TW201615667A - 用於接合可檢測標記分子之無機表面和聚合物表面的電子槍前處理 - Google Patents

Abstract

本發明涉及表面的物理化學處理方法，以及接合標記分子於該表面，隨後自該處理的表面檢測及/或提取該標記分子的方法，以作為該所處理的表面的身分認證、追蹤、驗證，以及來源訊息的資料儲存，其係與該方法所處理的表面的特定物體相關。

Description

用於接合可檢測標記分子之無機表面和聚合物表面的電子槍前處理

本發明涉及表面的物理化學處理方法，以及接合標記分子於該表面，隨後自該處理的表面檢測及/或提取該標記分子的方法，以作為該所處理的表面的身分認證、追蹤、驗證，以及來源訊息的資料儲存，其係與該方法所處理的表面的特定物體相關。

當偽造者變得更經驗老道，偽造技術的檢測也就變得更加困難與耗費資金，一種安全措施提供了將物件以一方法作標記的選擇。該方法驗證該物件為真，且可用於運送過程中，核對供應來源或追蹤一物件。當物件標記被原廠設備製造商(OEM)所應用時，即成功地證實客製化標記可提供身分驗證的能力，例如由Applied DNA Sciences,Inc.所提供的安全性標記及標記系統(參見www.adnas.com)。

在一實施方式中，本發明提供了一種包含固定化在以一電子槍前處理的表面上的可檢測標記，該可檢測標記可為任意的可檢測標記，例如一光學標記、一染料、一螢光團、一生物分子、一金屬或一稀土金屬。在一實施方式中，該可檢測標記包含一個以上的核酸分子。在另一實施方式中，該可檢測標記的組成物係化學接合該電子槍前處理的表面，以一電子槍前處理的該表面可為任意表面，例如一無機表面(如一金屬、一陶瓷、一半導體、一石英或一寶石)。或者是，以一電子槍前處理的該表面可為一聚合物，且該聚合物係化學接合一個以上的機能性分子，例如一穩定劑、一潤滑劑、一塑化劑或一阻燃劑。

在另一實施方式中，本發明提供一種結合一可檢測標記於一表面上的方法，其中該方法包含下列步驟：將該表面曝照於一電子槍，以產生一電子槍處理過的表面；以及將一可檢測標記施用於該電子槍處理過的表面，以在該處理的表面上產生表面接合的可檢測標記。該可檢測標記可為任意合適的檢測標記，例如一光學標記、一染料、一螢光團、一生物分子、一金屬或一稀土金屬。

在另一實施方式中，本發明提供一種身分驗證方法，其包含下列步驟：將一目標物、物件或薄膜的一表面曝照於一電子槍，以產生一電子槍處理的表面；將一可檢測標記施用於該電子槍處理的表面，在該處理的表面上產生表面接合的一可檢測標記；自該電子槍處理的表面取出該可檢測標記的一樣品；以及鑑定該可檢測標記進而驗證該目標物、物件或是薄膜為真。

第1圖係繪示有效電子槍劑量範圍-R_opt為等量入射=等量出射深度的深度-劑量的關係，其中R_opt(最佳深度)為該等量出射、等量入射的深度參數；R₅₀為出射劑量在最大劑量的50%時的深度；R_50e為出射劑量在入射劑量的50%時的深度；R_p為遞減曲線的反曲點上的切線，交截該深度軸的深度；D_e為在入射層所吸收的能量，且D_e/2為D_e劑量的一半；以及第2A圖及第2B圖係顯示紫外光的淺穿透曲線(第2A圖)與電子槍的深穿透曲線(第2B圖)，以及藉一聚合物薄膜，例如聚乙烯薄膜，個別所誘發的交聯的圖表比較。

在本發明的一示範性實施方式中，該標記可為一光學標記，該光學標記可為任意合適的光學標記，例如一螢光團標記、一紫外線標記、一紅外線標誌、一染料(如一發色團、一發光化合物)。在一實施方式中，該光學標記存在於油墨中。

在另一實施方式中，本發明提供一種組成物，其包含固定化在以一電子槍前處理的表面上的一可檢測標記，該可檢測標記可為任意合適的檢測標記，例如一光學標記、一染料、一螢光團、一生物分子、一金屬或一稀土金屬。

在本發明的一實施方式中，該標記分子可為任意合適的標記分子，例如一生物分子或一無機分子。該生物分子可為任意生物分子，舉例但不僅限於一蛋白質、一胜肽、一核酸、一蛋白質核酸(PNA)的複合體、一碳水化合物、一脂肪酸、一輔酶或一維生素。該核酸可包含一去氧核醣核酸(DNA)、一核醣核酸(RNA)、或一去氧核醣核酸(DNA)與核醣核酸(RNA)的雜合體。該核酸可為單股螺旋或雙股螺旋，以及可由自然或非自然的序列所組成。參見例如美國專利第8,124,33；8,372,648；8,415,164；8,415,165；8,420,400以及8,426,216號。

該無機分子可為任意無機分子，例如一金屬、一非金屬或一稀土金屬；或一鹽類或一無機分子的化學複合物。該金屬可為任意金屬，例如一過渡金屬、一鑭系元素、一錒系元素或一鹼土金屬。該金屬標記可舉例但不限於一鹼金屬，例如鎂、鈣、鍶、鋇或鐳，或者該金屬可為一過渡金屬，例如鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉬、鈀、銀、鎘、鎢、鉑、金及汞。然而合適的過渡金屬亦包含鋯、鈮、鎝、鋨及銥。該金屬標記可為任意稀土金屬，舉例但不限於鑭、釤、釓、鋱、鏑、鈥或鉺。

本發明中適用於標記分子的工業金屬，以分離、或混和物、或兩種以上合金形式地包含鐵(Fe)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鎢(W)、鉻(Cr)、錳(Mn)以及鉬(Mo)。自然存量稀少的金屬包含釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、碲(Te)、錸(Re)、鋨(Os)和銥(Ir)，也因此特別有利於作為標記。貴金屬鉑(Pt)、金(Au)及銀(Ag)亦能以鹽類、螯合物、金屬元素狀態用於金屬標記。

該螢光團標記可為任意螢光團，例如一花青染料、一螢光染料、四甲基玫瑰紅、螢光素、異硫氰酸螢光素(FITC)、丹磺化合物、Texas Red、X NBD、NIR染料(具有大於波長600nm螢光輻射光譜的近紅外線 標誌，例如羰花青染料(如一靛氰染料))；染料(例如Cy5、Cy5.5及Cy7，皆自GE Healthcare取得)；Alexa染料(AlexaFluor染料，例如Invitrogen的AlexaFluor660、AlexaFluor680、AlexaFluor700、AlexaFluor750以及AlexaFluor790)；VivoTag-680、VivoTag-5680、VivoTag-5750，皆自VisEn Medical取得；Tamra，(dyonics的Dy677、Dy676、Dy682、Dy752、Dy780)、DyLight547及DyLight647，自Pierce取得；HiLyte Fluor 647、HiLyte Fluor 680及HiLyte Fluor 750皆自AnaSpec取得；IRDye 800、IRDye 800CW、IRDye 800RS、以及IRDye 700DX皆自Li-Cor取得；以及ADS780WS、ADS830WS、及ADS832WS皆自American Dye Source取得。近紅外線標誌(NIR label)可透過近紅外線螢光增強效應(NIR-FR)而增強。所謂「近紅外線標誌」係指具有螢光輻射波長大於600nm的一近紅外線標誌，例如花青染料(如一靛氰染料)。其他標記染料包含6-羧基螢光素(FAM)、Redmond Red、Yakima Yellow及Quasor670，儘管仍有許多其他染料可作為使用(例如這些染料被揭露於Haugland ed.,The Handbook：A Guide to Fluorescent Probes and Labeling Technologies,10th Ed.,2005,Invitrogen,Carlsbad,Cal.)。

