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中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）“納米先導(dǎo)專項(xiàng)”展示的納米類產(chǎn)品。記者沈慧攝

專家在近日舉行的納米科學(xué)前沿與發(fā)展論壇上切磋交流。記者沈慧攝

　　中科院院長(zhǎng)、國(guó)家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)首席科學(xué)家白春禮，至今記得這樣一個(gè)小插曲：十幾年前，一位大娘在街頭接受隨機(jī)采訪，當(dāng)被問(wèn)及納米，她的第一反應(yīng)是：“這是不是一種能吃的新大米？”

　　這與許多科學(xué)家們最初的態(tài)度如出一轍。25年前，《自然》雜志在日本東京召開(kāi)了一次有關(guān)納米的會(huì)議，對(duì)于這個(gè)新興的研究領(lǐng)域，當(dāng)時(shí)諸多科學(xué)家認(rèn)為，盡管這是一種“奇妙的科學(xué)工具”，但預(yù)計(jì)未來(lái)25年內(nèi)，不會(huì)對(duì)主流電子技術(shù)產(chǎn)生任何影響。然而，事實(shí)證明，與該領(lǐng)域許多奠基人的謹(jǐn)慎相反，納米科技正在快速走進(jìn)人們的生活

　　如今，納米科技作為最具突破性的戰(zhàn)略性前沿技術(shù)之一，已在材料、醫(yī)療、環(huán)境等領(lǐng)域引起顛覆性改變，并成為大家身邊最熟悉的“陌生人”。

　　小小納米很神奇

　　納米科技的研究對(duì)象主要是納米尺度之間的極小物體。在如此小的尺度上，物質(zhì)屬性能夠發(fā)生巨大改變，對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程等領(lǐng)域具有實(shí)用意義

　　納米科學(xué)和技術(shù)作為一個(gè)獨(dú)立的研究領(lǐng)域，是近些年才發(fā)展起來(lái)的。其研究對(duì)象主要是納米尺度（1納米等于十億分之一米），即1至100個(gè)納米之間的極小物體。這是什么概念？按照諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼的說(shuō)法，如果可以控制單一原子，理論上可以在大頭針的針頭上寫下整套大英百科全書的內(nèi)容。

　　在如此小的尺度上，材料的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性跟宏觀尺度的物體相比，通常會(huì)大相徑庭。比如，低強(qiáng)度或脆性合金會(huì)獲得高強(qiáng)度、高延展性，化學(xué)活性低的化合物會(huì)變成強(qiáng)力催化劑，不能受激發(fā)光的半導(dǎo)體會(huì)變得能夠發(fā)射強(qiáng)光?！凹{米尺度級(jí)的處理能夠改變物質(zhì)屬性，這對(duì)大多數(shù)的科學(xué)、技術(shù)、工程和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都具有實(shí)用意義?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、香港科技大學(xué)教授唐本忠說(shuō)。

　　在科學(xué)家們看來(lái)，納米技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要是通過(guò)控制原子級(jí)或分子級(jí)的物質(zhì)創(chuàng)造新材料。由于具備理想的機(jī)械、化學(xué)、電學(xué)等性能，這些新型納米材料可被應(yīng)用于日常用品及工業(yè)制造中。電子墨水的發(fā)明就是一例。這是一種類似紙張的顯示技術(shù)，墨水由極小的膠囊組成，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于Kindle等電子閱讀器產(chǎn)品。而一份制造商清單顯示：目前，市場(chǎng)上有1600多種基于納米技術(shù)的消費(fèi)產(chǎn)品。

　　比如，電吹風(fēng)或直發(fā)器使用納米材料能降低重量或延長(zhǎng)使用壽命；防曬霜使用了從皮膚表面上看不到的納米二氧化鈦或氧化鋅等防曬成分；納米結(jié)構(gòu)的材料被用于機(jī)器零件的表面涂層或潤(rùn)滑劑中，以減少磨損、延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命；具有納米結(jié)構(gòu)的合金，具有強(qiáng)度高、耐久、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，是制造飛機(jī)和航天航空零部件的理想材料；納米工程制備的纖維被用于制造防皺、防沾污的衣物，不僅質(zhì)輕，甚至還可能防止細(xì)菌的滋生；金屬、氧化物、碳和其他化合物的納米顆粒是很好的催化劑，在石油精煉、生物燃料等領(lǐng)域有著重要的工業(yè)應(yīng)用……

