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纳米科技及其发展前景
中科院副院长 白春礼
讲座 (一) (二) (三) (四) (五) (六)

三、纳米科技应用领域和前景的展望

  下面我稍微讲一点纳米科技最近发展的前景。纳米科技应用领域的发展前景无非是几个大的方面:一个是材料和制备;一个是硅电子和计算机技术。这两个前面已经说过了,第三个是区域和健康、航天航空、环境和能源、生物技术和国家安全。

  而实际上生物技术包括农业技术、环境和能源是发展绿色能源和环境处理技术减少污染和恢复被破坏的环境,主动的吸收癌细胞或者修复被损伤的组织。药物“导弹”技术,实际上药物会到病的地方去而不会对好的组织细胞造成损害。另外,对疾病的早期疹断,我们知道现在所看的癌症,我国所用的是磁共振成像,不过我们目前的技术还有待于发展,所以我们有时当检查出患有癌症时,已是癌症晚期了,治愈的可能性不大,但如果能够在早期就把癌细胞解决出来,使它无法繁殖,那就可以医治了。如何提高诊断的有效性,灵敏度,这一点很重要。现在的纳米技术在这部分的应用,例如,纳米氧化铁造影剂在诊断肝癌中的作用。氧化铁在纳米级时磁性消失,但当遇到外界磁场时它又显示出超强的顺磁性,这种性能意味着它能集中外部磁场的强度。科学家利用这一特点,来提高磁共振成像的信号,具体的做法是:通过静脉注射氧化铁造影等,肝脏和脾脏的巨噬细胞会吸收纳米氧化铁颗粒,如果是良性的,巨噬细胞就比较多,但如果是恶性的就比较少,良性的,巨噬细胞可以把它们包进来,那么在外面成像就没有了强信号,而恶性细胞是把信号露在外面,那么共振信号就比较强,氧化铁造影剂就是利用正常细胞和恶性细胞之间的这种磁性差异,就能够增强检测,提高对肝癌磁共振成像的灵敏度,进行诊断和治疗。由于氧化铁在正常细胞和肿瘤细胞中的数量不同,因此在磁共振图像中,正常细胞吸收纳米氧化铁表现为黑的低信号,癌病灶吸收纳米氧化铁,表现为亮的高信号。

  运送药物的“导弹”。把药物制成纳米颗粒或者把药物放入研制的纳米颗粒的内部,这些颗粒可以自由地在血管和人体组织内运动,如果在人体外部加以导向,使药物集中到患病的组织中,那么药物治疗的效果会大大地提高。我们可以做一个纳米技术的复式药物,用数层纳米粒子包裹的药物进入人体后,排放一定药物在人体内,可以主动的搜寻并攻击癌细胞,从而有效医活疾病。还有,我们可以控制损害毛细胞管,控制癌细胞的增长。

  关于航天航空:

  我们现在的航天器要消耗掉多少的能源,如果将核能源指标成指数倍降低,这样就能节省许多能源,提高有效载荷。如果把器件作得非常小,如纳米卫星等,那么能量的指数会降低。这样就可以用纳米来做更好的宇航器,从而减少能源的使用。另外发展高性能计算机,抗热涨、耐磨损的纳米技术涂层材料,当重返大气层的时候,能够有效地隔热。

  国家安全:

  国家掌握纳米技术,拥有纳米技术知识产权和广泛应用,信息的传递会更快,图象的传递会更快,将在国家经济安全和国防安全方面处于有利地位。这样在导弹的预防,核武器的预防等防护系统能更快的反应,而且还能够使部队灵活性大幅度提高。所以纳米技术在很多的地方都要发展,许多国家在这方面都作了部署,下面具体说明