Dai等人的美國專利公開案US2013/0172207，名稱為「Fluorescence Enhancing Plasmonic Nanoscopic Gold Films And Assays Based Thereon」揭露奈米結構的金薄膜。該等金薄膜可在各種表面上經由金離子液相沉積法製造而成。所產出的表面電漿性金薄膜可配合檢測機制用於多重微陣列格式的增強型光譜免疫分析。其中該檢測機制係基於表面增強拉曼散射或近紅外線螢光增強。該等薄膜的製備以及金薄膜表面的後續修飾提供增加了檢測的靈敏度。該等薄膜為非連續性的成型金「島」(islands)，含有該非連續性奈米結構金薄膜的奈米尺度金島的靈敏度、尺寸、形狀以及密度受控，以增加近紅外光下拉曼散射和螢光的訊號強度，進而提供臨床診斷或生物研究應用上的改良量測技術。

在一實施方式中，該可檢測標記包含一個以上的核酸分子。在另一實施方式中，該可檢測標記的組成物係以化學接合至該電子槍處理的表面，以一電子槍前處理的該表面可為任意表面，例如一無機表面(如 一金屬、一陶瓷、一半導體、一水晶或一寶石)。或者是以一電子槍前處理的該表面可為一聚合物，該聚合物可化學接合一個以上的機能性分子，例如一穩定劑、一潤滑劑、一塑化劑或一阻燃劑。

在另一實施方式中，本發明提供一種結合一可檢測標記至一表面的方法，其中該方法包含下列步驟：將該表面曝照於一電子槍，以產生一電子槍處理的表面；以及將一可檢測標記施用於該電子槍處理的表面，以在該處理的表面上產生表面接合的一可檢測標記。該可檢測標記可為任意合適的可檢測標記，例如一光學標記、一染料、一螢光團、一生物分子、一金屬或一稀土金屬。

在另外其他實施方式中，本發明提供一種驗證方法，其包含下列步驟：將一目標物、物件或薄膜的一表面曝照於一電子槍，以產生一電子槍處理的表面；將一可檢測標記施用於該電子槍處理的表面，以在該處理的表面上產生表面接合的一可檢測標記；自電子槍處理的該表面取出該可檢測標記的一樣品；以及鑑定該可檢測標記進而驗證該目標物、物件或是薄膜為真。

在一實施方式中，經一電子槍前處理，用以固定化一可檢測標記的表面可為一金屬、一陶瓷、一半導體、一石英或一寶石的表面。

在一實施方式中，經一電子槍前處理，用以固定化一可檢測標記的表面可為一金屬表面，例如一錠狀物、一棒狀物、一成形的金屬組成物、一橫樑、一電線或一電纜的一表面。

在本發明的另一示範實施方式中，本發明的該標記分子可藉由任意的多種作用力，施用及接合於一目標物的一個以上的表面上。該標記分子可接合於一電子槍處理的表面上，舉例來說，該標記分子可接合於該電子槍處理的表面，係藉由：弱作用力(也稱作弱原子力或凡得瓦力)；陰或陽離子標記分子與欲標記的目標物表面上的異性電荷的靜電吸引力；或是該標記分子的化學接合，其中該化學接合係經由該標記分子曝照於該電子槍處理的表面後所形成的共價鍵。

在本發明的另一實施方式中，該標記分子可被包埋一電子槍處理的聚合物的一基質中，其中該聚合物可包含全部或部分之欲標記的目標物。在一實施方式中，該標記分子可被包埋於一基質中，該基質係在該標記分子存在下，於電子槍處理過程中交聯所形成。或者是該標記分子可封裝於粒子中，該粒子可施用於該電子槍處理的表面而被束縛於該表面。

在一實施方式中，該被束縛的標記分子、被聚合物包埋的標記分子或被封裝的標記分子，經由一溶劑處理該標記表面可釋放該分子。該溶劑為可使該分子釋放至溶液中的任意合適溶劑，例如該溶劑為一水性或一非水性溶劑，該水性溶劑可為水或者是任意水性溶液例如一鹽類溶液或一緩衝溶液。

在本發明的另一實施方式中，經由物理性破壞該標記表面可釋放該標記分子，例如藉由刮除、刨掉該表面以提供大量的材料，以有效地分析存在的該標記分子。

用於工業作為商業活化表面以及交聯該曝照物的組成的電子槍(Electron beam,EB)加速裝置是不會產生輻射性，因此無需面對安全性、運輸以及處置問題，如同在僅用於少數工業應用以及少數醫療器材消毒應用上，具長生命期、伽瑪射線的輻射性同位素的所述問題。

工業電子加速裝置的應用包含而不限於：電線、電纜及管路的處理；表面固化；收縮膜包裝及用於製造輪胎的材料處理。高電流電子槍加速裝置廣泛地使用於許多工業，以改變材料的物理和化學性質，且還用於殺菌及消毒。電子槍也用於熱縮套管和交聯聚乙烯管。表面固化的電子槍裝置通常裝設於印刷廠及塗層生產線，大多數用於食物包裝的熱收縮膜在該膜被吹成成品尺寸之前先進行交聯，汽車輪胎層也透過電子槍照射進行交聯。

電子槍加速裝置具有下列特徵：1)電子由加熱陽極射出；2)電子藉萃取電極聚焦於一束上；3)電子藉強電場在真空空間中加速，電子通過一薄金屬箔窗進入空氣中，該薄金屬箔通常為鈦。在微波線性加速 器(線性加速器)中，該電子能量為電荷乘上積分全程路徑長所得的正向電場而得，該電子能量以電子伏特(eV)、千電子伏特(keV)或是百萬電子伏特(MeV)表示。

加速電子及短波長X射線(4.1 x10^-3nm)、伽瑪射線(4.1 x10^-3nm)的光子於原子級下與物質進行反應。可穿透材料的無線頻率和微波射線需要極性材料，以誘發有效的分子震動來產生熱量，進而產生化學或材料反應。在工業應用上，光及紫外線(UV)照射受限於表面效應且仰賴使用昂貴的感光化合物，該感光化合物在曝照下分解進而引發化學反應，取決於輻射波長的能量由以下公式得到：E=hc/λ其中E為能量，單位焦耳(joules)；h為普朗克常數(6.626 x 10^-34 joule-seconds)；c為真空中的光速，單位公尺/秒(2.998 x 10⁸m/s)；以及λ為波長，單位公尺(meter)。一電子伏特(1.0eV)=1.602 x 10^-19 joules。

所有電子槍加速器的兩個基本屬性為電子能量及電子槍電流。電子具有質量與電荷，因此它們穿透進材料受限於其動能及標靶材料的質量與密度。電子曝照量、吸收劑量，以國際單位制的戈雷(gray)作為計量，其中1 gray=10⁴ ergs/gram，或是常用於工業製程上的千戈雷(kGy)，其中1kGy=1 joule/gram，即每單位質量所吸收的能量。電子槍工業一般依賴能量範圍由75keV至10MeV的電子槍，較低的能量在電子槍窗口及空氣中容易失去過多的束功率；較高的能量牽涉到誘發輻射性的風險。對於中能量(500keV至5MeV)及高能量(5MeV至10MeV)的電子加速器，通常表示在單位密度材料中，基於等量入射、等量出射曝照的電子槍穿透度。

第1圖顯示電子槍的劑量與穿透深度的量變曲線，當能量由約1.0MeV增加至5.0MeV時，該劑量吸收峰及Ropt會偏移至材料較深層，Rp則固定在較深層。利用該等量入射、等量出射的基準，以微米(μm)為單位的穿透深度與以keV為單位的電子能量呈線性關係。

表I總結了常用的電子槍能量下，對於趨近單位密度的材料及產品的電子能量範圍與典型穿透度。

材料密度可作修正，以作為評估任意特定用途的適合電壓，例如填料用於塗層配方、電線及電纜將增加產品密度。碳纖維複合材料(密度1.6g/cm³)在使用10MeV電子槍，等量入射、等量出射基底上僅被穿透24mm。然而低體積密度的物件，例如包裝的一次性醫療品用品(密度0.25g/cm³)在10MeV下，有效穿透度可大於160mm。由於深度劑量的穿透度的尾端重疊，反面的電子槍曝照造成了原本電子槍穿透度2.4倍的效應，因此，大體積但低體度密度的包裝藉處理過程中翻轉物件，可使電子槍有效地照射。

