TWI439742B - 光-偏振製品及其製造方法 - Google Patents

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Description

光-偏振製品及其製造方法 【相關申請案的交叉引用】
本發明主張2007年8月30日申請之美國專利申請案第11/897,899號為優先權，該美國專利申請案以引用的方式併入本說明書中。
本發明是關於光-偏振製品，及其製造製程。具體地說，本發明是關於光-偏振製品，由基板上或基板內按序散佈的光-偏振物種構成；以及使用有機模板材料或金屬奈米絲以製造這類光-偏振製品的過程。本發明可以用來，例如製造在廣泛波長範圍內，具有預定偏振特性的偏光鏡。
偏光鏡是將電磁波(例如，光)的非偏振或混合-偏振光束，轉變成具有單一偏振狀態(通常是單一線性偏振)光束的裝置。偏光鏡用在很多光學技術和儀器中，在攝影和液晶顯示技術中也可以發現偏振濾波器的應用。
最簡單的偏光鏡是線柵偏光鏡，包含規則陣列的細平行金屬線，放在跟入射光束垂直的平面中。含有跟線平行之電場成分的電磁波，會誘導電子沿著線的長度移動。因為電子可以自由移動，因此偏光鏡的行為方式就類似反射光的金屬表面，其中有一些能量會由於線中的焦耳熱而損失，而其餘的波則沿著入射光束反射回去。
對於電場垂直於線的波，電子不會橫過線的寬度移動非常遠，因此很少能量會損失或反射，而入射波可以穿過光柵行進。因為平行於線的電場成分會被吸收或反射，因此透射波的電場純粹在垂直於線的方向，因而形成線性偏振。簡單地說，只有在某個方向行進的光會通過偏光鏡，而其餘的光會被吸收或反射。
對於實際的使用，線之間的分隔距離必須小於輻射的波長，而線寬應該是此距離的小分數。這意謂著線柵偏光鏡通常只用於微波，及遠-和中-紅外光。使用先進的蝕刻技術，可以製造間距非常緊密的金屬柵來偏振可見光。因為偏振的程度很少決定於波長和入射角度，因此它們可以用於寬頻應用，例如投影。
某些晶體由於晶體的光學效應，會顯現雙色性-對特定方向的偏振光會優先吸收-因此它們可以作為偏光鏡。這一類型的已知最佳晶體是電氣石。然而，晶體很少作為偏光鏡，因為其分色效應跟波長強烈相關，且晶體似乎有顏色。
偏光片薄膜的原始形式，是很多微型碘硫酸金雞鈉晶體的排列。偏光片薄膜的後期H-型板形式相當類似線柵偏 光鏡。偏光片薄膜是由聚乙烯醇(PVA)塑膠摻雜碘來形成。製造期間板的延展，確定PVA鏈排列在一個特定方向。來自碘摻雜物的電子可以沿著鏈行進，確保平行於鏈的偏振光被板吸收，而垂直於鏈的偏振光會透射。偏光片的耐久性和實用性，使它成為最普遍使用的偏光鏡類型，例如用於太陽眼鏡、攝影濾光器，和液晶顯示器。偏光片也比其他類型的偏光鏡要便宜很多。
一個重要的現代吸收偏光鏡類型是由嵌入玻璃中的細長銀奈米粒子來製造。這些偏光鏡更耐久，而且相較於偏光片薄膜具有較佳的光偏振，還有對準確-偏振光的吸收很低。這些玻璃偏光鏡廣泛用在光纖通訊中。這個領域中最為大家所熟知的偏光鏡是Polarcor，由康寧公司，Corning,New York製造。
目前用來製造藍光和紫外線偏光鏡的處理，通常牽涉到高解析蝕刻技術。它們需要昂貴的儀器和嚴格的製程控制。因此，我們在藍光和紫外線波長區域，仍然需要高品質和負擔得起的偏光鏡，以及另一種製造這類偏光鏡的製程。
根據本發明的第一態樣，提供光-偏振製品，包含：(A)基板；和(B)基板表面上的按序結構，此按序結構包含：(B1)經排列之模板聚合物，具有經定義之組成，鏈尺寸，和鏈構造；和 (B2)光-偏振物種，以特定的空間方式附接到該模板聚合物。
在本發明第一態樣的光-偏振製品的特定實施例中，模板聚合物係選自於聚核苷酸、聚苯胺、纖維素、前述聚合物的相匹配混合物及前述聚合物的組合。
在本發明第一態樣的光-偏振製品的特定實施例中，光-偏振物種是有機光-偏振染料。
在本發明第一態樣的光-偏振製品的特定實施例中，光-偏振物種是元素金屬。在特定實施例中，此元素金屬係選自於Al、Ag、Au、Cu、Cr、Fe、Ni、Mo、W、Re、Os、Ir、Pt、Pd、Rh、Ru、前述金屬的相匹配混合物及前述金屬的組合。
在本發明第一態樣的光-偏振製品的特定實施例中，元素金屬是以奈米絲的形式存在，其長/寬比至少是3：1，而寬度大於2奈米。
在本發明第一態樣的光-偏振製品的特定實施例中，光-偏振製品進一步包含：(C)囊封按序結構的保護層。
在本發明第一態樣的光-偏振製品的特定實施例中，包含保護層(C)，此保護層是從低熔點無機玻璃，和聚合物層，及前述材料的組合中選出。
本發明的第二態樣為光-偏振製品，包含：(a)基板；和(b)基板表面上的按序結構，其實質上包含多個經排列之元素金屬奈米絲，其長/寬比至少是3：1，而寬度大於2奈米。
在本發明第二態樣的光-偏振製品的特定實施例中，該些元素金屬奈米絲是選自於以下金屬的奈米絲：Al、Ag、Au、Cu、Cr、Fe、Ni、Mo、W、Re、Os、Ir、Pt、Pd、Rh、Ru、前述金屬的相匹配混合物及前述金屬的組合。
在本發明第二態樣的光-偏振製品的特定實施例中，光-偏振製品進一步包含：(c)囊封按序結構的保護層。
在本發明第二態樣的光-偏振製品的特定實施例中，包含保護層(c)，此保護層是從低熔點無機玻璃，和聚合物層選出。
本發明的第三態樣為光-偏振製品，包含：(A)基板；和(B)多個經排列之元素金屬奈米絲，該些奈米絲的長/寬比至少是3：1，而寬度大於2奈米，且該些奈米絲分佈於整個基板，提供光-偏振功能。
在本發明第三態樣的光-偏振製品的特定實施例中，該些元素金屬奈米絲是選自於以下金屬的奈米絲：Al、Ag、Au、Cu、Cr、Fe、Ni、Mo、W、Re、Os、Ir、Pt、Pd、Rh、Ru、前述金屬的相匹配混合物及前述金屬的組合。
本發明的第四態樣是製造光-偏振製品的製程，此製品包含基板和基板表面上按序結構的光-偏振物種。此製程包括：(I)提供具有經定義之組成、鏈尺寸，和鏈構造的模板聚合物；(II)以特定的空間方式，將光-偏振物種附接到此模板聚合 物；和(III)讓模板聚合物跟基板表面接觸，並且排列模板聚合物鏈於表面上。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，此製程在步驟(II)和(III)之後，進一步包含底下的步驟(IV)：(IV)用保護層囊封光-偏振物種。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，步驟(II)在步驟(III)前進行。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，步驟(III)在步驟(II)前進行。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，模板聚合物具有支架結構。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，該模板聚合物係選自於聚核苷酸、聚苯胺、纖維素、前述材料的相匹配混合物及前述材料的組合。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，步驟(I)包含：(IA)藉由化學碎裂、機械碎裂或液相層析法控制模板聚合物之尺寸分佈。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，光-偏振物種為有機光-偏振染料。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，光-偏振物種為金屬。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，光-偏振物種是金屬，此金屬係選自於Al、Ag、Au、Cu、Cr、Fe、 Ni、Mo、W、Re、Os、Ir、Pt、Pd、Rh、Ru，及前述金屬的組合。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，步驟(II)包含：(II-1)讓多個金屬離子跟模板聚合物接觸；(II-2)在模板聚合物鏈上的多個位置處，讓金屬離子跟模板聚合物接合；和(II-3)將金屬離子還原成元素金屬。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，步驟(II)包含：(IIA)提供離子結合劑，包含跟模板聚合物反應的作用部位；(IIB)在模板聚合物鏈上的多個位置處，讓模板聚合物跟多個離子結合劑的作用部位接合；(IIC)讓多個金屬離子跟與模板聚合物接合的離子結合劑接合以形成金屬複合物；以及(IID)將金屬離子還原成元素金屬。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，步驟(II)包含：(IIa)提供複合物，其包含(i)金屬離子以及(ii)離子結合劑，其包含跟模板聚合物反應的作用部位；(IIb)在模板聚合物鏈上的多個位置處，讓模板聚合物跟多個離子結合劑的作用部位接合；以及(IIc)將金屬離子還原成元素金屬。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，步驟(III)包含：(IIIA)藉由探針電紡絲形成模板聚合物之奈米纖維；及(IIIB)沉積奈米纖維於基板表面上以形成其經排列的結構。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，步驟(II)更進一步包含：(II-4)形成元素金屬之微絲。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，在步驟(II)及(III)後進行步驟(IIIa)：(IIIa)由基板表面去除模板聚合物，以遺留經排列之金屬作為表面上之光-偏振物種。
