光電跨領域人才講座接軌教育與創新 新興科技的學用合一
臺師大與中央研究院合作「跨領域人才培育活動計畫」，旨在為師生打造一個系統化、深度化的跨域創新與研究人才培育課程活動。此合作架構結合臺師大在人文、教育、生命科學與理工的學術底蘊，以及中研院在基礎科學、前瞻科技與國家級研究資源的強大能量，形成高度互補的知識生態系。透過本活動跨領域課程師資協作，計畫使學生能在跨領域思考與問題導向研究中成長，從生活科學、基礎理論到實驗方法皆能獲得全面訓練。
此次共邀請到五位講者，研究員方牧懷博士講解「固態電池的未來發展:儲能與節能」；執行長董奕鍾博士分享「智慧生醫工程在探索「生老病死」的生命科學」；研究員張允崇博士演說「奈米科學在我們的未來生活」；研究員林鈺容博士解說「調控疾病狀態下的生存環境：藥物遞送系統的創新應用」；最後由研究員林時彥博士帶來「材料科技的突破:二維材料與光電元件的應用」的分享。
固態電池的未來發展：儲能與節能 — 方牧懷博士
方牧懷博士為中央研究院應用科學研究中心研究人員，長期以材料科學為核心，致力於解決兩個現代科技的關鍵需求：更安全的儲能與更靈敏的光感測。在儲能領域，他投入全固態電池材料研發，期望以更穩定的固態電解質取代傳統鋰電池中相對易燃的液態電解液，進一步提升電池的安全性、壽命與使用情境的彈性。 隨著鈉離子電池(SIBs)的興起,鹵化物固態電解質(Halide-based SSEs) 因其高離子電導率、寬電化學窗口及優異的氧化穩定性而備受矚目。然而，傳統合成方法面臨以下缺點：首先，固相燒結法的能耗高、時間長，難以進行大規模生產；再者，傳統溶劑法容易產生有機物殘留,且難以精準控制產物的純度與結晶度。
方博士的合成方法研究解決大多數傳統合成的問題，它相較於傳統濕化學法具有高純度與擴展性，此技術能有效排除副產物,且具備批次生產(Scalable)的潛力。再來，其擁有先進鑑定能力，結合了同步輻射技術(如 X-ray 吸收譜)深入分析結構演變。這項技術的核心是開發一套針對鹵化物電解質的共沉澱通用策略，並導入原位(In situ)分析技術。並結合大氣敏感性監測，利用原位分析追蹤材料在暴露於空氣時的相轉變過程，揭示了水分與氧氣對電解質晶體結構的影響，為固態電池在實際製造過程中的環境控制(如手套箱參數或乾燥房需求)提供科學數據支撐。
在光電領域，他則聚焦短波紅外（SWIR）光感測器與紅外 LED等元件材料，讓人們能更有效偵測肉眼不可見的紅外光，相關技術可延伸應用到夜視成像、環境監測、食品與材料檢測，以及智慧製造的即時品質控管。
方博士的跨域特質在於，他能以同一套「材料設計—結構解析—性能驗證」的方法，同步推進電池與光電兩類技術。在材料面，他擅長透過化學成分與晶體結構的精準調控，掌握能量在材料中如何被儲存、釋放，或轉換成可被讀取的光訊號；在方法面，他也結合精密量測與結構分析工具（如 X 光相關技術）追蹤材料在不同環境下的演變，據此回推最佳配方與製程策略。以「儲能材料 × 節能/感測光電」為研究主題，方博士展現將能源與光電整合於同一技術藍圖的視野，並透過材料、製程到元件的系統化驗證，讓「能源」與「感測」從各自發展走向彼此支援，成為推動下一代科技的重要基礎。
智慧生醫工程探索「生老病死」的生命科學 — 董奕鍾博士
董奕鍾博士是中央研究院在智慧生醫工程、微流體系統與生醫感測技術領域的重要研究者，致力於以工程思維解析生命科學核心問題，並將「生老病死」四大生命議題轉化為可量測、可預測、可介入的精準醫療技術。他長期深入研究微流體晶片、生醫訊號分析、自動化疾病檢測平台與 AI 輔助健康監測，希望以高度整合的生醫工程工具，提升疾病早期診斷速度與精準度。
此次分享三項研究，首先是氣體微環境控制 (Gaseous Microenvironments)，由於傳統控制氧氣及氮氣的裝置龐大且缺乏空間精確度，而董博士利用具透氣性的 PDMS 材料與空間限制化學反應法，在微晶片內創造精準的氣體梯度。透過氧氣梯度實驗發現，細胞具有向「低氧區域」移動並產生萌芽(Sprouting)的現象。