工業用的電子槍加速器與通常僅用於研究目的的設備，區別在於高電子槍電流。多數工業用的加速器具有數十毫安培範圍的電子槍電流(大於10mA)，而研究設備例如Van de Graaff加速器，Pelletrons^TM，以及多數線性加速在微安培下操作。工業上要求高電子槍電流係因為生產量與電子槍電流呈正比，在評估生產率時，常利用到一面積生產量公式：面積生產率=W _b V ₁ =6.0 D(e)F(i)I/D其中W _b =電子槍寬度，單位公尺(m)；V ₁ =產線速度，單位公尺/分鐘(m/min)；D(e)=每單位面積密度電子的能量吸收，單位MeV/(g/cm²)；I=電子槍電流，單位毫安培(mA)；D=劑量，單位千戈雷(kGy)；F(i)=被輻射的材料所攔截的輻射電子槍電流的分率。實際上，該因子6.0 D(e)F(i)通常以字母K表示，其又稱為表面積率或處理係數。因子D(e)可透過適 當的Monte Carlo程式得到，因子F(i)必須由照射過程的幾何形狀，憑經驗地來決定。

由面積生產量公式推導所得的公式為生產線速度公式，其中因子「k」為處理係數K除以捲筒寬度W。這就是為何線性處理係數k常用於低能量電子槍，電子槍電流與產線速度產生關聯的領域中。

產線速度(公尺/分鐘)=k×電子槍電流(mA)/劑量(kGy)

其中k依據電子能量、捲筒寬度、窗口厚度以及窗口與產品間的空氣間隙，基本上為~10至30。

工業電子槍的劑量範圍在100kGy/second或360,000kGy/hour的等級，相較表II所示，輻射源為10kGy/hour或2.8 x 10^-3kGy/second的鈷-60伽瑪射線源，其劑量高於五個級數之多。研究用加速 器例如Van de Graaff產生器，具有非常接近伽瑪射線源，約10至100kGy/hour的劑量範圍。

一種實用的電子槍裝置如Dynamitron^TM，是以平行電容耦合、串級整流器、直流電路為主，Dynamitron^TM在高達5.0MeV及功率高達300kW的總電子槍下操作，相較許多其他同期的系統，可達到較高的電子能量和較高的電子槍電流。

工業電子槍源

以加速器的電子能量為依據的電子槍裝置的主要種類包含：1)高能量單元(5.0至10MeV)；2)中能量、高電流單元(400keV至5.0MeV)；以及低能量、自遮蔽單元(80至300keV)。

2.3.高能量加速器

在高能量領域中(5.0至10MeV)，已知有兩種加速器設計具工業接受度：微波線性加速器(線性加速器)以及Rhodotron射頻加速器。雖然線性加速器廣泛地使用在研究以及醫學治療上，但是卻較不適合於工業使用。主要是，工業線性加速器受限於10MeV的峰值能量，因此不會造成誘導放射線的問題，或是使用時降低電子能量以避免這些議題。

鑒於工業使用的線性加速器基本操作的總束能量的最大值在60kW，Rhodotron加速器則達到700kW，7.0MeV下操作，如此高束功率下，X射線的產生便成為輻射處理的一可行工業選項。Rhodotron加速器的緊密設計提供了同一個加速器中，汲取不同電子能量的多重束線的能力，Rhodotron加速器藉使用磁場，操作電子經由「8」的圖案而加速。

線性加速器已用於產生X射線，且Rhodotron加速器亦也顯示X射線製程的工業可行性。舉例來說，美國郵政服務已對於關鍵的美國聯邦政府和機構，使用130kW的Rhodotron加速器，安裝於紐澤西的場所來對信件進行消毒。

供應高電子能量加速器給工業市場的公司的例子，與Ion Beam Applications一同如下所列。該公司為Rhodotron，一種高能量電子槍加速器的例子的製造商。工業線性加速器(線性加速器)包含：- Getinge Linac (Linac Technologies) (www.linactechnologies.com); - Budker Institute of Nuclear Physics (www.inp.nsk.su); - L-3 Communications Pulse Sciences (www.titan-psd.com/TitanScan/index.html); - Mevex (www.mevex.com); - EB-Tech (www.eb-tech.com) with the Budker Institute of Nuclear Physics. - The Rhodotron: - Ion Beam Applications SA (www.iba.be/industrial/index.php).

中能量加速器

中能量電子加速器產生具有能量範圍自400keV至5MeV的掃描電子槍。這些適合工業使用的裝置，可提供數十倍毫安培的高電子槍電流。高電子槍電流可提供工業生產所需的高劑量率。五種電氣設計系統已用以獲得中能量及高電流：1)Cockcroft-Walton產生器和其Nissin-High Voltage公司的增強器(由Mizusawa及團隊所開發)，2)絕緣心型變壓器(由Van De Graaff，Trump及Emanuelson所開發，M.Letournel改良)，3)Dynamitron粒子加速器(由Cleland及團隊於RDI所開發)，4)磁耦合直流系統(由Salimov於Budker Institute所開發的ELV系統)，以及5)高電流脈衝束(由Auslender所開發的ILU射頻系統)。

該Dynamitron粒子加速器在升至5.0MeV(300kW)時，可獲得非常高的電子槍電流(60mA)，而ICT與ELV中能量加速器的設計限制電子能量於2.5MeV。

低電流中能量電子加速器已開發用於研究功能，但並不適合一般工業高生產量的需求。

低能量加速器

低能量加速器的應用包含油墨、塗層、接著劑的固化或交聯，其以不含溶劑的液態反應性材料為主，驅使因素為限制來自工業操作所排放的空氣汙染的需求。已發現低能量電子槍處理具有輻射照射處理的能源效率，遠勝過其他方法，例如強制空氣乾燥。低能量加速器具有相當低的電壓，以致於電壓可被高密度金屬、最常見為鉛、但近期為使用鋼所遮蔽。低能量的上端系統為具500keV掃描式ICT加速器，其中一個擁有超過125台該電子槍設備的終端使用者將該加速器用於食物包材的交聯薄膜。多數低能量電子槍加速器使用於列印、塗層或類似的連續式連續批製程。

供應自遮蔽、高電流低能量加速器(300keV)的公司包含：Energy Sciences Incorporated(www.ebeam.com)；Broadbeam Equipment(www.broadbeamequipment.com/home.shtml)；NHV Corporation(www.nhv.jp/en/index.html)；以及Advanced Electron Beams(www.advancedelectronbeams.com)。

低能量電子槍與紫外線(UV)輻射照射的比較

另一種如油墨、塗層及接著劑固化用的低能量電子槍的製程係紫外線(UV)輻射照射，該製程亦使用接近零揮發性有機化合物(VOCs)的液態應用材料。紫外光源傾向具峰值輻射，如汞蒸氣燈源介於240nm至270nm以及350nm至380nm之間。金屬摻雜係用於位移光譜輸出，接著在使用光起始固化中產生影響。

電子槍可穿透材料，因此即使相當不透明的塗層亦可輕易地被電子槍所固化。因為紫外線本身能量太低而無法起始反應，必須在紫外線固化配方中使用光起始劑，這些特化材料會增加配方的成本，且它們的吸收峰必須與一給定的紫外光源相吻合。這些複雜的光化學反應比起電子槍誘發的反應會慢上10倍，電子槍製程在需要高體積、高速產量條件下更能廣泛地被接受。紫外線穿透與電子槍穿透的比較參見第2A圖及第2B圖。

