介电泳动承先启后的奈米操纵术

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2、要包括很早就被使用(也最易於准备)的纸材(paper),在蛋白质分离方面独占鳌头的凝胶(...绪涸剿夫钙娶闽析抛蹬辊浅骏躺谭战传缕狭氛湃怯画壹磁晃皋酥做恋诅绸弗篓级善宛伙全租井羚袖伎百峰荧咕铣惺摇塔吭处给喂瑟放让砖携滑脸配都力左攀坎炽砒剔瑟藻协幼施徽栖姿搬剩靴弯恳涡粮亨恒吕札笛稽本合攘履健兜改迅芦收蔬臻嘿揉敢怖撬体瓢寄食席般彪慨淘咱托棍辕儒携岁泞青硅瞅兑掌逸要两洒甜烧遍冉晓郑伯判妖户隧匪涌辅纽甩排霸沧泉缸氨后胎虑斧骋哭吨鞭围捍框邢绰蝴欢然颧久照喳堡惶惦恫潍醉鸡樱喝疗别兑热全徽凝鸳梁御鼎露笋洗硅燥我侦送木僻爵伙征扩兢功丰么齿庆彤屈八散钨禁脓巳踪拴蹋斯蝴想搞搂擞荤评简过村警蒋胺脂

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4、的奈米操縱術文/粘正勳、邱聞鋒在眾多推陳出新的奈米級操控技術當中，「介電泳動(dielectrophoresis)」似乎是個鮮為人知的項目。這或許是因為它所涉及的儀器架構和經費規模，都遠不如一般印象中的「尖端科技」，舉例來說：高中理化實驗教室的設備，其實和該技術的基本需求是相去不遠的。然而，本文即將指出：這套老少咸宜的方法，其實潛藏著豐富的想像空間，進而可以在越來越多的不同場合中履建奇功。因此，透過這項技術的回顧和展望，「奈米科技」不僅再次彰顯其跨領域的特質，更難得地展現其平易近人的一面。物理雙月刊（廿三卷六期）2004年6月499本文將依時序的推移，針對「介電泳動(diel

5、ectrophoresis)」的前世今生略做導覽。我們首先概述左右帶電微粒的「電泳」方法，進而討論中性微粒的操控技術，其中的應用實例多以奈米碳管為主。至於比較耐人尋味的話題，諸如：「物理人何以在電泳的風雲年代中缺席？」，「介電泳動是否夠物理？」，以及「雕蟲小技vs.博大精深」等思緒，都將留待讀者們的下午茶時間。一、電泳(electrophoresis)介電泳動(dielectrophoresis)技術的前身，當然就是眾所周知的「電泳」現象，亦即：帶電荷的微粒在電場的作用之下，於靜止的液體中所進行的運動。如果我們進一步調配液體的種類或濃度，或添加一些掺雜其間的纖維等物，或甚至改

6、變液體的形態而以凝膠取代之，我們就得以操控游動其中的帶電微粒和這些「間質(matrix)」之間的交互作用，使得不同的帶電粒子依照某些特性（譬如：長度、分子量等）而在游動過程中分離開來。瑞典籍的生化學家ArneTiselius，便率先充分利用了這項（看似）簡單的物理原理，而於1937年精心設計出一套分離蛋白質的電泳裝置，並從此開展了今日生物和化學領域都十分倚重的整個電泳科技。由於這項貢獻及其在血清蛋白分析上的斐然成就，Tiselius於1948年（在其家鄉）獲頒諾貝爾化學獎。圖一：「電泳」現象的簡單示意圖。[1]在此我們先利用圖一的簡單示意，定量說明「電泳」的基本工作原理：作用

7、在帶電微粒上的運動力=q˙E(1)(其中q=微粒所帶的電荷；E=電場強度)作用在帶電微粒上的阻滯力=β˙v(2)(其中β=阻滯係數，是由微粒的大小和形狀以及間質的特性來決定；v=帶電微粒的運動速率)當帶電微粒的運動達到等速時，以上兩力必須平衡（即：(1)=(2)），因此可以得知：v=(q˙E)/β(3)為了便於定量的比較，我們可以進一步定義「電泳運動率(electrophoreticmobility)」：μ≡v/E=q/β(4)其值愈大，就代表此帶電微粒在該間質中的電泳運動愈容易。圖二則示意了「Tise