納米骨材料進入臨床應用
由衛(wèi)生部納米生物技術重點實驗室、衛(wèi)生部肝膽腸外科研究中心與美國伯克利先進生物材料公司共同開發(fā)研制的可降解
、具有生物兼容性的納米骨材料
，在獲得美國FDA批準用于臨床治療后，日前獲得我國食品藥品監(jiān)督管理局批準
，進入臨床應用
。這是國內外首項經批準可進入臨床應用的納米生物技術產品
。標志著我國“十五”863納米生物技術重大課題從實驗室正式邁向臨床推廣應用階段。
粉碎性骨折
、骨腫瘤等患者由于骨缺血壞死后
，在患處會形成一個大的缺損
。以往，骨科醫(yī)生只能采取“挖東墻補西墻”的方法
，用自身某部位骨如髂骨
、腓骨、肋骨來填充缺損，重建患肢功能
，但這些方法會給患者造成另一種創(chuàng)傷
，同時，骨來源也非常有限
。
以衛(wèi)生部納米生物技術重點實驗室主任、衛(wèi)生部肝膽腸外科研究中心主任
、博士生導師張陽德教授為領導的我國納米生物技術研究基地
，集中了一支在國際上有影響、高水平的研究隊伍
。他們通過三年多臨床前實驗
，研制了可注射
、自成型、可降解的具有生物活性的納米骨材料
。通過對該材料仿生設計
、大量物理檢測、化學分析及家犬的肱骨試驗
，證實了現行研制的納米骨材料是一種完全新型、無毒
、可生物降解
、生物相容好
、可促進骨組織生長和有利功能恢復的可替代骨的新醫(yī)用材料。該納米骨材料可以通過手術植入人體
，也可以直接注射到人體的骨缺損空腔中。植入5秒鐘后
，納米骨材料就開始硬化，具有很好的重塑性
。數周后，充填骨缺損處的納米骨材料的網狀結構內可生長出很多新生骨細胞
，而充填的納米骨材料完全降解消失，骨缺損部完全被新生骨取代
。這種納米骨材料對骨缺損處的周圍組織長期接觸，無組織和毒性反應
，并具有愈合速度快
、強度高的良好性能
。
張陽德教授介紹說，他們應用這種合作研制出的納米骨材料已經在美國
、西班牙
、希臘的數家醫(yī)院對50多例患者進行了植入手術
，這些患者包括股骨、髖臼缺損
、干骺端骨折
、髂骨移植缺損
、脊柱穩(wěn)固加強等病例
。所有患者在6周后的X光片檢查中，都顯示納米骨材料在植入部位有恰當的重塑
，骨折處愈合良好
。
人工骨水泥與納米人工骨誰更好一些
人工骨水泥雖然可以填補骨缺損
，但卻是無法達到骨折愈合的，是不適合你這種情況的
，不需要考慮人工骨水泥?div id="d48novz" class="flower left">
。?br>納米人工骨僅在試用期
，臨床應用時間很短
，而且局限在某幾家醫(yī)院，至于其效果很不夠肯定
，需要長期的療效觀察
，你愿意冒險去拿自己做試驗嗎
？
你的情況完全沒有必要費心去找這些人工的東西
，因為在骨科臨床中
，對于你這種情況，早已有了很好的骨移植材料——同種異體骨
！通過應用同種異體骨完全可以治愈你的情況
！
納米材料的合成以及在農業(yè)和醫(yī)學方面的應用
納米科技已在國際間形成研究開發(fā)的熱潮
，世界各國將發(fā)展納米科技作為國家科技發(fā)展戰(zhàn)略目標的一部分，紛紛投入巨資用于納米科技和材料的研究開發(fā)
。納米材料是納米科技的重要組成部分，日益受到各國的重視
。各國（地區(qū)）制定了相應的發(fā)展戰(zhàn)略和計劃
，指導和推進納米科技和納米材料的發(fā)展，將支持納米技術和材料領域的研究開發(fā)作為21世紀技術創(chuàng)新的主要驅動器
，納米科技和材料展現了其廣闊的發(fā)展前景和趨勢。