材料效應

單體、寡聚物或聚合物為主的碳基材料用於工業輻射製程。在處理聚合物上，關注的主要化學反應為裂解碳氫鍵以形成自由基，該自由基為沿著一分子鏈離去、具未成對電子的原子。經由具六個軌域電子的碳原子得到一額外電子，電子槍處理可造成碳自由基的形成。自由基可為中性或帶電荷，形成自由基的未成對電子亦可由移除電子而成。碳鹵化物及碳甲基物的化學鍵斷裂亦具工業重要性。在彈性體中，自由基打開乙烯基雙鍵在輪胎組成物的交聯具有重要性。在單體和寡聚物上打開末端雙鍵，對用於油墨、塗層、接著劑的材料的聚合先驅物的交聯亦具重要性。經由輻射、或是加速電子的形式、或是較低能量的X射線直接地影響材料，來誘發這些自由基反應。這些輻射在材料上的直接性影響，與廣為人知且工業上能量傳遞的使用方式，例如熱傳導以及採用大部分需要催化引發熱化學反應相比，產生了鮮明對比。正如所指出，相較於輻射製程，熱化學系統在能量傳遞上是相當沒有效率的。

在一些聚合物中，自由基的形成另一方面可導致碳基聚合物鏈的斷裂或破壞。控制碳聚合物的斷裂在一些應用領域上是受關注的，例如雙螺旋去氧核醣核酸的裂解即有助於殺菌及消毒流程。另一種工業上重要的輻射的化學基礎反應，是藉環狀結構對來自電子或X射線的能量的捕捉，使得所吸收的能量在該碳環結構間共振。以環狀結構為主的聚合物，例如聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、以及聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)，因其抗輻射性而眾所皆知，能夠曝露於kGy的上千倍劑量卻僅在材料的機械性質上產生一點影響。

彩色體的形成為另一種用於工業的輻射化學反應，特別是在消毒過程中將塑膠曝照於輻射。醫療設備本身與它們的泡殼包裝材料必須盡可能保持接近無色。當聚氯乙烯(PVC)在消毒過程中曝照輻射時不應變成黑褐色。普遍認為，彩色體係由非碳材料，鹵素激發所形成，該鹵素不僅在PVC，也殘留在如PC及PET的材料中。具有大量的內部硫鍵連，例如聚碸(PSU)等的材料，當其曝照於任何形式的輻射下，只有很小的機會能保持本身的透明度和水白色，且會在消毒需求的曝照下變成黑褐色。

陽離子反應在該輻射製程工業上已獲得一些商業重要性，其反應由非均勻的鍵斷裂引起，藉此化學反應，該鏈斷裂由高度特定的起始催化劑的解離所產生。在電子槍及X射線起始反應中，僅發現一種起始催化劑有效，為單一來源的碘離子鹽類。陽離子化學已在塗佈工業，以及標準電子槍固化的碳纖維複合材料的基質材料的使用上進行研究。此化學方法的主要優點，在於並非存在氧氣所引發，因此交聯反應可發生於空氣中而不受氧氣抑制作用所干擾，為該塗佈領域中的特點。本化學反應使用的催化劑很昂貴，且已發現配製產物時缺乏長時間的自穩定性，陽離子反應亦對水氣很敏感，且通常需要一些後續熱固化以使反應完全。

聚合物大幅差異的性質使得聚合物適用於許多不同應用。一給定的應用需求可能需要一組特定的性質，該性質反之決定了在給定類型、特定等級之內，聚合物類型的選擇。一般來說，其一應該考量到分子量(重量平均數=Mw；數量平均數=Mn)、分子量分布(Mw/Mn)、以及交聯物間的分子量(Mc)。分子量及分子量分布影響了高分子量的聚合物、或熱塑性塑膠或彈性體是否能容易地利用熔化製程設備例如擠壓機、模壓製機等等來加工。Mw係接近黏度平均分子量，對於熱塑性塑膠，主導了材料的熔融流動性，對於彈性體來說，低Mw亦顯示交聯前加工的容易程度。測量本體熔融及升高溫度流動性質的量測，依不同類型的材料採用不同測試方法。舉例來說，熔融指數(MI)用於聚乙烯，而熔體流動速率(MFR)用於聚丙烯；按照ASTM D-1238「用擠壓塑料計測量熱塑性塑膠熔體流動速率的標準測試方法」測試時，愈低的分子量則有愈高的MI或MFR。對於聚碳酸酯，ASTM D-3935「未填充及增強的聚碳酸酯材料標準規格」是較適合的。對於PET採用溶液中固有黏度，則使用ATMD D-4603「利用玻璃毛細觀黏度計測定聚對苯二甲酸乙二酯特性黏度的標準測試方法」。對於彈性體，最常採用慕尼(Mooney)黏度，則使用ASTM D-1646「橡膠黏度、應力鬆弛及預硫化特性(慕尼黏度計)的標準測試方法」，較高的慕尼指數顯示彈性體有較高的分子量。供應商的規格包含業界公認的Mw指標，有信譽的供應商還可以提供分子量分布(MWD)指標。

在工業電子槍製程中，材料的交聯作用是該製程技術在如聚乙烯的熱塑性塑膠中、在輪胎組成物中使用的彈性體中或在油墨、塗層以及接著劑中使用的聚合先驅物中的主要用途。交聯作用是三維聚合物網狀結構的形成(ASTM D-883與塑膠材料相關術語的標準定義)，該網狀結構為非溶解性，且在溶液中形成一膠體。人們認為沒有膠體成形的分子鏈結是鏈延長反應，其造成了分子量(Mw)增加以及分子量分布(MWD)的偏移。任何給定材料的結構或型態決定了交聯產物的許多機械性質和物理屬性。然而，在許多應用中，交聯密度反應在交聯物之間的分子量，因此Mc是很重要的。

利用輻射製程來製造用於電池隔板的接枝聚乙烯薄膜時，希望得到一非常高的交聯密度以控制離子流。在輪胎製造上，希望得到低交聯密度及最適的膠體組成比例(~30至60%)，以允許輪胎組成物在後續依賴熱固化的成型操作時，進行編織、或是合流在一起。在熱收縮產品、薄膜或管材中，當交聯產品提高自身的熔融轉變溫度，以包縮在一目標物周圍時，Mc決定了彈性回復力。

在塗層中，需要調控Mc以平衡表面硬度與耐衝擊性。在使用電子槍交聯的壓感接著劑(PSAs)中，需要調控Mc以平衡黏性及維持特性。

聚合物材料對電子槍或X射線的三個基本反應為：交聯反應-非溶解性材料的成型；鏈斷裂反應-降低材料的分子量；或沒有或幾乎不對機械性能產生影響。用於塗層、薄膜或接著劑的聚合物，其可經由電子槍處理以增加交聯度並提供新的特性，包含了聚乙烯(PE)、共聚物如聚乙烯與乙烯-丙烯(EPM)的共聚物，或是聚乙烯與乙烯-丙烯-二烯(EPDM)彈性體以提供可撓性。

聚乙烯

依賴聚乙烯(PE)的輻射製程的四個主要市場終端用途有：1)電線和電纜絕緣層，2)熱收縮管套及包覆材，3)熱收縮食品包裝膜，以及4)密度控制的閉孔泡沫。

超過半數以上的工業電子加速器用在交聯聚乙烯。主要使用者和一些供應商已特徵化了各種聚乙烯類型的輻射反應。一般來說，Gx是~1和Gs<0.1。本身具較高結晶性的高密度聚乙烯(HDPE)僅需較低的交聯度來達到特性提升，因此比起低密度聚乙烯，通常需較少電子槍曝照。報導指出，具有較寬的分子量分布(MWD)的線性低密度聚乙烯(LLDPE)相對於較常見的窄MWD線性低密度聚乙烯，對輻射有較佳的反應。相對新型的茂金屬催化聚乙烯(mPE)對輻射反應確實且交聯性佳。共聚單體的類型與含量亦影響交聯所需的相對曝照量，具有丙烯酸共聚單體(甲基或乙基，EMA或EEA)的共聚物在相同共聚單體的含量下，比較常見的醋酸乙烯酯(EVA)共聚單體反應性佳。由於共聚單體的含量會有損聚乙烯的一些理想特性，例如抗水蒸氣(ASTM F-1249「利用調變紅外線感測器的水蒸氣透過塑膠薄膜和薄板的傳輸率的標準測試方法」MVTR)及良好的絕緣性，因此將會有趣地看到具有其出色的光學澄清度及非極性共聚單體的mPEs的共混物可以取代更多傳統使用的共聚物。mPE的共混物將有效地降低結合後的熔融轉變溫度，不但不會減損濕氣屏障或絕緣特性，亦可賦予在傳統共聚物上所發現的柔軟性與耐衝擊性。

