JMC：科學(xué)家成功改造抗癌藥物結(jié)構(gòu),增強(qiáng)血腦屏障穿透能力(納米技術(shù)的認(rèn)識(shí))

佚名 2024-05-27 23:07:54

JMC：科學(xué)家成功改造抗癌藥物結(jié)構(gòu),增強(qiáng)血腦屏障穿透能力

2016年10月21日訊來(lái)自美國(guó)約翰斯霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家們對(duì)一種實(shí)驗(yàn)性藥物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造

，增強(qiáng)了這種藥物穿過(guò)血腦屏障的能力，該研究以猴子為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Medicinal Chemistry上

。

這種叫做DON（6-重氮-5氧代-L- 正亮氨酸）的實(shí)驗(yàn)性抗癌藥物是從70多年前在秘魯土壤發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)菌中培養(yǎng)獲得

，這種藥物能夠阻斷細(xì)胞對(duì)谷氨酰胺的利用。對(duì)不同晚期癌癥病人進(jìn)行的臨床試驗(yàn)結(jié)果表明DON能夠使腫瘤萎縮

，但同時(shí)會(huì)對(duì)胃腸道系統(tǒng)造成損傷

，科學(xué)家們最終認(rèn)為這種藥物對(duì)人體毒性太大

。

該研究的研究人員想要通過(guò)增強(qiáng)DON穿過(guò)血腦屏障的能力

，限制藥物對(duì)身體其他部位的毒性從而開(kāi)發(fā)出一種更加安全的藥物形式

。

為了實(shí)現(xiàn)這一目的

，研究人員設(shè)計(jì)合成了各種不同的DON衍生物，希望通過(guò)增強(qiáng)藥物的脂溶性幫助穿過(guò)血腦屏障

。一旦進(jìn)入腦部

，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的衍生藥物就會(huì)快速發(fā)生代謝變化重新變成DON

。

研究人員以靜脈給藥的方式將DON和一種經(jīng)過(guò)改造的衍生藥物注入兩只猴子體內(nèi)，30分鐘后測(cè)量猴子腦脊液和血漿中的藥物含量

，結(jié)果表明接受衍生藥物治療的猴子其血漿中藥物的濃度比接受DON治療的猴子高大約7倍

，并且衍生藥物能夠在腦部重新變成DON

，接受衍生藥物治療的猴子其腦脊液中DON的濃度是接受未改造DON治療的猴子的超過(guò)10倍。

“我們通過(guò)研究證明我們可以對(duì)這些藥物進(jìn)行修飾提高藥物對(duì)腦的靶向特異性

，同時(shí)限制對(duì)身體其他部位的毒性

，”研究人員這樣表示

。“這一策略有望用于開(kāi)發(fā)治療不同癌癥的定制藥物

?div id="4qifd00" class="flower right">

！?/p>

納米技術(shù)的認(rèn)識(shí)

理論含義

編輯

納米技術(shù)(nanotechnology）

，也稱毫微技術(shù)

，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1納米至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。1981年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，誕生了一門以1到100納米長(zhǎng)度為研究分子世界

，它的最終目標(biāo)是直接以原子或分子來(lái)構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品?[2]??

。因此，納米技術(shù)其實(shí)就是一種用單個(gè)原子

、分子制造物質(zhì)的技術(shù)

。

從迄今為止的研究來(lái)看

，關(guān)于納米技術(shù)分為三種概念：

第一種，是1986年美國(guó)科學(xué)家德雷克斯勒博士在《創(chuàng)造的機(jī)器》一書中提出的分子納米技術(shù)

。根據(jù)這一概念

，可以使組合分子的機(jī)器實(shí)用化

，從而可以任意組合所有種類的分子，可以制造出任何種類的分子結(jié)構(gòu)

。這種概念的納米技術(shù)還未取得重大進(jìn)展

。

第二種概念把納米技術(shù)定位為微加工技術(shù)的極限

。也就是通過(guò)納米精度的"加工"來(lái)人工形成納米大小的結(jié)構(gòu)的技術(shù)

。這種納米級(jí)的加工技術(shù)

，也使半導(dǎo)體微型化即將達(dá)到極限?div id="4qifd00" class="flower right">

，F(xiàn)有技術(shù)即使發(fā)展下去，從理論上講終將會(huì)達(dá)到限度

，這是因?yàn)?div id="4qifd00" class="flower right">

，如果把電路的線幅逐漸變小，將使構(gòu)成電路的絕緣膜變得極薄

，這樣將破壞絕緣效果

。此外，還有發(fā)熱和晃動(dòng)等問(wèn)題

。為了解決這些問(wèn)題

，研究人員正在研究新型的納米技術(shù)。

第三種概念是從生物的角度出發(fā)而提出的

。本來(lái)

，生物在細(xì)胞和生物膜內(nèi)就存在納米級(jí)的結(jié)構(gòu)

。DNA分子計(jì)算機(jī)、細(xì)胞生物計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)

，成為納米生物技術(shù)的重要內(nèi)容。

利用納米技術(shù)將氙原子排成IBM

主要內(nèi)容

編輯

納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科

，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。納米科學(xué)與技術(shù)主要包括：

納米體系物理學(xué)

、納米化學(xué)

、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)

、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)

、納米力學(xué)等

。這七個(gè)相對(duì)獨(dú)立又相互滲透的學(xué)科和納米材料、納米器件

、納米尺度的檢測(cè)與表征這三個(gè)研究領(lǐng)域

。納米材料的制備和研究是整個(gè)納米科技的基礎(chǔ)

。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)

，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容

。

納米纖維

1993年

，第一屆國(guó)際納米技術(shù)大會(huì)(INTC)在美國(guó)召開(kāi)，將納米技術(shù)劃分為6大分支：納米物理學(xué)

、納米生物學(xué)、納米化學(xué)

、納米電子學(xué)

、納米加工技術(shù)和納米計(jì)量學(xué)

，促進(jìn)了納米技術(shù)的發(fā)展。由于該技術(shù)的特殊性

，神奇性和廣泛性

，吸引了世界各國(guó)的許多優(yōu)秀科學(xué)家紛紛為之努力研究

。納米技術(shù)一般指納米級(jí)(0.1一100nm)的材料、設(shè)計(jì)

、制造

，測(cè)量

、控制和產(chǎn)品的技術(shù)?[3]??。納米技術(shù)主要包括：納米級(jí)測(cè)量技術(shù)：納米級(jí)表層物理力學(xué)性能的檢測(cè)技術(shù)：納米級(jí)加工技術(shù)

；納米粒子的制備技術(shù)

