時(shí)間：2023-03-14 15:03:45
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇納米化學(xué)論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
青島科技大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的前身是1988年成立的應(yīng)化系。2001年3月更名為化學(xué)與分子工程學(xué)院，經(jīng)過(guò)20多年的建設(shè)，現(xiàn)已形成以應(yīng)用化學(xué)學(xué)科為支撐，多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的辦學(xué)特色，初步發(fā)展成為以理工為主的教學(xué)研究型學(xué)院。羅細(xì)亮這次獲得資助也意義非凡，不僅展示了青島科技大學(xué)在化學(xué)研究方面的實(shí)力，而且給青島科技大學(xué)帶來(lái)了一股青春助力科研的新浪潮。
開啟電分析化學(xué)之路
1995年，羅細(xì)亮高考失利，面對(duì)高出分?jǐn)?shù)線僅一分的高考成績(jī)，他很是糾結(jié)。一心向往的上海交通大學(xué)肯定是無(wú)望了，擺在他面前的，只有兩條路：要么復(fù)讀，要么去青島化工學(xué)院（現(xiàn)為青島科技大學(xué)）應(yīng)用化學(xué)系報(bào)到。思量再三，羅細(xì)亮選擇了后者，進(jìn)入算不上一級(jí)學(xué)府的青島化工學(xué)院。這樣的決定對(duì)于當(dāng)時(shí)那些建議羅細(xì)亮復(fù)讀的人來(lái)說(shuō)也許不是最好的選擇，但是對(duì)于如今的羅細(xì)亮來(lái)說(shuō)卻是他當(dāng)年最正確的選擇。
青島化工學(xué)院是最早有碩士點(diǎn)的高校之一，可以繼續(xù)深造。從大一報(bào)到之日起，羅細(xì)亮的目標(biāo)就是深造，他要靠自己的力量改變?nèi)松壽E。
學(xué)校并沒(méi)有讓羅細(xì)亮失望，他到校后發(fā)現(xiàn)，學(xué)校里的教授們教學(xué)水平很高，很重視學(xué)生的動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)課時(shí)十分充足。不僅如此，青島化工學(xué)院的老師們對(duì)學(xué)生們一向要求嚴(yán)格，羅細(xì)亮還記得，當(dāng)時(shí)他的畢業(yè)設(shè)計(jì)把實(shí)驗(yàn)做壞了，為此挨了老師的不少批評(píng)，直到他把實(shí)驗(yàn)做得完美，才過(guò)了老師的那一關(guān)?！罢且?yàn)槲以趯W(xué)校時(shí)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)，所以日后，當(dāng)我在南京大學(xué)讀博士及國(guó)外做博士后時(shí)，我的動(dòng)手能力比其他名校來(lái)的學(xué)生甚至還要強(qiáng)?！绷_細(xì)亮回憶道。
大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活很快就過(guò)去了，羅細(xì)亮不忘初衷，決定考研，這次沒(méi)有猶豫，沒(méi)有懷疑，他直接考取了本校研究生，跟隨當(dāng)時(shí)的校長(zhǎng)、知名的學(xué)者焦奎教授，開始從事電分析化學(xué)的研究。2002年，碩士研究生學(xué)習(xí)結(jié)束后，他聽取導(dǎo)師的建議考取了南京大學(xué)攻讀博士，師從著名的分析化學(xué)家陳洪淵教授。從此，羅細(xì)亮牢牢的把握著自己的人生軌跡。
接下來(lái)的2005～2011年間，羅細(xì)亮先后在愛爾蘭都柏林城市大學(xué)國(guó)家傳感器研究中心、美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)生物設(shè)計(jì)研究院及匹茲堡大學(xué)生物工程系從事博士后研究。2011年2月獲歐盟瑪麗居里學(xué)者，同年3月被美國(guó)匹茲堡大學(xué)聘為研究助理教授。
正當(dāng)羅細(xì)亮在國(guó)外的發(fā)展順風(fēng)順?biāo)臅r(shí)候，他接到了母校青島科技大學(xué)拋來(lái)的橄欖枝，希望他回母校工作，并申請(qǐng)山東省的泰山學(xué)者特聘教授。飲水思源，不可忘本，羅細(xì)亮當(dāng)機(jī)立斷，放棄了即將到手的綠卡，辭去了國(guó)外的工作，帶著妻子和一雙兒女，毅然回到了祖國(guó)，回到了青島科技大學(xué)。
享受科研之趣
科研路上總是層巒疊嶂，沒(méi)有盡頭。作為科研人，如果沒(méi)有點(diǎn)執(zhí)著的勁頭，就意味著終有一天你會(huì)在某一個(gè)山頭前停滯不前。而對(duì)羅細(xì)亮來(lái)說(shuō)，他熱愛科研，享受科研的樂(lè)趣，在科研的路上，執(zhí)著地翻過(guò)一坐又一坐高山。
在南京大學(xué)讀博士期間，羅細(xì)亮在導(dǎo)師陳洪淵院士和徐靜娟教授的指導(dǎo)下，開創(chuàng)了利用電沉積殼聚糖固定生物識(shí)別分子制備生物傳感器的方法。