由乙烯醇、乙烯-乙烯醇(EVOH)所組成的乙烯共聚物對輻射反應確實，且為較佳的氣體屏障內層，該氣體屏障內層係輻射交聯以製成的收縮膜、或是作為將被照射的預包裝的食物包裝薄膜。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)對電子槍照射反應較佳。

乙烯交聯為三維非溶解性聚合物網狀結構的形成，是經由奪取飽和聚乙烯主鏈上的一氫原子而發生。留在碳鏈上的自由基於是找到位於鄰近的另一分子的碳上的自由基，進而形成交聯，伴隨所奪取的氫與另外一個奪取的氫相結合形成氣體，該氣體為迅速擴散的副產物，氫分子(H₂)。

聚丙烯

聚丙烯(PP)用於醫療設備的製造，是因為其相較即使最高密度(0.965)的HDPE，具有剛性及較大的抗熱變形溫度(Td)，在標準塑膠 熱變形溫度試驗如ASTM D-648中溫度高約20℃。然而當曝照在輻射當中，已知聚丙烯產生鏈斷裂，但已成功地克服氧氣存在下，鏈斷會更加嚴重的問題。一長生命期的截留甲基自由基，CH₃*，認為是聚合物降解反應持續的來源，因此開發了穩定劑系統以有效除去這些長生命期自由基且抑制氧化降解反應。這些系統使醫療產品如注射器得以用輻射處理作消毒，特別是電子槍消毒。

近期開發的茂金屬聚丙烯(mPP)表現出與高結晶性的聚丙烯相同的降解反應，該茂金屬聚丙烯(mPP)樹脂的柔軟性指出它們比起設備製造，可能更適合用於包裝薄膜。依據測試方案使用來評價輻射穩定性時，非常低模數的mPP會混淆結果的解釋。由於其優異的光學澄清度，mPP如同mPE已計畫用於有聚丙烯(PP)的共混物，來作為塑化聚氯乙烯(PVC)的替代選項。

透過適當的重組來克服一個問題，該問題為曝照在離子輻射下，聚丙烯形成持續被截留在聚合物的結晶區中的甲基自由基，隨著時間，這些被截留的自由基，尤其是有氧的存在下，將會增加基礎等級的聚丙烯斷鏈及脆化。

含有少量乙烯的聚丙烯共聚物的配方可製成不同的等級，該等級在曝照電子槍之下已證實交聯。這配方允許在市場領域中使用聚丙烯，例如電線與電纜護套，以及閉孔泡沫，其關鍵在於多重官能基單體的使用，例如三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)或三聚氰酸三烯丙基酯(TAC)，使得該自由基反應的動力學由斷鏈反應轉成交聯反應，這些相同的添加劑也是公認用來加速聚乙烯的輻射反應。研究證實，當曝照於X射線及曝照在預設的消毒劑量25kGy電子槍底下，適當配製耐輻射的聚丙烯可表現出幾乎不會脆化的相同結果，但在較低劑量率的伽瑪射線底下反而產生更大的降解，下列表III總結了典型的結果。

鹵化塑膠：聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯，氟聚合物

聚氯乙烯(PVC)因其固有的阻燃性且價格相對低廉，而用於電線和電纜護套。PVC本身曝照輻射時會產生降解，然而，人們早已知道多重官能基單體添加劑可避免這些鏈斷裂，且使PVC在電子槍照射過程中交聯。在醫療設備領域，PVC材料如管子、袋子和其他低廉成本的醫療供給品在輻射殺菌的曝照下會變色是一缺點，此問題已透過使用添加劑而克服。沒有適當的配製，PVC在離子輻射的曝照下將會進行鏈斷裂，而產生腐蝕的分解產物。

另一種氯化熱塑性材料，聚偏二氯乙烯(PVdC)因其氣體屏障特性而為人所知，例如商業化的薄膜Saran Wrap^TM。然而這類的聚合物在電子槍或伽瑪射線曝照下，不僅會嚴重地變色，亦會發生鏈斷裂。基於這些原因，PVdC並不適合作為照射食品包裝薄膜的內層。

一般認為，具有四取代基的碳原子的聚合物在電子槍曝照下，傾向降解與發生鏈斷裂，而其例子為PVdC、聚異丁烯(PIB)與其異丁烯共聚物、丁基橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及聚四氟乙烯(PTFE)。

但聚偏二氟乙烯(PVdF)為一例外，PVdF可輻射交聯並作為電線的高溫護套，特別是飛機配線以及某些特殊的熱縮性產品。氟聚合物因為其熱彈性、耐化學性、耐油性以及其阻燃特性，因此可用於高溫應用。另一種乙烯與四氟乙烯(ETFE)的共聚物亦可輻射交聯，且因為其彈性，也使用在電線和電纜護套。一種六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物(FEP)在室溫照射時會產生鏈斷裂反應，但若是輻射可稍加熱至熔融轉化溫度以上， 即260℃以上，亦可產生交聯。相似的結果也發現在PTFE上，在惰性氣體環境下電子槍曝照加熱至熔融轉化點(340℃)以上，產生交聯反應之後冷卻，PTFE失去其高結晶性結構而得到一近乎透明材料的結果。高溫FEP或PTFE交聯的商業利弊，與更簡便加工氟聚合物(例如在室溫、輻射的曝照下進行交聯的PVdF和ETFE)所得的高性能之間必須進行衡量。

藉照射例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及氟聚合物(FPs)的熱塑性塑膠，交聯及斷裂反應發生在聚合物的無定型區域，決定熔融轉化溫度Tm的結晶區域則大多不受影響，因此可利用電子槍交聯來增進熱塑性塑膠高於原本的熔融轉化溫度的特性。ASTM E-1545熱機械分析儀(TMA)，或是ASTM E-1356示差掃描量熱儀(DSC)亦可作為測量熔融轉化溫度，甚至該交聯聚合物在測試儀器中加熱時，仍可顯示其熔融轉化溫度。由於聚合物的輻射反應因等級而異，無法單單依靠一般的材料特性，來判斷用於會進行輻射交聯反應的材料的合適等級。製造商用聚合物通常會需要穩定劑，以在製造過程中遇到的高溫環境中保護該聚合物，這些穩定劑可影響輻射反應，同樣可輕微地改變聚合物的形態。

工程熱塑性塑膠

塑膠材料如耐輻射聚苯乙烯(PS)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)以及透明、但易鏈斷裂的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)已認為可用在醫療設備和設備上的硬質透明的泡殼包裝上，這些塑膠材料具有較低的熱變形溫度Td，由ASTM D-648，塑膠材料側立式彎曲負荷下變形溫度的標準測試方法所測得。以PS為例，Td約75℃至95℃；PET約70℃而PMMA約80℃至105℃。以醫療器材來說，其在生產過程中不僅需耐受輻射消毒，而且可能需要耐受後續的蒸汽消毒，聚碳酸酯具有較高的熱變形溫度Td約在140℃，為較佳的選擇。主要的PET供應商致力於當曝照來達到輻射消毒的需求下，維持這些樹脂的光學澄清度及水白色。

表IV總結了這些各種塑膠材料的輻射反應性。

聚碳酸酯的供應商還開發了照射下不會變色的等級，這種工程熱塑性塑膠可用於生產設備，例如透析濾心以及其他成形與模具製品。因為其環狀結構，PS、PET和PC本身即固有抗輻射性，因此在輻射製程中維持光學特性的問題已靠PET和PC獲得解決，其中耐輻射的PET展現少許變色。