；納米材料

；納米生物學(xué)技術(shù)；納米組裝技術(shù)等。

納米技術(shù)包含下列四個(gè)主要方面：

、納米材料：當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后

，大約是在0.1—100納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變

，出現(xiàn)特殊性能

。這種既具不同于原來(lái)組成的原子

、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料

，即為納米材料

。

如果僅僅是尺度達(dá)到納米

，而沒(méi)有特殊性能的材料，也不能叫納米材料

。

過(guò)去

，人們只注意原子、分子或者宇宙空間

，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域

，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能

。第一個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家

，他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法制備超微離子

，并通過(guò)研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電

、導(dǎo)熱的銅

、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后

，它就失去原來(lái)的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電

、也不導(dǎo)熱

。磁性材料也是如此

，像鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小

，磁疇就變成單磁疇

，它的磁性要比原來(lái)高1000倍

。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料

。

為什么磁疇變成單磁疇

，磁性要比原來(lái)提高1000倍呢

？這是因?yàn)椋女犞械膯蝹€(gè)原子排列的并不是很規(guī)則

，而單原子中間是一個(gè)原子核

，外則是電子繞其旋轉(zhuǎn)的電子

，這是形成磁性的原因。但是

，變成單磁疇后

，單個(gè)原子排列的很規(guī)則

，對(duì)外顯示了強(qiáng)大磁性。

這一特性

，主要用于制造微特電機(jī)

。如果將技術(shù)發(fā)展到一定的時(shí)候，用于制造磁懸浮

，可以制造出速度更快、更穩(wěn)定

、更節(jié)約能源的高速度列車

。

2、納米動(dòng)力學(xué)：主要是微機(jī)械和微電機(jī)

，或總稱為微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)（MEMS),用于有傳動(dòng)機(jī)械的微型傳感器和執(zhí)行器

、光纖通訊系統(tǒng)，特種電子設(shè)備

、醫(yī)療和診斷儀器等.用的是一種類似于集成電器設(shè)計(jì)和制造的新工藝

。特點(diǎn)是部件很小，刻蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百微米

，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動(dòng)機(jī)

，用于超快速離心機(jī)或陀螺儀等

。在研究方面還要相應(yīng)地檢測(cè)準(zhǔn)原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進(jìn)入納米尺度

，但有很大的潛在科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值

。

理論上講：可以使微電機(jī)和檢測(cè)技術(shù)達(dá)到納米數(shù)量級(jí)

。

3、納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)：如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子

，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗(yàn)

，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜

，dna的精細(xì)結(jié)構(gòu)等

。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件使構(gòu)成新的材料

。新的藥物

，即使是微米粒子的細(xì)粉

，也大約有半數(shù)不溶于水

；但如粒子為納米尺度（即超微粒子）

，則可溶于水

。

納米生物學(xué)發(fā)展到一定技術(shù)時(shí)

，可以用納米材料制成具有識(shí)別能力的納米生物細(xì)胞

，并可以吸收癌細(xì)胞的生物醫(yī)藥

，注入人體內(nèi)，可以用于定向殺癌細(xì)胞

。（上面是老錢加注）

、納米電子學(xué)：包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件

、納米結(jié)構(gòu)的光/電性質(zhì)

、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等

。當(dāng)前電子技術(shù)的趨勢(shì)要求器件和系統(tǒng)更小

、更快

、更冷

，更小

，是指響應(yīng)速度要快。更冷是指單個(gè)器件的功耗要小

。但是更小并非沒(méi)有限度

。納米技術(shù)是建設(shè)者的最后疆界，它的影響將是巨大的

。

歷史沿革

編輯

納米技術(shù)的靈感，來(lái)自于已故物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼1959年所作的一次題為《在底部還有很大空間》的演講

。這位當(dāng)時(shí)在加州理工大學(xué)任教的教授向同事們提出了一個(gè)新的想法。從石器時(shí)代開(kāi)始

，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)

，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計(jì)的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)

。費(fèi)曼質(zhì)問(wèn)道

，為什么我們不可以從另外一個(gè)角度出發(fā)

，從單個(gè)的分子甚至原子開(kāi)始進(jìn)行組裝，以達(dá)到我們的要求

？他說(shuō)：“至少依我看來(lái)

，物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子地制造物品的可能性?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！?/p>

70年代

，科學(xué)家開(kāi)始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想

，1974年

，科學(xué)家谷口紀(jì)男（Norio Taniguchi）最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機(jī)械加工；

1981年

，科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具——掃描隧道顯微鏡

，為我們揭示一個(gè)可見(jiàn)的原子

、分子世界

，對(duì)納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進(jìn)作用；

1990年

，

理查德·費(fèi)曼

IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家成功地對(duì)單個(gè)的原子進(jìn)行了重排

，納米技術(shù)取得一項(xiàng)關(guān)鍵突破

。他們使用一種稱為掃描探針的設(shè)備慢慢地把35個(gè)原子移動(dòng)到各自的位置

，組成了IBM三個(gè)字母

。這證明費(fèi)曼是正確的，二個(gè)字母加起來(lái)還沒(méi)有3個(gè)納米長(zhǎng)

。不久

，科學(xué)家不僅能夠操縱單個(gè)的原子

，而且還能夠“噴涂原子”

。使用分子束外延長(zhǎng)生長(zhǎng)技術(shù)

，科學(xué)家們學(xué)會(huì)了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法

，每次只造出一層分子。現(xiàn)代制造計(jì)算機(jī)硬盤讀寫頭使用的就是這項(xiàng)技術(shù)

。著名物理學(xué)家

、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德· 費(fèi)曼預(yù)言

，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器

，最后將變成根據(jù)人類意愿

，逐個(gè)地排列原子

，制造產(chǎn)品

，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢(mèng)想?[4]??

。

1990年7月，第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國(guó)巴爾的摩舉辦

，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生

；

1991年

，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)

，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一

，強(qiáng)度卻是鋼的10倍

，成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)

，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯莫利教授認(rèn)為，納米碳管將是未來(lái)最佳纖維的首選材料

，也將被廣泛用于超微導(dǎo)線

、超微開(kāi)關(guān)以及納米級(jí)電子線路等；

1993年

，繼1989年美國(guó)斯坦福大學(xué)搬走原子團(tuán)“寫”下斯坦福大學(xué)英文

、1990年美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司在鎳表面用35個(gè)氙原子排出“IBM”之后

，中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室自如地操縱原子成功寫出“ 中國(guó)”二字，標(biāo)志著中國(guó)開(kāi)始在國(guó)際納米科技領(lǐng)域占有一席之地

；

1997年

，美國(guó)科學(xué)家首次成功地用單電子移動(dòng)單電子，利用這種技術(shù)可望在2017年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬(wàn)倍的量子計(jì)算機(jī)

；

1999年

，巴西和美國(guó)科學(xué)家在進(jìn)行納米碳管實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)明了世界上最小的“秤”

，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當(dāng)于一個(gè)病毒的重量

；此后不久

，德國(guó)科學(xué)家研制出能稱量單個(gè)原子重量的秤

，打破了美國(guó)和巴西科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造的紀(jì)錄

；

到1999年

，納米技術(shù)逐步走向市場(chǎng)

，全年基于納米產(chǎn)品的營(yíng)業(yè)額達(dá)到500億美元；

2001年

，一些國(guó)家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計(jì)劃，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地?[5]??