各國納米科技／材料發(fā)展戰(zhàn)略計劃和重點研究領域
當前世界上已有30多個國家從事納米科技的研究開發(fā)活動
，各國對納米科技的投資增長加快，已從1997年的4．32億美元增加至2002年的21．74億美元
， 2002年世界各國（地區(qū)）政府投資納米科技領域的經費比1997年增加了503％（見表1）。從表1可以看出
，2000年以來，各國（地區(qū)）政府投入納米科技的研究開發(fā)經費增長速度加快
。美國、日本和西歐是納米科技投資的大國（地區(qū)）
，其他國家和地區(qū)對納米科技投資總額還不及美國和日本單個國家的投資多
。
美國自2000年2月提出“國家納米技術計劃”（NNI）
，納米科技研究開發(fā)經費從2001財年的4．22億美元增至2004財年的8．49億美元（見表2）。2000 年NNI實施計劃確定了5個重點發(fā)展的戰(zhàn)略領域（見表3）
，近幾年來這5個戰(zhàn)略研究領域所包含的研究內容有調整
。2003財年重大挑戰(zhàn)項目涉及的重點研究領域：
1） “設計”組裝更強
、更輕、更硬并具有自修復和安全性的納米材料：10倍于當前工業(yè)
、運輸和建筑用鋼材強度的碳和陶瓷結構材料
；強度3倍于目前遇100攝氏度高溫就融化的汽車工業(yè)用材料的聚合物材料、多功能智能材料；
2）納米電子學
、納米光電子學和納米磁學：提高計算機運行速度并使芯片的存儲效率提高百萬倍
；使電子的存儲量增加到數千太比特?將單位表面積的存儲量提高1千倍；增加數百倍的帶寬改變通信方式
；
3）在衛(wèi)生保健方面
，通過診斷和治療器件減少衛(wèi)生保健的昂貴費用并增強其有效性
；利用基因的快速排序和細胞內傳感器進行診斷和治療
；探測早期癌細胞并傳遞藥物；研究能使人工器官的排斥率降低50％
、探測早期疾病的生物傳感器
；研制最大限度減少人體組織損害的小型醫(yī)療器件
；
4）在納米尺度加工和環(huán)境保護方面，清除水中小于300納米和空氣中小于50納米的污染微粒
，以促進環(huán)境和水的清潔；
5）提高能源轉換和存儲效率
，使太陽能電池的能效提高1倍；
6）研制探索太陽系外層空間的低功率（lowpower）微型空間飛行器
；
7）研究納米生物器件
，以減輕人類因治療產生的痛苦：快速有效的生物化學探測器
；保護健康、修復受損組織的納米電子／機械／化學器件
；
8）在經濟與安全運輸方面
，引入新型材料、電子學
、能源和環(huán)境等方面的概念；
9）在國家安全方面
，密切注視納米電子學
、多功能材料和納米生物器件的重大挑戰(zhàn)。
2003財年能源部新增3個有關納米材料特性方面的基礎研究項目：
●在納米材料的合成和處理方面
，基本了解涉及材料變形和斷裂的納米加工，利用定模技術有序排列納米粒子以合成納米材料
。利用統(tǒng)一尺寸和形狀的納米材料來合成更大尺寸的納米材料；
●在凝聚態(tài)物理方面的納米材料研究
，重點了解怎樣使宏觀分子平衡構造并自組織成為更大的納米結構材料
；
●從事了解納米材料的特性在轉化和控制催化變化的過程中所扮演的角色等方面的基礎研究。
2004財年NNI支持的5個重點發(fā)展戰(zhàn)略領域仍然與2003年相同（見表3）
。重點強調支持在原子和分子水平上操縱物質的長期研究
，充分發(fā)揮創(chuàng)造力以構造如分子和人體細胞大小的先進新器件
，從而進一步改進應用于信息技術的電子器件；研究開發(fā)應用于制造
、國防
