纳米科技：让人类的梦想照进现实

谭冲　王笑

纳米技术是继信息科技、生命或生物科技之后被广泛关注的学科领域。科学界普遍认为，纳米技术是21世纪经济增长的主要引擎，它将给医学、制造业、材料和信息通信等诸多行业带来革命性的变革。

那么，到底什么是纳米呢？其实纳米是一个长度单位，表示10-9米，即十亿分之一米，百万分之一毫米。打一个形象的比方来说，假如把一个纳米单位的物体放到乒乓球上，相当于把一个乒乓球放到地球上。最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者费恩曼。1959年，他在一次著名的讲演中提出：如果人类能够在原子、分子的尺度上来加工材料、制备装置，那么将有许多激动人心的新发现。那时候，化学将变成根据人们意愿逐个地准确放置原子的问题。1974年，科学家谷口纪男最早使用纳米技术（nanotechnology）一词描述精细机械加工；到20世纪80年代出现了扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM），表征和操纵技术对纳米科技的发展起到了积极的促进作用；1990年第一届国际纳米科学技术会议的召开，标志着纳米科技的正式诞生。纳米科技目前已广泛应用于信息、材料、能源、环境等各个产业领域的上游、高端环节，促进相关产业技术日益推陈出新以及传统产业的升级改造。这些应用纳米科技的产业环节统称为纳米科技产业。

纵观纳米科技对世界各国产生的深远影响，在短短的近30年里，大量原创性的成果不断涌现，近10项重大突破性技术获得诺贝尔奖，材料、能源、微电子、生物技术等众多产业领域发生了深刻变革，产业规模迅速壮大。中国科学院院长、国家纳米领域首席科学家白春礼院士认为，未来纳米科技会像今天计算机技术一样普及。

神奇的纳米科技为人类生活增姿添彩。所谓纳米科技，是指在纳米尺度（1纳米到l00纳米之间）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性（主要是量子特性）和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。当物质小到1到100纳米（10-9～10-7米）时，其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应使物质的很多性能发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇异现象。因此，纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的產品。

随着纳米科技的影响力逐渐扩大，它在人类生活和生产领域也得到了很好的应用。例如，在医学领域，纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应；使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA（脱氧核糖核酸）诊断出各种疾病。在电子领域，可以从阅读硬盘上读取信息的纳米级磁读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米级存储器芯片都已投入生产，未来以纳米技术为核心的计算机处理信息的速度将更快，效率将更高。在环境科学领域，可以凭借功能独特的纳米膜探测由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。在农业遗传育种领域，可以通过纳米技术先将DM染色体全部分解为单个基因，然后根据需要进行组装，转基因整合成功率几乎可达100%。研究成果表明，科研人员可以让单个DNA分子链展现出其内部的精细结构并可以操纵它实现分子结构性能改进从而形成纳米结构或图形，使人类得以在更小的世界范围内、更深的层次上探索生命的奥秘。

世界各国加快布局，抢占纳米技术战略制高点。近年来，美国、日本、欧盟、俄罗斯等世界主要国家都将纳米科技产业作为国家重大战略性产业，纷纷制定国家层面的发展战略和计划，重视政府资金投入，强化产业国际合作与交流。

美国从1999年开始，把纳米科技研究列为21世纪前10年的11个关键领域之一。2000年，美国政府开始实施《国家纳米技术计划》，提出了发展纳米科技的战略目标和具体战略部署，使美国进入全面推进纳米科技发展的新阶段。2003年12月，时任总统布什签署了《21世纪纳米技术研究开发法案》，批准4年内投资37亿美元，支持对纳米技术的研究，标志着美国政府对纳米科技从“零碎的”支持，转向“全面整体的”实质性的支持。目前美国纳米技术的研究热点正转向疾病诊断、疾病治疗等医学领域。科学家们正在利用纳米材料制成极为灵敏的生物和化学传感器，以对癌症、心血管等疾病进行早期诊断。

日本从1991年开始实施为期10年、斥资2.25亿美元的纳米技术研究计划。除继续推动这项计划，每年还投资2亿美元推动新的国家计划和新的研究中心的建设。在近年来制定的科学技术计划里明确指出，日本将优先发展三个方向的纳米技术，包括绿色创新、生活创新、灾后重建，制定了纳米技术发展战略——“部际战略性创新促进计划”（SIP），确定了纳米技术未来发展的重点领域，并在研发和研究基础设施方面进行了巨额投资。日本内阁府、文部科学省和经济产业省设立了专门部门关注纳米技术发展，制定了战略性技术发展路线图，确定纳米技术的发展重点。

欧盟于2005年制定《欧洲纳米技术发展战略》，其成员国德国、法国、芬兰等分别制定了本国纳米技术发展计划，其中德国还专门建立了纳米技术研究网；法国投资8亿法郎建立一个占地8公顷、建筑面积为6万平方米、拥有3500人的微米/纳米技术发明中心，配备最先进的仪器设备和超净实验室、成立微术/纳米技术之家，专门负责申请专利和帮助研究人员创建新企业。据统计，欧盟及主要成员国在纳米技术领域已累计投入超过140亿美元。

我国跻身纳米大国行列，实现技术跨越式发展。我国从20世纪80年代起就一直高度重视纳米技术，是较早开展纳米技术研究的国家之一。近年来，国家“863”“973”计划设立了纳米技术专项， 吸引包括国家杰青、中科院百人、教育部长江学者在内的300多名高端人才从事纳米技术研究，在基础研究方向取得众多原创性技术成果。截至目前，我国已建立10多条纳米材料生产线，以纳米材料和纳米技术注册的公司近百个，诸如纳米复合、塑料、橡胶和纤维的改性、纳米功能涂层材料的设计和应用、纳米材料在能源和环保等方面的应用开发已悄然兴起。2010年，国务院明确提出加快发展节能环保、新一代信息技术、生物技术、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车等七大战略性新兴产业。纳米技术可被广泛应用于七大新兴产业的上游高端环节，引领七大新兴产业的发展。发展纳米技术产业就是对国家战略性新兴产业发展最有力的推动，对提升国家及区域竞争力具有巨大战略意义。相信在不久的将来，纳米技术将以空前的影响力和渗透力改变当今人类的生活方式和生产方式，改变技术方法和技术发明。

（作者单位：辽宁科技情报研究所）