在本發明第四態樣的製程的包含步驟(IIIa)特定實施例中，步驟(IIIa)包含在惰性或還原性氛圍中對模板聚合物進行煆燒。
在本發明第四態樣的製程的包含步驟(IIIa)特定實施例中，步驟(IIIa)包含在還原性氛圍中對模板聚合物進行煆燒，因而模板聚合物實質上被去除以及假如存在金屬離子與模板聚合物結合，金屬離子被還原為元素狀態。
在本發明第四態樣的製程的特定實施例中，包含步驟(IV)：保護層係選自於聚合物層、低熔點無機玻璃層、旋塗式玻璃材料，及前述材料的混合物。
本發明的第五態樣是關於製造光-偏振製品的製程，此製品包含基板，和基板表面上按序結構的光-偏振物種， 此製程包括：(i)提供多個元素金屬奈米絲；(ii)將奈米絲附接到基板表面上，並且以特定的空間方式排列奈米絲，使經排列的奈米絲可以在感興趣的波長下提供光-偏振特性。
在本發明第五態樣的製程的特定實施例中，該製程在步驟(ii)後更進一步包含步驟(iii)：(iii)以保護層囊封奈米絲。
在本發明第五態樣的製程的包含上述步驟(iii)特定實施例中，在步驟(iii)中保護層係選自於聚合物層、低熔點無機玻璃層、旋塗式玻璃材料，及前述材料的混合物。
在本發明第五態樣的製程的特定實施例中，奈米絲的長/寬比至少為3。
在本發明第五態樣的製程的特定實施例中，奈米絲寬度為2nm至500nm。
本發明的第六態樣是關於製造光-偏振製品的製程，包括：(1)提供多個元素金屬奈米絲；(2)將奈米絲跟玻璃材料的配料混合物混合；(3)加熱步驟(2)所得的材料，形成奈米絲散佈於其中的連續玻璃材料；(4)拉伸步驟(3)所得的玻璃，使奈米絲在玻璃塊內排列。
在本發明的第六態樣特定實施例中，步驟(1)包括透過選自以下的一個製程來提供多個奈米絲：聚合物模板法、 以微膠粒為主之界面活性劑的自組合、管控的奈米粒子自組合、電解，和前述方法的組合。
在本發明的第六態樣特定實施例中，步驟(2)中的配料混合物，包含可以抑制金屬奈米絲在步驟(3)期間氧化的還原劑。
在本發明的第六態樣特定實施例中，步驟(1)中所提供的奈米絲，在要求偏振效應的感興趣波長下具有光活性的組成份和尺度。
在本發明的第六態樣特定實施例中，在步驟(2)、(3)、(4)和後續步驟的其中一個步驟中，奈米絲會轉變成在要求偏振效應的感興趣波長下呈光活性狀態。
在本發明的第六態樣特定實施例中，此製程在步驟(4)之後，進一步包含底下的步驟(5)： (5)使用保護層來囊封奈米絲。
在本發明的第六態樣特定實施例中，步驟(5)的保護層是從聚合物層、低熔點無機玻璃層，和前述材料的組合中選出。
在本發明的第六態樣特定實施例中，奈米絲的長/寬比至少是3。
在本發明的第六態樣特定實施例中，奈米絲的寬度從2奈米到500奈米。
本發明的一或多個實施例有一或多個底下的優點。(1)聚合物模板的使用，特別是有已知的製程可以用來準備具有特定，可管控之化學、尺寸、和形狀特性之結構的DNA， 可以提供具有經定義明確之長寬比的有機和無機模板材料，這在其他方式是不容易獲得的。(2)有廣大範圍的金屬和具有一系列偏振特性的光學活性有機結構，可以跟DNA模板結合，因此可以提供一系列的偏振波長。(3)模板材料在表面上的密度可以由稀釋或多層處理來控制。(4)在囊封到玻璃中之前，模板材料可以很容易地透過很多製程在表面上排列。這跟囊封後透過玻璃拉製作金屬粒子排列的目前製程比較起來，產生更有效的粒子排列(和更有效的偏振)。(5)囊封可以讓奈米模板的光學修飾表面對環境壓力穩定，例如熱，光化學和化學損壞。(6)模板/囊封處理可以藉由依續組合偏振薄膜以準備具有附加和/或複合光學特性的結構。這些包括正交偏光鏡和負折射率材料，或光學特性的複合添加劑，例如濾光器加上正交偏光鏡的組合。(7)PolarcorTM產品目前使用銀或銅金屬粒子，這在頻譜選擇上會受到限制。藉由從一系列的金屬和一系列的長寬比來協助產生奈米粒子，本發明的製程大大擴展了頻譜選擇的範圍-特別是在人們已經花了一些時間在尋找實用解決方式的藍光區域。
本發明其他特性及優點將揭示於下列詳細說明中，業界熟知此技術者將由說明書立即地瞭解部份或藉由實施說明書以及申請專利範圍及附圖內容而明瞭。
人們瞭解先前一般性說明以及下列詳細說明只作為本發明之範例，以及預期提供一個架構或概念以瞭解申請專利範圍所界定本發明之原理及特徵。
所包含附圖在於提供更進一步瞭解本發明，以及在 此加入以及構成說明書之一部份。
101‧‧‧偏光鏡
103‧‧‧基板
105‧‧‧光-偏振層
107‧‧‧保護層
201‧‧‧偏光鏡
203‧‧‧基板
205‧‧‧光-偏振物種
401‧‧‧電紡絲裝置
403‧‧‧DNA溶液供給裝置
405‧‧‧探針
407‧‧‧DNA纖維
409‧‧‧旋轉基板
501‧‧‧低熔點玻璃沉積裝置
503‧‧‧真空室
505、507‧‧‧奈米模板化基板
509‧‧‧射頻基地
511‧‧‧低熔點玻璃塞
在附圖中：
第1圖為依據本發明一項實施例之光-偏振結構示意圖。
第2圖為依據本發明另一項實施例之光-偏振結構之示意圖。
第3圖為鋁金屬化螢光原位雜交DNA排列於玻璃表面上之顯微影像圖。
第4圖為製造DNA薄膜之電紡絲製程之示意圖。
第5圖為沉積低熔點玻璃於塗覆金屬化DNA基板裝置建立之示意圖。
除非另有說明，人們了解所有數值例如說明書或申請專利範圍中表示成份百分比，尺寸，以及特定物理特性在所有情況能夠加上「大約」加以改變。已作嘗試以確保揭示於範例中數值精確性。不過，任何量測數值本質上含有各別技術所導致標準偏差產生之誤差。
說明說明書及申請專利範圍中所使用單數形式之冠詞「一」係指「至少一個」以及並不限制為「只有一個」，除非另有清楚地表示。例如「核苷酸」包含一種或多種核苷酸，除非另外清楚地說明。
本發明的光-偏振製品可以是偏光鏡可以用於或是配合任何光學裝置或系統，例如相機系統、顯示裝置、電信裝置、光源、鏡片和視窗夾具中。決定於應用，本發明的光-偏振製品可以提供光-偏振功能，也就是說，選擇性地過濾入射光以提供偏振光。本發明的光-偏振製品可以是線性偏光鏡、圓形偏光鏡和正交偏光鏡。本發明的光-偏振製品可以提供單一限定波長範圍中的光-偏振功能，例如在紅外線中、紅外光譜中、全可見光光譜、藍光光譜、或者紫外線波長範圍中。本發明的光-偏振製品可以在多個不連續的波長範圍內，提供光-偏振功能。在那些不同波長範圍內之過濾光的偏振方向，可以大體上相同或大體上不同。目前發明的技術可以用來產生任何和所有這些類型的光-偏振製品。
本發明之光-偏振製品的一個令人感興趣範疇是吸收偏光鏡。在吸收偏光鏡的情況中，本發明的光-偏振製品最好包含基板，在要求偏振效應的感興趣波長下透射，且包含及/或擁有光-偏振物種。此基板可以由任何材料製造，最好是固體材料，例如無機玻璃材料(例如，鹼石灰玻璃、硼矽酸玻璃、熔凝石英或矽石玻璃、或鋁矽酸玻璃)、玻璃-陶瓷材料(例如，透明β-石英玻璃-陶瓷、或Zerodur®)、無機結晶材料(CaF2、MgF2、ZnTe、或藍寶石)、聚合物(熱塑性、熱固性或液晶)、無機-有機複合材料，和前述材料的組合。
光-偏振物種在基板表面上和/或基板塊內部的按序散佈對本發明的光-偏振製品是必要的，以便提供光-偏振功能。在特定實施例中，光-偏振物種以大致平行的方式排列以 給予本發明的光-偏振製品光-偏振功能。
本發明之光-偏振製品中的光-偏振物種可以是有機或無機的。有機光-偏振物種的非限定範例包括底下表I中所列的那些。