、運輸、空間和環(huán)境等方面的高性能低維護材料（lower－maintenance materials）
；加速納米技術在生物技術、衛(wèi)生保健和農業(yè)等方面的應用
。研究開發(fā)重點領域：生物－化學－輻射－爆炸探測和保護?CBRE 方面的納米技術創(chuàng)新解決方法；納米制造研究
；納米生物系統(tǒng)；納米標準儀器開發(fā)
；教育和培訓適應未來產業(yè)發(fā)展需要的新一代工人；擴大參與納米技術革命的產業(yè)陣容
。
日本政府在第二個“科學技術基本計劃”（2001－2006年）中，將納米技術和材料與生命科學
、信息通信
、環(huán)境保護等作為國家的科技重點發(fā)展戰(zhàn)略的重中之重領域
。該計劃在2001年投入納米科技的研究經費達142億日元，比2000年度增加了88億日元
。該計劃確定的納米技術與材料重點研究領域：納米物質與材料及其在電子
、電磁、光學上的應用
；納米物質與材料及其在結構材料中的應用
；納米信息元件
；納米科技在醫(yī)療
、生命科學
、能源科學及環(huán)境科學方面的應用；有關表面和界面控制的物質及材料
；納米計量和標準技術
；納米加工、合成和工程技術
；納米技術的計算
、理論和模擬技術
；形成安全空間的材料技術等。
日本通產省2001年制定了“納米材料計劃”（NMP）
，每年經費3500萬美元
，為期7年（2001－2007年）
，由政府部門、政府研究機構
、大學和產業(yè)界聯合研究
，旨在為產業(yè)界建立集研究開發(fā)新的納米功能材料和教育功能于一體的納米技術材料研究開發(fā)平臺（見表4）
。通產省2001年還制定并實施了“下一代半導體技術開發(fā)計劃”，開發(fā)50－70納米的下一代半導體處理基礎技術
，政府每年投資6000萬美元。
日本“先進技術的探索研究”計劃涉及了許多有關納米粒子
、納米結構
、納米生物學和納米電子學等方面的探索性研究
。項目研究期限定為5年，均由政府出資
，5年間政府對項目的平均資助金額為1600萬美元
。每個項目通常由15－25名科學家和技術人員組成
，分為3個研究小組
。該計劃鼓勵國內外的產業(yè)界、大學和研究機構合作研究
。該計劃已完成了許多項目
，主要在研項目。
日本文部科學省發(fā)布了2003年的科技預算
，其中納米技術和材料的預算總計為1491億日元（見表6）
。日本內閣府綜合科學技術會議于2003年7月14日召開了“納米技術及材料研究開發(fā)推動項目”第6次會議
，確定了研究開發(fā)的重點領域：“納米藥物傳輸系統(tǒng)”、“納米醫(yī)療設備”以及“創(chuàng)新性納米結構材料”
。這些項目由內閣府牽頭
、多個政府部門聯合推動
，于2004年實施。
歐洲共同體力爭在納米科技方面的國際地位
，一方面積極創(chuàng)建歐洲新的納米技術產業(yè)
，另一方面，力促現有產業(yè)部門提高納米技術能力
。歐洲共同體在第6個框架計劃（2002－2006年）中
，將納米技術和納米科學作為7個重點發(fā)展的戰(zhàn)略領域之一
，經費為12億美元
，確定了具體的戰(zhàn)略目標和重點研究領域：
一、納米技術和納米科學
將長期的跨學科研究轉向了解新現象
、掌握新工藝和開發(fā)研究工具：將重點研究分子和介觀尺度現象；自組織材料和結構
；分子和生物分子力學與馬達
；集成開發(fā)無機、有機
、生物材料和工藝的跨學科研究的新方法
。