剛性透明塑膠：

X=交聯；S=斷鏈；S/X=斷鏈，配方交聯；O=無反應。

在PS、PMMA以及PC中，列出玻璃轉化溫度Tg，而非熔融轉化Tm；Td=依照ASTM D-648在0.46MPa的熱變形溫度。

彈性體

熱塑性塑膠其主要市場的用途取決於非交聯材料即可達到的性質，不同的是，彈性體需交聯作用以展現商業實用的性質。常用的彈性體在其聚合物結構內具有反應性雙鍵，輻射曝照打開了這些雙鍵進而形成交聯。天然橡膠的輻射交聯是牽涉到電子槍影響材料之工業的首要發現之一。常用於輪胎製造的聚合物為輻射可交聯性：順-聚丁烯(BR)，用 於長效耐磨胎面的化合物，天然橡膠(NR)或人造聚戊二烯(IR)及苯乙烯-丁烯(SBR)作為共混物，以及乙烯-丙烯雙烯橡膠(EPDM)作為耐臭氧側壁。各種類型的彈性體的反應性不僅取決於其特定性質，甚至是配方組成。雖然一聚合物類型，異丙烯-異戊二烯共聚物丁基橡膠(IIR)已知在輻射下會進行鏈斷裂，但當鹵化反應(例如溴丁基橡膠-BIIR)及適當地調配後可在輻射下進行交聯而適用於輪胎內襯。鹵化異丁烯-異戊二烯共聚物可去除鹵化氫而得到共軛雙烯丁基(CDB)，其即使在沒有調配下仍可進行輻射交聯。

熱塑性彈性體

熱塑性彈性體(TPE)可為熱塑性共聚物的嵌段共聚物或共混物，以及彈性體。嵌段共聚物為可加工成熱塑性塑膠的材料的反應物，但當冷卻後卻表現出橡膠或彈性體的特性。這些聚合物為苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)，苯乙烯-丁烯-苯乙烯(SBS)或飽和中間嵌段材料如苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)或苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯共聚物。藉由減少SIS中的苯乙烯，或使用飽和中間嵌段共聚物，這些材料可配成具電子槍反應性。

以聚烯烴(TPO)為主的熱塑性材料彈性體為PEs或PPs與EPDM的共混物，其中該彈性體通常利用熱化學系統來交聯。TPOs不會產生化學殘留，且可利用電子槍加工來交聯彈性體-塑膠共混物的彈性體部分，更加適合用於醫療產品。熱塑性塑膠的部分，主導熔融轉化溫度，也因此主導TPOs的擠壓特性，這些材料的輻射反應性亦由該熱塑性塑膠的選擇所控制。

單體及寡聚物

單體和低分子量的寡聚物，通常Mw<40000，在反應過程中進行輻射聚合，形成油墨、塗層的交聯黏結劑，以及形成功能性的接著劑。在大批量操作下低電壓電子槍與這些材料一起使用。這些材料以液體型態配製且應用。輻射交聯可產出功能性材料，其幾乎沒有揮發性有機化合物的排放(即接近零VOCs)，因此這技術獲得了天生「綠色」化學的 認同。自由基在聚合及交聯的反應過程中通常依賴末端的乙烯基或丙烯酸單體的不飽和度。單官能基、雙官能基及多官能基普遍具非常低的黏度，特定的單體選作為確立終端用途的特性。單官能基單體材料為具有不同的取代基團的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯材料，其可透過雙鍵與自身以及其他單體或寡聚物進行聚合產生網狀交聯。雙官能基單體亦具有多種中間部分構成基團，但同樣以丙烯酸雙鍵結尾。常用的三官能基丙烯酸酯為三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，該酯類也常用來增加聚乙烯或聚丙烯的輻射反應性，例如電線和電纜形成以及輻射可交聯性聚丙烯。

為達到如延展及可撓的特性，低黏度輻射可固化的配方通常也含有黏性液態、高分子量的寡聚物。在寡聚物中其取代基R基團可為環氧樹脂、聚酯、胺基甲酸乙酯或甚至是丙烯酸酯的結構，所得的交聯系統可表現出更多這些取代基的特性，常用的丙烯酸酯寡聚物是具有小於10000道爾頓的分子量(Mn)的液態材料。

水溶性聚合物

水溶性聚合物，例如聚環氧乙烷(PEO)以及聚乙烯吡咯啶酮(PVP)是用在水凝膠的輻射合成，水中僅含4%至10%PEO的溶液可在非常低劑量，一般低於10kGy下形成凝膠。PVP也具高輻射反應性。聚乙二醇(PEG)及聚乙烯醇(PVA)也用在這些系統當中，但仍以PEO使用上最廣泛，這些聚合物的乙烯結構非常適合用於輻射交聯。

接枝

輻射接枝法是用於材料表面改性的一種實用技術，接枝可添加單體或低分子量部分，成為高分子量形成的聚合物以影響各種性質。該聚合物可以是薄膜、非紡織製品、微多孔性薄膜或塊狀材料。接枝定義為在另一骨幹上連接或生長不同的材料的能力。聚合物材料中，該「不同」的材料通常為單體，且該「骨幹」為聚合物或其他固體，一化學鍵於是介於接枝部分和該材料間形成，低能量電子槍處理特別適用於表面接枝。

接枝已用於提高聚合物的生物相容性，接枝用於控制離子流通過電池隔板、親水性或疏水性過濾器，以及適用於燃料電池膜。矽烷 可接枝至聚合物薄膜的表面，以提供離型或非黏著特性。表V列出材料的電子槍接枝法的各種用途及具潛力的應用。

天然聚合物

已知纖維素在曝照於輻照下會進行鏈斷裂，藉由低能量電子槍，固化油墨或塗層所需的劑量通常較低，且電子槍穿透有限，因此將紙張基材降解的可能性降低至最小。較高劑量可導致紙張變黑，甚至異常。

【終端應用】

電線及電纜絕緣

電線及電纜絕緣護套的電子槍交聯是電子槍製程的最成熟工業用途之一，電線及電纜的聚合物護套的電子槍處理為電線與電纜的製造中屬廉價的製程，因而具有勝過化學交聯的顯著優點。由電子槍所提供的離子能量可有效進行交聯，選擇性地使用特定交聯活化劑，即可在無需加熱或延長化學交聯時間的需求下，使該製程更加有效率。用於電線及電纜的電子槍調控交聯的護套具有幾個額外的實用特點：它們具耐磨性，以及當電線短路造成加熱時，不會在升溫過程熔融或流動；即使線路建設時暴露在焊接溫度下，它們為不可燃的；以及安裝於例如汽車、巴士或其他車輛像排氣管的熱引擎部件附近時不會熔融燃燒。

聚氯乙烯(PVC)及聚乙烯(PE)的塗層及覆蓋層廣泛地用於低電壓電線，且具有價格優勢、以及生產速度快於連續硫化法的優點。PVC可用在塗覆編織棉布而成的線、阻燃劑、或漆面、或其他絕緣覆蓋層。四乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDM)可添加至PVC中以增進電子槍曝照時的交聯度。也可像潤滑劑潤滑電線電纜的生產過程或末端用途一般，加入穩定劑和增塑劑。

具阻燃性及無鹵素的低煙低毒性護套，例如可由乙烯醋酸乙酯(EVA)和三水和鋁(ATH)所製。耐燃性護套的航空標準甚至更加嚴格，而聚氟聚合物如乙烯-四氟乙烯用於更薄的塗層，該塗層較輕、並可承受暴露於攝氏300度的範圍。

當可能起因於短路，或曝照於汽車引擎的高溫，甚至是火災時，交聯可防止過熱的絕緣層由電線滴出。已發展出專門的電子槍夾具，在電子槍下利用多重程序來輸送電線，該電線經過各個過程中略微旋轉因此改善曝照的均勻性，即使該銅導體厚到足以防止電子槍穿透。以正負45度的交叉照射電子槍亦可增加劑量的均勻性。設計收放線設備以便於整個生產過程可達每分鐘數百米。依據終端用途的需求，電線護套最常是由聚乙烯配方所組成，若需要較強的可撓性，特別是護套的直徑增加到像電纜時，則使用聚乙烯及乙烯-丙烯橡膠的共混物。當有增加耐溫性需求 時，則使用聚偏二氟乙烯或其他氟聚合物，氟聚合物具有耐油、耐熱的優點，但也是較昂貴的基材。