。日本設(shè)立納米材料研究中心

，把納米技術(shù)列入新5年科技基本計(jì)劃的研發(fā)重點(diǎn)

；德國(guó)專門建立納米技術(shù)研究網(wǎng)

；美國(guó)將納米計(jì)劃視為下一次工業(yè)革命的核心

，美國(guó)政府部門將納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資從1997年的1.16億美元增加到2001年的4.97億美元

。中國(guó)也將納米科技列為中國(guó)的“973計(jì)劃”進(jìn)行大力的發(fā)展與其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大力扶持

。

應(yīng)用領(lǐng)域

編輯

英特爾cpu

當(dāng)前納米技術(shù)的研究和應(yīng)用主要在材料和制備

、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)與健康

、航天和航空

、環(huán)境和能源

、生物技術(shù)和農(nóng)產(chǎn)品等方面

。用納米材料制作的器材重量更輕

、硬度更強(qiáng)、壽命更長(zhǎng)

、維修費(fèi)更低

、設(shè)計(jì)更方便

。利用納米材料還可以制作出特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料

，制作出生物材料和仿生材料?[6]??。

、納米是一種幾何尺寸的度量單位

，1納米=百萬(wàn)分之一毫米

。

、納米技術(shù)帶動(dòng)了技術(shù)革命

。

3、利用納米技術(shù)制作的藥物可以阻斷毛細(xì)血管

，“餓死”癌細(xì)胞

。

、如果在衛(wèi)星上用納米集成器件

，衛(wèi)星將更小

，更容易發(fā)射。

、納米技術(shù)是多科學(xué)綜合

，有些目標(biāo)需要長(zhǎng)時(shí)間的努力才會(huì)實(shí)現(xiàn)

。

、納米技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)

、生命科學(xué)技術(shù)是當(dāng)前的科學(xué)發(fā)展主流

，它們的發(fā)展將使人類社會(huì)

、生存環(huán)境和科學(xué)技術(shù)本身變得更美好

。

、納米技術(shù)可以觀察病人身體中的癌細(xì)胞病變及情況

，可讓醫(yī)生對(duì)癥下藥

。

測(cè)量技術(shù)

納米級(jí)測(cè)量技術(shù)包括：納米級(jí)精度的尺寸和位移的測(cè)量

，納米級(jí)表面形貌的測(cè)量。納米級(jí)測(cè)量技術(shù)主要有兩個(gè)發(fā)展方向

。

一是光干涉測(cè)量技術(shù)

，它是利用光的干涉條紋來(lái)提高測(cè)量的分辨率

，其測(cè)量方法有：雙頻激光干涉測(cè)量法

、光外差干涉測(cè)量法

、X射線干涉測(cè)量法

、F一P標(biāo)準(zhǔn)工具測(cè)量法等

，可用于長(zhǎng)度和位移的精確測(cè)量，也可用于表面顯微形貌的測(cè)量

。

二是掃描探針顯微測(cè)量技術(shù)(STM)

，其基本原理是基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)

，它的原理是用極尖的探針(或類似的方法)對(duì)被測(cè)表面進(jìn)行掃描(探針和被測(cè)表面實(shí)際并不接觸)

，借助納米級(jí)的三維位移定位控制系統(tǒng)測(cè)出該表面的三維微觀立體形貌

。主要用于測(cè)量表面的微觀形貌和尺寸

。

用這原理的測(cè)量方法有：掃描隧道顯微鏡(STM)

、原子力顯微鏡(AFM)等

。

加工技術(shù)

納米級(jí)加工的含意是達(dá)到納米級(jí)精度的加工技術(shù)

。

由于原子間的距離為0.1一0.3nm

，納米加工的實(shí)質(zhì)就是要切斷原子間的結(jié)合

，實(shí)現(xiàn)原子或分子的去除

，切斷原子間結(jié)合所需要的能量

，必然要求超過(guò)該物質(zhì)的原子間結(jié)合能

，即所播的能量密度是很大的

。用傳統(tǒng)的切削

、磨削加工方法進(jìn)行納米級(jí)加工就相當(dāng)困難了

。

截至2008年納米加工有了很大的突破

，如電子束光刻(UGA技術(shù))加工超大規(guī)模集成電路時(shí)

，可實(shí)現(xiàn)0.1μm線寬的加工：離子刻蝕可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)和納米級(jí)表層材料的去除：掃描隧道顯微技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子的去除、扭遷

、增添和原子的重組

。

粒子制備

納米粒子的制備方法很多

，可分為物理方法和化學(xué)方法

。

應(yīng)用納米技術(shù)制成的服裝

納米技術(shù)應(yīng)用——計(jì)算機(jī)磁盤

真空冷授法：用真空蒸發(fā)

、加熱

、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等粒子體

，然后驟冷

。其特點(diǎn)純度高

、結(jié)晶組織好

、位度可控

，但技術(shù)設(shè)備要求高

。

物理粉碎法：透過(guò)機(jī)械粉碎

、電火花爆炸等方法得到納米粒子

。其特點(diǎn)操作簡(jiǎn)單、成本低

，但產(chǎn)晶純度低

，順粒分布不均勻。

機(jī)械球磨法：采用球磨方法

，控制適當(dāng)?shù)臈l件得到純?cè)?div id="4qifd00" class="flower right">

、合金或?fù)合材料的納米粒子

。其特點(diǎn)操作簡(jiǎn)單

、成本低

，但產(chǎn)品純度低

，顆粒分布不均勻

。

氣相沉積法：利用金屬化合物蒸汽的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料

。其特點(diǎn)產(chǎn)品純度高

，粒度分布窄

。

沉淀法：把沉淀劑加人到鹽溶液中反應(yīng)后

，將沉淀熱處理得到納米材料.其特點(diǎn)簡(jiǎn)單易行

，但純度低

，顆粒半徑大

，適合制備載化物

。

應(yīng)用納米技術(shù)制成的服裝

水熱合成法：高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得納米粒子

。其特點(diǎn)純度高

，分散性好

、粒度易控制

。

溶膠凝膠法：金屬化合物經(jīng)溶液

、溶膠

、凝膠而固化

，再經(jīng)低沮熱處理而生成納米粒子

。其特點(diǎn)反應(yīng)物種多

，產(chǎn)物顆粒均一

，過(guò)程易控制

，適于氧化物和11一VI族化合物的制備。

徽乳液法：兩：互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液

，在徽泡中經(jīng)成核

，聚結(jié)

