戴 明 鳳 教授
TAI, MING - FONG

A. 近五年(2001-2006)之研究計畫內容與主要研究成果說明。
原來的研究領域主要集中在超導、磁性和磁阻等相關材料的製備和傳輸物理性質的研究，特別是電性和磁性性質方面的探討。近年因應奈米科技和生物科技的興起，故四、五年前起即特別集中於奈米磁性材料的研製。因奈米磁性微粒在藥物和基因之特定標的傳輸功能上、影像醫療檢測和磁熱治療上具有相當可觀的應用潛力，故近年來多致力於磁性奈米微膠珠的研製開發和其在生醫科技上的應用研究。主要集中在含鐵之奈米磁性顆粒的製備、物性、化性和奈米粒的表面修飾研究，應用方面則以在基因治療的基因藥物傳輸與核磁共振照影(Magnetic Resonance Image, MRI)檢測上的應用開發為主要目標。下面即針對近五年的研究領域和成果作一厄要的說明：
(1) 鐵基之磁性奈米粒研製：
主要集中在可應用於生醫實驗用之鐵基奈米磁性顆粒的製備、物性、化性和奈米粒的表面修飾之研究，已能成功地以化學熱迴流法研製分散性佳、粒徑分佈均勻、穩定度佳、超順磁性高的奈米級氧化鐵粒和鐵鎳合金奈米微粒，經由選擇不同的溶劑、不同的介面活性劑、控制反應液的酸鹼度、熱迴流溫度和時間可獲得不同粒徑大小的奈米磁粒。此外，粒徑大小可控制在4到20 nm之間，粒徑分佈範圍則可有效地控制在低於 +2 nm以內。此外，並與中正大學化工系陳建忠教授、吳鳳化工系劉炳郎教授、林正雄教授(原清華大學材料系教授)合作使用燃燒法研製磁性鐵鎳合金奈米粒，此法雖提供快速、方便、可量產的便利製程，但截至目前我們所獲得之奈米粒的粒徑大小分佈尚不太均勻，分散性也尚不及化學製程法所得的結果好。未來將繼續致力於此兩製程方法的改進研究。
(2) 磁性奈/微米級膠珠(colloid beads)研製：
用於生醫應用的材料必需具備高度的生物相容性、無毒性、超順磁性等特質，因此，無機磁性奈米粒表面必須包覆具生物相容之高分子聚合物，形成奈米級或次微米級的磁性膠珠，才能真正使用於生醫的實驗上，目前已成功地掌握表面包覆聚乙烯亞胺(Polyethyleneimine, PEI)或葡聚醣(Dextran, 聚合葡萄醣)等生物相容之高分子聚合物使形成磁性奈米及或微米級的膠珠製程流程。
(3) 其他奈米材料研製成果：
亦採用不同的製程技術研製不同系列的化合物及不同類型結構的磁性奈米材料，並探討這些材料的晶格結構、組織結構、磁性與電性等物理性質。曾與中研院物理所姚永德博士的研究群進行Fe/Pt磁性奈米薄膜與陣列在磁性記錄媒體應用上的研究，並有研究論文發表 [S. C. Chou, C. C. Yu, Y. Liou, Y. D. Yao, D. H. Wei, T. S. Chin, and M. F. Tai, 2004: Annealing effect on the Fe/Pt multilayers grown on Al2O3 (0001) substrates. Journal of Applied Physics 95(11), pp. 7276-7278; SCI:2.255]。亦分別與大同大學材料系林鴻明教授和中正大學化學系吉凱明教授(兩位教授均是本計畫的共同主持人)合作開發磁性合金奈米粒的製程和特性研究，亦已發表了數篇學術論文於國際期刊上及多篇研討會論文：
1. Chuan-Yi Wu, Hong-Ming Lin, Hsin-Fu Lin, Ming-Fong Tai, Chang-Ren Wang, Chung-Kwei Lin, P. Y. Lee, 2001: Preparation and Characterization of Nanocrystalline Nb3Al Alloy. Scripta Materialia, 44, 1967-1971. (SCI:2.112)。
2. Jiun-Hu Chen, Ming-Fong Tai and Kai-Ming Chi*, 2004: Catalytic synthesis, characterization and magnetic properties of iron phosphide nanowires. J. Mater. Chem., 14 (3), pp.296 – 298, SCI:2.721。
(4) 磁性膠珠在基因轉植之定向導引和增強效應的研究：