本發明之光-偏振製品中的無機光-偏振物種可以是，但不局限於碘、元素金屬、像Al、Ag、Au、Cu、Cr、Fe、Ni、Mo、W、Re、Os、Ir、Pt、Pd、Rh、Ru，和前述物種的組合和混合物。不同的金屬可以用來提供不同波長範圍的偏振功能。對於正交-偏光鏡，和在多個連續或不連續波長範圍內具有偏振功能的其他偏光鏡，在本發明的光-偏振製品中可以使用多種金屬。在特定實施例中，光-偏振物種是元素金屬的奈米絲。在特定實施例中，這些金屬奈米絲的長/寬比至少 是3，在特定實施例中至少是5，在特定其他實施例中至少是8，在特定其他實施例中至少是15，在特定其他實施例中至少是20。在特定其他實施例中，金屬奈米絲的寬度(直徑)至少是2奈米，在特定實施例中至少是5奈米，在特定實施例中至少是10奈米，在特定實施例中至少是50奈米，在特定實施例中至少是50奈米，在特定實施例中小於500奈米。
在本發明光-偏振製品的特定實施例中，一個或多個光-偏振物種大體上只散佈在基板的表面上。在本發明光-偏振製品的特定其他實施例中，一個或多個光-偏振物種大體上只散佈在基板表面或基板塊內部的單一光-偏振薄層內。在特定其他實施例中，一個或多個光-偏振物種散佈在基板表面上或基板塊內部的多個薄層內。這種多光-偏振層可以形成連續層狀結構，中間沒有一層不含光-偏振物種。在其他實施例中，這多個光-偏振層可以形成不連續層狀結構包含一個或多個基本上不含光-偏振物種的中間層。
在本發明光-偏振製品的特定實施例中，光-偏振物種必須由保護層囊封。此保護層可以包含一層無機玻璃材料、一層有機和/或無機聚合物材料、一層旋塗式玻璃材料、前述材料的相匹配混合物及前述材料的組合。保護層的主要功能是穩定光-偏振物種及其結構，使得在光-偏振製品的使用壽命期間，可以維持預定水平的光-偏振功能。通常，此保護層在要求偏振功能的感興趣波長範圍內，最好是透射的。
除了光-偏振物種外，本發明的光-偏振製品可以進一步包含模板聚合物，讓光-偏振物種以特定的空間方式，附 接到其上。
所謂「特定空間」意指光-偏振物種附接到模板聚合物的方式，要使得當模板聚合物分子被正確排列時，附接到其上的光-偏振物種可以提供預定的光-偏振功能。在特定實施例中，將光-偏振物種結合在聚合物上，可以讓聚合物支架和光-偏振劑一起排列時，對入射光產生均勻的定向吸收或反射。位於聚合物支架上的光-偏振物種有足夠的量以產生預定的光學活性，透射百分比，和偏振效率。聚合物可以是有機或無機，而且本身也可以擁有固有吸光度。聚合物的這種固有吸光度在排列時，不需要光-偏振物種，本身也可以產生預定範圍的偏振波長活性。光-偏振物種可以透過直接結合，化學存留，或者透過「種晶法」在聚合物上成長，附接到模板聚合物。聚合物和光-偏振物種的結合，獲得了非固有光-偏振物種的光學活性(例如，吸光度)。當光-偏振物種和聚合物支架的混合物足夠排列在表面上，或在矩陣內，它們可以對光的吸收提供「向量方向性」。也就是說，入射光大體上會沿著一個傳播軸被吸收。光-偏振物種的非限定範例有金屬、雙色有機劑、和碘。
模板化是代表將光-偏振物種附接到聚合物鏈上的過程。此聚合物鏈最好是支架結構，具有預定的結構，尺寸分佈，抗彎長度和剛性。「模板聚合物」可以包含超過一種聚合物。例如，雙股DNA是由兩個分開的單股聚合物組成。然而，即使三股DNA也是存在的，而且可以形成經定義的結構。此模板聚合物支架可以考慮跟其他「非-模板聚合物」結合以 產生想要的光學活性。例如，模板聚合物可以結合另一個聚合物，用於薄膜流延和加工技術。熟悉此技術的人將瞭解到，這裡使用的聚核苷酸是作為典型的範例，這些原理可以應用到其他聚合物系統。
將光-偏振物種附接到模板聚合物支架上的過程包括物理力、化學結合和/或化學鍵生成。一些範例包括，但不局限於：離子接合生成、空間存留、化學交聯、嵌入、氫鍵、凡得瓦爾(Vander Wall)力、序列特異性雜交、化學接枝、疏水性、靜電吸引，和前述過程的任意組合。在一些情況中，光-偏振劑和光-偏振劑的先驅物可以被視為配位子。配位子可以透過共價鍵結、靜電接合、或嵌入，跟DNA作用。聚核苷酸有特殊的結構相互作用，可以有利地產生跟光-偏振劑的結合。例如，稀土離子能夠以高親和力，跟DNA的負電磷酸主鏈結合。溴化乙菲錠、硫酸原黃素、道諾黴素(daunomycin)、阿黴素(doxorubicin)是嵌入式染料的範例。嵌入劑可以透過定向結合放置在聚合物支架上，並且配適在雙股DNA的內鹼基對之間。通常嵌入劑具有芳香族或多環結構的平面幾何。
金屬奈米粒子可以被賦予化學功能，以便跟雙股或單股DNA形成化學鍵。這些附接金屬之DNA股的序列，可以製成跟聚核苷酸模板中的互補序列DNA股結合。此外，可以將金屬離子模板化到聚合物支架上作為先驅金屬，接著再還原產生基態金屬。DNA的鹼基也可以經過修飾以跟先驅金屬離子接合，如此可以在稍後金屬化。特別要注意的是，由模板所產生的金屬結構，本身也可以作為後續金屬化的模 板。也就是說，金屬奈米絲的基態可以提供表面，讓很像殼心結構的其他金屬原位成長。
在特定實施例中，模板聚合物跟光-偏振物種一起，形成本發明之光-偏振製品的光-偏振按序結構。此模板聚合物最好具有經定義的結構、鏈長度，和鏈構造。在特定實施例中，模板聚合物最好具有支架結構。在特定實施例中，每個模板聚合物鏈被附接到單一的光-偏振物種。在特定其他實施例中，每個模板聚合物分子被附接到多個光-偏振物種。在某些實施例中，每個模板聚合物分子被接合到單一光-偏振分子。在特定其他實施例中，每個模板聚合物分子被接合到多個光-偏振分子。具有經定義，且管控之結構，組成和構造的模板聚合物可以用來形成具有經定義之單元長度，構造，和組成的高度按序結構。
模板聚合物的非限定範例有：聚核苷酸，例如DNA(單股、雙股、或三股、合成或天然)和RNA，修飾的聚核苷酸，例如有附接其他化學官能基的DNA和RNA、纖維素(天然或合成)、和聚苯胺。已知在雙股DNA之聚合物支架結構上的一些鹼基部分，有能力可以跟金屬離子接合，形成金屬複合物，而含有多個這類鹼基對的單一DNA，可以跟多個金屬離子接合。在特定實施例中，高度希望模板聚合物具有窄分子量分佈，也就是窄的聚合物聚合分佈指數(PI)。模板聚合物的聚合分佈指數(PI)定義成模板聚合物中所有分子之重量平均分子量()對數目平均分子量()的比值：
在特定實施例中，PI≦1.5。在特定其他實施例中，PI≦1.2。在特定其他實施例中，PI≦1.1。在DNA情況中，在在特定實施例中要求DNA平均長度具有10至1000鹼基對(bp)，在特定實施例中無20至800鹼基對，在特定其他實施例中為20至500鹼基對，在特定其他實施例中為50至500鹼基對，在特定其他實施例中為100至500鹼基對。人們要求在本發明之光-偏振製品中，DNA模板聚合物中所有分子之所有長度的標準差要小於或等於50鹼基對，在特定實施例中小於或等於30鹼基對，在特定其他實施例中小於或等於20鹼基對，在特定其他實施例中小於或等於10鹼基對。通常，為了獲得具有高偏振效能的製品，必須要有高度按序結構的模板聚合物和光-偏振物種。模板聚合物的鏈長度越均勻，可以在光-偏振製品中產生越按序分佈的光-偏振物種，因此會有越好的光-偏振效能。有多種方式可以用來獲得緊密之模板聚合物-像DNA-的分子量分佈。在底下對於本發明的各方面描述中將會詳細說明。
因而如上述所說明，一種構成本發明第一態樣之本發明的光-偏振製品，包含：(A)基板；和(B)基板表面上的按序結構，此按序結構包含：(B1)經排列的模板聚合物，具有經定義之組成、鏈尺寸，和鏈構造；和(B2)光-偏振物種，以特定的空間方式附接到此模板聚合物。
另一種構成本發明第二態樣之本發明光-偏振製品，包含：(a)基板；和(b)基板表面上的按序結構，該按序結構實質上包含多個經排列之元素金屬奈米絲，該些奈米絲的長/寬比至少是3：1，而寬度大於2奈米。
另一種構成本發明第三態樣之本發明光-偏振製品，包含：(A)基板；和(B)多個經排列之元素金屬奈米絲，該些奈米絲的長/寬比至少是3：1，而寬度大於2奈米，且該些奈米絲分佈於整個基板，提供光-偏振功能。
本發明的各種不同光-偏振製品可以由本發明的一個或多個製程實施例來準備，如同前面總結，以及後面將詳細描述的。第1和2圖簡單說明兩個本發明之光-偏振製品實施例的結構。第1圖顯示的是偏光鏡101，包含基板103，和光-偏振層105，包含在基板103表面上，按序結構的光-偏振物種(例如，基本上彼此平行排列的多個金屬奈米絲)。在光-偏振層105上頂層保護層107亦被顯示出。第2圖顯示偏光鏡201，包含基板203，由散佈在整個基板塊內(和基板203表面附近區域)的多個光-偏振物種205(例如，基本上彼此平行排列的多個金屬奈米絲)構成。