再者為物理微環境與電子流道 (Physical Microenvironments)，因血管細胞受到的剪應力與壓力難以在體外即時監控，於是開發「液態電路 (Electrofluidic Circuit)」，利用離子液體(Ionic Liquid)的高導電性與熱穩定性，在微流道中嵌入壓力感測器。在實際應用上則能夠即時監測細胞在受力下的物理性質變化，甚至量測血管在不同方向上的硬度。最後一項為多維度細胞培養 (Multi-Dimensional Cell Culture)，目的是從 2D 培養進化為 3D 培養，用以模擬真實組織(如腫瘤球體 Spheroids)。研究成果是開發出規模生成均一尺寸球體的平台(可達 5000 個),並結合 3D 腫瘤球體與 2D內皮細胞進行共同培養,觀察癌症引發的血管新生行為。
這些研究成果展示了如何將人體複雜的呼吸與循環系統「模組化」與「積體化」(MIMIC System)。未來透過結合 iPSCs(誘導性多能幹細胞)或病人檢體，這種高預測力的體外模型將能有效減少動物實驗的需求，並加速臨床測試的轉化。
董博士的研究展現強大的跨域整合能力，涵蓋生物工程、醫學、生物物理與資訊科技，推動生醫科技由「辨識疾病」走向「預測與預防」。董博士的前瞻研究將成為台灣智慧醫療、長照科技與精準健康布局中不可或缺的重要動能。
奈米科學在我們的未來生活 — 張允崇博士
奈米科技將材料尺度縮小到奈米等級，使其展現出與巨觀世界截然不同的特性，並已廣泛改變我們的生活。張博士專注於奈米材料的光電特性、奈米結構設計以及其於感測、生醫與能源領域之應用，特別是在奈米光子學、表面電漿共振與奈米薄膜工程方面具有深厚成果。
此次演說的研究核心為經濟型奈米製圖技術，利用直徑約數百奈米的聚苯乙烯微球,透過自組裝形成二維緊密堆積陣列。這層微球陣列就像天然的光罩,可用於後續的金屬沉積或蝕刻。奈米球面透鏡微影技術(Nanospherical-Lens Lithography)是本場講座的關鍵技術。將奈米球視為微小透鏡,利用UV光燈管(線型光源)照射,光線通過球體後會產生光子奈米噴流,在下方光阻層聚焦出超越繞射極限的微小圖案。
除了曝光技術,講座中也提到如何透過物理與化學手段精準控制結構，關於物理法優化有兩種，第一，透過傾斜角度旋轉基板,讓金屬只沉積在結構表面,不會進入孔洞內部。第二，利用氧電漿去除殘留光阻，並可藉由控制處理時間調整光阻孔洞尺寸（Open PR Hole），進而精準控制最終奈米結構的孔徑大小。而化學法整合則是利用無機化學(電化學沉積)與有機化學(共聚合物相分離)來開發多樣化的奈米結構，最終可製作出更小的金屬奈米孔洞陣列。
目前張博士專注於開發核心製程技術，利用實驗室現有設備落實製程進行整合，並產出新型態結構。在未來，張博士的研究目標將以實現奈米元件的商業應用性為主，尤其希望可以開發新一代的綠能光電元件或是可以判斷疾病初期的生物感測平台。 演講的最後，張博士勉勵在座聽眾，做科學要有實踐精神，創新的經濟製程是在實驗室裡嘗試出來的,而非僅在辦公桌前構思；具備敏銳觀察，仔細研讀實驗結果，因為關鍵往往藏在細節中；最後需要大膽創意，因為科學進步需要創造力甚至是聽起來瘋狂的想法。
調控疾病狀態下的生存環境：藥物遞送系統的創新應用 — 林鈺容博士
林博士畢業於國立陽明大學生理學研究所，長期致力於奈米醫學、先進藥物遞送系統、生醫材料及再生醫學等領域研究，並以跨領域整合生理學、材料科學與生物醫學工程的創新成果受到學界關注。
此系統的目標是將正確的物質，在正確的時間，送到正確的對象或位置。因傳統藥物易受人體環境(如胃酸、酵素)破壞,難以精準到達患部,且濃度波動大。而藥物遞送系統(簡稱DDS)具備可控性，能保護藥物繞過生理屏障(如上皮組織)，實現標靶遞送與緩釋，從而減少副作用。DDS的調控方式分為內在與外在的刺激誘導，內在會利用患部特殊的 pH 值或酵素觸發釋放，而外在則透過近紅外光 (NIR)、超音波、磁場等方式精準開關藥物。
由DDS延伸至細胞的健康問題，林博士的另一項研究為重塑組織微環境。細胞的健康取決於鄰近的「鄰居」與「交通」。若細胞是健康狀態，則呈現的樣貌為氧氣充足、營養均衡、細胞外基質穩固；若是細胞為生病狀態，則會表現出缺氧、有毒信號分子堆積、代謝失衡。而林博士將DDS系統引入治療生病的細胞，不再只是殺死病灶，而是透過 DDS 「重塑」 環境，比如像修復漏水的血管，降低毒性或恢復信號平衡。
