納米科技：讓人類的夢想照進現(xiàn)實

◎文／譚沖 王笑

納米科技：讓人類的夢想照進現(xiàn)實

◎文／譚沖 王笑

納米技術是繼信息科技、生命或生物科技之后被廣泛關注的學科領域。科學界普遍認為，納米技術是21世紀經(jīng)濟增長的主要引擎，它將給醫(yī)學、制造業(yè)、材料和信息通信等諸多行業(yè)帶來革命性的變革。

那么，到底什么是納米呢？其實納米是一個長度單位，表示10-9米，即十億分之一米，百萬分之一毫米。打一個形象的比方來說，假如把一個納米單位的物體放到乒乓球上，相當于把一個乒乓球放到地球上。最早提出納米尺度上科學和技術問題的是著名物理學家、諾貝爾獎獲得者費恩曼。1959年,他在一次著名的講演中提出：如果人類能夠在原子、分子的尺度上來加工材料、制備裝置，那么將有許多激動人心的新發(fā)現(xiàn)。那時候，化學將變成根據(jù)人們意愿逐個地準確放置原子的問題。1974年，科學家谷口紀男最早使用納米技術（nanotechnology） 一詞描述精細機械加工；到20世紀80年代出現(xiàn)了掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM），表征和操縱技術對納米科技的發(fā)展起到了積極的促進作用；1990年第一屆國際納米科學技術會議的召開，標志著納米科技的正式誕生。納米科技目前已廣泛應用于信息、材料、能源、環(huán)境等各個產(chǎn)業(yè)領域的上游、高端環(huán)節(jié)，促進相關產(chǎn)業(yè)技術日益推陳出新以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級改造。這些應用納米科技的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)統(tǒng)稱為納米科技產(chǎn)業(yè)。

縱觀納米科技對世界各國產(chǎn)生的深遠影響，在短短的近30年里，大量原創(chuàng)性的成果不斷涌現(xiàn)，近10項重大突破性技術獲得諾貝爾獎，材料、能源、微電子、生物技術等眾多產(chǎn)業(yè)領域發(fā)生了深刻變革，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速壯大。中國科學院院長、國家納米領域首席科學家白春禮院士認為，未來納米科技會像今天計算機技術一樣普及。

神奇的納米科技為人類生活增姿添彩。所謂納米科技，是指在納米尺度（1納米到l00納米之間） 上研究物質(zhì)（包括原子、分子的操縱）的特性（主要是量子特性）和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。當物質(zhì)小到1到100納米（10-9～10-7米）時，其量子效應、物質(zhì)的局域性及巨大的表面及界面效應使物質(zhì)的很多性能發(fā)生質(zhì)變，呈現(xiàn)出許多既不同于宏觀物體，也不同于單個孤立原子的奇異現(xiàn)象。因此，納米科技的最終目標是直接以原子、分子及物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出來的新穎的物理、化學和生物學特性制造出具有特定功能的產(chǎn)品。

隨著納米科技的影響力逐漸擴大，它在人類生活和生產(chǎn)領域也得到了很好的應用。例如，在醫(yī)學領域，納米級粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織；在人工器官外面涂上納米粒子可預防移植后的排異反應；使用納米技術的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA（脫氧核糖核酸）診斷出各種疾病。在電子領域，可以從閱讀硬盤上讀取信息的納米級磁讀卡機以及存儲容量為目前芯片上千倍的納米級存儲器芯片都已投入生產(chǎn)，未來以納米技術為核心的計算機處理信息的速度將更快，效率將更高。在環(huán)境科學領域，可以憑借功能獨特的納米膜探測由化學和生物制劑造成的污染，并能夠?qū)@些制劑進行過濾，從而消除污染。在農(nóng)業(yè)遺傳育種領域，可以通過納米技術先將DM染色體全部分解為單個基因，然后根據(jù)需要進行組裝，轉(zhuǎn)基因整合成功率幾乎可達100%。研究成果表明，科研人員可以讓單個DNA分子鏈展現(xiàn)出其內(nèi)部的精細結構并可以操縱它實現(xiàn)分子結構性能改進從而形成納米結構或圖形，使人類得以在更小的世界范圍內(nèi)、更深的層次上探索生命的奧秘。