本發明製程的一個範疇也就是本發明的第四態樣，是可以製造包含基板，以及在基板表面上之按序結構之光-偏 振物種的光-偏振製品。該製程包含下列步驟：(I)提供具有經定義之組成、鏈尺寸，和鏈構造的模板聚合物；(II)以特定的空間方式，將光-偏振物種附接到此模板聚合物；和(III)讓模板聚合物跟基板表面接觸，並且排列模板聚合物鏈於表面上。
至於模板聚合物和光-偏振物種，在上面已經配合本發明的光-偏振製品加以描述。如同前面所指出的，模板聚合物可以有某種範圍的鏈長度、組成、和構造分佈。在特定實施例中，模板聚合物可能需要有相當窄範圍的分子分佈。這種分佈可以由特別是，如前面所指出的聚合分佈指數來表示。有多種化學和物理方式，可以用來控制模板聚合物的組成、鏈尺寸、和構造分佈。例如，物理和化學碎裂，像音波振動、酵素水解和層析法，像HPLC(高壓液相層析法)，可以用來提供具有特定範圍之鏈長度分佈，平均鏈長度和構造的模板聚合物材料像DNA。
至於步驟(II)，如同前面配合本發明之光-偏振製品的描述所指出的，將光-偏振物種附接到模板聚合物的分子，可以透過跟光-偏振物種的物理親和性和/或化學反應，在光-偏振物種和模板聚合物分子之間產生離子、共價、和/或氫鍵來達成。光-偏振物種或其先驅物的分子結構可以有一個或多個作用部位跟模板聚合物鏈反應。如此，讓光-偏振物種在適當的物理和化學條件下跟模板聚合物接觸(例如，混合光-偏振 物種或其先驅物的溶液或分散液，跟模板聚合物的溶液或分散液)可以讓它們之間形成鍵結，將光-偏振物種附接到模板聚合物鏈。如同前面配合本發明的光-偏振製品所指出的，光-偏振物種和/或其先驅物跟模板聚合物之間的這種鍵結可以發生在模板聚合物每個鏈上的一個部位，或者可以有利地發生在模板聚合物每個分子鏈上的多個部位。
光-偏振物種附接到模板聚合物可以在模板聚合物接觸基板表面之前或之後發生。因此，在特定實施例中，步驟(II)可以在步驟(III)之前。在其他實施例中，步驟(III)可以在步驟(II)之前。
當需要使用金屬來作為本發明之光-偏振製品的光-偏振物種時，在製造這類光-偏振製品之處理的特定實施例中，如果模板聚合物鏈包含可以直接跟金屬離子接合的活性部位時，就必須使用包含金屬離子的金屬先驅化合物接觸模板聚合物將金屬直接接合到模板聚合物。如果模板聚合物沒有活性部位可以直接跟金屬離子接合，那麼在金屬離子附接到模板聚合物鏈之前，可以另外將具有可以跟模板聚合物接合之功能部位的離子-結合劑，接枝到模板聚合物。或者，可以先將金屬離子跟離子-結合劑結合形成金屬複合物，接下來將此複合物接枝到模板聚合物鏈上。在特定實施例中，金屬先驅化合物包含可以跟模板聚合物鏈接合的金屬離子。在跟模板聚合物接合時，金屬離子可以進一步接受還原條件，而還原到金屬狀態。此還原金屬可以聚集，形成具有偏振功能所需要之構造和尺寸的金屬奈米絲和/或奈米線。讓模板聚合 物跟基板表面接觸有很多製程可以達成，例如旋佈塗覆、浸塗、淋塗，和刷塗。或者，可以利用特別是電紡絲將模板聚合物紡到纖維中，然後沉積到基板表面並排列以形成預定的按序結構，提供最終產物所想要的光-偏振功能。
模板聚合物如果對最終光-偏振製品的預定效能沒有負面影響的話，可以保留在最終產品中。然而，在特定實施例中，模板聚合物和/或其他引進按序偏振結構中的有機材料，在最終產物形成之前必須被除去。在那些實施例中，模板聚合物可以透過特別是高溫處理有利地除去，例如在惰性或還原氛圍中煅燒。當元素金屬是最終產品中預定的光-偏振物種時，在還原氛圍，例如含H2氛圍中煅燒特別有利，因為金屬離子可以被還原成金屬，而且/或是可以避免先前還原的元素金屬被氧化。
或者，也可以將預-形成的金屬奈米絲沉積、附接並排列到基板的表面上，或者將預-形成的金屬奈米絲形成到基板塊中。有各種製造金屬奈米絲的製程是已知的。一種製程牽涉到使用前面配合本發明第四態樣所描述的模板聚合物。其他可以單獨，或結合聚合物模板法使用之製程的非限定範例包括：以微胞為主的界面活性劑自組合、管控的奈米粒子自組合、電解，和前述製程的組合。
奈米絲說明已隨同光-偏振物品在上面提出。關於形成奈米絲至玻璃基板塊內，該製程包含下列步驟：(1)提供多個元素金屬奈米絲；(2)將奈米絲跟玻璃材料的配料混合物混合； (3)加熱步驟(2)所得的材料，形成奈米絲散佈於其中的連續玻璃材料；(4)拉伸步驟(3)所得的玻璃，使奈米絲在玻璃塊內排列。
現存有很多製程和策略可以用來合成金屬奈米絲。特別地，有很多濕化學技術已經報導過，例如：在多孔無機基板內成長，多聚碳酸酯膜，聚合物，生物聚合物，和界面活性劑為主的製程。一個特別有名的以界面活性劑為主的製程是：種晶促進長成技術。這種技術較新近的修改牽涉到兩步驟的合成。此外，種晶促進長成技術的表面為主修改也已經被提出。離現在最近的報導是，雙溶劑/界面活性劑系統可以對金屬奈米絲尺寸和長寬比提供一些控制。通常，界面活性劑是作為包覆劑，用來控制還原處理期間所形成之金屬的尺寸。這些界面活性劑為主的合成製程也可以結合金屬離子協調有機-金屬劑，像三聯吡啶或卟啉結構。除了濕化學外，有很多氣相合成技術也已經報導過。Primet PrecisionMaterials Inc.公司已經描述使用高溫液相離心裝置以製造金屬奈米絲。WO2007081876(A2)中使用奈米紋理的印痕表面，作為合成奈米粒子的鑄模。其他未來將發展出來之管控合成奈米絲的非濕化學技術包括：蘸筆奈米蝕刻術，分子束磊晶，斜角氣相沉積，和氣相中的熱力燃燒。
以聚合物為主的奈米絲合成已經報導過。將銀沉積在聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜的製程被報導過。使用自摻雜聚苯胺(SPANI)來製造金屬奈米絲的製程也被報導過。
在生物聚合物奈米絲合成的情況中，通常聚核苷酸會對結構和尺寸的分佈提供最大的控制。聚核苷酸的金屬化有幾種製程。使用三聯吡啶金屬離子鹽作為嵌入劑，跟DNA的鹼基對結合以沿著DNA支架產生金屬的種晶成長也有描述。在其他技術中，將奈米顆粒金屬功能化，使其跟單股DNA作化學附著，然後跟互補DNA結合。在又另一個範例中，將DNA鹼基加以修飾，以便存留金屬離子，接著還原成基態金屬。
控制製造奈米絲的處理步驟就可以在批次熔化處理之前，直接製造光學活性奈米絲。在特定實施例中，步驟(2)中的批次混合物可能需要包含還原劑以抑制金屬奈米絲在步驟(3)期間的氧化。在其他實施例中，在步驟(2)、(3)、(4)和後續步驟的至少其中一個步驟中，可能必須將奈米絲轉變成在要求偏振效應的感興趣波長下呈光學活性狀態。
在很多應用中，光-偏振物種最好進一步由保護層囊封，例如低熔點玻璃、聚合物層、旋塗式玻璃層、前述材料的相匹配組合及前述材料的混合。這類囊封保護層可以由特別是化學蒸氣沉積、噴塗、濺鍍、淋塗，和旋佈塗覆來形成。
以下將更詳盡說明本發明使用的DNA模板化，作為非限制性實例。
薄膜DNA模板化的最佳表面是玻璃，然而其他基板例如塑膠也同樣可以使用。對於偏光鏡，有三種主要的設計形式：(1)將長寬比定義明確的含金屬DNA排列在表面上；(2)將光學活性有機物排列在長寬比定義明確的DNA上；以及(3) 在DNA上形成金屬化或光學活性有機物的長金屬股，其股間間距可以賦予光學活性。將聚合物結構-像DNA-排列或定位在表面上，用來存留，或模板化可以在光學上操縱光線的有機或金屬結構。聚核苷酸例如DNA被視為是最好的實施例，因為聚核苷酸是目前能夠獲得想要之長寬比和表面排列之最多功能的聚合物結構之一。在這裡，我們描述獲得定義長度之DNA在表面上排列DNA，和金屬化DNA的特定製程。然後可以將這些長寬比定義明確的經排列的奈米尺寸結構，囊封在保護層內例如低熔點玻璃。將模板金屬化，或跟光學活性有機染料結合的過程具有自組合本質，並不受限於動力學的製造。DNA可以在排列之前預-金屬化，或跟吸收物種預-結合。此過程可以連續重複以提供多層囊封結構。多層結構可以給予額外的光學特性，例如多色偏光鏡，或正交偏光鏡，或混合物，例如濾波器加上正交偏光鏡。這裡描述特定的處理技術使其過程可以應用於薄膜偏光鏡的製造。
DNA是可以由各種來源獲得的多功能模板。DNA可以由化學和光化學合成、酵素合成、和從生物來源萃取。DNA的多功能可以由文獻的研究來證實，其中DNA具有可以適用的已知結構。DNA可以壓縮成環狀、管狀、和球形。DNA可以跟其他分子互相作用，產生聚集體，將結構包裝成壓縮結構或螺旋絲狀結構。序列也可以用來對它的形狀作相當大程度的控制。這種控制程度目前遠低於電子蝕刻技術。DNA可以透過酵素或化學合成技術來合成。DNA也可以消化切成管控的碎屑結構。DNA也可以被組合、重組、並發展成修飾結 構。因為所有這些原因，DNA可以供給表面修飾科學家一種功能強大的薄膜工具。
