《三體》中的奈米纖維真的存在嗎？
2024年初，Netflix上播出的《三體》成為臺灣地區熱門影集之一，它改編自劉慈欣的同名科幻小說。故事中，主角奧姬是奈米科技專家，透過奈米纖維改善人類生活。奈米纖維是一種能大幅提升表面積與體積比例的材料，可應用於醫療、過濾和藥物載體等領域。製作奈米纖維常用的方法是靜電紡絲，透過施加高電壓使液體成為帶電狀態，再拉伸成細流。雖然《三體》中呈現奈米纖維作為武器的場景純屬虛構，但它激發了對科學潛力的想像。讓我們來瞭解現實生活中奈米纖維的實際應用吧！
撰文｜黃鼎鈞
2024年初，臺灣地區最火紅的影集之一就屬Netflix上的《三體》了，這部影片改編自中國科幻小說家劉慈欣的著作。主角之一的奧姬 (Auggie) 飾演一名奈米科技的專家，在劇中面對酒吧男子的搭訕，她這樣自我介紹：「我從事組裝人工聚合奈米纖維，並且開設一間製造工廠，供給各種有潛力的醫學、能源、材料領域應用。」什麼是奈米纖維？真的存在這種東西嗎？正在追劇的你可以放心，這篇文章不會劇透。反過來，就算你沒有追劇，也可以認識這個材料喔！
當聚合物能夠被製作成奈米細線時，會大幅提升表面積與體積的比例，因此獲得與日常纖維不同的特性，尤其是能夠增加材料與外界接觸的範圍，在化學過程中也就加強了反應強度。舉例來說，若將奈米纖維放入生物體中作為醫療的支架，因其接觸面積增大，能夠增加細胞的吸附程度，使器官的傷口加速癒合。表面積增大的威力不容小覷，幾年前臺灣八仙樂園的災難，其一原因正是因為「粉塵」太過細小，使得物質接觸面積增大，造成強烈的化學反應。
在《三體》劇中，奧姬利用奈米纖維過濾器在瘧疾盛行的區域協助取得乾淨的水源，這是利用奈米纖維「高孔隙度」的原理。我們可以想像，在自助式火鍋餐廳中，店家常常提供濾網來協助顧客清除漂浮在湯表面的油，如果這個過濾網的孔洞越小且分布越多，則撈油的效果越好；白話來說，就是這些孔洞越是「密密麻麻」，過濾的能力越好。而奈米級（～10-9公尺）的孔洞，甚至比細菌（10-6～10-5公尺）及病毒（10-8～10-7公尺）的尺度更小，如此一來便能夠將這些病菌過濾掉，而達到潔淨飲用水的效果。
不僅如此，奈米纖維在醫療上也有極大的應用。它可以作為藥物載體，有效地包覆藥物，來提升其穩定性，讓藥物在抵達目的地之前，不會於過程中被破壞掉。不僅如此，我們還能夠在奈米纖維的表面上引入特定的功能基團，使藥物鎖定特定目標啟動藥效。在2023年底，一支由Myoung-Hwan Park等人組成的韓國研究團隊，便開發出以奈米纖維作為藥物載體，來針對皮膚疾病進行治療的標靶藥物，此項技術不僅能夠使藥物精準在患病皮膚進行釋放，甚至透過調整奈米纖維的成分，還能精確控制藥物釋放的速度。在研究中顯示，他們合成的奈米纖維，能透過外部的光照來控制其分解的速度；換言之，奈米纖維像是一份包裝精良的包裹一樣，不僅能保護好內容物，也正確送達目的地，甚至還有比日常郵務更厲害的，就是它還能限定收件人打開的時間。
奈米纖維如何製作？
最常見的奈米纖維製作方法是靜電紡絲 (Electrospinning)。這一方法是透過對液體施加高電壓，使液體成為一種帶電的狀態，而這些電荷會形成靜電排斥力，使液體開始舒張，這一個力量將與使液體收縮的表面張力互相抗衡。隨著施加的電壓上升，靜電排斥力會逐漸克服表面張力，使液體被拉伸開來；當兩者相互作用達到一臨界點時，液體表面張力完全被克服，液體開始從表面噴發出一條細流。透過不同的聚合物成分、液體性質、施加電場大小、接收細流的距離不同，且還須同時考慮環境條件，像是溫度、濕度等等，在科學家的精心調整後，就能製作出符合需求的奈米纖維。靜電紡絲這一方法不需要使用過多的化學物，且能在一般環境下進行，所以受多數材料科學家的喜愛。
奈米纖維能作為武器嗎？
在《三體》影集中，最讓觀眾震撼的一幕，便是奧姬使用奈米纖維瓦解敵人的船隻。在劇中，奈米纖維是肉眼看不見的細絲，當船航向這些細絲時，所有人員及器具瞬間便被碎屍萬段，十分駭人！但這是有可能的嗎？目前雖無相關以奈米纖維作為武器的學術文獻，但我們可以腦洞大開地試想可能性。不少人有被紙張割傷的經驗，這是因為白紙的邊緣非常的薄，縱使白紙的材質柔軟，仍相當的鋒利；同樣的，許多人甚至有被頭髮割傷的經驗，也是因為頭髮也僅有微米級的直徑；以此類推，如果是非常薄的刀刃，也將能帶來更強大的切割能力。就以薄度與鋒利度成正比來看，若刀刃最前沿只有奈米級的厚度，甚至只有一層原子的厚度，可想而知，那鐵定是非常的銳利。因此，若是能做出一種奈米纖維細絲，材質像是刀片、直徑比頭髮更短，且是塑膠透明的顏色，還能夠像吊床一樣被編織懸掛在某處，或許就能做出像《三體》中的奈米纖維陷阱，只要是經過的物品都將被切割得四分五裂。
科幻電影或許不完全符合科學，但卻讓我們對於科學的前景有更多的想像力，多少在上個世紀電影中的想像，像是網際網路、行動裝置，如今都已經在這世代成真了呢！希望科學的進步是造就更多人類的福祉，而不是帶來更多人類的衝突，甚至是升級了戰爭的規模。
參考文獻
- Singh, B., Yun, S., & Park, M., 2023, “Light-responsive layer-by-layer assembled nanofibers for sequential drug release.”, Journal of Drug Delivery Science and Technology, 88, 104910.
- Chen, H., Zhang, H., Chen, M., Quan, Y., Wang, C., Gao, Y., & Wu, J., 2023, “Polyacrylonitrile nanofibrous membrane composited with zeolite imidazole skeleton-8 and silver nanoclusters for efficient antibacterial and emulsion separation.”, Biointerphases, 18(2).