?? “納米”這個詞相信大家都不陌生。但是，什么是納米，什么是納米技術(shù)，可能很多人并不一定清楚。這一期我們就來了解“納米”和“納米技術(shù)”。
納米是英文namometer的譯音，是一個物理學(xué)上的度量單位，像毫米、微米一樣，納米是一個尺度概念。1納米是1米的十億分之一，相當(dāng)于萬分之一頭發(fā)絲粗細(xì)。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)。科學(xué)家們在研究物質(zhì)構(gòu)成的過程中，發(fā)現(xiàn)在納米尺度下隔離出來的幾個、幾十個可數(shù)原子或分子，顯著地表現(xiàn)出許多新的特性，而利用這些特性制造具有特定功能設(shè)備的技術(shù)，就稱為納米技術(shù)。隨著研究的不斷深入，納米科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為一門集前沿性、交叉性和多學(xué)科特征的新興研究領(lǐng)域，其理論基礎(chǔ)、研究對象涉及物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)、微電子學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等多個不同的學(xué)科。
那么，納米技術(shù)都有哪些應(yīng)用呢？首先當(dāng)然是納米材料。當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既有不同于原來組成的原子、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，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。在實際中，納米材料大都是人工制造的，包括納米磁性材料、納米陶瓷材料、納米半導(dǎo)體材料等等。這里我們重點了解一種天然納米材料。據(jù)了解，海龜在美國佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最后，長大的海龜還要再回到佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵。如此來回約需5年到6年，為什么海龜能夠進(jìn)行幾萬公里的長途跋涉呢？研究發(fā)現(xiàn)它們依靠頭部內(nèi)的納米磁性材料，為它們準(zhǔn)確無誤地導(dǎo)航。生物學(xué)家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來不會迷失方向時，也發(fā)現(xiàn)這些生物體內(nèi)同樣存在著納米材料。這就是天然納米材料。
納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)。納米技術(shù)在生物學(xué)和藥物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。例如，西北大學(xué)崔亞麗團(tuán)隊原創(chuàng)的GoldMag金磁微粒納米材料，可以快速進(jìn)行診斷（包括基因診斷和蛋白診斷）和免疫性檢測。這種材料可以在細(xì)胞分選、生物傳感器、磁共振影像、磁熱療等方向廣泛應(yīng)用。團(tuán)隊基于此材料首創(chuàng)的PCR金磁微粒層析法使基因檢測方便、快速，已經(jīng)完成了上千例的臨床試驗。
納米機(jī)器人的研發(fā)是當(dāng)今科技的前沿?zé)狳c。納米機(jī)器人被稱為世界上最小的機(jī)器人，根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計原型，設(shè)計制造可對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”，也稱分子機(jī)器人。2005年，不少國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計劃，投入巨資搶占納米機(jī)器人這種新科技的戰(zhàn)略高地。
最后，我們來了解納米技術(shù)發(fā)展情況。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)發(fā)布消息稱，該校與慕尼黑大學(xué)的科研人員合作開發(fā)出一種新型的納米機(jī)器人電驅(qū)動技術(shù)，較目前通過加酶和DNA鏈等生化驅(qū)動方法快10萬倍。新的控制技術(shù)不僅適合來回移動染料或納米顆粒，微型機(jī)器人的手臂也可對分子施力。研究人員強(qiáng)調(diào)，納米機(jī)器人體積小，價格低廉，可搜索百萬計樣本中的特定物質(zhì)，并逐步合成復(fù)雜分子，將適用于醫(yī)學(xué)診斷和藥物開發(fā)。相關(guān)研究結(jié)果于2018年1月19日以封面故事形式在國際學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》上發(fā)表。
意大利科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，通過吸入方式可以將帶有多肽的納米顆粒（磷酸鈣）快速送達(dá)心肌細(xì)胞，與注射相比，吸入顆粒釋放的多肽能更快地被心肌細(xì)胞吸收。這項研究已在小鼠試驗中得到了證實，在大型動物如豬的試驗中也發(fā)現(xiàn)該療法的有效性。這表明，吸入生物相容、可降解的、載有多肽的納米顆粒將是治療人類心力衰竭的可行方法。該研究成果被國際權(quán)威期刊《Science Translational Medicine》刊載，并榮登該期封面故事。
據(jù)報道，美國羅格斯大學(xué)和俄勒岡州立大學(xué)的工程師正在開發(fā)一種處理納米材料的新方法，這種方法可能更快、更便宜地制造從觸摸屏到窗戶涂料的柔性薄膜器件。這種被稱為“強(qiáng)脈沖光燒結(jié)”的方法以比激光大近7000倍的用高能量光線，在數(shù)秒內(nèi)融合納米材料。
與此同時，我國科學(xué)家也在納米技術(shù)領(lǐng)域取得了多項突破。據(jù)報道，在國家重點研發(fā)計劃量子調(diào)控與量子信息重點專項的支持下，郭國平教授、鄧光偉副研究員等人和美國加州大學(xué)默塞德分校田琳教授合作，在研究兩個石墨烯納米諧振器的模式耦合過程中，創(chuàng)新性地引入第三個諧振器作為聲子腔模，成功地實現(xiàn)了非近鄰的模式耦合，通過簡單地調(diào)節(jié)腔模頻率可以實現(xiàn)非近鄰耦合強(qiáng)度從弱耦合到強(qiáng)耦合的連續(xù)變化。該實驗是首次在納米諧振器體系中實現(xiàn)諧振模式的非近鄰耦合，對于納米機(jī)電諧振器領(lǐng)域的發(fā)展具有重要推動意義，并且為將來在量子區(qū)間利用聲子模式進(jìn)行信息的長程傳遞創(chuàng)造了條件。相關(guān)研究成果發(fā)表在2018年1月26日出版的國際權(quán)威期刊《自然-通訊》上。
上海交通大學(xué)與華東理工大學(xué)的科研團(tuán)隊合作，通過親水性聚氧化乙烯(PEO)修飾結(jié)構(gòu)精確的石墨烯納米帶，合成了一系列具備良好水分散性的石墨烯納米帶。研究人員首次證實了此類結(jié)構(gòu)精確的石墨烯納米帶自組裝體可在近紅外光的輻射下，將光子能高效轉(zhuǎn)換為熱能，實現(xiàn)了石墨烯納米帶的聚合物功能化及其水相分，為獲得石墨烯納米帶新的物化性能和超分子自組裝研究開辟了途徑，拓寬了石墨烯納米帶的研究和應(yīng)用范圍；中科院化學(xué)研究所研究員王鐵及其同事通過多年努力，研發(fā)出一種附有精細(xì)納米線的泡沫可作為透析液，不僅具備清除代謝廢物的功能，而且具備主動“抓取”細(xì)菌的能力。研究人員在此基礎(chǔ)上，成功研制了新的血液透析儀。實驗證明，加入納米線的透析液可以清除血液中90%以上的細(xì)菌。同時，納米線會避開紅血球、白血球、血小板等血液中正常的成分，不會“誤傷”友軍。相關(guān)研究成果已刊發(fā)《自然-通訊》上。
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2019-03-11