、團(tuán)聚、熱處理后得納米粒子

。其特點(diǎn)粒子的單分散和接口性好

，11一VI族半導(dǎo)體納米粒子多用此法制備。

水熱合成法——高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成

，再經(jīng)分離和熱處理得到納米粒子

。其特點(diǎn)是純度高

，分散性好

，粒度易控制

。

材料合成

自1991年Gleiter等人率先制得納米材料以來(lái)，經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展納米材料有了長(zhǎng)足的進(jìn)步

。如今納米材料種類較多，按其材質(zhì)分有：金屬材料

、納米陶瓷材料

、納米半導(dǎo)體材料、納米復(fù)合材料

、納米聚合材料等等

。納米材料是超徽粒材料，被稱為“21世紀(jì)新材料”

，具有許多特異性能

。

例如用納米級(jí)金屬微粉燒結(jié)成的材料

，強(qiáng)度和硬度大大高于原來(lái)的金屬

，納米金屬居然由導(dǎo)電體變成絕緣體

。一般的陶瓷強(qiáng)度低并且很脆

。但納米級(jí)微粉燒結(jié)成的陶瓷不但強(qiáng)度高并且有良好的韌性。納米材料的熔點(diǎn)會(huì)隨超細(xì)粉的直徑的減小而降低

。例如金的熔點(diǎn)為1064℃

，但10nm的金粉熔點(diǎn)降低到940℃

，snm的金粉熔點(diǎn)降低到830℃，因而燒結(jié)溫度可以大大降低

。納米陶瓷的燒結(jié)溫度大大低于原來(lái)的陶瓷。納米級(jí)的催化劑加入汽油中

?div id="m50uktp" class="box-center"> ？商岣邇?nèi)燃機(jī)的效率。

加入固體燃料可使火箭的速度加快

。藥物制成納米微粉

?div id="m50uktp" class="box-center"> ？梢宰⑸涞窖軆?nèi)順利進(jìn)入微血管。

疾病診斷

當(dāng)前常規(guī)的成像技術(shù)只能檢測(cè)到癌癥在組織上造成的可見(jiàn)的變化

，而這個(gè)時(shí)候已經(jīng)有數(shù)千的癌細(xì)胞生成并且可能會(huì)轉(zhuǎn)移。而且

，即使是已經(jīng)可以看到腫瘤了，由于腫瘤本身的類別（惡性還是良性）和特征

，要確定有效的治療方法也還必須通過(guò)活組織檢查。如果對(duì)癌性細(xì)胞或者癌變前細(xì)胞以某種方式進(jìn)行標(biāo)記

，使用傳統(tǒng)設(shè)備即可檢測(cè)出來(lái)則更有利于癌癥的診斷

。

要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)有兩個(gè)必要條件：某技術(shù)能夠特定識(shí)別癌性細(xì)胞且能夠讓被識(shí)別的癌性細(xì)胞可見(jiàn)。納米技術(shù)能夠滿足這兩點(diǎn)。例如

，在金屬氧化物表面涂覆可特異識(shí)別癌性細(xì)胞表面超表達(dá)的受體的抗體

。

由于金屬氧化物在核磁共振成像（MRI）或計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）下發(fā)出高對(duì)比度信號(hào)

，因此一旦進(jìn)入體內(nèi)后，這些金屬氧化物納米顆粒表面的抗體選擇性地與癌性細(xì)胞結(jié)合

，使檢測(cè)儀器可以有效地識(shí)別出癌性細(xì)胞

。同樣地，金納米粒也可以用于增強(qiáng)在內(nèi)窺鏡技術(shù)中的光散射

。納米技術(shù)能夠?qū)⒆R(shí)別癌癥類別及不同發(fā)展階段的分子標(biāo)記可視化

，讓醫(yī)生能夠通過(guò)傳統(tǒng)的成像技術(shù)看到原本檢測(cè)不到的細(xì)胞和分子。

在人類與癌癥的斗爭(zhēng)中

，有一半的勝利是得益于早期的檢測(cè)

。納米技術(shù)使得癌癥的診斷更早更準(zhǔn)確，并可用于治療監(jiān)測(cè)

。納米技術(shù)也可以增強(qiáng)甚至完全變革對(duì)組織和體液中生物標(biāo)志物的篩查

。癌癥與癌癥之間，以及癌細(xì)胞與正常細(xì)胞之間由于各種分子在表達(dá)和分布上的差異而各不相同

。隨著治療技術(shù)的進(jìn)步

，對(duì)癌癥的多個(gè)生物標(biāo)志物進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)是確定治療方案時(shí)所必須的。

納米顆?div id="4qifd00" class="flower right">

！缒軌蚋鶕?jù)它們本身大小發(fā)出不同顏色光的量子點(diǎn)——可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測(cè)多種標(biāo)記物的目的

。包被有抗體的量子點(diǎn)發(fā)出的激發(fā)光信號(hào)可用于篩查某些類型的癌癥

。不同顏色的量子點(diǎn)可與各種癌癥生物標(biāo)記物抗體結(jié)合，方便腫瘤學(xué)家通過(guò)所看到的光譜區(qū)分癌細(xì)胞與健康細(xì)胞

。

組裝技術(shù)

由于在納米尺度下刻蝕技術(shù)已達(dá)到極限

，組裝技術(shù)將成為納米科技的重要手段，受到人們很大的重視

。

納米組裝技術(shù)就是通過(guò)機(jī)械

、物理、化學(xué)或生物的方法

，把原子

、分子或者分子聚集體進(jìn)行組裝，形成有功能的結(jié)構(gòu)單元

。組裝技術(shù)包括分子有序組裝技術(shù)

，掃描探針原子、分子搬遷技術(shù)以及生物組裝技術(shù)

。分子有序組裝是通過(guò)分子之間的物理或化學(xué)相互作用

，形成有序的二維或三維分子體系。現(xiàn)在

，分子有序組裝技術(shù)及其應(yīng)用研究方面取得的最新進(jìn)展主要是LB膜研究及有關(guān)特性的發(fā)現(xiàn)

。生物大分子走向識(shí)別組裝。蛋白質(zhì)

