永遠站在時代最前端的納米加州

taoxin · 发表于 2009-8-27 13:04:55

引言：利用纳米技术制造的"苍蝇轰炸机"，可在空中飞行、地面爬行或跳跃前进，装上微型高能炸药战斗部，其威力足以炸毁敌方火炮、坦克、飞机、指挥部和弹药库。"蚂蚁士兵"是纳米级机器人，背上驮有一台微型太阳能动力装置，腹中装有微型探测装置和自主式导航装置，可以潜入建筑物内窃听或窥探敌情，通过通信系统将信息发送到控制中心。这就是未来战争的精锐特种兵：微型军。

主文：每次技术上取得的重大突破之后总会引发新的产业革命，迎来一个经济高速发展的时期。蒸汽机的出现、电的应用、微电子技术的突破以及互联网经济横空出世都是如此。前加州大学柏克莱分校校长美国工程科学院院士田长霖曾说："美国经济在20世纪取得惊人的高速发展，是以创新科技为主导、带动相关企业技术革新获得的。新的世纪经济的快速成长仍然有赖创新科技的高速发展，并将集中在信息科学、生命科学、纳米技术等领域。互联网将日益进入家庭，极大地改变人们的日常生活。生命科学将可能产生革命性突破。纳米技术将得到广泛应用，机械越来越微小，功能越来越强大。"田长霖是老湾区，所以笔者很怀疑他在这里说的其实是加州或硅谷的过去和未来。

硅谷每10年就要换一次血，旧产业淘汰，新产业冒出：1950年代的主流产业是国防，1960年代是半导体，1970年代是小型计算机，1980年是软件和网络设备，1990年代是互联网和无线通讯，2000年代是房地产（失落的10年），2010年代是什么呢？田长霖认为新一轮的技术浪潮宠儿会是纳米技术。纳米技术在加州已显露头角，呈现出无限生机。美国《微时代》杂志的一项调查报告表示，硅谷纳米技术研发在美国排名第一，南加州地区名列第二。加州政府推动成立了美国加州纳米研究院（California
NanoSystems
Institute，CNSI)。CNSI以加州大学洛杉矶分校，圣芭芭拉分校，柏克莱分校为技术支撑，紧密地将研究界、产业界和投资界联系到一起，促进了技术研究、成果转化和产业投资的协调发展。

据美国国家科学基金会的预测，到2015年，全球纳米技术和服务市场的规模将达到1万亿美元。美国政府对未来技术的调研结论是：集成电路的发现创造了"硅时代"和"信息时代"，而纳米技术对社会的冲击将远比硅集成电路大得多，因为它不仅在电子学方面，还可以用到其他很多方面，将在二十一世纪推动产业革命。纳米技术是信息技术和生物技术的共同基础，将给众多领域如计算机、激光、生物工程等带来新的重大进展，在经济、军事、医疗上具有划时代的意义。

美日欧要想在二十一世纪抢占高新技术革命的制高点，就必须突破纳米技术这一难关，谁能首先突破，谁才可以抢占先机，并最终赢得广泛领域的优势。目前，美国在纳米技术领域尚未占据绝对领先的地位。日本和欧洲对纳米技术研究的投入和水平与美国旗鼓相当。可以说，美、日、欧都是世界领先者，但在不同的研究领域各显优势。美国在合成、化学品和生物方面占优，而在纳米器件、纳米仪器的生产，超精密工程、陶瓷和其他结构材料方面落后于其他国家。日本则在纳米器件和汇合的纳米结构方面占优。欧洲在纳米分散剂、涂层和新型仪器方面占优。

爱因斯坦曾预言："未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军"。纳米技术就是人类向微观迈进的又一步，使人类能在原子和分子水平上操纵物质。"纳米"是英文nano的译名，是一种长度单位，原称毫微米（10亿分之一米），约相当于45个原子串起来那么长。假设一根头发的直径为0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度即约为1纳米。纳米技术就是研究结构尺寸在0.1至100纳米（有些资料为1至100纳米）范围内材料的性质和应用。纳米技术的三大关键是：纳米材料，超精度纳米加工方法，和纳米机电系统。

纳米技术的灵感，来自于诺贝尔奖获得者Richard
Feyneman于1959年在美国加州理工学院召开的美国物理学会年会上的演讲-《在底部还有很大空间》。他预言：如果人们可以在更小尺度上制备并控制材料的性质，将会打开一个崭新的世界。但纳米技术的真实开创始于扫描隧道显微镜（scanning
tunneling microscope，STM）的发明。1981年，IBM公司瑞士苏黎世研究所的两位科学家Gerd
Binnig和Heinrich
Rohrer发明了基于量子的隧道效应原理的新型超高分辨率扫描隧道显微镜。它能以原子级的空间尺度观察宏观物质表面上的原子和分子的几何形状和状态分布；确定物体局部区域的光、电、磁、热和机械特性；实时测量物体表面的三维空间形貌；在物体表面刻划纳米级的超细微的线条；搬运一个个的原子和分子。扫描隧道显微镜实现了人类长久以来孜孜以求的直接观察和操纵原子和分子的愿望，这项发明因此荣获了1986年的诺贝尔物理学奖。扫描隧道显微镜在纳米科技中占有重要的地位，以其为分析和加工手段所做的工作占一半以上。

纳米技术在军事，微电子，材料等方面都有广阔的应用。但纳米技术的实用价值将首先体现在生物医学领域。随着纳米技术在医学应用领域展现出来的诱人前景，美国越来越多的研究经费也正向这一领域涌入。目前纳米生物医学研究热点与进展主要体现在：利用纳米技术加速传统新药开发进程，在细胞水平上进行药物活性分子筛选，以缩短新药开发周期；在医学检测方面，利用纳米技术对血样与尿样进行分析；纳米颗粒"靶向性"药物研究；利用纳米技术研究针对疑难病和传染病进行治疗；作为基础科研技术工具，对大批量的基因或蛋白质进行分析。

就在人们逐渐认识纳米科学技术的优点和其潜在的巨大市场的同时，一个新的科学问题暨社会问题--纳米生物效应与安全性，引起了科学界和各国政府的高度重视。纳米毒理学，研究纳米物质对人体健康、生存环境和社会安全等的潜在负面影响。2004年《科学》杂志报道美国将把纳米计划NNI的总预算的11%投入纳米健康与环境的研究。美国国家环保局宣布，美国国家环保局、国立卫生研究院开始实施"国家毒物学计划"，美国职业安全和保健局、美国食品与药物管理局也开始支持研究纳米材料对环境和人可能造成影响的研究，比如对肺和皮肤影响的研究等。在2005年美国化学会春季年会上，已经将纳米生物效应与纳米毒理学作为新的研究领域。

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