DNA可以大量製成獨立長度。離散長度的DNA能夠跟吸收部分(moiety)排列並模板化，或原位金屬化。在表面上的經排列的DNA可以顯現出260奈米範圍的線性雙色性。此260奈米吸光度是DNA固有的。因此，單獨以它固有的核苷酸吸光度，經排列的DNA就可以作為薄膜偏光鏡，但只在有限的紫外線範圍。我們預期將吸收部分(moiety)結合到這些結構上可以提供模板定向偏振。或者，也可以使用等離子共振金屬以產生偏振特性。使用含有吸收，或等離子生成物種的經排列的DNA薄膜可以進一步在管控波長範圍內達到光學偏振。在這裡描述了在表面上經排列的DNA的特殊製程。有幾種製程，是因為DNA可以衍生成包含吸收物種或等離子生成物種，因而存在。DNA也可以透過多種方式在原處金屬化。DNA結構供特殊的奈米尺寸長度，這對獲得最佳長寬比的金屬奈米粒子來說是最理想的。已經使用吸收物種或金屬化來賦予功能的DNA，可以使用低熔點玻璃塗層囊封，或者使用例如光-聚合的技術施加聚合物囊封以達到光學和熱穩定。在囊封之後，接著可以施加多層經排列的DNA薄膜以便提供具有很多新光學特性的結構，例如正交偏光鏡，和3-D偏光鏡(全訊偏光鏡)。
各個步驟之詳細說明如下所述：
1.界定出形狀及大小(即長度及幾何形狀)之DNA模板配製
DNA結構可以形成任何指定的形狀，包括2D和3D結構，例如線性、橢圓形、或正交形狀。DNA長度可以是離散單一尺寸，或者其長度分佈在形成排列或定向薄膜時，可以提供一般的光學偏振特性。控制核苷酸尺寸技術的非限定範例有：層析法(也就是HPLC/FPLC)、電泳法、離心和超速離心、微流體、限制性消化、沉澱、磁珠萃取、音波振動，用PCR和其他擴增技術作引子模板選擇。
DNA是吸引人的模板劑，因為對於具有這些尺度的金屬結構來說，它們可以在光學偏光鏡所需要的尺度上達到定義明確的長度。由DNA和聚合物模板所獲得之長寬比的控制，一般來說比大部分其他目前可用的技術要多很多。其他核苷酸也可以使用，例如RNA和混合物，或RNA和DNA。此外，對於DNA可以有廣泛的操作，包括：擴增、劈開、結構壓縮和接合，因此可以對尺寸加以控制。每個雙股DNA的鹼基對等於3.4埃。DNA作為鏈聚合物的抗彎長度，大約是500埃或170bp(鹼基對)。DNA序列，以及變性緩衝液，和溫度可以最佳化以降低自相互作用以維持線性。相反的，DNA序列和緩衝液條件也可以經過設計以控制結構成為非線性。然而，大於4kb之股的AFM分析已經證實並指出，它們可以維持它們的線性尺度。有四種基本的預期結構對偏光鏡應用來說是感興趣的：(1)線性DNA模板；(2)圓形DNA模板；(3)為正交偏光鏡的正交形狀DNA；(4)三維立方體或球狀聚集體。這些結構可以透過序列的定向自結合自然發生，或者透過共價化學作用，或酵素接合，和酵素扭曲及扭曲變形來強 迫設計。物理的度量衡值可以由多模式檢測獲得。
DNA來源：合成與萃取
CPG與光微影合成：
化學合成：DNA可以透過使用標準自動合成器，試劑，例如亞磷胺化合物，和CPG管柱的慣用合成法來製造。通常，如此形成之合成DNA的長度限制在100bp。然而，可以透過稱為夾板接合的架橋或串聯技術以結合合成的單股DNA(ss DNA)。當在模板的處理期間，研究者所要求的單股模板比傳統合成DNA所能製造的還長時，這種製程是有用的。例如，一個寡核苷酸可以使用對分核苷酸橋，跟另一個寡核苷酸結合，此對分核苷酸橋的一部分序列跟第一個寡核苷酸的一部分互補，而另一部分跟欲結合之第二個寡核苷酸的一部分互補。光活性亞磷醯胺也可以用來讓DNA原位生長在表面上。DNA末端化學基團之間的化學交聯是可行的。
DNA及dsDNA酵素合成：
對於要求寡核苷酸的長度比100bp還長的那些應用來說，可以使用酵素DNA擴增。現存有幾種製程可以執行DNA擴增。聚合酵素鏈鎖反應是最普遍的。在這種情況中，兩個短DNA單股結合在一起讓股擴增。這兩個短股稱為引子，它們必須包含相同的序列跟欲擴增的DNA末端互補。這些引子可以加以修飾，使其包含硫醇或生物素或胺基。然後DNA在緩衝液中，跟DNA聚合酵素和脫氧核苷酸三磷酸(d-NTP)單體結合。然後讓此混合物接受熱循環以產生引子的變性，退火，以及3’突出的拉長。重複此過程，直到獲得初始 股的幾何複本(2n個複本，其中n=循環次數)。這些引子本身可以用來產生5’的末端突出，用來將增幅子固定到表面，或其他增幅子，或合成DNA。引子還可以附加上修飾基。或者，線性和指數滾環循環DNA擴增，單股置換擴增，QBeta複製酵素擴增，逆轉錄酵素擴增，解旋酵素/DNA聚合酵素擴增，和多重置換擴增也都可以用來擴增DNA。除了實驗合成DNA外的另一種選擇，是從活體生物萃取來獲得DNA。這些DNA可以由很多製程萃取，為奈米等級的材料設計提供有用的模板。很多公司販售成套工具，可以做基因組DNA純化(例如，Promega公司的Wizard prep)。細菌可以產生基因組DNA，以及細胞體DNA，可以由很多方式來純化。其他形式的DNA有細菌人工染色體，和染色體外小體。核苷酸也可以包含內生酵素性修飾，例如甲基化。同樣的，DNA可以作化學修飾。很像夾板接合的方式，我們可以藉由讓末端包含通常稱為「黏性端」的DNA以讓短雙股DNA自組合成較長的連體雙股。這可以藉由末端轉移酵素(TdT)，在雙股DNA末端添加包含同聚物序列的ssDNA延伸尾來達成。末端轉移酵素會將單體dNTP附接到雙股DNA。為了組合兩個分開的雙股，我們只需要將其中一個股加上四個已知鹼基(dATP、dTTP、dCTP和dGTP)的其中一個當尾，而另一個股則使用互補鹼基。例如，雙股1在3’末端加上poly A尾，而雙股2加上poly T尾。這些末端在結合時會彼此黏合。尺寸可以在洋菜糖或聚丙烯醯胺凝膠上確認。
DNA的純化可以延伸成高生產量萃取。技術範圍包 括：電泳、離心、管柱萃取、HPLC、FPLC，沉澱、鐵磁珠萃取，和濾膜法。這些製程可以針對所使用的每種獨特DNA類型以加以選擇並最佳化。
DNA大小篩分：
DNA的長度主要是它們來源的結果。合成DNA的長度是由它們的合成方式來定義。長的合成寡核苷酸通常包含不合格的序列，可以進一步由凝膠電泳或HPLC來純化。從細胞純化所獲得的萃取DNA，可以達到高於百萬鹼基的長度，決定於基因組。限制性的消化，可以用來降低長度到離散尺寸的範圍。限制性在特定序列位置切割DNA股，包括ssDNA和dsDNA，決定於它們的機制。限制性的混合可以用來達到預定的長度。
光微影合成或化學合成核苷酸，跟以橋聯溶液為主之合成的混合
由光微影合成的DNA，可以接著使用溶液導出DNA來延伸，以便加長表面上的DNA長度。修飾核苷酸，例如PNA、RNA、LNA、標記補骨脂素(Psoralen)、標記胺、標記硫醇、標記螢光分子，和生物穩定蛋白拮抗劑，也可以結合到表面上的光微影導出DNA。光微影可以作為表面上的「定位器」或「前導序列」。
2.具有經定義大小以及形狀有機或金屬物種之模板化
在玻璃藍光偏光鏡中金屬成分的長寬比範例大約是20奈米寬乘以70奈米長。製造藍光偏光鏡的最佳金屬是鋁。因此，我們可以製造出包含上面所提長寬比之複合金屬(例如 金，鋁)的DNA雙股(70奈米長=205bpdsDNA)。這種長度可以很容易透過上面所描述的許多製程來獲得。使用加成物之原位金屬化的寬度，大約是2奈米。然而，對於加成物設計，或還原時間，以及溶液條件的控制，可以對寬度作較好的控制。尺寸定義明確的金屬奈米粒子，可以在市面上獲得。在這些情況中，必須直接模板化到結構中。DNA可以在接觸表面之前跟光學活性有機偏振物種或金屬預-結合。分隔劑可以加入，例如聚離胺酸或核苷酸結合蛋白。
使用DNA光學薄膜：
自從1970年代，人們就已經知道未修飾之「原生」DNA的經排列的薄膜在260奈米和紅外區的固有吸收範圍內會顯現線性雙色性和偏振。然而，DNA的吸收度或螢光可以經由將吸收物種附接到DNA來改變。附接過程包括：(1)光交聯；(2)透過空間，離子，疏水性作用結合到DNA結構(例如，金屬離子、溴化乙菲錠、YOYO著色劑、TFO結合和蛋白質或酵素「核酸識體狀」黏結劑，像抗體和單股DNA結合蛋白，或甚至半抗原結合蛋白，像卵白素(streptavidin)對生物素化DNA)；(3)化學接合和交聯，例如使用胺作用吸收有機染料，到含胺DNA；和(4)DNA透過「有機方式」來改變光學特性的第四種製程是透過DNA鹼基本身的化學衍生化反應。經排列的DNA之表面為主的衍生化反應是在定義頻譜範圍內，對表面引進偏振性的一種方式。對於純無機偏振產品，可以使用經排列的「固定」聚合物薄膜來「鍛燒」，或燒掉奈米結構金屬，只留下無機相位，作光學偏振和接下來的低熔點玻璃囊 封之用。