在制備生物傳感器的過(guò)程中，最關(guān)鍵的步驟是生物識(shí)別分子的固定。實(shí)現(xiàn)生物識(shí)別分子簡(jiǎn)便、有效的固定，而又同時(shí)盡可能地保持其活性，一直是世界上眾多科學(xué)家孜孜以求的目標(biāo)。利用生物聚合物殼聚糖的電沉積特性和良好的生物相容性，羅細(xì)亮率先提出了通過(guò)電化學(xué)沉積殼聚糖，用于同時(shí)或依次固定納米材料和生物識(shí)別分子制備生物傳感器的方法。通過(guò)這種方法制備生物傳感器，簡(jiǎn)單有效且條件溫和，普遍能夠得到理想的結(jié)果。該方法提出后在國(guó)際上廣受關(guān)注，目前已經(jīng)被中、美、日和歐洲等30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的科學(xué)家們所廣泛借鑒和采用，成為了比較有代表性的生物分子固定化和生物傳感器制備方法之一。基于這一研究成果發(fā)表的3篇主要研究論文至今已被他人引用超過(guò)500次。尤其值得指出的是，美國(guó)一流大學(xué)馬里蘭大學(xué)Gregory Payne教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組，在他們發(fā)表的20余篇高水平論文里，高度評(píng)價(jià)了羅細(xì)亮的研究工作，明確表示羅細(xì)亮的研究工作是這方面最早的相關(guān)報(bào)道。2007年，羅細(xì)亮的博士學(xué)位論文在被相繼評(píng)為南京大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文和江蘇省優(yōu)秀博士學(xué)位論文之后，又獲得全國(guó)百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名獎(jiǎng)。
科研永不止步
羅細(xì)亮并沒(méi)有就此止步，為了進(jìn)一步提升自己的科研水平，2005年，羅細(xì)亮申請(qǐng)了國(guó)外的博士后，先后赴愛爾蘭都柏林城市大學(xué)和美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)，跟隨愛爾蘭皇家科學(xué)院院士Malcolm Smyth教授和世界著名分析化學(xué)家Joseph Wang教授，在分析化學(xué)領(lǐng)域深造。2008年，考慮到生物化學(xué)與分析化學(xué)的結(jié)合日益緊密，而自己又缺乏生物的研究背景，為了拓展自己的研究方向，羅細(xì)亮又申請(qǐng)去了美國(guó)匹茲堡大學(xué)生物工程系，使自己的研究從化學(xué)和材料拓展到生物領(lǐng)域，有利于實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科的相互交叉。
博士后研究期間，羅細(xì)亮在化學(xué)、材料和生物這幾個(gè)學(xué)科的交叉領(lǐng)域，開展了一系列研究，并取得了豐碩的研究成果。其中比較突出的貢獻(xiàn)是，構(gòu)建了新穎的藥物釋放體系，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了利用碳納米管內(nèi)腔來(lái)儲(chǔ)存和可控釋放藥物。
碳納米管是目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)，由于它特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，其在藥物可控遞送和釋放方面的應(yīng)用研究廣受關(guān)注。理論上，碳納米管的內(nèi)腔是儲(chǔ)存藥物的理想納米膠囊，但是如何實(shí)現(xiàn)藥物在碳納米管內(nèi)的儲(chǔ)存和釋放，一直是個(gè)沒(méi)有解決的難題。羅細(xì)亮的研究實(shí)現(xiàn)了利用碳納米管的內(nèi)管來(lái)裝載藥物。儲(chǔ)存的藥物，通過(guò)簡(jiǎn)便的電化學(xué)刺激就能夠以可控的方式釋放出來(lái)，而且進(jìn)一步的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)由此釋放出來(lái)的藥物仍然保持有藥物活性。這是首次報(bào)道利用碳納米管的內(nèi)管來(lái)裝載并可控釋放保持有活性的藥物，研究結(jié)果發(fā)表在本領(lǐng)域頂尖期刊生物材料上，并被美國(guó)能源部的能源技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室作為新聞報(bào)道，認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)將有效促進(jìn)神經(jīng)控制可植入裝置的發(fā)展。
羅細(xì)亮還發(fā)展了新穎的可控合成單根導(dǎo)電聚合物納米線的方法，并研制了超靈敏的單根納米線生物傳感器。
利用單根納米線來(lái)構(gòu)建具有優(yōu)異性能的納米裝置或器件，是目前世界上眾多科學(xué)家所努力的前沿方向，但是單根納米線在可控合成尤其是操控上的困難極大阻礙了這方面研究的進(jìn)展。羅細(xì)亮制備了具有高度選擇性和靈敏度的納米生物傳感器，其檢測(cè)限低于1皮克每毫升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于其他類似的生物傳感器。由于該傳感器從合成到檢測(cè)都采用可控的電化學(xué)技術(shù)，非常適合進(jìn)一步研制超靈敏、集成化的納米傳感系統(tǒng)。