此部分研究則與在美國加州Loma Linda University生物化學系(Dept. of Biochemistry)任教及美國加州退伍軍人醫學中心(Jerry L. Pettis VA Medical Center，位於Loma Linda)內骨骼疾病研究中心(Musculoskeletal Disease Center; MDC)任職之醫科教授兼研究中心主任David J. Baylink博士/醫師和資深研究員Shin-Tai Chen教授合作進行「磁性奈米微粒對反轉錄濾過性病毒之基因轉錄效應之增強影響」的應用研究。我們先製備具超順磁性或具超軟鐵磁性(即矯頑力Hc = 0)之含鐵氧化物奈米粒，並於奈米粒表面經修飾製程，使之包覆上可與生物相容之PEI分子(同時作為磁粒子的分散劑)，所形成的粒子稱之為磁性膠珠[magnetic colloidial beads，醫學界則稱之為免疫磁性奈/微米球(Immunomagnetic microspheres, IMMS，簡稱免疫磁性微球或更簡稱稱免疫磁珠(Immunomagnetic beads, IBM)。再使膠珠與反轉錄濾過性病毒載體(retroviral vectors, 約80-200 nm大小)結合，形成具磁性的奈米級或微米級病毒載體，我們稱之為磁病毒載體(magnetic viral vectors)。如此即可藉由外加磁場的導引作用，將反轉錄病毒載體所攜帶的正常基因或作為疾病治療用的基因載入特定範圍的生物細胞內(如我們使用HT108人類細胞)，使之達成高效率基因轉錄或基因改造的目的。實驗結果證實以磁力導引奈米磁病毒載體，可高效率地完成特定標的之基因轉錄功能，並可增強轉錄效率且提高基因表現的成果，進而可降低病毒載體的使用劑量。我們的實驗證實了奈米磁粒的定向導引功能對基因藥物傳輸提供了很廣大的應用空間，此結果亦可考慮應用於一般藥物的定點傳輸。部分實驗並已在大老鼠體內證實其可行性。實驗結果顯示我們所製備的奈米磁粒在人體細胞和大老鼠的腿骨內沒有觀測到明顯的生物毒性反應。與未含磁粒子的對照控制組比較，確實具有較好的基因表現效率和生物活性，初步實驗結果已發表於國際性期刊論文中[Ming-Fong Tai*, Kai-Ming Chi, K.-H. William Lau, David Baylink and Shin-Tai Chen, 2003:
Generation of Magnetic Retroviral Vectors with Magnetic Nanoparticles. Rev. on Advanced Materials Science 5, pp.319-323, EI, Correspondence author]。亦有部分研究成果則發表於國際研討會中。
(5)證實表面包覆PEI分子之鐵鎳磁性合金奈米粒應用於核磁共振照影(Magnetic resonance image, MRI)檢測和細胞標式(cell labeling)的可行性：
最近一年多來我們亦與台大醫院醫學影像科部門廖漢文主任醫師和蕭仲凱主治醫師合作進行磁性奈米粒對MRI照影術的顯影提昇應用的評估研究，目前我們已獲得初步正面之定性和定量的實驗結果。亦實驗證實我們自製的磁性奈米粒在MRI上應用的潛力，但仍有待進一步深入的研究探討。
長期以來生醫領域的研究人員通常僅信賴氧化鐵或含有少量磁性稀土離子之高分子聚合物的磁性材料在人體內或細胞內的生物相容性，很少輕易嘗試氧化鐵系列以外的無機磁性物質。但通常包覆了高分子聚合物的氧化鐵微膠珠之磁性強度不夠高，致使磁性材料在生醫上的應用範圍受限。我們最近以實驗室內自製的鐵鎳磁性合金奈米膠珠進行細胞標示實驗，並經普魯士藍染色(Prussian blue staining)實驗顯示鐵鎳合金在細胞內部不會氧化，也沒有觀測到細胞對合金奈米粒明顯的排斥性和生物毒性。此外，初步的MRI影像實驗結果顯示我們所製備的鐵鎳合金粒的MR影像對比效率與現已市售之MR影像對比劑(Ferucarbotran MR contrast agent)之效率相當。使得鐵鎳磁性合金奈米粒具有成為新MR對比劑材料的高度潛力。部分研究成果已發表於國際學術期刊。
1. 17. Jong-Kai Hsiao, Ming-Fong Tai*, Yung-Chiang Lee, Chung-Yi Yang, Hsu-Yang Wang, Hon-Man Liu, Jau-Shiung Fang and Shin-Tai Chen, 2006: Labelling of cultured Macrophages with Novel Magnetic Nanoparticles, J. Magn. Magn. Mater., V304, e4-e6, March, 2006. (SCI:1.031, Correspondence author).
