專訪國立陽明交通大學材料科學與工程學系林宏洲教授

採訪 / 何郁庭（科學推展中心執行編輯）．撰稿 / 朱舢樺 (科學推展中心特約編輯)

審訂 / 林宏洲教授 (國立陽明交通大學材料科學與工程學系)

你可曾想過—把迷你軟性機器人縮小，放進血管裡修補器官與神經細胞或疏通血管。這不再只是電影裡的情節，而可能成為未來科技發展的一個主軸。一談起奈米智慧材料的應用潛力，國立陽明交通大學材料科學與工程學系林宏洲教授眼中即閃爍著光芒。2025年，林宏洲教授以奈米科技研究榮獲第23屆有庠科技論文獎(奈米科技類)的殊榮，他的研究領域橫跨光電LCD液晶材料、OLED有機發光二極體材料、有機及高分子太陽能電池材料、超分子感測材料與生醫材料，持續在微觀世界中尋找通往未來科技的路徑。

運用不同心態，面對各式挑戰

林宏洲出生於沙鹿，但由於父母對於教育的重視，自小學起他便被送至台中外婆家就學。在家人因父親工作搬至台北時，他也順利考上當時的第二志願台大化工系就讀。研究所階段，他先後進入西北大學化工系與伊利諾大學香檳分校UIUC攻讀博士。因當時材料領域正要起步，他也順勢進入UIUC這個材料系所就讀。他謙虛地說，一路這樣的求學其實都是一些機運巧合。原本想去日本科技公司擔任博後的他，在中研院化學所的極力延攬下選擇回台灣服務，後來因學生來源的研究人力需求而轉至陽明交大任教。

從學生時期，一直到走上學術之路，林宏洲用不同的心態去應對不同階段的挑戰：首先，面對「過去」，應「順應逆境、樂觀進取」。人生會面對不同的逆境，包括不公平的待遇及不順利的運勢，此時必須採取樂觀進取的態度，而全力以赴後以平常心看待結果，事情自然會水到渠成；接著，面對「現在」，應「知恩惜福、把握當下」。每個人對於人生總是會有不同的抱怨，但是過去的挫折造就了今天的自己，若能往好的方向樂觀去看，便能激勵自己努力向上，相信未來成功的契機是留給準備好面對百折不撓的人；面對「未來」，應「居安思危、創新挑戰」。無論現在的處境為何，都要居安思危，不斷的創新、接受挑戰，永不停止學習，才能順應未來更艱辛的挑戰。

從光電液晶邁向智慧材料

在美國留學期間，林宏洲專注於光電領域的液晶及高分子材料研究，應用範疇涵蓋非線性光學與LCP液晶高分子，也因這個長才被中研院化學所網羅回台任職工作。之後，他也參與中油與中研院的整合型產學研究計畫，投入OLED與PLED有機與高分子有機發光二極體材料的研發工作，這些屬於有機與高分子半導體材料，當時在台灣尚屬新興領域。「隨著時代的推陳出新，我們不斷需要順應最新科技的發展來從事相關的研發」，因此，他從發光的顯示材料慢慢轉而研究吸光的綠能材料—光敏染料及有機與高分子太陽能電池(Solar Cell)以及化學與生物感測材料。近期更和AI結合，研發智慧型材料，可以對外部的刺激做應答感應，包括迷你的軟性機器人及致動器。