其中運用DDS的一個專題是利用「氫氣奈米結構」對抗肥胖，因肥胖會導致脂肪組織(ATM)發炎與代謝失衡，而氫氣是極佳的抗氧化與抗發炎氣體，但其水溶性差，難以在體內維持濃度。林博士利用肥胖脂肪組織中帶負電的糖胺聚糖(GAGs),設計帶正電的 SI@PEI-PLGA 奈米結構,透過電荷吸引精準鎖定內臟脂肪，並持續在患部局部且持續地產生氫氣,將巨噬細胞由發炎型(M1)誘導轉向修復型(M2)，成功改善代謝功能、降低發炎,達成「免疫平衡」。
另一個專題為利用「仿冷感薄荷」誘導脂肪燃燒。人體中白色脂肪 (WAT)能儲存能量(肥胖主因)，棕色或米色脂肪 (BAT/Beige)則是燃燒產熱。誘導的策略是透過冷刺激可誘導脂肪「褐變」(Browning)，但讓人體長期處於寒冷環境顯然不切實際。因此，林博士取用薄荷醇 (Menthol)，一種能激活冷感受體 TRPM8,模擬冷刺激。加入DDS設計，使用環糊精 (Cyclodextrin) 包裹疏水性的薄荷醇提高溶解度，並嵌入可溶性水膠(Hydrogel) 中，再透過動態可逆的席夫鹼鍵(Schiff-base linkage)控制釋放。最終達到在不改變環境溫度的情況下，成功誘導實驗鼠體內 UCP1 蛋白表達，促進能量消耗與脂肪燃燒。
林博士的研究展示了藥物遞送系統已從簡單的「包裝」進化為能主動干預疾病微環境的智能工具。無論是透過奈米技術改善氫氣治療的效能，還是利用化學工程手段模擬生理刺激，DDS 正在為肥胖與癌症免疫治療開拓全新的路徑。
材料科技的突破：二維材料與光電元件的應用 — 林時彥博士
林時彥博士是中央研究院應用科學研究中心的研究員 研究把原子層級的材料一層一層長好，讓它們真的能變成好用的電子與光學元件。他長期聚焦於低維度材料，特別是二維材料（薄到幾乎只有一層原子厚），並致力於把「材料怎麼長、長得多漂亮」直接連到「元件能不能更快、更省電、更靈敏」。
林博士此次帶來兩個顛覆傳統認知的突破，首先是高功函數的金金屬(Au),其實是 n 型 MoS2 極佳的歐姆接觸。過去文獻認為，金的功函數非常高,在傳統元件物理理論中,它應該不適合用來作為 n 型 MoS2通道的接觸金屬,因為兩者能階不匹配,理論上會產生極高的肖特基能障。但林博士團隊的終極突破，透過引入凡德瓦外延的單晶銻烯(Antimonene)或優化製程技術(Polycrystalline Au)，打破了這個既定事實，最終在 100°C的溫和製程下,金電極成功展現出超低的接觸電阻,破除傳統高功函數金屬無法做歐姆接觸的迷思。
再來第二個突破是少層 MoS2 依然能提供極高的光電導增益。過去文獻認為，雖然 MoS2 的光吸收係數很高，但當它從單層變成少層(Few-layer)時，能隙會從直接能隙退化成間接能隙，科學家普遍認為這會導致它無法提供足夠多的光激發電子，進而無法擁有高光電導增益。而林博士團隊在光電元件的實作上證實，只要介面控制得當、缺陷降到最低，少層材料在實際光電應用中ㄝ依然能發揮驚人的光電轉換效率，打破學術界盲目追求「一定要絕對單層」的認知。
林博士表示：「人類對二維材料的研究由開始迄今不過 20 年，雖然這個材料顯現了其在次奈米半導體元件應用的潛力，然而從目前的研究成果看來，潛力也僅限於潛力而已。除了針對材料選擇與介面問題的研究之外，二維材料有沒有進入實用的可能性，倚仗於我們的思維有沒有辦法由既有的三維半導體跳脫出來，而轉化至未知的二維材料。」為這場演講下了完美的歷史定位，二維材料要走向台積電量產線,我們缺的往往不是設備，而是「思維的換代」。
如果我們一直用過去三維矽(Silicon)或三維金屬的「化學鍵、費米能階釘紮」框架去思考二維晶片，就會覺得它到處是限制。但只要我們像林博士團隊一樣，嘗試跳脫傳統思維，改從「凡德瓦幾何學、數位化原子層加減法、全二維界面包覆」的新思維切入，就能開發出通用性的熱蒸鍍外延平台，打造出符合台積電規格的理想元件。
透過中研院光電各項領域的專家演說分享，學生得以了解中研院的跨領域研究與技術開發，並在臺師大接軌教育與創新應用，形成學用合一的學習模式。此活動不僅提升學生跨域競爭力，也為教師開拓更多跨單位科研合作與國際鏈結的可能。最終目標是培育具前瞻視野、能跨領域解決問題的新世代人才，促進國家科研與產業創新的整體發展。（資料來源：臺師大光電學士學位學程暨光電所/撰稿：臺師大光電學士學位學程暨光電所、光電116柯曉禹、光電118紀騰捷）