2. Ming-Fong Tai*, Jong-Kai Hsiao, Hsu-Yang Wang, Chia-Cheng Hsu, Jau-Shiung Fang, Hon-Man Liu and Shin-Tai Chen, 2006: Synthesis and biomedical applications of monodispersive Fe-Ni alloy magnetic nanoparticles, submitted to J. Magn. Magn. Mater. (Correspondence author).
(6)磁性微粒與磁性生物分離組件之開發研究:
於94年下半年受嘉義廠商三群公司委託本研究團隊進行「磁性微粒在生醫應用開發的先期評估-磁性細胞分離組件設計與研製」，第一階段的評估結果，我們認為應具有開發的可行性，故擬將與廠商進一步合作開發商品化的磁性微粒膠珠與磁性生物分離組件，期望可有更好的開發成果展現。
(7)尋找新鐵磁性與超導性共存之材料系統：
繼續以往在超導領域的研究，2003-2005的研究結果發現具弱鐵磁性的RuCa2RCu2O8+d (R = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd)氧化物系統可能同時具有高溫超導性，使之可能成為鐵磁與超導性共存的新材料系統。此部分亦有三篇期刊論文已發表於國際期刊上：
(a) H. C. Ku*, C. Y. Yang, B. C. Chang, B. N. Lin, Y. Y. Hsu, and M. F. Tai, 2005: Weak ferromagnetic order and possible high-Tc superconductivity in the RuCa2RCu2O8+d ruthenium-cuprate. Journal of Applied Physics 97(1), 10B110-pp1-3. (SCI:2.255) [兩位主要實驗作者的論文指導教授]
(b) Y. C. Lin, T. Y. Chiu, M. F. Tai, B. N. Lin, P. C. Guan and H. C. Ku*, 2005: Superconductivity and Weak-Ferromagnetic Order of the New RuCa2RCu2O8+d (R = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd) System. Int. J. Mod. Phys. B19, pp. 339-343 (SCI:0.473) [第一作者的論文指導教授]
(c) Y. C. Lin, T. Y. Chiu, M. F. Tai, B. N. Lin, P. C. Guan and H. C. Ku*, 2005: High-Tc Superconductivity in the New Weak-Ferromagnetic Superconductor RuCa2PrCu2O8+d. Chinese J. Physics 43(3), pp. 616-622 (2005). (SCI:0.289) [June, 2005] [第一作者的論文指導教授]
(8) 鑽石及其複合材料之電、光、熱性質之研究與應用開發：
此為受國內「中國砂輪科技股份有限公司」委託的一個小型產業整合計畫，敝實驗室負責研究非晶鑽石薄膜的光電與熱電效應測量、鑽石奈米針陣製作和其應用研究，初步研究成果證實鑽石薄膜具有高的尖端場發射效應，但更具體、深入的成果有待更進一步的探討。該部分與廠商合作開發，目前僅於國際研討會中發表了數篇研討會論文，因與本計畫的研究主題無關，故在此不多敘述。