2011年，對(duì)于35歲的羅細(xì)亮來(lái)說(shuō)，是非常特別的一年。當(dāng)年2月，羅細(xì)亮獲得歐盟第七框架計(jì)劃國(guó)際合作項(xiàng)目的資助，成為英國(guó)牛津大學(xué)化學(xué)系的高級(jí)瑪麗居里學(xué)者；3月，羅細(xì)亮被美國(guó)匹茲堡大學(xué)聘為研究助理教授，進(jìn)入大學(xué)的教員系列；8月，羅細(xì)亮被山東省人民政府選聘為泰山學(xué)者特聘教授。不同的機(jī)遇，在短時(shí)間內(nèi)集中出現(xiàn)，通常會(huì)讓人難以取舍。然而羅細(xì)亮沒(méi)有過(guò)多的猶豫，他選擇了回國(guó)發(fā)展。要為祖國(guó)貢獻(xiàn)自己的微薄力量，是他很早就形成了的一個(gè)樸素的觀念。
2011年9月，羅細(xì)亮離開美國(guó)匹茲堡大學(xué)，回到了母校青島科技大學(xué)。環(huán)境和條件的改變，不可避免會(huì)影響到自己的科研，為了把不利影響降到最小，羅細(xì)亮付出了幾倍于別人的辛勞。他克服種種困難，從零開始組建自己的科研團(tuán)隊(duì)，建設(shè)自己的實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)自己的研究生。同時(shí)，利用與國(guó)外的聯(lián)系，羅細(xì)亮積極開展對(duì)外的合作交流，及時(shí)掌握國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)。回國(guó)后的3年時(shí)間里，羅細(xì)亮基本上沒(méi)有完整的節(jié)假日。3年過(guò)去，羅細(xì)亮自己的實(shí)驗(yàn)室和研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)初具規(guī)模，逐步地發(fā)展壯大，并在生化分析領(lǐng)域開展了比較有影響的研究工作。尤其重要的是，羅細(xì)亮首次構(gòu)建了基于電化學(xué)阻抗技術(shù)的抗污染生物傳感器，推進(jìn)了可在復(fù)雜生物體系中直接測(cè)定的實(shí)用型傳感器件的發(fā)展。
在實(shí)際生物樣品中以免標(biāo)記的方法直接檢測(cè)蛋白質(zhì)，一直是國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，但是由于生物樣品中其它成分的污染和干擾，多數(shù)生物傳感器只能在緩沖溶液或高倍數(shù)稀釋的樣品中使用。羅細(xì)亮研發(fā)的生物傳感器，既可以方便地固定生物識(shí)別分子，又可以有效防止蛋白質(zhì)的非特異性吸附。結(jié)合非法拉第型電化學(xué)阻抗檢測(cè)技術(shù)的高靈敏度，該生物傳感器可以對(duì)血液中的胰島素進(jìn)行直接檢測(cè)而基本上不受污染和干擾。該生物傳感器的檢測(cè)結(jié)果與醫(yī)院的報(bào)告結(jié)果偏差相對(duì)很小，在疾病標(biāo)志物的臨床檢測(cè)等方面顯示出極大的優(yōu)越性。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在分析化學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威期刊美國(guó)分析化學(xué)上。羅細(xì)亮的這一抗污染生物傳感器方面的研究結(jié)果，發(fā)表后很快就受到美國(guó)著名的分析化學(xué)家James F. Rusling教授的關(guān)注，他在為美國(guó)分析化學(xué)撰寫的前瞻性評(píng)述論文中認(rèn)為，該成果有望解決眾多生物傳感器所面臨的非特異性吸附的難題。
面對(duì)這突如其來(lái)的巨大榮譽(yù)，鄭詠梅卻異常平靜。她說(shuō)，這一論文的發(fā)表及其飽受重視，證明了中科院化學(xué)所及北京航空航天大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院院長(zhǎng)江雷院士帶領(lǐng)的科研梯隊(duì)開展的向自然學(xué)習(xí)的仿生科學(xué)研究進(jìn)入世界領(lǐng)先行列，這將為北京航空航天大學(xué)新學(xué)科的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
這個(gè)突破性的研究揭示了篩器蜘蛛（Uloborus Walckenaerius）的捕捉絲的方向集水效應(yīng)，提出了“多協(xié)同效應(yīng)”機(jī)制，為新型仿生集水材料研究提供思想理論基礎(chǔ)。
在微納米各向異性梯度結(jié)構(gòu)方向性憎水效應(yīng)研究方面，她揭示了Morpho蝴蝶翅膀的特殊浸潤(rùn)性，發(fā)現(xiàn)了蝴蝶翅膀上單方向可調(diào)控的斥水特性的機(jī)理。傳統(tǒng)上認(rèn)為同一種結(jié)構(gòu)的超疏水表面，只能具備單一浸潤(rùn)狀態(tài)，而鄭詠梅通過(guò)探究蝴蝶翅膀的浸潤(rùn)特性，發(fā)現(xiàn)了由于獨(dú)特的取向結(jié)構(gòu)，兩種高/低粘滯的超疏水狀態(tài)能夠共存且在同一表面上。這個(gè)發(fā)現(xiàn)在材料、微流控、生物工程，器件等領(lǐng)域均具有一定的指導(dǎo)和科學(xué)意義。