、核酸等生物活性大分子的組裝要求商密度定取向

，這對(duì)于制備高性能生物微感膜、發(fā)展生物分子器件

，以及研究生物大分子之間相互作用是十分重要的

。在進(jìn)行l(wèi)gG歸生物大分子的組裝過(guò)程中，首次利用抗體活性片斷的識(shí)別功能進(jìn)行活性生物大分子的組裝

。這一重要的進(jìn)展使得生物分子的定向組裝產(chǎn)生了新的突破

。

除以上幾種組裝外，在長(zhǎng)鏈聚合物分子上的有序組裝

、橋連自組裝技術(shù)

、有序分子薄膜的應(yīng)用研究等技術(shù)也有進(jìn)展。采用納米加工技術(shù)還可以對(duì)材料進(jìn)行原子量級(jí)加工

，使加工技術(shù)進(jìn)人一個(gè)更加徽細(xì)的深度

。納米結(jié)構(gòu)自組裝技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)使納米機(jī)械

、納米機(jī)電系統(tǒng)和納米生物學(xué)產(chǎn)生突破性的飛躍

。

中國(guó)在納米領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化研究有一定的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)代同美

、日

、德等國(guó)位于國(guó)際第一梯隊(duì)的前列

。雖然現(xiàn)代中國(guó)己經(jīng)建立了一定數(shù)量的納米材料生產(chǎn)基地，納米技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也已經(jīng)興起

，并初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化

。納米要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)

，還有許多的工作要做

，只有依賴大量的資金和高科技投人才能換取高額的利潤(rùn)回報(bào)。

生物技術(shù)

納米生物學(xué)是以納米尺度研究細(xì)胞內(nèi)部各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能

。研究細(xì)胞內(nèi)部

，細(xì)胞內(nèi)外之間以及整個(gè)生物體的物質(zhì)、能量和信息交換

。納米生物學(xué)的研究集中在下列方面

。

DNA研究在形貌觀察、特性研究和基因改造三個(gè)方面有不少進(jìn)展

。

腦功能的研究

工作目標(biāo)是弄清人類的記憶

、思維，語(yǔ)言和學(xué)習(xí)這些高級(jí)神經(jīng)功能和人腦的信息處理功能

。

仿生學(xué)的研究

這是納米生物學(xué)的熱門研究?jī)?nèi)容。現(xiàn)在取得不少成果

。是納米技術(shù)中有希望獲得突破性巨大成果的部分

。

世界上最小的馬達(dá)是一種生物馬達(dá)—鞭毛馬達(dá)。能象螺旋槳那樣旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鞭毛旋轉(zhuǎn)

納米陶瓷

。該馬達(dá)通常由10種以上的蛋白質(zhì)群體組成

，其構(gòu)造如同人工馬達(dá)。由相當(dāng)?shù)亩ㄗ?div id="jfovm50" class="index-wrap">、轉(zhuǎn)子

、軸承、萬(wàn)向接頭等組成

。它的直徑只有3onm

，轉(zhuǎn)速可以高達(dá)15r/min，可在1μs內(nèi)進(jìn)行右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)的相互切換

。利用外部電場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)加速或減速

。轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源，是細(xì)菌內(nèi)支撐馬達(dá)的薄膜內(nèi)外的氮氧離子濃度差

。實(shí)驗(yàn)證明

。細(xì)菌體內(nèi)外的電位差也可驅(qū)動(dòng)鞭毛馬達(dá)。現(xiàn)代人們正在探索設(shè)計(jì)一種能用電位差馭動(dòng)的人工鞭毛馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器

。

日本三菱公司已開(kāi)發(fā)出一種能模擬人眼處理視覺(jué)形象功能的視網(wǎng)膜芯片

。該芯片以砷化稼半導(dǎo)體作為片基

。每個(gè)芯片內(nèi)含4096個(gè)傳感元?div id="m50uktp" class="box-center"> ？赏M(jìn)一步用于機(jī)器人

。

有人提出制作類似環(huán)和桿那樣的分子機(jī)械。把它們裝配起來(lái)構(gòu)成計(jì)算機(jī)的線路單元

，單元尺寸僅Inm

，可組裝成超小型計(jì)算機(jī)，僅有數(shù)微米大小

，就能達(dá)到現(xiàn)代常用計(jì)算機(jī)的同等性能

。

在納米結(jié)構(gòu)自組裝復(fù)雜徽型機(jī)電系統(tǒng)制造中，很大的難題是系統(tǒng)中各部件的組裝

。系統(tǒng)愈先進(jìn)

、愈復(fù)雜，組裝的問(wèn)題也愈難解決

。自然界各種生物

、生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、DNA

、細(xì)胞等都是極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

。它們的生成、組裝都是自動(dòng)進(jìn)行的

。如能了解并控制生物大分子的自組裝原理

，人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)和改造必然會(huì)上升到一個(gè)全新的更高的水平。

衍生產(chǎn)品

編輯

機(jī)器人

納米機(jī)器人是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型

，設(shè)計(jì)制造可對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”

，也稱分子機(jī)器人；而納米機(jī)器人的研發(fā)已成為當(dāng)今科技的前沿?zé)狳c(diǎn)

。

2005年

，不少國(guó)家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計(jì)劃，投入巨資搶占納米機(jī)器人這種新科技的戰(zhàn)略高地

?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！稒C(jī)器人時(shí)代》月刊日前指出：納米機(jī)器人潛在用途十分廣泛，其中特別重要的就是應(yīng)用于醫(yī)療和軍事領(lǐng)域

。

每一種新科技的出現(xiàn)

，似乎都包涵著無(wú)限可能。用不了多久

，個(gè)頭只有分子大小的神奇納米機(jī)器人將源源不斷地進(jìn)入人類的日常生活

。中國(guó)著名學(xué)者周海中教授在1990年發(fā)表的《論機(jī)器人》一文中就預(yù)言：到21世紀(jì)中葉，納米機(jī)器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。

雨衣傘

納米雨衣傘是雨傘與雨衣的結(jié)合體

，納米雨傘收傘有三折傘和直桿傘的收傘形態(tài)（簡(jiǎn)單說(shuō)