　　“微觀之下，還有充足的空間?！辟M(fèi)曼稱。

　　新技術(shù)是把雙刃劍

　　由于會(huì)給生產(chǎn)方式帶來(lái)翻天覆地的變化，人們尚不清楚納米技術(shù)會(huì)帶來(lái)怎樣的經(jīng)濟(jì)影響和社會(huì)巨變

　　1965年，英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾觀察并預(yù)言：集成芯片上的晶體管數(shù)量每18至24個(gè)月左右，將會(huì)增加一倍。

　　彼時(shí)，納米技術(shù)還處于發(fā)展初期。而今，隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，集成芯片和晶體管已如摩爾預(yù)測(cè)的那樣，變得越來(lái)越小，計(jì)算速度卻日趨提高，然而摩爾定律因存在現(xiàn)有技術(shù)將達(dá)到可加工尺寸極限的問(wèn)題，正面臨逐漸失效的風(fēng)險(xiǎn)。2016年，全球首個(gè)1納米的晶體管誕生。該晶體管由碳納米管和二硫化鉬，而不是硅制備而成，展示了進(jìn)一步縮小電子器件尺寸的潛力，使得摩爾定律至少能在一段時(shí)間里繼續(xù)有效。

　　“作為促進(jìn)信息技術(shù)和數(shù)碼電子行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，納米技術(shù)進(jìn)一步提升了諸多電子產(chǎn)品的性能，如電腦、手機(jī)和電視等?！笨茖W(xué)家們表示。

　　根據(jù)施普林格·自然集團(tuán)、國(guó)家納米科學(xué)中心、中科院文獻(xiàn)情報(bào)中心3家單位聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)納米科技發(fā)展白皮書》，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米技術(shù)最引人矚目的應(yīng)用或許是納米孔基因測(cè)序技術(shù)。其工作原理是利用電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)每個(gè)DNA單鏈穿過(guò)薄膜上納米尺寸的孔，即納米孔。當(dāng)DNA單鏈通過(guò)納米孔時(shí)，記錄孔上產(chǎn)生的電流變化，從而識(shí)別出單鏈上的基因編碼序列。該技術(shù)有望大幅降低基因測(cè)序成本并提高測(cè)序速度。

　　另外一個(gè)富有前景的醫(yī)學(xué)應(yīng)用則是藥物輸送。納米技術(shù)能讓藥物突破化學(xué)、解剖和生理學(xué)阻礙，抵達(dá)病變組織，提高藥物在病灶位置的聚集量，減小對(duì)健康組織的損害。例如，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的納米藥物可以經(jīng)血管滲漏點(diǎn)滲入癌變組織，并在靶點(diǎn)位置積聚，從而提高癌癥靶向治療的精準(zhǔn)度。

　　不過(guò)，新技術(shù)就像雙刃劍，帶來(lái)利益的同時(shí)也可能帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。納米技術(shù)也不例外。

　　《白皮書》揭露，當(dāng)前人們最大的擔(dān)憂是納米顆粒對(duì)健康的威脅，因?yàn)榧{米顆粒很容易經(jīng)肺或皮膚進(jìn)入人體系統(tǒng)。例如，人們已發(fā)現(xiàn)碳納米管內(nèi)的金屬污染物和柴油的納米顆粒對(duì)健康有不良影響；生產(chǎn)作業(yè)中暴露于納米污染物的工人會(huì)有較高的健康風(fēng)險(xiǎn)，基于納米技術(shù)的產(chǎn)品也會(huì)讓消費(fèi)者面臨風(fēng)險(xiǎn)；納米藥物雖然前景光明，但因?yàn)樯胁磺宄湓谌梭w內(nèi)是否參與代謝以及如何代謝，所以也有可能帶來(lái)意料之外的后果。而且，納米藥物的長(zhǎng)期使用效果仍不明朗。

