政大大學報

生物DNA作光電元件 減電子廢棄物

【記者徐卉馨綜合報導】智慧型手機、筆記型電腦,都是大學生常用的電子產品,高普及率隨之而來的是高汰換率,導致大量電子廢棄物被製造。12日科技部發表創新技術「光感DNA奈米複合物技術」,由國立清華大學光電工程研究所副教授洪毓玨與電機系研究團隊開發,從魚卵、魚膘中萃取DNA分子,將此可分解的DNA生物有機光電材料,應用於光電元件製程,可望減少電子廢棄物。

大學生使用電子產品普及率高,而手機與筆記型電腦均會應用光電元件。 圖/徐卉馨攝

團隊將魚膘打碎後放入離心機,經多次萃取後取得DNA溶液,並在縮短DNA鏈長後,結合介面活性劑CTMA(Hexadecyl-trimethylammonium chloride, CTMA),製成新型介面活性劑改質DNA 分子(後簡稱為改質分子)。清大光電所學生楊梓鍵表示此改質過程使DNA分子可以溶於有機溶劑,以便後續的製程,清大光電所學生許峯銘補充,DNA分子原本不耐熱,經過此改質過程可提升其耐熱度、耐酸鹼度,增加應用性。

自魚膘中萃取DNA流程,果汁機打碎、離心機萃取反覆純化並乾燥。 圖/楊梓鍵提供

改質DNA分子原料不限於魚類,可取用自各種動植物,而團隊使用易取得的魚卵魚膘,原料低價,可降低成本且用量省,清大光電所學生朱信諺說明,130公克的魚膘,便可供給團隊成員半個學期實驗所需,此技術具有低成本的特性。

「鍍膜是光電元件的基本。」洪毓玨說,比較過去製作高聚合分子、金屬薄膜時須真空環境,DNA薄膜的鍍膜過程採用傳統旋轉塗佈製程,改質DNA 分子溶液滴在旋轉台上的玻璃薄片,使其製成均勻平整的薄膜,可在室溫下完成,具低耗能的優勢。

DNA溶液滴在旋轉塗佈機轉盤上的玻璃片,使其成均勻薄膜,製成DNA元件。 圖/楊梓鍵提供

洪毓玨說明,DNA的特性可以跟有主動性功能的分子結合,應用在發光、感測,改質DNA 分子可應用在奈米到微米等級光學薄膜、太陽能電池、感測器及發光元件,團隊已應用於製作記憶體元件。他進一步指出,製作半導體有一定步驟,此技術並不是取代掉傳統製程中步驟,而是平行發展的另一套從原料萃取到元件製作的完整製程,並且此改質DNA分子可在改質的步驟,配合終端產品的需求,希望部分產品可採用這一套以生物原料為主的製程。

許峯銘補充,以半導體為例,過去極少應用到有機材料,製程中也容易使製作人員接觸到有毒的化學物質,而製程中材料若改為有機材料,應用此改質DNA 分子,則可減少有毒藥品的使用。比較傳統矽或鍺金屬元素殘留於自然界中,此改質DNA分子作為生質材料,在自然界中可分解,故此技術還具低汙染的特性。

電子廢棄物的問題隨著亞洲各國人數逐年增多、電子產品消費量大而愈見嚴重。根據《科技新報》報導聯合國大學(United Nations University, UNU)2017年《區域電子垃圾檢測》研究指出,亞洲12國電子垃圾量 自2010到2015年,激增 63%,台灣也製造出大量的電子垃圾,2015 年人均垃圾產量在19公斤左右。新型介面活性劑改質DNA 分子,若廣泛應用到光電元件的產品,如團隊製成的記憶體、液晶、LED等,其可分解的特性,可減少電子廢棄物的產生。