納米生物技術：其目標是支持一體化的生物和非生物體的研究
，有廣泛應用的納米生物技術，如能用于加工、醫(yī)學和環(huán)境分析系統(tǒng)的納米生物技術
。重點研究領域涉及芯片實驗室（lab－on －chip）
，生物實體的界面，納米粒子表面修復
，先進的藥物傳遞方式和納米電子學；生物分子或復合物的處理
、操縱和探測
，生物實體的電子探測，微流體
，促進和控制在酶作用基礎上的細胞生長。
創(chuàng)造材料和部件的納米工程技術：通過控制納米結構
，開發(fā)超高性能的新的功能和結構材料
，包括開發(fā)材料的生產技術和加工技術。重點研究納米結構合金和復合材料
，先進的功能聚合物材料
，納米結構的功能材料
。
開發(fā)操作和控制器件及儀器：開發(fā)分辨率為10納米的新一代的納米測量和分析儀器。重點研究領域涉及各種先進的納米測量技術
；突破探索物質自組織特性的技術
、方法或手段和開發(fā)納米機械。
納米技術在衛(wèi)生
、化學
、能源
、光學和環(huán)境中的應用。重點研究計算模擬
，先進的生產技術
；開發(fā)能改性的創(chuàng)新材料
。
二
、智能多功能材料
高知識含量
、具有新功能和改性的新材料將是技術創(chuàng)新、器件和系統(tǒng)的關鍵
。
開發(fā)基礎知識：目標是了解與材料有關的復雜的物理－化學和生物現象
，掌握和處理有助于試驗
、理論和模擬工具的智能材料
。重點研究領域：設計和開發(fā)已定義特性的新結構材料
；開發(fā)超分子和微觀分子工程，重點是新型的高復雜性分子及其復合物的合成
、探索和潛在的應用
。
技術與生產的結合：以知識為基礎的多功能材料和生物材料的運輸和加工：目標是生產能構造更大結構的新型的多功能“智能”材料
。重點研究領域：新材料；自修復的工程材料
；包括表面技術和工程技術的跨技術
。
對材料開發(fā)的工程支持：目標是在知識生產和知識使用之間架起一座橋梁，克服歐洲共同體的產業(yè)在材料和生產一體化方面的弱點
。通過開發(fā)新工具，使新材料能夠在穩(wěn)定競爭的環(huán)境下生產
。重點研究領域：優(yōu)化材料設計，加工和工具
；材料試驗
；使材料成為更大的結構
，考慮生物兼容性與經濟效益
。
三
、新型的生產工藝和器件
新生產的概念包含更靈活
、集成度更高、更安全和更清潔
，這將依賴組織創(chuàng)新和技術的發(fā)展。
歐洲委員會在“納米技術信息器件倡議”5年計劃（1999－2003年）中確定了3個目標：設計出超越互補金屬氧化物半導體硅兼容器件性能的器件
；在化學、電子學
、光電子
、生物學和力學等學科的基礎上，設計原子或分子尺度的新型器件和系統(tǒng)
，利用分子的特性解決專門的計算問題。歐洲科學基金會提出了于2003年開始實施的“自組織納米結構”5年計劃
，將分子自組織
、與力學機制相聯系的軟物質或超分子研究、自組織納米結構的功能和制備列為第一階段的研究重點
。
英國政府在《科學研究重點》中，確定了2001－2004年的科學研究戰(zhàn)略和研究重點
，其中的材料科學（研究經費為444，000
，000英鎊）和基礎技術（研究經費為2100英鎊）兩個領域涉及納米材料和納米技術的研究重點：促進前瞻性的材料模擬研究；促進納米技術的研究
，促進跨機構管理的跨學科納米技術研究合作中心（IRCs）的發(fā)展
。英國工程與物質科學研究委員會在材料科學發(fā)展5年計劃（1994－1999年）中投資700萬美元左右