　　此外，納米材料制造過(guò)程中所產(chǎn)生的工業(yè)排放，以及納米產(chǎn)品使用后的回收，也會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。納米顆粒活性高、尺寸微小，有可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，對(duì)動(dòng)植物生存構(gòu)成威脅?！坝捎诩{米技術(shù)會(huì)給產(chǎn)品生產(chǎn)方式帶來(lái)翻天覆地的變化，并讓很多商品的尺寸發(fā)生改變，人們尚不清楚這會(huì)帶來(lái)怎樣的經(jīng)濟(jì)影響和社會(huì)巨變，這要求我們對(duì)該技術(shù)應(yīng)用的倫理問(wèn)題進(jìn)行審慎的判斷?！薄栋灼泛粲酢?/p>

　　中國(guó)已是納米大國(guó)

　　中國(guó)在納米科學(xué)領(lǐng)域已成為全球重要貢獻(xiàn)者，部分基礎(chǔ)研究國(guó)際領(lǐng)先，但產(chǎn)業(yè)影響力仍然有限，納米科學(xué)和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化間仍存在差距

　　在世界納米科技舞臺(tái)上，中國(guó)處于什么樣的位置？

　　《白皮書》顯示，目前，中國(guó)貢獻(xiàn)了全球超過(guò)三分之一的納米科研論文，幾乎是美國(guó)的2倍；中國(guó)納米專利申請(qǐng)量位列世界第一，過(guò)去20年中國(guó)納米專利申請(qǐng)量累計(jì)達(dá)209344件，占全球總量的45%，是美國(guó)同期累計(jì)申請(qǐng)總量的2倍以上；中國(guó)納米領(lǐng)域的高被引論文持續(xù)增加，復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)22%，是全球的3倍多。

　　“經(jīng)過(guò)近30年發(fā)展，我國(guó)已崛起為納米科研大國(guó)?！敝袊?guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院院長(zhǎng)潘教峰稱。

　　根據(jù)《白皮書》，目前，中國(guó)科學(xué)院已是全球納米領(lǐng)域最主要的高影響力論文產(chǎn)出機(jī)構(gòu)，在前1%高被引納米科研論文的產(chǎn)量上，已是位居其后競(jìng)爭(zhēng)者的2倍以上。另有5家中國(guó)機(jī)構(gòu)也位居高被引納米科研論文全球前20強(qiáng)，即清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和北京大學(xué)。

　　“中國(guó)在納米科學(xué)領(lǐng)域已成為當(dāng)今世界納米科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步重要的貢獻(xiàn)者，部分基礎(chǔ)研究居國(guó)際領(lǐng)先水平，納米科技應(yīng)用研究與成果轉(zhuǎn)化的成效也已初具規(guī)模?！薄栋灼氛J(rèn)為，這些成績(jī)的取得與中國(guó)在納米科技領(lǐng)域的持續(xù)投入密切相關(guān)，當(dāng)下中國(guó)納米科技研究正在向原創(chuàng)性突破轉(zhuǎn)變，并更加關(guān)注納米科技的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　值得注意的是，我國(guó)在國(guó)外申請(qǐng)的納米專利數(shù)量仍較少，僅占過(guò)去20年累計(jì)專利申請(qǐng)總量的2.61%，而在美國(guó)，這一比例高達(dá)近50%。一些歐洲國(guó)家，如英國(guó)和法國(guó)，超過(guò)70%的納米專利都是非本國(guó)專利。同時(shí)，一些業(yè)內(nèi)專家表示，中國(guó)納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)影響力仍舊有限，納米科學(xué)和納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化之間仍存在差距。

　　“展望未來(lái)，納米科技面臨諸多機(jī)遇和多方挑戰(zhàn)。我們需要實(shí)現(xiàn)對(duì)于納米尺度基礎(chǔ)研究的突破，需要加快填補(bǔ)基礎(chǔ)與應(yīng)用之間的溝壑，更需要滿足更多來(lái)自于世界能源、環(huán)境與健康領(lǐng)域的重大需求?！卑状憾Y表示。

　　（原載于《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》 2017-09-04 16版）