DNA的金屬化作用：
DNA的金屬化作用或金屬化法代表將金屬直接接合到DNA的過程。DNA金屬化是將DNA轉變成偏振劑的又另一種方式，藉由管控的長寬比給予DNA表面等離子共振和折射率。然後這些金屬化DNA可以進一步處理到DNA薄膜中或上面。接下來，使用低熔點玻璃將此定向偏振薄膜囊封可以穩定金屬免於各種環境壓力，例如金屬氧化，或模板長寬比的熱瓦解。將金屬引進DNA模板中或上面，可以提供超越有機成分的熱穩定性，允許較高Tg的低熔點玻璃囊封。在本文件中，DNA金屬化包含了幾個元素金屬，例如Pt、Ag、Au、Pd、Cu、Ni、Ru、Os，和Ir。在本文件中有一系列的方法可以用來執行金屬化。金屬化的發生可以透過：(1)DNA的直接模板化，接合預-形成的金屬奈米粒子到DNA模板；(2)跟具有端官能基之預-形成奈米粒子的化學交聯；(3)透過將金屬離子加成物還原成腺嘌呤和鳥嘌呤的成長，作原位金屬化；(4)金屬離子-加成物互相螫合在DNA結構上；(5)金屬在金屬上的原位成長，例如金在銀上或銀在金上模板化，參看GoldEnhance(Nanoprobes Inc.公司)；(6)recA誘導之DNA標記奈米粒子預成型的插入；(7)結合在DNA窄溝中之金屬離子的還原。金屬在DNA上成長範圍可以從1.5奈米到100奈米。同時，有一些處理可以產生連續的金屬化特徵或奈米絲，而其他處理產生金屬原子簇的尺寸變動。在一些情況中，金屬奈米粒子和結構所用的DNA模板可以犧牲，以便將不連續的 「串珠」狀成長熔解在一起。這種金屬熔解過程可能牽涉到讓聚合物模板金屬接受底下的化學處理或能量曝露，例如，電子流流動、電解、加熱處理、微波處理，和紅外線處理。例如，聚焦微波可以通過金屬模板化聚合物上方，在管控的惰性環境中燒掉有機相，並將金屬奈米粒子熔解或「交融」在一起。
化學修飾DNA以便攙入金屬。所提的一個範例是將硫醇攙入DNA中。
在特定實施例中，最好是將黃金結構攙入DNA中。硫醇基可以用來將黃金奈米粒子結合到DNA上。黃金奈米粒子可以是未接合或接合奈米粒子。將黃金奈米粒子直接結合到巰基DNA是已知的。有幾個製程使用酵素處理將硫醇基攙入DNA結構中。合成引子可以用來引進硫醇成為末端標記引子。使用核苷酸攙入的修飾鹼基攙入也可以使用酵素複製來完成，例如PCR、RCA、MDA、解旋酵素-PCR，和使用修飾鹼基的切口平移法。在這些技術中，使用酵素將含胺的dUTP鹼基攙入擴增DNA股中。普通攙入DNA中的鹼基是烯丙胺dUTP。有另外幾個技術也可以用來將硫醇或其他結構攙入雙股結構中。首先，結合技術是可行的。在這個情況中，包含硫醇基的雙股辨識劑可以沿著DNA長度以週期方式結合。一個範例是硫醇修飾的補骨脂素。補骨脂素選擇性地黏結到雙股DNA的區域。含硫醇的補骨脂素可以藉由讓胺補骨脂素跟2-亞氨氫氯化硫醇(Traut’s reagent)反應，將主胺基轉變成硫醇基來製造。或者，使用來自Molecular Probes公司的UlysisTM DNA標記試劑盒以直接攙入也可行。將硫醇DNA攙入雙股中的另一種製程是使用透過recA-像蛋白質-的股交換反應，或藉由結構中含有硫醇的三股DNA。任何這些製程都可以用來攙入硫醇，然而同樣重要的是要知道這些技術也可以同樣地用來將其他材料攙入DNA中。即使是螫合金屬離子(用來還原成基態金屬)的酵素核酸識體也可以裝飾到DNA支架上。或者，完整形成的金屬結構例如金屬奈米粒子或金屬奈米絲也可以藉由親和捕捉到模板DNA結構來加以保留。
3.接觸及排列DNA模板化結構於表面上
有其他製程可以讓表面排列DNA，或用來排列DNA。任何表面都可以使用，包括多孔、2維、塑膠、金屬、微粒子、奈米粒子、奈米絲、微米絲、電紡絲製奈米纖維、聚合物、液晶、晶體、合成藍寶石、鑽石、鏡子、相機、玻璃陶瓷、無機聚合物、混合無機和有機表面等等。DNA、RNA、或PNA、修飾核苷酸(例如，鏡像異構物、補骨脂素DNA或LNA)，和recA ssDNA單絲可以在接觸模板化DNA之前放置在表面上。這些預-附接的核苷酸也可以用來排列並固定DNA。表面可以包含抗光性以協助排列。如果經排列的DNA沒有以光學材料預-模板化，那麼它可以原位模板化，只要DNA是穩定的。將經排列的DNA固定在表面上可以有很多方式，例如由蒸氣沉積作化學交聯，或者藉由標準活性矽烷，像環氧基矽烷，或光交聯劑，像補骨脂素讓DNA跟表面產生反應。活性的和帶電矽烷的複合添加劑也可以用來將核苷酸固定在表面上(例如，帶電的四級胺，加上環氧基矽烷)。
DNA之排列及定向
一連串的核苷酸可以產生二維和三維結構。DNA的奈米方格在文獻中有報導過。DNA(包含DNA的方格結構)可以透過各種物理方式存留在表面上，例如電荷吸引，共價耦合。因此，有很多製程使用序列驅動互補作為工具以製造方格狀經排列的結構。除了序列之外，還有很多物理製程可以將DNA材料排列在表面上。底下描述的幾個製程也夠適當可以執行DNA的排列。
排列製程#1：聚合物引導經排列的DNA塗層於表面上
DNA排列在具有特殊聚合物塗層的表面上，例如聚乙烯卡唑和聚吩氮雜絲林(polyphenazasiline)。在這些技術中，將DNA溶液來回吸引，橫過聚合物塗層的表面，如此產生氣-液介面，可以將DNA拉伸並排列在旋佈塗覆的聚合物表面上。風乾的DNA本身無法共價附接到表面。然而，使用塗有一層矽烷像環氧基矽烷或含胺矽烷的聚合物，將共價結合技術結合到表面可以讓DNA透過共價存留。也就是說，表面可以首先接觸矽烷(例如，3-環氧丙基三甲基矽烷，或含胺矽烷，像GAPS)，然後旋佈塗覆上排列的聚合物(例如，聚乙烯卡唑)。或者，其他聚合物組合也可以有效的來控制DNA/聚合物的排列。例如，可以先塗上幾丁聚糖或EMA，然後再加上聚乙烯卡唑。此外，DNA，DNA接合酵素或蛋白質可以作為塗層，然後再塗上排列的聚合物。然後，在表面上施加並拉動DNA模板以協助排列。環氧基矽烷可以跟DNA中的 胺形成共價鍵。或者，可以使用戊醛，將DNA中的胺基，跟GAPS矽烷塗層中的胺基耦合。例如，雙段共聚物(聚苯乙烯/聚(甲基丙烯酸甲酯)或PS-b-PMMA)可以用來將DNA排列在表面上。拖曳或吸引一滴含DNA液體橫過表面的過程稱為分子梳。排列過程的其他修飾包括：熱效應，離液溶劑，沉積排列的聚合物的最佳溶劑，共同沉積DNA和排列的聚合物，流動效應，交聯效應，和光交聯效應。
修飾矽烷可以衍生化以提供排列特性。一個這類的範例是由補骨脂素衍生的矽烷。補骨脂素是光交聯劑可以跟胸腺嘧啶共價耦合。為了某些製造原因，「可模板化」的聚合物(例如DNA)最好使用其他製程以橫過排列的聚合物塗層表面。一個範例是氣刀。在這種情況中，DNA溶液由氣流以管控的速率以單一方向拉過載片。此過程可以一再重複直到達到預定程度的排列覆蓋面積。DNA模板的密度，可以由稀釋效應來控制。股間分隔物可以用在聚合物劑(例如，幾丁聚糖)或生物添加劑(反-DNA抗體或卵白素)，跟DNA模板結合的地方以便進一步控制預定的股間模板間距。同樣的，將DNA以徑向方式旋佈塗覆在載片上也是可行的製程。其他技術牽涉到Langmuir Blodget槽式塗層，或在DNA浴中的管控浸泡。其他形式的流體(液-氣介面)流過排列的聚合物塗層表面例如微流體也可以使用。再次地，如前面所提，DNA是管控良好之可模板化聚合物的一種較好實施例。然而，其他聚合物也可以使用在任何這些技術中。
排列方法#2：分子梳以排列DNA
也有報導指出可以使用通常稱為分子梳的製程來排列。在分子梳中，將DNA浸入毛細管針中，將此針拉過載片以將DNA展開並拉出在表面上。相同的處理也可以應用來將DNA放置在玻璃或塑膠表面上。透過線-散射製程也可以橫越表面獲得類似的DNA散佈，其中使用線來拖曳DNA溶液橫越聚合物塗層載片。
排列方法#3：磁場排列
有報導指出導電磁場可以用來排列DNA薄膜。聚合物的磁場排列被認為是透過反磁異磁場來發生。碳奈米管和蛋白質已經使用磁場來排列。就像DNA可以在磁場中排列一樣，一般而言相同的方式可以用來排列其他聚合物薄膜，這些薄膜也(1)可以偏振光；以及(2)可以由低熔點玻璃囊封。免添製冷劑的超導磁體(例如，JASTEC 10T)可以產生40平方奈米空間的均勻磁場，製造2、4、6、8和10T的Tesla場。磁場可以施加在水平或垂直方向，同時讓DNA樣本乾燥。水平場已經顯示出可以誘導出排列DNA薄膜。包含DNA的磁性金屬可以用來排列磁場內準確長寬比的DNA。