，其中約100萬美元專用于納米粒子的研究，這項計劃于2000年繼續(xù)資助納米材料領域的研究
。英國政府2003年投資納米技術的經費約為3000萬英鎊。
英國政府的納米技術應用分委員會咨詢專家組調查了上百個科學家和發(fā)明者后
，在2002年6月題為“英國納米技術發(fā)展戰(zhàn)略”的報告中勾畫了英國納米技術發(fā)展戰(zhàn)略（見表7）
，選定了認為英國具有研究優(yōu)勢和產業(yè)發(fā)展機會的6個納米技術領域：電子與通信
；藥品傳遞系統(tǒng)；生物組織工程
、藥物植入和器件
；納米材料，尤其是生物醫(yī)學和功能界面納米材料
；納米儀器、工具和度量
；傳感器和致動器（actuators）。
法國政府目前主要資助3個納米科技項目：“法國微納米技術網絡”（1000萬歐元）
；“納米結構材料”（230萬歐元）
；“獨立納米對象”（1200萬歐元）
。
德國聯邦教育與研究部和德國聯邦經濟部資助6個納米技術能力中心，每年投資6500萬德國馬克
，資助的領域主要是：超薄功能薄膜
；納米結構在光電子領域的應用；新型納米結構的開發(fā)
；超精細表面測量
；納米結構的分析方法
。
2002年德國聯邦教育與研究部發(fā)布了提升納米研究能力的新戰(zhàn)略，將納米技術的研究經費從1998年的2760萬歐元增至2002年的8850歐元
，4年增長了200％
。重點研究領域涉及增強用于納米技術研究的基礎設施的安全性
；重建集成和創(chuàng)新型研究機構
；將納米技術商業(yè)化；促進創(chuàng)新企業(yè)的建立
；增強SMEs的作用
，評估與其他國家合作的機會；縮短相關的專利或授權的期限
；促進下一代科技研究和發(fā)展相關的科技法律。資助下一代的材料研究的經費達7500萬歐元
，其中包括資助納米結構材料
。
英、法
、德國等歐盟國家除本國政府支持的納米科技研究外
，還要參加上述歐盟在第6個框架計劃中的有關納米材料等方面的項目
。
韓國政府在2002－2006年“科學技術發(fā)展基本計劃”中
，將納米技術與生物技術
、信息技術和航空航天技術等作為國家科技發(fā)展的重點戰(zhàn)略領域。2000年制定的“納米生物技術發(fā)展10年計劃”
，重點研究開發(fā)納米診斷器件、納米治療系統(tǒng)和納米生物仿生器件
。 “2001－2010年太比特納米器件計劃”確定了太比特納米電子學
、自旋電子學、分子電子學和核心技術為研究重點領域
。政府投資該計劃的經費總計為1．42億美元
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？茖W技術部積極鼓勵私營企業(yè)設立納米技術專項投資金作為匹配經費
。“2002年度納米技術開發(fā)行動計劃”
，預算為2031億韓元
，比2001年的1052億韓元增加了93．1％
。旨在開發(fā)納米核心技術
，新建國家納米制造研究中心（250億韓元），以及信息技術和納米技術融合中心
。到2010年
，使韓國將擁有13000名納米技術領域的專家并躋身納米技術領域世界10強之列
。
澳大利亞在2003財年將納米材料與生物材料作為重點戰(zhàn)略研究領域
，主要研究通過原子和分子的納米自組織形成塊材。
中國臺灣自1999年開始
，相繼制定了“納米材料尖端研究計劃”（1999年）； “納米科技研究計劃”（2001－2005）
，5年預計投入的經費每年達上億元新臺幣
