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“纳米”走向身边

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【摘要】:
“纳米”这个词相信大家都不陌生。但是,什么是纳米,什么是纳米技术,可能很多人并不一定清楚。这一期我们就来了解“纳米”和“纳米技术”。?  纳米是英文namometer的译音,是一个物理学上的度量单位,像毫米、微米一样,纳米是一个尺度概念。1纳米是1米的十亿分之一,相当于万分之一头发丝粗细。纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应

   “纳米”这个词相信大家都不陌生。但是,什么是纳米,什么是纳米技术,可能很多人并不一定清楚。这一期我们就来了解“纳米”和“纳米技术”。 
  纳米是英文namometer的译音,是一个物理学上的度量单位,像毫米、微米一样,纳米是一个尺度概念。1纳米是1米的十亿分之一,相当于万分之一头发丝粗细。纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。科学家们在研究物质构成的过程中,发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子,显著地表现出许多新的特性,而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术,就称为纳米技术。随着研究的不断深入,纳米科学技术已经成为一门集前沿性、交叉性和多学科特征的新兴研究领域,其理论基础、研究对象涉及物理学、化学、材料学、机械学、微电子学、生物学和医学等多个不同的学科。 
  那么,纳米技术都有哪些应用呢?首先当然是纳米材料。当物质到纳米尺度以后,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既有不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。在实际中,纳米材料大都是人工制造的,包括纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米半导体材料等等。这里我们重点了解一种天然纳米材料。据了解,海龟在美国佛罗里达州的海边产卵,但出生后的幼小海龟为了寻找食物,却要游到英国附近的海域,才能得以生存和长大。最后,长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。如此来回约需5年到6年,为什么海龟能够进行几万公里的长途跋涉呢?研究发现它们依靠头部内的纳米磁性材料,为它们准确无误地导航。生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时,也发现这些生物体内同样存在着纳米材料。这就是天然纳米材料。 
  纳米生物学和纳米药物学。纳米技术在生物学和药物学领域有着广泛的应用前景。例如,西北大学崔亚丽团队原创的GoldMag金磁微粒纳米材料,可以快速进行诊断(包括基因诊断和蛋白诊断)和免疫性检测。这种材料可以在细胞分选、生物传感器、磁共振影像、磁热疗等方向广泛应用。团队基于此材料首创的PCR金磁微粒层析法使基因检测方便、快速,已经完成了上千例的临床试验。 
  纳米机器人的研发是当今科技的前沿热点。纳米机器人被称为世界上最小的机器人,根据分子水平的生物学原理为设计原型,设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”,也称分子机器人。2005年,不少国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米机器人这种新科技的战略高地。 
  最后,我们来了解纳米技术发展情况。德国慕尼黑工业大学发布消息称,该校与慕尼黑大学的科研人员合作开发出一种新型的纳米机器人电驱动技术,较目前通过加酶和DNA链等生化驱动方法快10万倍。新的控制技术不仅适合来回移动染料或纳米颗粒,微型机器人的手臂也可对分子施力。研究人员强调,纳米机器人体积小,价格低廉,可搜索百万计样本中的特定物质,并逐步合成复杂分子,将适用于医学诊断和药物开发。相关研究结果于2018年1月19日以封面故事形式在国际学术杂志《科学》上发表。 
  意大利科学家研究发现,通过吸入方式可以将带有多肽的纳米颗粒(磷酸钙)快速送达心肌细胞,与注射相比,吸入颗粒释放的多肽能更快地被心肌细胞吸收。这项研究已在小鼠试验中得到了证实,在大型动物如猪的试验中也发现该疗法的有效性。这表明,吸入生物相容、可降解的、载有多肽的纳米颗粒将是治疗人类心力衰竭的可行方法。该研究成果被国际权威期刊《Science Translational Medicine》刊载,并荣登该期封面故事。 
  据报道,美国罗格斯大学和俄勒冈州立大学的工程师正在开发一种处理纳米材料的新方法,这种方法可能更快、更便宜地制造从触摸屏到窗户涂料的柔性薄膜器件。这种被称为“强脉冲光烧结”的方法以比激光大近7000倍的用高能量光线,在数秒内融合纳米材料。 
  与此同时,我国科学家也在纳米技术领域取得了多项突破。据报道,在国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项的支持下,郭国平教授、邓光伟副研究员等人和美国加州大学默塞德分校田琳教授合作,在研究两个石墨烯纳米谐振器的模式耦合过程中,创新性地引入第三个谐振器作为声子腔模,成功地实现了非近邻的模式耦合,通过简单地调节腔模频率可以实现非近邻耦合强度从弱耦合到强耦合的连续变化。该实验是首次在纳米谐振器体系中实现谐振模式的非近邻耦合,对于纳米机电谐振器领域的发展具有重要推动意义,并且为将来在量子区间利用声子模式进行信息的长程传递创造了条件。相关研究成果发表在2018年1月26日出版的国际权威期刊《自然-通讯》上。 
  上海交通大学与华东理工大学的科研团队合作,通过亲水性聚氧化乙烯(PEO)修饰结构精确的石墨烯纳米带,合成了一系列具备良好水分散性的石墨烯纳米带。研究人员首次证实了此类结构精确的石墨烯纳米带自组装体可在近红外光的辐射下,将光子能高效转换为热能,实现了石墨烯纳米带的聚合物功能化及其水相分,为获得石墨烯纳米带新的物化性能和超分子自组装研究开辟了途径,拓宽了石墨烯纳米带的研究和应用范围;中科院化学研究所研究员王铁及其同事通过多年努力,研发出一种附有精细纳米线的泡沫可作为透析液,不仅具备清除代谢废物的功能,而且具备主动“抓取”细菌的能力。研究人员在此基础上,成功研制了新的血液透析仪。实验证明,加入纳米线的透析液可以清除血液中90%以上的细菌。同时,纳米线会避开红血球、白血球、血小板等血液中正常的成分,不会“误伤”友军。相关研究成果已刊发《自然-通讯》上。 

 

来源:凤凰网

http://news.ifeng.com/a/20180718/59245789_0.shtml