排列方法#4
DNA薄膜可以透過風乾單獨由DNA製造出，而不需要外部磁場的協助。無規則的DNA薄膜，可以透過將凝膠狀DNA直接沉積在固體基板上，並且讓凝膠狀DNA風乾一段時間製造出。膠態是由混合DNA跟3M醋酸鈉溶液，和80%異丙醇來形成。對於短DNA(<3Kb)來說，低濃度的膠態通常無法從不顯示排列的短DNA形成。有報導指出，大DNA股 (>20Kb)可以形成具有偏振性的密集DNA薄膜。此技術再次使用凝膠狀DNA，然後拉成細線狀凸出，以「濕形式」捲繞在玻璃基板上，然後風乾。通常使用的是高鹽溶液。有報導指出，當濃縮到100mg/ml的凝膠態，並且在控制濕度下風乾時，高濃度的短DNA(<2Kb)會形成良好排列的偏振薄膜。較近的報導指出使用透過紫外輻射自-聚合的短DNA以形成經排列的DNA薄膜。理論上說，這些技術證明了作為聚合物，DNA可以從軟濕物質壓縮成緊密的週期結構。相同的原理應該也可以用於很多其他聚合物。因此，很多聚合物可以用來形成緊密且排列的薄膜。這些「薄膜」生成聚合物，可以跟金屬化DNA或有機模板化DNA共混合以形成經排列的薄膜。載體聚合物可以用來在乾燥時形成「摻雜」光-偏振模板的緊密薄膜。這些載體聚合物薄膜能夠以很多方式使用在接下來的加工處理中而不受限制。它們可以作為消極風乾薄膜劑，或者可以使用光交聯來形成經排列的薄膜。其他的可能性有，蒸氣沉積、雷射消蝕、或蒸發。光本身也可以控制載體聚合物的壓縮。分隔聚合物，像幾丁聚糖，可以用來控制金屬化DNA的股間間距。
排列方法#5
電紡絲：
第4圖簡單地顯示電紡絲裝置401，包含：負電位(例如，-1000伏特)的DNA溶液供給裝置403，連接到403的探針405，跟接地的旋轉基板409非常靠近。DNA纖維407形成在探針尖端，由基板接收和收集。金屬化DNA可以散佈到 「載體」聚合物中，且使用稱為電紡絲的方式，紡到接地屏極。應該可以透過電紡絲，用來金屬化DNA或預-金屬化DNA的典型混合物是：20mg/ml聚-L-天冬胺酸、20mg三乙烯二胺(DABCO；抗-光-漂白劑)、PEO聚合物200mg/ml和0.5mg/ml或超過的DNA。接收屏極和導電微型金針之間的分隔距離大約是3公分。捲繞處理可以使用步進馬達來執行，形成同心圓沉積之摻雜DNA的PEO。典型的預期電壓大約是10,000伏特。其他分隔劑像幾丁聚糖也可以包含進來。
很多其他製程也適合用來排列模板化聚合物例如電場排列，光電場排列，光鉗排列，射頻排列，以及結合外力的任何可能混合。也可以考慮建構含有奈米-蝕刻凹槽的表面，使金屬化聚合物沉積在固體基板的長連續凹槽中。這些凹槽可以間隔20-100奈米，以便提供足夠的偏振選擇。在表面上或加到DNA模板的藥劑也可以用來提供局部的電場或磁場給金屬化DNA作為後續的表面排列之用。複合無機和有機表面的修飾可以使用親疏水雙性嵌段共聚物自-組合來達成。觀念上來說，這些表面和任何其他表面修飾也許可以用來協助排列聚合物或光-偏振的排列。甚至碳化表面結構也可以使用。用於組合方格的抓取探針微陣列也可以考慮。另一個可能是將正確長寬比的金屬化DNA沉積，並蒸發乾燥到固體基板的上面或裡面以便在施加抽拉並拉伸基板所需要的熱之後可以將基板拉伸。A.Rupprecht(Biotechnology and Bioengineering,Vol.XII,pg.93-121,1970)也描述了一種製程，使用濕紡絲DNA處理以準備高度定向的naDNA或LiDNA薄膜。簡單的 說，藉由將股捲繞在像繞線裝置的軸心上，利用纖維將水和酒精混合溶液中的凝膠狀濃縮DNA鹽溶液，拉到固體基板上。這些捲繞的DNA纖維表面在乾燥時會變成膠狀或熔解，產生可以偏振的高度定向薄膜。報導中指出，這些定向DNA薄膜是起偏振的(參看Rupprecht.Biochim Biophys Acta.1970 Jan 21；199(1)：277-80)。再次的，DNA(或含分隔劑像幾丁聚糖的DNA)或任何使用在這些薄膜處理中的可模板化聚合物都可以用吸收體金屬化或衍生化以產生管控的光學特性，例如特定波長偏振。更近的努力有電紡絲DNA薄膜。然後，可以使用低熔點玻璃或聚合物和/或任何其他囊封材料以囊封經排列的模板化DNA或聚合物。
方格組合之串聯技術或DNA模板特別延伸：
將串在一起之PCR擴增子(或超音波DNA萃取)排列的方法也是有用的。由末端轉移酵素(TdT)加尾，製造含有定義明確之股間間距的金屬區；或者使用TdT加尾控制引子的突出；來將黏狀末端引進DNA中。「串」在一起的處理可以用來提供交替的金屬和非金屬間隔。簡單的說，使用由寡核苷酸橋所連接的序列以替PCR擴增子加尾。第一個支架現在可以跟加成物結合以形成長的金屬化-前區域。然後，使用股間分隔物將結合的金屬化-前模板在空間上分隔，其末端跟黏狀突出互補。
光學活性結構的囊封和穩定：
光學活性奈米結構可以藉由囊封在低熔點玻璃，或塑膠或聚合物中以加以穩定。有很多組成和沉積技術可以用在 低熔點玻璃。塗層時間的選擇，射頻，場能量，離子化氣體組成，和低熔點玻璃本身的組成都是可以最佳化的變數。第一層的囊封處理可以一再重複形成好幾層。
使用低熔點玻璃囊封聚合物模板化金屬：
一旦有機或金屬劑模板化到聚合物薄膜像DNA上後，接下來可以由低熔點玻璃薄膜沉積來囊封以產生更穩定的結構。任何DNA模板化材料都可以藉由這個製程來保護，免於受到外部壓力例如熱和氧化。低熔點玻璃材料可以用很多製程來塗上包括「生坯(Green)」組成。然而，這些組成可以最佳化以幫助最終處理，其中各層之間預定的透射百分比是需要的。例如，使用4微米厚的錫氟磷酸鹽玻璃層以囊封金屬化DNA，和載片上的螢游標記YOYO-1 DNA，對光-偏振、金屬、螢光、或觀測到的排列都沒有任何顯著的改變。這種特別的囊封提供大到85℃的穩定度。因此，那些囊封層的組成可以相應地加以調整。這些低熔點玻璃薄膜塗層可以顯著地穩定薄膜聚合物塗層。用來沉積之低熔點玻璃的材料組成選擇可以根據光透射率，或跟表面上有機模板的相匹配性來決定。第5圖簡單顯示低熔點玻璃沉積裝置的裝設501。在這個塗層處理中，將低熔點玻璃塞511放置在帶電的射頻基地509上。將奈米模板化基板505和507放在真空室503中跟柱塞相對。室503充滿可電離氣體，以某種頻率轟擊低熔點玻璃塞511。離子化氣體對低熔點玻璃塞511轟擊的能量足以將低熔點玻璃材料傳送到相反電荷基板505和507的表面上。有很多低熔點玻璃的組成可以沉積在模板化材料507 上。金屬模板化材料507應該比有機模板化組成更能夠被較高Tg的玻璃組成囊封。可以製造多層的聚合物模板以提供多樣的光學特性。例如，藉由控制模板化材料在後繼多層上方的方向可以製造正交偏光鏡。
所有這裡所描述的囊封光學薄膜都可以被組合到很多結合或改進物理特性的介面組合中。圓形偏光鏡，濾波器組合，和鏡子偏光鏡都是可能的。此外，也可以考慮應用廣泛的其他操作來修飾DNA以便執行光學模板化。例如，蘸筆奈米蝕刻、光鉗、電泳、AFM沉積、電鍍、等離子誘導聚合物合成、分子光束外附結晶、Langmuir Blodgett槽技術都能以各種方式執行以調整DNA和DNA的模板化結構。
範例：偏光鏡之配製
以金屬為主之偏光鏡的長寬比選擇決定於欲偏振之光的波長，以及執行偏振的金屬(或金屬組合)。對於使用銀奈米絲的偏光鏡需要1：5(寬對長的長寬比)的長寬比。對所使用的每個處理中DNA金屬化程度的瞭解是需要的以便確定正確的長寬比。對於金屬加成物金屬化技術，假定每個金屬化成長到大約2奈米，那麼所使用的DNA雙股大約要10奈米長。鹼基對的長度計算，是10奈米除以0.334奈米/鹼基，或30個鹼基對長的雙股。這樣的DNA很容易由合成來製造，然而對原萃取物使用純化技術來取得也可行，例如：HPLC、離心、和電泳。如果選擇其他金屬化技術，而其粒子成長或尺寸或模板化尺寸超過2奈米，那麼就需要較長的雙股DNA。例如，使用Nanoprobes,Yaphank,New York,U.S.A公司的 GoldenhanceTM試劑可以預期在大約1小時的合成時間內成長大約20-100奈米的黃金金屬粒子尺寸。對於20奈米的金或銀粒子，可能需要70奈米到100奈米的長度(或者250-300bp長的DNA)。另一個要考慮的一般因素是粒子密度。金屬奈米粒子的密度必須足夠以調整光的透射率。粒子密度可以包含在施加的單層薄膜中，或者可以使用多層薄膜，一層一層堆疊在低熔點玻璃囊封薄膜之間。
製程1：
對1mg/ml的DNA溶液(20mM HEPES、pH8.0、DNA長度30bp=10奈米)，加入2mg/ml的鋁離子三聯比啶加成物，讓此加成物在室溫下跟DNA作用隔夜。
