段的光子来完成一个运动循环。此循环被预期拥有高强度的抗疲乏能力,且使用一系列闪光(flashers)照射,研究团队指出如此一来有可能会产生有方向且有重复性的运动。

这类型光驱动组件(assembly)被设定在未来可能被使用在创造微型分子帮浦(miniature molecular pumps)以产生跨越薄膜(membranes)的浓度梯度(concentration gradient)。此团队目前正在研发更复杂的三维组件系统设计。

 

参考资料:

1. Oliver Graydon, Photoisomerizaton: Molecular motors driven by light, Nature Photonics 9, 13 (2015)

doi:10.1038/nphoton.2014.312

http://www.nature.com/nphoton/journal/v9/n1/full/nphoton.2014.312.html

2. Giulio Ragazzon, Massimo Baroncini, Serena Silvi, Margherita Venturi and Alberto Credi*, Light-powered autonomous and directional molecular motion of a dissipative self-assembling system, Nature Nanotechnology 10, 70–75 (2015)

doi:10.1038/nnano.2014.260

http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n1/full/nnano.2014.260.html

   
 
 
 
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