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「分子工程」之學術背景

分子工程一詞，目前最早可溯A. R. von Hippel (MIT 電機系教授)在1959所著"Molecular Science and Molecular Engineering"。他將分子科學及分子工程此領域描述為：
"a broad new discipline ... comprising the structure, formation, and properties of atoms, molecules, and ions; of gases, liquids, solids and their interfaces; the designing of materials and properties on the basis of this molecular understanding; and their imaginative application for devices."

幾乎同時，著名物理學家R.P. Feyman在一篇題為"'There's Plenty of Room at the Bottom"的演講，提到原子及分子逐一排列的可能
'The principles of physics, as far as I can see, do not speak against the possibility of maneuvering things atom by atom. It is not an attempt to violate any laws; it is something, in principle, that can be done; but in practice, it has not been done because we are too big... But I am not afraid to consider the final question as to whether, ultimately-in the great future- we can arrange the atoms the way we want; the very atoms, all the way down!'

四十年前的描述，與目前產業需求之吻合實在驚人；然而當年雖有先知卓見，但實際對分子組裝的控制能力實在有限。分子工程的第二次熱潮，是由K.E. Drexler 1985所著"Engines of Creation"一書引起，

"..thorough control of the structure of matter at the molecular level. It entails the ability to build molecular systems with atom-by-atom precision, yielding a variety of nanomachines. These capabilities are sometimes referred to as molecular manufacturing."

主要的觀念是探討以原子及分子組裝奈米大小的各種機械元件之可能，故此分子工程又常被等同於奈米科技。

無論Feyman或Drexler的觀點主要都是由上往下延伸，即所謂Top-down之方法。這類方法是將傳统的成形方法：如印刷(lithography)、蝕刻(etching)、研磨(milling)微縮(miniaturization)；這類方法已被廣泛應用在微米及次微米級的製造(如半導體產業)。

由於Top-down 的方法極為昂貴，近年又興起一批以模仿自然界之分子組裝過程，以化學為主的研究(例如具自組裝功能之高分子、自組裝單分子層(self-assembly monolayer SAM)、DNA-assist 組裝、模板化學(template chemistry)、膠體化學、Langmuir-Blodgett 膜、)，稱為bottom-up方法。這些方法的目標是組裝有特殊奈米結構或分子構造的材料，這些材料有特殊之光電性質(例如LCD, OLED, PLED, 光子晶體都屬此類)，或特殊之生物性質(如旋光選擇性、生化分子選擇性)。

「分子工程」人才之社會需求

「兩兆雙星」為我國政府公佈的國家重點發展計劃，其中光電產業預計在2006年產值即可達新台幣一兆元以上。根據全國科學會議資料顯示，未來數年中科技人才缺口最大的產業是影像顯示產業(93至95年人才需求總額約13000人、缺口約8000人)；預估未來影像顯示及其他光電產業中，原料將佔成本70%，而核心原材料之開發更為關鍵，尤其是近年來已逐次展開工業化之新世代材料：有機半導體及導體(未來它除取代部份無機半導體產業外，並將發展出嶄新的光電產業，有鑒於此，2000年諾貝爾化學獎即頒給Shirakawa、Heeger、及MacDinarmid三位學者，獎勵他們對導電高分子研究的貢獻)。目前我國已在相關產業投入以仟億計算的投資，如果學術界無法提供適當的高級人才及研發能力，產業競爭力將難以提升。

這類尖端原材料研發所需之知識的主要特徵是以化學方法調控分子及材料結構為主，但又是跨學門的，包含光電性質、微尺度元件製作及原子與分子基礎科學等。上述知識的組合即所謂『分子工程』。

「分子工程」學程與各現有相關學門之關係

分子工程』具體上是以原子與分子結構之原理與分析作為基礎，進一步延伸至超分子結構調控、分子光電、分子流變學及精密加工，研發具實際應用價值之光、電、磁、催化、與生化等機能性之材料與元件。

「分子工程」學程發展方向與重點

依現有師資之研究方向，以及考量我國重要產業：光電、影像顯示、生物科技，所需之人才及技術，本學程擬發展之方向與重點有四：

一、超分子結構調控(Supramolecular structure manipulation)

超分子結構係指分子藉其相互作聯結成特有的結構，此特殊結耩使得分子材料有特殊的性質，例如液晶(Liquid Crystal)、高分子發光材料(Polymer Light Emitting Material)、光子晶體(photonic crystal) 、各類奈米管、層、球等。本所的重點是以分子設計、化學合成、自組裝加工等角度去探討超分子結構之設計及組裝。

二、分子光電(Molecular opto-electronics)

影響分子光電性質的因素除分子化學結構外，還有雜質、共軛缺陷、結晶態或超分子結構等等因素。因此本所的重點是結合化學、物理、材料及機械的專家，從分子設計、合成、元件製作/物理的角度去探討如何改善分子光電性質。

三、分子流變學及精密加工(Molecular rheology and precision processing)

Bottom-up的分子組裝及分子材料加工往往牽涉微流道內的行為，例如噴墨印相法，條紋塗佈法等等。分子流變學是研究各種特殊分子及分子結耩對微流道內流變行為的相互影響，內容包括流體力學及統計力學，是偶合Bottom-up及Top-down製造兩種不同尺度工程科學的交叉領域。

四、分子模擬(Molecular computation)

由於量子力學、統計力學及計算機技術的發展，目前已經可以根據分子模擬預測物質之分子立體化學結構、超分子結構及相態、流變學行為及光電性質。因此分子模擬已成為分子工程不可或缺的工具。