1、各國(guó)競(jìng)相出臺(tái)納米科技發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃
由于納米技術(shù)對(duì)國(guó)家未來(lái)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及國(guó)防安全具有重要意義，世界各國(guó)（地區(qū)）紛紛將納米技術(shù)的研發(fā)作為21世紀(jì)技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃，以指導(dǎo)和推進(jìn)本國(guó)納米科技的發(fā)展。目前，世界上已有50多個(gè)國(guó)家制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃。一些國(guó)家雖然沒(méi)有專項(xiàng)的納米技術(shù)計(jì)劃，但其他計(jì)劃中也往往包含了納米技術(shù)相關(guān)的研發(fā)。
（1）發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)雄心勃勃
為了搶占納米科技的先機(jī)，美國(guó)早在2000年就率先制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機(jī)構(gòu)的力量，加強(qiáng)其在開展納米尺度的科學(xué)、工程和技術(shù)開發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國(guó)國(guó)會(huì)又通過(guò)了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案》，這標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計(jì)劃，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開。
日本政府將納米技術(shù)視為“日本經(jīng)濟(jì)復(fù)興”的關(guān)鍵。第二期科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃將生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境技術(shù)和納米技術(shù)作為4大重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域，并制定了多項(xiàng)措施確保這些領(lǐng)域所需戰(zhàn)略資源（人才、資金、設(shè)備）的落實(shí)。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進(jìn)從基礎(chǔ)性到實(shí)用性的研發(fā)，同時(shí)跨省廳重點(diǎn)推進(jìn)能有效促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和加強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的研發(fā)。
歐盟在2002—2007年實(shí)施的第六個(gè)框架計(jì)劃也對(duì)納米技術(shù)給予了空前的重視。該計(jì)劃將納米技術(shù)作為一個(gè)最優(yōu)先的領(lǐng)域，有13億歐元專門用于納米技術(shù)和納米科學(xué)、以知識(shí)為基礎(chǔ)的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設(shè)備等方面的研究。歐盟委員會(huì)還力圖制定歐洲的納米技術(shù)戰(zhàn)略，目前，已確定了促進(jìn)歐洲納米技術(shù)發(fā)展的5個(gè)關(guān)鍵措施：增加研發(fā)投入，形成勢(shì)頭；加強(qiáng)研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施；從質(zhì)和量方面擴(kuò)大人才資源；重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)；考慮社會(huì)因素，趨利避險(xiǎn)。另外，包括德國(guó)、法國(guó)、愛爾蘭和英國(guó)在內(nèi)的多數(shù)歐盟國(guó)家還制定了各自的納米技術(shù)研發(fā)計(jì)劃。
（2）新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體瞄準(zhǔn)先機(jī)
意識(shí)到納米技術(shù)將會(huì)給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的影響，韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體，為了保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，也紛紛制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國(guó)政府2001年制定了《促進(jìn)納米技術(shù)10年計(jì)劃》，2002年頒布了新的《促進(jìn)納米技術(shù)開發(fā)法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術(shù)開發(fā)實(shí)施規(guī)則》。韓國(guó)政府的政策目標(biāo)是融合信息技術(shù)、生物技術(shù)和納米技術(shù)3個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域，以提升前沿技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的水平；到2010年10年計(jì)劃結(jié)束時(shí)，韓國(guó)納米技術(shù)研發(fā)要達(dá)到與美國(guó)和日本等領(lǐng)先國(guó)家的水平，進(jìn)入世界前5位的行列。