。中國臺灣計劃從2002－2007年在納米技術相關領域中投資總額為6億美元的預算，每年穩(wěn)中有增
，平均每年達1億美元
。
世界納米科技／材料的發(fā)展
各國（地區(qū)）通過實施納米科技計劃
，納米材料和技術水平有很大發(fā)展
。
在納米材料方面
，僅以近兩年世界部分研究成果為例
，納米科技／材料的發(fā)展是顯而易見的。美國IBM和康耐爾大學于2002年相繼開發(fā)出碳納米晶體管
。威斯康星州立大學研制出存儲密度是目前光盤100萬倍的原子級的硅記憶材料
。
麻省理工學院和美國陸軍合作建立的納米技術研究所研制了具有防水性和滅菌作用的納米涂層
。美國依利諾斯州西北大學Stupp領導的材料研究小組首次設計并制備出了骨狀納米纖維（Science
，23，11
，2002）
；美國加州伯克利大學化學系的Joshua Goldberger領導的研究小組，與美國勞倫斯國家實驗室的科學家合作
，利用外延鍍膜新技術
，首次成功地合成了具有單晶結構的氮化鎵?GaN 納米管
，這種新技術也可以應用于合成其它材料的單晶納米管
。氮化鎵?GaN 納米管還可應用于納米毛細現象電泳
、生物化學納米流體感應，以及納米尺度的電子與光電元件等方面（ Nature 422? 599 2003）
。
俄國莫斯科大學化學系首次研制出氧化鋁納米管
。俄科學院電化學研究所成功研制出具有良好殺菌和環(huán)保性能的新型納米涂料
。
日本產業(yè)綜合研究所開發(fā)出利用碳納米管在常溫下工作的單電子半導體。名古屋大學在此基礎上開發(fā)出可控制電傳導性的碳納米管
。日本東芝研究開發(fā)中心利用碳氫化合物催化分解法
，在氧化鋅（ZnO2）多孔介質材料中覆上一層作為催化劑的鐵鋁系復合氧化物，而制備出在其表面能形成每平方毫米約4萬根納米纖維
、直徑為5～8納米
、5層左右的多層高密度填充碳納米纖維
。研究該材料的目的是為研制以吸附氫氣等燃料的儲氫能量材料。日立研究所利用納米技術
，將軟磁金屬與高電阻陶瓷通過機械力的作用
，使混合物質在固態(tài)下達到原子級的相互混合，以便在軟磁金屬納米晶粒的周圍形成高電阻陶瓷結構
。軟磁金屬的納米晶粒之間通過高電阻隔斷而形成高電阻
，可降低高頻段上由于渦電流而引起的損耗
，從而成功地合成了高頻電磁波吸收納米材料
。通過這種方法制備的電磁波吸收納米材料能將電磁波吸收材料的厚度減小約50％，有望作為涂層電磁波吸收材料投入實際應用
。日本國家物質材料研究所的Yoshio Bando領導的研究小組，成功研制出了在內徑約 20～60 納米的氧化鎂單晶結構納米管內填充了液態(tài)金屬鎵?gallium 的納米復合材料溫度計
，該溫度計利用氧化鎂耐高溫和在高溫下結構穩(wěn)定的物理特性，使納米溫度計的溫度測量范圍大幅度增加
，估計其測量溫度可達攝氏1000度（App． Phys． Lett． 83 999
，2003），該測量溫度比Yoshio Bando所在的研究小組于2002年研究的碳納米管溫度計的測量溫度攝氏50－500度要高得多（Nature 415 599
，2002）
。
法國國家科研中心圖盧茲結構研究和材料制造中心與丹麥阿爾霍斯大學天文物理學系合作，聯合設計出一種能在銅表面自動聚集原子線功能的納米“模具”分子
，為未來單分子電路分子元器件的電子相互連接打開了通道
。
納米科技在醫(yī)學應用、納米電子學
、納米加工
、納米器件等方面也有新進展和新突破。本文就不在此列舉了
性骨髓瘤易出現神經病變.png)