一個典型的耐燃電線或電纜的配方包含100重量份的PE/EPDM；250重量份的Hydral 710；5重量份的氧化鋅：10重量份的加工助劑；2重量份的矽烷A-172；1重量份的抗氧化劑；以及5重量份的TMPTA/TAC。

合適的PE及/或EPDM配方取決於各種終端用途及製程考量。相對於氯化材料會散發有毒氣體的副產物，Hydral為三水合鋁，其暴露在火焰下釋放出該水合物的水分，為較佳的阻燃劑。該加工助劑添加物通常係指油類，其可提高模壓擠出這些組合物的能力。矽烷添加物為耦合劑，其可增加聚合物與三水合鋁間的交互作用。三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)如同三聚氰酸三烯丙酯(TAC)，提高了輻射反應性。交聯性賦予電線護套兩個主要特性，首先，應當是電線本身變熱，例如起因電氣短路，該交聯護套不會熔融或是由電線滴下並保持其絕緣性，這對引擎蓋下的汽車用導線來說相當重要。

熱收縮套管

熱收縮套管為先模壓擠出，再照射特定曝照量後用於絕緣電線，之後，使該交聯套管膨脹。在膨脹的過程中，該套管在腔室中加熱至塑膠的熔融轉化溫度以上，該塑膠通常是聚乙烯。由於該塑膠已交聯，因此其表現出弱橡膠特性而可透過控制套管內外的氣壓差進行拉伸及膨脹，該拉伸的套管隨後快速地冷卻，以便將其溫度降低至本身的熔融轉化溫度以下，該聚合物中的結晶區域再度形成並提供該塑膠維持在拉伸或膨脹狀態。藉套管有許多如電線護套相同的特性，數片的套管進而用於覆蓋電線連接線。接著劑或密封劑可塗在管上，以便在任何連接處達防水密封。在應用過程中加熱，使該套管縮小並符合該連接器或裡面的物體。

熱復原封條也被製造出來，以用在電信接頭與焊接管包裝材料。35公分寬膠帶的熱復原薄片用於600公里長、等級直徑120公分 的地面段以下的阿拉斯加管線，作為補強防腐蝕的保護。該材料在經過30多年惡劣條件下的服役後，仍能保有其功能。

熱收縮食物包裝薄膜

用於製造食物包裝的熱收縮膜照射方法，包含在電子槍之下鋪開擠壓的管狀物，因此可吸收大部分該電子槍的輸出，然後將照射的材料吹成膜的最終尺寸。這被稱為「雙泡」法-一個泡可為擠出物，另一個為泡膜。熱收縮薄膜可由多層共擠壓物所組成，其具有五層或更多層：1)直接接觸食物的PE層；2)聚乙烯共聚物的增黏塗層；3)一般由EVOH所製成的氣體阻障層；4)其他增黏塗層；以及耐磨性的PE外層，其亦可在上面印上訊息。熱收縮食物包裝薄膜可由扁平的擠出片材，利用低能量(300keV)的電子槍單元製造而成，該膜板經擠壓然後進行照射，最後使用常用於塑膠薄膜工業的拉幅機拉伸成定向薄膜。在此方法中，自遮蔽、500keV的加速器為較佳。

閉孔聚乙烯發泡

由於電子槍製程發生在室溫下，欲發泡的PE可進行交聯而不會誤活化了發泡劑，輻射交聯可消除試圖使用兩種競爭熱化學反應，其一反應為PE交聯，另一反應為PE發泡成泡沫。藉輻射製程，發泡劑加入其中的擠壓PE在很少或無熱量輸入的電子槍下進行交聯。該擠出物送至板與板之間，然後加熱使氣體由發泡劑中釋放。此PE的使用類型、發泡劑、輻射曝露以及吹膜的用量皆有助於好的閉孔發泡結構。無數的輻射交聯的PE發泡的用途包含汽車內安全及保護的重要用途，最顯著的是內部首當其衝者的緩衝，這些發泡材料亦用在醫療器材工業中的襯底材料。

輪胎組成物

嚴格控制電子槍曝照量的能力使輪胎製造商得以部分固化或交聯彈性體。彈性體組成物經擠壓後，然後照射使其成為凝膠或硫化狀態。在此凝膠狀態下，該彈性體比未固化材料更牢固，且後續模製操作下可避免輪胎廉布扭曲或透印，該成品輪胎在最終熱模壓過程中編織或熔 融在一起。不同的彈性體用於輪胎不同的功能上，適當地配製鹵化丁基橡膠(如BIIR)用於內襯層，而側壁由乙烯-丙烯橡膠(EPDM)所製成，主要是這種聚合物的固有耐臭氧性。防擦條也部份地電子槍固化。

油墨、塗層及接著劑

可固化塗層已找到用於各種基材上的主要市場，例如紙、木材、金屬以及塑膠。塗層的電子槍固化及交聯的優點在於使用紫外線輻射時色素並不會影響交聯過程。同樣地，也可使用金屬顏料。

電子槍搭配寬捲筒的印刷機經常用在大量生產、以及需要有卓越的圖形與色調的印刷品。電子具有穿透顏料的能力，而紫外線沒有，電子槍油墨配方傾向認為較UV配方不複雜。由於電子槍處理並非能量轉移的熱處理方法，而是發生在接近室溫下，因此油墨的電子槍「乾燥」可用在熱敏感基材上，例如塑膠薄膜，減少薄膜過度變形的問題。電子在末端為乙烯基的單體中產生自由基導致雙鍵打開，產生聚合反應與交聯反應均衡的特性，特別對重疊印刷材料來說，可藉使用末端具丙烯酸酯基的寡聚物來達成。熟知的油墨及塗層材料，例如聚酯、聚氨酯、環氧樹酯以及丙烯酸酯，皆用於開發反應性寡聚物，寡聚物強化了固化及交聯系統的可撓性與其他性質。由於用於電子槍可固化油墨及重疊印刷系統的非可萃取的起始劑的需求，Sun Chemical公司已能開發出重疊印刷材料，其符合美國食品及藥物管理局可直接接觸食物的規定。使用這種系統可取代上面有印刷材料的薄膜積層，防止可萃物的溶出，以符合直接與食物接觸的法規。

用於油墨、塗層、及接著劑的單體和寡聚物的主要供應商已解決了毒性問題、符合空氣清潔法令、食物接觸以及許多關注現代工業的其他領域。這些因素成為過去數十年來，改變可用於配劑材料組合的驅動因子。即使在所謂的高固含量產品，作為轉換油墨、塗層及接著劑形成所需的能量，電子槍明顯小於其他乾燥系統。此外在削減揮發性有機物排放方面，電子槍固化亦減少潛在溫室氣體的排放。

低能量電子槍製程使用在製造薄膜積層或是薄膜覆蓋層，高能量電子槍或甚至X射線可用於固定較厚質基材之間的黏結。熱膨脹係數差異很大的材料可藉電子槍可固化的接著劑進行黏結，而不會造成採用熱固化時所產生的介面應力。壓感接著劑(PSAs)亦可利用電子槍進行固化，以天然橡膠或類似雙烯聚合物為主配製的PSAs在電子槍處理下，能以高產能產出速度下進行交聯。丙烯酸酯接著劑通常是以丁基(C4)以及2-乙烯己基丙烯酸酯的單體與其組合為主，以提供透明性接著劑。當使用這些單體本身時，必須注意劑量率的影響，以避免不需要的連鎖終止，這將降低固化材料的分子量。這些聚合/交聯反應過程中的鏈增長階段，可透過降低劑量比率以及增加在電子槍元件下的滯留時間，以延長反應。