從奈米科技出發，串連光電、生醫與智慧應用

林宏洲表示，他的研究脈絡可追溯至1987年及2016年諾貝爾化學獎的研究。1987年諾貝爾化學獎得主Jean-Marie Lehn是超分子化學（Supramolecular chemistry）奠基者，專注於分子之間的非共價鍵結作用。林宏洲在博士時期的研究便與超分子化學密不可分，將非共價鍵結相關的作用力，應用在不同面向的材料開發，包括LCD、OLED、solar cell、sensor等有機及高分子材料研究，而「有機及高分子(sensor)感測材料的部分，恰可以讓超分子化學發揮的更淋漓盡致」，林宏洲解釋：2016年獲諾貝爾化學獎的三位學者—Sauvage、Stoddart 與 Feringa利用超分子化學作用力，開發了機械互鎖分子(Mechanically Interlocked Molecules，簡稱MIMs)開關及分子馬達(Molecular Rotors)等奈米材料之研究與應用。他分享：「根據SCI化學領域 IF 值排名第一的研究論文回顧期刊《化學評論》("Chemistry, Multidisciplinary N/M=1/239, IF=55.8")中，一篇以超分子螢光感測器為主題的回顧論文^[註1]報導，林宏洲實驗室是全世界前三個把發光體放到這一類型MIMs (輪烷Rotaxanes)分子開關上面作為超分子螢光感測器的應用，讓這一類的智慧型材料能夠往AI與Sensor的方向結合發展。」即包含：Prof. Paul D. Beer (Oxford University), Prof. Bradley D. Smith (University of Notre Dame), and Prof. Hong-Cheu Lin 林宏洲教授 (National Chiao Tung University of Taiwan)，認證世界上最早將 Rotaxanes 超分子拿來做為 Fluorescence Detection Applications 螢光感測材料應用之前三個先驅研究群。

針對發表於《Advanced Material》而獲得(奈米科技類)有庠科技論文獎的研究中，林宏洲研究團隊利用酸鹼值的變化來控制[1]輪烷奈米套索Nano Lasso的拉緊或鬆弛，使其具有不同的奈米彎曲程度，進而改變N,N’-Diphenyl-dihydrodibenzo[a,c]phenazine (DPAC) 有機螢光共軛結構的長短，並改變其能隙與發光顏色。當奈米套索處於解鎖狀態時，可發出橘光；而在奈米套索拉緊狀態下，則會發出藍光。特別的是，不完全解開的奈米套索鬆弛狀態，理論上應該發出橘色與藍色的中間光色——綠光或黃光，但是實際上竟得到雙穩態藍橘光同步發出比例螢光的白光。這項控制不同奈米彎曲程度的奈米套索發光材料研究成果可以應用於溫度感測或是(高分子)黏度檢測、分子量檢測等，更具有未來成為高分子增韌劑之人工分子肌肉、機械力致螢光變色高分子、及光熱電磁等感應迷你軟性機器人(或致動器)關鍵材料的潛力，能對外界刺激做出感應與動作反應的AI智慧型材料。

另一篇發表於《Small》的研究有著異曲同工之妙，可使用[1]輪烷奈米套索結合光動力療法標靶光動力療法Targeted Photodynamic Therapy (PDT)，此乃因癌細胞的環境比正常細胞酸，故在癌細胞周遭較酸的條件下奈米套索產生奈米彎曲的拉緊狀態而使開環的UV光致變色Photochromic Diarylethene (DAE) 結構被鎖定而無法產生FRET能量轉移，故促使光敏劑Photosensitizer照光激發可產生消滅癌細胞的單態氧Singlet Oxygen。但在正常細胞的非酸性環境下奈米套索維持鬆弛的狀態，可使開環的DAE結構因具有足夠的自由度來照UV光合環而促使光敏劑產生FRET能量轉移給合環的DAE，並造成正常細胞附近的光敏劑因DAE合環的能量轉移而失效，故光敏劑無法在奈米套索(鹼性)鬆弛的正常細胞狀態下被激發去產生具化學毒性的單態氧之標靶治療效果。此兩項研究成果皆已先有台灣專利及後續美國專利的佈局，相信[1]輪烷的MIM奈米套索所提供不同的奈米彎曲結構平台能在未來有更多的應用產出。