，收傘時(shí)有長(zhǎng)短兩種選擇）。納米雨衣可由納米雨傘轉(zhuǎn)變而成

，納米雨衣又不同于一般的雨衣

，因?yàn)榧{米雨衣可以保證從頭到腳絕對(duì)不濕。因?yàn)榧{米材料

，所以這雨傘可以一甩即干

，雨傘轉(zhuǎn)變?yōu)橛暌潞螅@雨衣也只需穿著時(shí)輕輕一跳也即可全干

。

防水材料

2014年8月4日

，澳大利亞運(yùn)用新發(fā)明的布料，制成一款具有開(kāi)創(chuàng)性的T恤衫

，不管人們?cè)鯓訃L試著浸濕它

，此T恤都能保持良好的防水性能。

這件叫做“騎士”(The Cavalier)的白色T恤是百分之百棉質(zhì)的

。雖然表面看起來(lái)平淡無(wú)奇

，但是其布料運(yùn)用“疏水”納米技術(shù)應(yīng)用編織而成，使得這件T恤能夠有效防止大部分液體和污漬的浸入

。這種T恤可以用機(jī)器清洗

，其防水功能最多可承受80次清洗。它的布料有天然自凈功能

，任何附著在上的污漬都能用水擦洗或沖干凈

。

和其他含有化學(xué)物質(zhì)的防水應(yīng)用不同，T恤仿照的是荷葉的自然疏水特點(diǎn)

。此布料的發(fā)明對(duì)于餐館和咖啡廳來(lái)說(shuō)可能具有革命性的影響。此外

，這種布料還可以運(yùn)用在醫(yī)療行業(yè)或醫(yī)院等地

。

潛在危害

編輯

和生物技術(shù)一樣，納米科技也有很多環(huán)境和安全問(wèn)題（比如尺寸小是否會(huì)避開(kāi)生物的自然防御系統(tǒng)

，還有是否能生物降解

、毒性副作用如何等等）。

社會(huì)危害

納米顆粒的危害

納米材料（包含有納米顆粒的材料）本身的存在并不是一種危害

。只有它的一些方面具有危害性

，特別是他們的移動(dòng)性和增強(qiáng)的反應(yīng)性。只有某些納米粒子的某些方面對(duì)生物或環(huán)境有害

，我們才面臨一個(gè)真的危害?[7]??

。

要討論納米材料對(duì)健康和環(huán)境的影響，我們必須區(qū)分兩類納米結(jié)構(gòu)：

納米尺寸的粒子被組裝在一個(gè)基體

、材料或器件上的納米合成物

、納米表面結(jié)構(gòu)或納米組份（電子

，光學(xué)傳感器等），又稱為固定納米粒子

。

“自由”納米粒子

，不管在生產(chǎn)的某些步驟中存還是直接使用單獨(dú)的納米粒子。

這些自由納米粒子可能是納米尺寸的單元素

，化合物

，或是復(fù)雜的混合物，比如在一種元素上鍍上另外一張物質(zhì)的“鍍膜”納米粒子或叫做“核殼”納米粒子

。

現(xiàn)代

，公認(rèn)的觀點(diǎn)是，雖然我們需要關(guān)注有固定納米粒子的材料

，自由納米粒子是最緊迫關(guān)心的

。

因?yàn)椋{米粒子同它們?nèi)粘５膶?duì)應(yīng)物實(shí)在是區(qū)別太大了

，它們的有害效應(yīng)不能從已知毒性推演而來(lái)

。這樣討論自由納米粒子的健康和環(huán)境影響具有很重要的意義。

更加復(fù)雜的是

，當(dāng)我們討論納米粒子的時(shí)候

，我們必須知道含有的納米粒子的粉末或液體幾乎從來(lái)不會(huì)單分散化，而是具有一定范圍內(nèi)許多不同尺寸

。這會(huì)使實(shí)驗(yàn)分析更加復(fù)雜

，因?yàn)榇蟮募{米粒子可能和小的有不同的性質(zhì)。而且

，納米粒子具有聚合的趨勢(shì)

，而聚合的納米粒子具有同單個(gè)納米粒子不同的行為。

健康問(wèn)題

納米顆粒進(jìn)入人體有四種途徑：吸入

，吞咽

，從皮膚吸收或在醫(yī)療過(guò)程中被有意的注入（或由植入體釋放）。一旦進(jìn)入人體

，它們具有高度的可移動(dòng)性

。在一些個(gè)例中，它們甚至能穿越血腦屏障

。

納米粒子在器官中的行為仍然是需要研究的一個(gè)大課題

。基本上

，納米顆粒的行為取決于它們的大小

，形狀和同周圍組織的相互作用活動(dòng)性。它們可能引起噬菌細(xì)胞（吞咽并消滅外來(lái)物質(zhì)的細(xì)胞）的“過(guò)載”，從而引發(fā)防御性的發(fā)燒和降低機(jī)體免疫力

。它們可能因?yàn)闊o(wú)法降解或降解緩慢

，而在器官里集聚。還有一個(gè)顧慮是它們同人體中一些生物過(guò)程發(fā)生反應(yīng)的潛在危險(xiǎn)

。由于極大的表面積

，暴露在組織和液體中的納米粒子會(huì)立即吸附他們遇到的大分子。這樣會(huì)影響到例如酶和其他蛋白的調(diào)整機(jī)制

。

環(huán)境問(wèn)題

主要擔(dān)心納米顆?div id="4qifd00" class="flower right">

？赡軙?huì)造成未知的危害。

社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)

納米技術(shù)的使用也存在社會(huì)學(xué)風(fēng)險(xiǎn)

。在儀器的層面

，也包括在軍事領(lǐng)域使用納米技術(shù)的可能性。（例如

，在MIT士兵納米技術(shù)研究所[1]研究的裝備士兵的植入體或其他手段

，同時(shí)還有通過(guò)納米探測(cè)器增強(qiáng)的監(jiān)視手段。

在結(jié)構(gòu)層面

，納米技術(shù)的批評(píng)家們指出納米技術(shù)打開(kāi)了一個(gè)由產(chǎn)權(quán)和公司控制的新世界

。他們指出，就象生物技術(shù)的操控基因的能力伴隨著生命的專利化一樣

，納米技術(shù)操控分子的技術(shù)帶來(lái)的是物質(zhì)的專利化

。過(guò)去的幾年里，獲得納米尺度的專利像一股淘金熱

。2003年

，超過(guò)800納米相關(guān)的專利權(quán)獲得批準(zhǔn)，這個(gè)數(shù)字每年都在增長(zhǎng)

。大公司已經(jīng)壟斷了納米尺度發(fā)明與發(fā)現(xiàn)的廣泛的專利

。例如，NEC和IBM這兩家大公司持有碳納米管這一納米科技基石之一的基礎(chǔ)專利

。碳納米管具有廣泛的運(yùn)用

，并被看好對(duì)從電子和計(jì)算機(jī)、到強(qiáng)化材料

、到藥物釋放和診斷的許多工業(yè)領(lǐng)域都有關(guān)鍵的作用。碳納米管很可能成為取代傳統(tǒng)原材料的主要工業(yè)交易材料

。但是

，當(dāng)它們的用途擴(kuò)張時(shí)，任何想要制造或出售碳納米管的人

，不管應(yīng)用是什么

，都要先向NEC或者IBM購(gòu)買許可證。

什么是納米技術(shù)