水凝膠

液體塗佈後進行照射為主的另一技術為水凝膠的製造。輻射交聯性水凝膠主要為聚環氧乙烷(PEO)，以相對低的濃度溶解於水中，在~4%至~10%間。需要適度的輻射曝照、少於10kGy以形成凝膠。聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)以及聚乙烯吡咯啶酮(PVP)也用在這些系統中，PVP對輻射也非常敏感。因為該聚合物用於製造水凝膠時的優異輻射反應性，低電流研究型加速器，如Van de Graaffs可用於該凝膠的製造上。凝膠製成2mm厚。已發現這些材料可用作為傷口塗劑以及燒傷的治療，因為其生物相容性，在評估作為皮膚滲透藥物傳送系統，及可插入人體的藥物傳送系統的水凝膠中，具有重要的功能。聚環氧乙烷(PEO)是非常適合輻射交聯，水凝膠亦評估來提供義肢適用的表面。

醫療器材消毒及標記

電子槍消毒也用在拋棄式及非拋棄式的醫療用品，例如髖關節及其他關節零件，這些是由金屬、陶瓷、塑膠材料的組合製做而成。該材料可由電子槍進行處理並使用可檢測標記進行標記，以用於安全性、認證、身分驗證及追蹤。

其他應用

大多數用於工業上的加速器使用在強化塑膠材料及彈性體的性質，或是將用作液體的聚合先驅物轉換產生固化油墨、塗層、接著劑、及水凝膠，其皆需要輻射交聯以為了形成具有商業利益和價值的材料。

藉由電子槍或X射線消毒，塑膠零件應該具耐輻射性，在消滅生菌所需的曝露下不會變色或產生降解。如上述所強調的主要終端用途的應用之外，仍有其他應用值得一提，這些雖是已被證明且有效的工業電子槍處理法，但仍受限於特定市場的規模或尚在開發的商業接受度。

PTFE降解

聚四氟乙烯(PTFE)分子鏈曝照在電子槍的照射下產生斷裂，降低分子量後，其高度結晶性的聚合物可磨成細粉(2微米至20微米)，加入少量的這些粉末至印刷油膜及塗料，作為內部助滑添加劑。這可防止特別裝飾性的印刷磨損到容器旁邊、包裝於上的其他印刷材料。

濾膜

表面接枝是用來改性濾膜的親水性或疏水性。使用微多孔聚偏二氟乙烯(PVdF)，並根據所需終端產品的用途來選擇接枝的單體。

半導體處理

二極體及電晶體使用電子槍照射以誘發這些裝置的電子特性永久或暫時性的改性。在這些應用上，所使用的吸收劑量約100kGy，測試是直接測量電流，作為電子槍處理前後的電壓函數。結果顯示乘載器的漂移速度的變化造成了這些裝置的反向恢復時間縮短，因此半導體更適合於高頻率及高功率電路的應用。

寶石照射

電子槍照射會改變一些寶石的顏色，以提高它們的商業價值。照射黃玉、紅電氣石、石英、黃水晶、紫水晶甚至鑽石已獲得這些效果，由於通常需要非常高的劑量，須注意照射時不要讓寶石過熱。

複合材料固化

電子槍已用於固化碳纖維複合材料中的基質材料。近期的研究已顯示這些基質亦可在模具中固化產生成形製品，例如汽車擋泥板。使用X射線時，其中X射線可穿透模具及產品造型。

碳纖維改性

利用電子槍處理用在複合材料製造上的碳纖維，以提高基質對纖維的黏著性，並觀察到固化複合材料的機械性質的改善與一開始上膠在該纖維的性質不同。

碳化矽纖維的製造

碳化矽(SiC)纖維是先擠出聚碳化矽，再藉由電子槍照射纖維束使交聯成纖維而製成。由於氧的存在，牽涉到加熱纖維的常規方法製造出的纖維其耐熱性較低。電子槍交聯的SiC纖維升至1700度仍可保持其高抗拉強度，然而熱交聯的SiC僅可在1200度維持其強度。這類的陶瓷纖維用在太空應用。

PTFE交聯

PTFE藉由電子槍，在高溫(330-340度)、惰性氣體及略高於其熔融轉化溫度下進行交聯。所提升的機械性質和耐磨性使得交聯PTFE適合於滑動零件、滾筒及軸承，此產品的商業價值正在日本所創造。

橡膠墊布

寬幅的壓延電子槍交聯墊布為用在屋面、池塘和蓄水池的襯裡，以及防止垃圾掩埋場滲漏的材料。墊布通常由電子槍可交聯的聚烯烴所製成，特別是對電子槍處理反應良好的配製乙烯-丙烯雙烯橡膠(EPDM)。

接枝生物活性化合物

藉導入酵素至生物相容的聚乙二醇，接著利用電子槍使聚合物交聯成凝膠，該酵素可被固定化且其壽命和儲存時間皆可延長。

在此所揭露的實施例用以提供說明本發明的概念，而非旨在限制本發明的範圍，本發明所引用的專利及非專利的參考文獻的公開內容整體併入本文。

Claims (20)

1. 一種組成物，包含一可檢測標記，被固定化於受到一電子槍前處理的一表面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該表面包含一金屬、一陶瓷、一半導體、一石英或一寶石的一無機表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述的組成物，其中該表面包含一錠狀物、一棒狀物、一成形金屬組成物、一橫樑、一電線、或一電纜中的一金屬。
4. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該表面包含一種以上選自於由一聚烯烴、一鹵化聚烯烴、聚乙烯(PE)、乙烯-丙烯共聚合物(EPM)、乙烯丙烯雙烯彈性體共聚物(EPDM)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯醋酸乙酯(EVA)、乙烯乙基丙烯酸酯(EEA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、四乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDM)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、以及三聚氰酸三烯丙酯(AC)所組成的群組的聚合物。
5. 如申請專利範圍第4項所述的組成物，其中該一種以上的聚合物係化學接合一個以上的一穩定劑、一潤滑劑、一塑化劑、一耐燃劑。
6. 如申請專利範圍第4項所述的組成物，其中該一種以上的聚合物係形成為一錠狀物、一棒狀物、一成形金屬組成物、一橫樑、一電線、或一電纜中的金屬的一塗層。
7. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該表面為一珠寶物品的一表面。
8. 如申請專利範圍第1項的組成物，其中該可檢測標記係選自於由一光學標記、一染料、一螢光團、一生物分子、一金屬以及一稀土元素所組成的群組。
9. 如申請專利範圍第8項所述的組成物，其中該可檢測標記係為選自於由一核酸、一蛋白質、一胜肽、一輔酵素、以及一維生素所組成的群組的一生物分子。
10. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該可檢測標記係以化學接合至該電子槍處理的表面。
11. 如申請專利範圍第10項所述的組成物，其中該可檢測標記係共價接合至該電子槍處理的表面的交聯分子。
12. 一種結合一可檢測標記至一表面的方法，其中該方法包含下列步驟：將該表面曝照於一電子槍，以產生一電子槍處理的表面；將一可檢測標記施用於該電子槍處理的表面；以及因此在該處理的表面上產生表面接合的一可檢測標記。
13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中該可檢測標記係選自於由一光學標記、一染料、一螢光團、一生物分子、一金屬以及一稀土元素所組成的群組。
14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中該可檢測標記係為選自於由一核酸、一蛋白質、一胜肽、一輔酶、以及一維生素的所組成的群組的一生物分子。
15. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該可檢測標記包含一個以上的核酸分子。
16. 如申請專利範圍第14項所述的方法，更進一步包含：自該電子槍處理的表面取出包含一個以上的核酸分子的該可檢測標記的一樣品；以及鑑定核酸分子之該取出的樣品作為一核酸標記分子。
17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該取出的核酸樣品的鑑定是藉由使用一反轉錄聚合脢連鎖反應(PCR)以產生一個以上特定長度的擴增物，擴增該取出的核酸。
18. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中對該一個以上特定長度的擴增物施以毛細管電泳。
19. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中應用於該所處理的表面的該等核酸分子至少在約每公升1飛克(~10^-15g/L)的濃度。
20. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中該至少一個的核酸分子包含一標記核苷酸序列。