世界各國加快布局，搶占納米技術戰(zhàn)略制高點。近年來，美國、日本、歐盟、俄羅斯等世界主要國家都將納米科技產(chǎn)業(yè)作為國家重大戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，紛紛制定國家層面的發(fā)展戰(zhàn)略和計劃，重視政府資金投入，強化產(chǎn)業(yè)國際合作與交流。

美國從1999年開始，把納米科技研究列為21世紀前10年的11個關鍵領域之一。2000年，美國政府開始實施《國家納米技術計劃》，提出了發(fā)展納米科技的戰(zhàn)略目標和具體戰(zhàn)略部署，使美國進入全面推進納米科技發(fā)展的新階段。2003年12月，時任總統(tǒng)布什簽署了《21世紀納米技術研究開發(fā)法案》，批準4年內(nèi)投資37億美元，支持對納米技術的研究，標志著美國政府對納米科技從“零碎的”支持，轉(zhuǎn)向“全面整體的”實質(zhì)性的支持。目前美國納米技術的研究熱點正轉(zhuǎn)向疾病診斷、疾病治療等醫(yī)學領域?？茖W家們正在利用納米材料制成極為靈敏的生物和化學傳感器，以對癌癥、心血管等疾病進行早期診斷。

日本從1991年開始實施為期10年、斥資2.25億美元的納米技術研究計劃。除繼續(xù)推動這項計劃,每年還投資2億美元推動新的國家計劃和新的研究中心的建設。在近年來制定的科學技術計劃里明確指出，日本將優(yōu)先發(fā)展三個方向的納米技術，包括綠色創(chuàng)新、生活創(chuàng)新、災后重建，制定了納米技術發(fā)展戰(zhàn)略——“部際戰(zhàn)略性創(chuàng)新促進計劃”（SIP），確定了納米技術未來發(fā)展的重點領域，并在研發(fā)和研究基礎設施方面進行了巨額投資。日本內(nèi)閣府、文部科學省和經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省設立了專門部門關注納米技術發(fā)展，制定了戰(zhàn)略性技術發(fā)展路線圖，確定納米技術的發(fā)展重點。

歐盟于2005年制定《歐洲納米技術發(fā)展戰(zhàn)略》，其成員國德國、法國、芬蘭等分別制定了本國納米技術發(fā)展計劃，其中德國還專門建立了納米技術研究網(wǎng)；法國投資8億法郎建立一個占地8公頃、建筑面積為6萬平方米、擁有3500人的微米/納米技術發(fā)明中心，配備最先進的儀器設備和超凈實驗室、成立微術/納米技術之家，專門負責申請專利和幫助研究人員創(chuàng)建新企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，歐盟及主要成員國在納米技術領域已累計投入超過140億美元。

我國躋身納米大國行列，實現(xiàn)技術跨越式發(fā)展。我國從20世紀80年代起就一直高度重視納米技術，是較早開展納米技術研究的國家之一。近年來，國家“863”“973”計劃設立了納米技術專項, 吸引包括國家杰青、中科院百人、教育部長江學者在內(nèi)的300多名高端人才從事納米技術研究，在基礎研究方向取得眾多原創(chuàng)性技術成果。截至目前，我國已建立10多條納米材料生產(chǎn)線，以納米材料和納米技術注冊的公司近百個，諸如納米復合、塑料、橡膠和纖維的改性、納米功能涂層材料的設計和應用、納米材料在能源和環(huán)保等方面的應用開發(fā)已悄然興起。2010年，國務院明確提出加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術、生物技術、高端裝備制造、新能源、新材料和新能源汽車等七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。納米技術可被廣泛應用于七大新興產(chǎn)業(yè)的上游高端環(huán)節(jié)，引領七大新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。發(fā)展納米技術產(chǎn)業(yè)就是對國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展最有力的推動，對提升國家及區(qū)域競爭力具有巨大戰(zhàn)略意義。相信在不久的將來，納米技術將以空前的影響力和滲透力改變當今人類的生活方式和生產(chǎn)方式，改變技術方法和技術發(fā)明。

（作者單位：遼寧科技情報研究所）

本欄編輯／白華鮮 郵箱／baihuaxian809@qq.com