讓此加成物-DNA溶液，通過PD-10凝膠過濾管柱以隔離純加成物標記DNA。收集2-3ml。將這3ml離心濃縮到1ml。
在100mM pH為9.2硼酸鹽中，加入500微升的30mg/ml硼氫化鈉。讓它作用4小時。會形成白色沉澱。
使用離心來清潔金屬奈米絲。輕輕倒出上澄液。
(可選擇的)如果步驟1中的DNA長度是300bp長，那麼可能需要形成較厚的奈米粒子。為了達到這個目標，根據製造說明來施加Goldenhance溶液，在步驟5預-形成的金屬奈米絲周圍，形成20奈米的金殼。
使用離心來純化奈米粒子。
結合金屬化DNA，跟長DNA 1mg/ml。大約體積是1ml，可能需要加入LiCl或NaCl以調整離子強度。(可以使用紫外線交聯來將DNA固定在一起)。
加入1ml pH為5.2之3M醋酸鈉。
加入1ml 80%冷的異丙醇。
置放一段時間，讓凝膠形成。
讓溶液接觸玻璃棒以將金屬化DNA溶液拉成股。
將DNA繞著玻璃載片捲繞，直到凝膠股在預定覆蓋面積上方形成連續的重疊。
將載片放在濕度管控室中過夜，直到薄膜乾燥。注意，我們可以使用「DNA」載體聚合物來取代另一種聚合物，在乾燥時會瓦解成排列薄膜。同時，對於乾燥處理的控制，可以包含在一系列處理範圍內例如真空烘箱乾燥，或流動氮氣，或空氣。然後將載片或表面放在真空室中，作低熔點玻璃囊封。
製程2：
裝載0.5% Agarose凝膠1xTBE(含gelstar染料)，跟預定長寬比的金屬化DNA。將此agarose凝膠浸在1xTBE緩衝液流動電泳槽中。為了完全遍佈凝膠的覆蓋面積，可以使用連續裝載的金屬模板化DNA。
施加100伏特電流，將金屬化DNA拉到凝膠中，完全像分子生物學中所做的一樣。讓它進行1小時。
除去凝膠。將凝膠成像以定位DNA。
拿剃刀刀片或解剖刀切開含有金屬化DNA的凝膠區，將它放到玻璃載片(例如，1737或Eagle)上。
將凝膠跟載片放在60-70℃的真空烘箱中1小時。
除去凝膠，將瓦解薄膜成像到雙偏光鏡箱上，並拍照。 在鋁金屬的地方會有亮光，在旋轉時亮光會消失。
上面的製程可以重複進行，作適當的修正以配製多層結構，其提供正交偏振功能。
業界熟知此技術者能夠對本發明作許多變化及改變而並不會脫離本發明之精神及範圍。因而，預期本發明將涵蓋這些變化以及改變，只要其屬於下列申請專利範圍及其同等情況範圍內。
101‧‧‧偏光鏡
103‧‧‧基板
105‧‧‧光-偏振層
107‧‧‧保護層

Claims (23)

  1. 一種製造一光-偏振製品的製程，該製品包含一基板和該基板表面上的一光-偏振物種的一按序結構，該製程包括：(I)提供一DNA模板聚合物，該DNA模板聚合物具有等於或小於1.5的聚合物聚合分佈指數(PI)以及10至1000鹼基對(bp)的平均長度；(II)以一特定的空間方式，將該光-偏振物種附接到該DNA模板聚合物，藉由該特定的空間方式，經附接的DNA模板聚合物可以提供光-偏振功能，其中該光-偏振物種為一金屬；以及(III)讓該DNA模板聚合物與該基板表面接觸，並且排列該模板聚合物鏈於該表面上。
  2. 如請求項1所述之製程，該製程在步驟(II)和(III)後，進一步包含以下步驟(IV)：(IV)用一保護層囊封該光-偏振物種。
  3. 如請求項1所述之製程，其中該DNA模板聚合物係選自由聚核苷酸、聚苯胺、纖維素、前述聚合物的相匹配混合物及前述聚合物的組合所組成的群組。
  4. 如請求項1所述之製程，其中步驟(II)包含：(II-1)讓多個金屬離子與該DNA模板聚合物接觸； (II-2)在該DNA模板聚合物鏈上的多個位置處，讓該些金屬離子與該DNA模板聚合物接合；以及(II-3)將該些金屬離子還原成元素金屬。
  5. 如請求項1所述之製程，其中步驟(II)包含：(IIA)提供離子結合劑，該離子結合劑包含與該DNA模板聚合物反應的一作用部位；(IIB)在該DNA模板聚合物鏈上的多個位置處，讓該DNA模板聚合物與多個離子結合劑的該作用部位接合；(IIC)讓多個金屬離子以及與該DNA模板聚合物接合的該些離子結合劑接合以形成金屬複合物；以及(IID)將該些金屬離子還原成元素金屬。
  6. 如請求項1所述之製程，其中步驟(II)包含：(IIa)提供一複合物，該複合物包含(i)金屬離子以及(ii)離子結合劑，該離子結合劑包含與該DNA模板聚合物反應的一作用部位；(IIb)在該DNA模板聚合物鏈上的多個位置處，讓該DNA模板聚合物與該多個離子結合劑的該作用部位接合：以及(IIc)將該些金屬離子還原成元素金屬。
  7. 如請求項1所述之製程，其中步驟(III)包含：(IIIA)藉由探針電紡絲形成該DNA模板聚合物之一奈米纖維；以及 (IIIB)沉積該奈米纖維於該基板表面上，以形成該奈米纖維的一經排列的結構。
  8. 如請求項5所述之製程，在步驟(II)及(III)後，包含步驟(IIIa)：(IIIa)由該基板表面去除該DNA模板聚合物，以遺留經排列的金屬作為該表面上之該光-偏振物種。
  9. 如請求項8所述之製程，其中步驟(IIIa)包含在一惰性或還原性氛圍中，對該DNA模板聚合物進行煆燒。
  10. 一種製造一光-偏振製品的製程，該製品包含一基板，和該基板表面上的一元素金屬的一按序結構，該製程包括：(i)提供多個該元素金屬奈米絲，該些奈米絲由一DNA模板聚合物所製成；(ii)將該些奈米絲附接到該基板表面上，並且以一特定的空間方式排列該些奈米絲，藉由該特定的空間方式，使經排列的奈米絲可以提供光-偏振功能。
  11. 如請求項10所述之製程，其中在步驟(i)中的該些奈米絲的長/寬比至少為3。
  12. 如請求項11所述之製程，其中該些奈米絲的寬度為2奈米至500奈米。
  13. 一種製造一光-偏振製品的製程，包括：(1)提供多個元素金屬奈米絲，該些奈米絲由一DNA模板聚合物所製成；(2)將該些奈米絲與一玻璃材料的一配料混合物混合；(3)處理步驟(2)所得的該材料，以形成具有該些奈米絲散佈於其中的一玻璃材料；(4)拉伸步驟(3)所得的該玻璃，使該些奈米絲在該玻璃塊內排列。
  14. 如請求項13所述之製程，其中在步驟(2)中，該配料混合物包含一還原劑，該還原劑可以抑制該些金屬奈米絲在步驟(3)期間氧化。
  15. 如請求項13所述之製程，其中在步驟(2)、(3)、(4)和後續步驟的至少一個步驟中，該些奈米絲會轉變成在要求偏振效應的一波長下呈光活性狀態。
  16. 如請求項13所述之製程，其中該些奈米絲的長/寬比至少為3。
  17. 如請求項16所述之製程，其中該些奈米絲的寬度為2奈米至500奈米。
  18. 一種光-偏振製品，該光-偏振製品由請求項1之製程所製得，該光-偏振製品包含：(A)一基板；以及(B)一按序結構於該基板表面上，該按序結構包含：(B1)一DNA模板聚合物，該DNA模板聚合物具有等於或小於1.5的聚合物聚合分佈指數(PI)以及10至1000鹼基對(bp)的平均長度；以及(B2)一光-偏振物種，該光-偏振物種以一特定的空間方式附接到該DNA模板聚合物，藉由該特定的空間方式，經附接的DNA模板聚合物可以提供光-偏振功能，其中該光-偏振物種為一元素金屬。
  19. 如請求項18所述之光-偏振製品，其中該DNA模板聚合物係選自由聚核苷酸、聚苯胺、纖維素、前述聚合物的相匹配混合物及前述聚合物的組合所組成的群組。
  20. 如請求項18所述之光-偏振製品，其中該元素金屬是以奈米絲的形式存在，該奈米絲的長/寬比至少為3：1，而寬度大於2奈米。
  21. 一種光-偏振製品，該光-偏振製品由請求項10之製程所製得，該光-偏振製品包含：(a)一基板；以及(b)一按序結構於該基板表面上，該按序結構實質上由多 個經排列之元素金屬奈米絲所組成，該些奈米絲由一DNA模板聚合物所製成，且該些奈米絲的長/寬比至少為3：1，而寬度大於2奈米。
  22. 如請求項21所述之光-偏振製品，更進一步包含：(c)一保護層，用於囊封該按序結構。
  23. 一種光-偏振製品，該光-偏振製品由請求項13之製程所製得，該光-偏振製品包含：(A)一基板；以及(B)多個經排列之元素金屬奈米絲，該些奈米絲由一DNA模板聚合物所製成，且該些奈米絲的長/寬比至少為3：1，而寬度大於2奈米，該多個經排列之元素金屬奈米絲分布遍及該基板並提供光-偏振功能。
TW097132843A 2007-08-30 2008-08-27 光-偏振製品及其製造方法 TWI439742B (zh)

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