納米技術(shù)的應(yīng)用　　納米技術(shù)目前已成功用于許多領(lǐng)域，包括醫(yī)學(xué)

、藥學(xué)

、化學(xué)及生物檢測(cè)、制造業(yè)

、光學(xué)以及國(guó)防等等

。本詞條為納米技術(shù)應(yīng)用的總綱，包括如下領(lǐng)域：
　　1

、納米技術(shù)在新材料中的應(yīng)用
　　2

、納米技術(shù)在微電子、電力等領(lǐng)域中的應(yīng)用
　　3

、納米技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用
　　4

、納米技術(shù)在生物、醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用
　　5

、納米技術(shù)在化學(xué)

、環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
　　6、納米技術(shù)在能源

、交通等領(lǐng)域的應(yīng)用
　　7

、納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
　　8、納米技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用
衣　　在紡織和化纖制品中添加納米微粒

，可以除味殺菌

。化纖布雖然結(jié)實(shí)

，但有煩人的靜電現(xiàn)象

，加入少量金屬納米微粒就可消除靜電現(xiàn)象。
食　　利用納米材料

，冰箱可以抗菌

。納米材料做的無(wú)菌餐具、無(wú)菌食品包裝用品已經(jīng)面世

。利用納米粉末

，可以使廢水徹底變清水，完全達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)

。納米食品色香味俱全

，還有益健康。
住　　納米技術(shù)的運(yùn)用

，使墻面涂料的耐洗刷性可提高10倍

。玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚

，根本不用擦洗

。含有納米微粒的建筑材料

，還可以吸收對(duì)人體有害的紫外線。
　　行　
　　納米材料可以提高和改進(jìn)交通工具的性能指標(biāo)

。納米陶瓷有望成為汽車

、輪船、飛機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)部件的理想材料

，能大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率

、工作壽命和可靠性。納米衛(wèi)星可以隨時(shí)向駕駛?cè)藛T提供交通信息

，幫助其安全駕駛

。
醫(yī)　　利用納米技術(shù)制成的微型藥物輸送器，可攜帶一定劑量的藥物

，在體外電磁信號(hào)的引導(dǎo)下準(zhǔn)確到達(dá)病灶部位

，有效地起到治療作用，并減輕藥物的不良的反映

。用納米制造成的微型機(jī)器人

，其體積小于紅細(xì)胞，通過(guò)向病人血管中注射

，能疏通腦血管的血栓

。清除心臟動(dòng)脈的脂肪和沉淀物，還可“嚼碎”泌尿系統(tǒng)的結(jié)石等

。納米技術(shù)將是健康生活的好幫手

。
　　納米技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊，經(jīng)濟(jì)效益十分巨大

，美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)

，2010年納米技術(shù)市場(chǎng)估計(jì)達(dá)到14400億美元，納米技術(shù)未來(lái)的應(yīng)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)計(jì)算機(jī)工業(yè)

。納米復(fù)合

、塑膠、橡膠和纖維的改性

，納米功能涂層材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

，將給傳統(tǒng)產(chǎn)生和產(chǎn)品注入新的高科技含量。專家指出

，紡織

、建材、化工

、石油

、汽車、軍事裝備

、通訊設(shè)備等領(lǐng)域

，將免不了一場(chǎng)因納米而引發(fā)的“材料革命”現(xiàn)在我國(guó)以納米材料和納米技術(shù)注冊(cè)的公司有近100個(gè)，建立了10多條納米材料和納米技術(shù)的生產(chǎn)線

。納米布料

、服裝已批量生產(chǎn)，象電腦工作裝

、無(wú)靜電服

、防紫外線服等納米服裝都已問(wèn)世。加入納米技術(shù)的新型油漆

，不僅耐洗刷的性能提高了十幾倍

，而且無(wú)毒無(wú)害無(wú)異味。納米技術(shù)正在改善著

、提高著人們的生活質(zhì)量

。
納米技術(shù) - 基本概念
納米技術(shù)
納米科學(xué)與技術(shù)，有時(shí)簡(jiǎn)稱為納米技術(shù)

，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用

。
1981年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，誕生了一門以0.1到100納米長(zhǎng)度為研究分子世界

，它的最終目標(biāo)是直接以原子或分子來(lái)構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品

。因此，納米技術(shù)其實(shí)就是一種用單個(gè)原子

、分子射程物質(zhì)的技術(shù)

。
納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域

。納米科學(xué)與技術(shù)主要包括：納米體系物理學(xué)

、納米化學(xué)、納米材料學(xué)

、納米生物學(xué)

、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)

、納米力學(xué)等

。納米材料的制備和研究是整個(gè)納米科技的基礎(chǔ)。其中

，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)

，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。
從迄今為止的研究來(lái)看

，關(guān)于納米技術(shù)分為三種概念：
第一種

，是1986年美國(guó)科學(xué)家德雷克斯勒博士在《創(chuàng)造的機(jī)器》一書中提出的分子納米技術(shù)。根據(jù)這一概念

，可以使組合分子的機(jī)器實(shí)用化

，從而可以任意組合所有種類的分子

，可以制造出任何種類的分子結(jié)構(gòu)。這種概念的納米技術(shù)還未取得重大進(jìn)展

。
第二種概念把納米技術(shù)定位為微加工技術(shù)的極限

。也就是通過(guò)納米精度的“加工”來(lái)人工形成納米大小的結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這種納米級(jí)的加工技術(shù)

，也使半導(dǎo)體微型化即將達(dá)到極限?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，F(xiàn)有技術(shù)即使發(fā)展下去，從理論上講終將會(huì)達(dá)到限度

，這是因?yàn)?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，如果把電路的線幅逐漸變小，將使構(gòu)成電路的絕緣膜變得極薄

，這樣將破壞絕緣效果

。此外，還有發(fā)熱和晃動(dòng)等問(wèn)題

。為了解決這些問(wèn)題

，研究人員正在研究新型的納米技術(shù)。
第三種概念是從生物的角度出發(fā)而提出的

。本來(lái)

，生物在細(xì)胞和生物膜內(nèi)就存在納米級(jí)的結(jié)構(gòu)。DNA分子計(jì)算機(jī)

、細(xì)胞生物計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)

，成為納米生物技術(shù)的重要內(nèi)容。
納米技術(shù) - 發(fā)展歷史
納米技術(shù)的靈感

，來(lái)自于已故物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼1959年所作的一次題為《在底部還有很大空間》的演講