林宏洲亦參與鴻海的產學計畫，致力自修復固膠態高分子電解質鋰電池之研發，可避免鋰電池因為汽車碰撞而漏液起火，以提升其安全性。此外，他也與台積電進行產學合作，將研究成果導入高科技產業。在生醫領域方面，林宏洲與明基材料攜手進行生醫與半導體材料之外籍高科技人才教育培訓與產學研發，包含「設計及合成有療效的高分子複合材料以做為超分子奈米平台之生醫應用」之產學合作計畫。生醫與電子材料是陽明交大的研究重點，因應高齡化社會趨勢，他也投入相關研究與高醫大醫學院進行：「開發具碳青黴烯類抗藥性鮑氏不動桿菌之抗菌胜肽一步武裝聚電解質或聚乙二醇奈米藥物以提升其活體內結合穩定度及治療效果」，及台大醫院新竹分院進行黃斑病變以「側流免疫分析法」(Lateral Flow Immunoassay，簡稱LFIA)快篩檢測等合作，例如：亦可發展腦部病變的植入軟性電子晶片，期望能為國家社會帶來生醫及電子材料之貢獻。除了上述領域外，他也參與立陶宛生醫物理癌症醫療中心跨國整合計畫，進行「多功能奈米平台和間質幹細胞的癌細胞標靶治療」之研究、跟捷克布拉格化學科技大學合作參與教育部 UAAT-ICU國家重點領域國際合作聯盟之跨國整合計畫，進行「合成及開發光學/光電材料以做為仿生/生物工程材料在致動器及感測器之應用」等研究。他強調：「因為材料化學主題的分支內容包羅萬象，但資源有限，故需要選擇對國家及社會民生有較大貢獻的主題去研究。」

轉化挫折，成為契機

在研究的路上不免遇到許多挫折與挑戰，林宏洲抱持正向樂觀的態度。以發表於《Small》的論文為例，他們原本希望得到兩個互鎖的菊花鏈輪烷(Daisy Chain Rotaxane)結構，但卻意外得到另一個奈米套鎖結構的[1]輪烷。《Advance Material》的論文亦同，原本以為鬆弛的奈米套鎖會發黃光或綠光，卻得到更有用途的白光，創造了橘色跟藍色共同發光的雙穩態比例螢光。「有很多意外的發現並不是我們能預期的，也許會被誤認為是一種挫折。但是如果能夠從這個挫折當中發現他真正的原因，甚至找出新的應用成果及價值，那也許會得到比原來刻意去追尋的目標與方向還要更有用的意外成果與收穫也說不定。」他鼓勵學子們保持好奇心，不要畏懼碰到挫折，因為在挫折中可能會有更重要的新發現。若結合樂觀進取的態度，默默耕耘，勢必會產出很優異的研究成果。

對於獲得第23屆有庠科技論文獎的殊榮，他想要感謝評審們的肯定，也感謝有庠基金會、國科會及各個私人基金會願意提供不同類型的獎項，鼓勵了學者們的教學研究與奉獻，對學術界長期的付出與努力有很大的貢獻。

教學與研究不只是研究，而是學習解決真實問題的起點

林宏洲認為，產學合作是一個雙贏的局面，對於同學而言，於求學期間接觸產學合作計畫可以提前預知未來業界可能面臨的問題，並學習解決問題的能力。對企業界而言，則能藉此機會提前栽培及延攬人才，並透過學術資源協助突破研發瓶頸。藉由產學合作，學校的師生們可以了解業界所需，將基礎學術研究轉換為有具體效益的應用研究方向，也因此有機會發表至更高等級的學術期刊及申請獲得更有價值的應用專利，甚至將技術移轉給高科技廠商作為造福人群達成貢獻社會之最佳效果。

在訪談的尾聲，林宏洲鼓勵年輕的學子們，依照自身的專長及喜好，選擇自己所愛的領域，「依照自己的興趣與屬性去發揮，選擇所愛的志向之後，那就要繼續為自己的所愛去奉獻與付出，相信不同面向的努力與回饋，未來一定會有更卓越的成就及發展！」