。這位當(dāng)時(shí)在加州理工大學(xué)任教的教授向同事們提出了一個(gè)新的想法。從石器時(shí)代開(kāi)始

，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)

，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計(jì)的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)。費(fèi)曼質(zhì)認(rèn)為

，物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子地制造物品的可能性

。
著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德· 費(fèi)曼預(yù)言

，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器

，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個(gè)地排列原子

，制造產(chǎn)品

，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢(mèng)想；

20世紀(jì)70年代

，科學(xué)家開(kāi)始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想

，1974年

，科學(xué)家唐尼古奇最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機(jī)械加工；

1982年

，科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具——掃描隧道顯微鏡

，為我們揭示一個(gè)可見(jiàn)的原子、分子世界

，對(duì)納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進(jìn)作用；

1990年7月

，第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國(guó)巴爾的摩舉辦

，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生；
1990年

，IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家成功地對(duì)單個(gè)的原子進(jìn)行了重排

，納米技術(shù)取得一項(xiàng)關(guān)鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設(shè)備慢慢地把35個(gè)原子移動(dòng)到各自的位置

，組成了IBM三個(gè)字母

。這證明費(fèi)曼是正確的。使用分子束外延長(zhǎng)生長(zhǎng)技術(shù)

，科學(xué)家們學(xué)會(huì)了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法

，每次可只造出一層分子。
1991年

，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)

，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鋼的10倍

，成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)

，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯莫利教授認(rèn)為，納米碳管將是未來(lái)最佳纖維的首選材料

，也將被廣泛用于超微導(dǎo)線

、超微開(kāi)關(guān)以及納米級(jí)電子線路等；

1993年

，繼1989年美國(guó)斯坦福大學(xué)搬走原子團(tuán)“寫”下斯坦福大學(xué)英文

、1990年美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司在鎳表面用36個(gè)氙原子排出“IBM”之后，中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室自如地操縱原子成功寫出“ 中國(guó)”二字

，標(biāo)志著中國(guó)開(kāi)始在國(guó)際納米科技領(lǐng)域占有一席之地

；

1997年，美國(guó)科學(xué)家首次成功地用單電子移動(dòng)單電子

，利用這種技術(shù)可望在20年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬(wàn)倍的量子計(jì)算機(jī)

；

1999年，巴西和美國(guó)科學(xué)家在進(jìn)行納米碳管實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)明了世界上最小的“秤”

，它能夠稱量十億分之一克的物體

，即相當(dāng)于一個(gè)病毒的重量

；此后不久，德國(guó)科學(xué)家研制出能稱量單個(gè)原子重量的秤

，打破了美國(guó)和巴西科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造的紀(jì)錄

；

到1999年，納米技術(shù)逐步走向市場(chǎng)

，全年基于納米產(chǎn)品的營(yíng)業(yè)額達(dá)到500億美元

；

2000年以來(lái)，一些國(guó)家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計(jì)劃

，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地

。日本設(shè)立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新5年科技基本計(jì)劃的研發(fā)重點(diǎn)

；德國(guó)專門建立納米技術(shù)研究網(wǎng)

；美國(guó)將納米計(jì)劃視為下一次工業(yè)革命的核心，美國(guó)政府部門將納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資從1997年的1.16億美元增加到2001年的4.97億美元

。
納米技術(shù) - 技術(shù)分支
1993年

，第一屆國(guó)際納米技術(shù)大會(huì)(INTC)在美國(guó)召開(kāi)，將納米技術(shù)劃分為6大分支：納米物理學(xué)

、納米生物學(xué)

、納米化學(xué)、納米電子學(xué)

、納米加工技術(shù)和納米計(jì)量學(xué)

。　
納米動(dòng)力學(xué)
納米動(dòng)力學(xué)，主要是微機(jī)械和微電機(jī)

，或總稱為微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)（MEMS)

，用于有傳動(dòng)機(jī)械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng)

、特種電子設(shè)備

、醫(yī)療和診斷儀器等。采用的是一種類似于集成電器設(shè)計(jì)和制造的新工藝

。特點(diǎn)是部件很小

，刻蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百微米，而寬度誤差很小

。這種工藝還可用于制作三相電動(dòng)機(jī)

，用于超快速離心機(jī)或陀螺儀等。在研究方面還要相應(yīng)地檢測(cè)準(zhǔn)原子尺度的微變形和微摩擦等

。雖然它們目前尚未真正進(jìn)入納米尺度

，但有很大的潛在科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
理論上講：可以使微電機(jī)和檢測(cè)技術(shù)達(dá)到納米數(shù)量級(jí)。
納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)
納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)

，如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定DNA的粒子

，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗(yàn)，檢測(cè)磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜

、DNA的精細(xì)結(jié)構(gòu)等

。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件使構(gòu)成新的材料

。新的藥物

，即使是微米粒子的細(xì)粉，也大約有半數(shù)不溶于水

；但如粒子為納米尺度（即超微粒子）

，則可溶于水。
納米生物學(xué)發(fā)展到一定技術(shù)時(shí)

，可以用納米材料制成具有識(shí)別能力的納米生物細(xì)胞，并可以吸收癌細(xì)胞的生物醫(yī)藥

，注入人體內(nèi)

，可以用于定向殺癌細(xì)胞。
納米電子學(xué)
納米電子學(xué)

，包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件

、納米結(jié)構(gòu)的光/電性質(zhì)、納米電子材料的表征

，以及原子操縱和原子組裝等

。當(dāng)前電子技術(shù)的趨勢(shì)要求器件和系統(tǒng)更小、更快

、更冷

。更小，是指響應(yīng)速度要快

。更冷是指單個(gè)器件的功耗要小

。但是更小并非沒(méi)有限度。納米技術(shù)是建設(shè)者的最后疆界

，它的影響將是巨大的

。
納米技術(shù) - 研究應(yīng)用原子力顯微鏡——納米測(cè)量技術(shù)
主要包括：納米級(jí)測(cè)量技術(shù)；納米級(jí)表層物理力學(xué)性能的檢測(cè)技術(shù)

；納米級(jí)加工技術(shù)

；納米粒子的制備技術(shù)；納米材料

；納米生物學(xué)技術(shù)

；納米組裝技術(shù)等。
1、納米是一種幾何尺寸的度量單位

，1納米=百萬(wàn)分之一毫米

。
2、納米技術(shù)帶動(dòng)了技術(shù)革命

。
3

、利用納米技術(shù)制作的藥物可以阻斷毛細(xì)血管，“餓死”癌細(xì)胞