中國(guó)臺(tái)灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計(jì)劃》、《納米科技研究計(jì)劃》，這些計(jì)劃以人才和核心設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，以追求“學(xué)術(shù)卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標(biāo)，意在引領(lǐng)臺(tái)灣知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
（3）發(fā)展中大國(guó)奮力趕超
綜合國(guó)力和科技實(shí)力較強(qiáng)的發(fā)展中國(guó)家為了迎頭趕上發(fā)達(dá)國(guó)家納米科技發(fā)展的勢(shì)頭，也制定了自己的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。中國(guó)政府在2001年7月就了《國(guó)家納米科技發(fā)展綱要》，并先后建立了國(guó)家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)、國(guó)家納米科學(xué)中心和納米技術(shù)專門委員會(huì)。目前正在制定中的國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展綱要將明確中國(guó)納米科技發(fā)展的路線圖，確定中國(guó)在目前和中長(zhǎng)期的研發(fā)任務(wù)，以便在國(guó)家層面上進(jìn)行指導(dǎo)與協(xié)調(diào)，集中力量、發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取在幾個(gè)方面取得重要突破。鑒于未來(lái)最有可能的技術(shù)浪潮是納米技術(shù)，南非科技部正在制定一項(xiàng)國(guó)家納米技術(shù)戰(zhàn)略，可望在2005年度執(zhí)行。印度政府也通過(guò)加大對(duì)從事材料科學(xué)研究的科研機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目的支持力度，加強(qiáng)材料科學(xué)中具有廣泛應(yīng)用前景的納米技術(shù)的研究和開發(fā)。
2、納米科技研發(fā)投入一路攀升
納米科技已在國(guó)際間形成研發(fā)熱潮，現(xiàn)在無(wú)論是富裕的工業(yè)化大國(guó)還是渴望富裕的工業(yè)化中國(guó)家，都在對(duì)納米科學(xué)、技術(shù)與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據(jù)歐盟2004年5月的一份報(bào)告稱，在過(guò)去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術(shù)研究資金估計(jì)為20億歐元。這說(shuō)明，全球?qū){米技術(shù)研發(fā)的年投資已達(dá)50億歐元。
美國(guó)的公共納米技術(shù)投資最多。在過(guò)去4年內(nèi)，聯(lián)邦政府的納米技術(shù)研發(fā)經(jīng)費(fèi)從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據(jù)《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法》，在2005～2008財(cái)年聯(lián)邦政府將對(duì)納米技術(shù)計(jì)劃投入37億美元，而且這還不包括國(guó)防部及其他部門將用于納米研發(fā)的經(jīng)費(fèi)。
日本目前是僅次于美國(guó)的第二大納米技術(shù)投資國(guó)。日本早在20世紀(jì)80年代就開始支持納米科學(xué)研究，近年來(lái)納米科技投入迅速增長(zhǎng)，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長(zhǎng)20%。
在歐洲，根據(jù)第六個(gè)框架計(jì)劃，歐盟對(duì)納米技術(shù)的資助每年約達(dá)7.5億美元，有些人估計(jì)可達(dá)9.15億美元。另有一些人估計(jì)，歐盟各國(guó)和歐盟對(duì)納米研究的總投資可能兩倍于美國(guó)，甚至更高。
中國(guó)期望今后5年內(nèi)中央政府的納米技術(shù)研究支出達(dá)到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國(guó)臺(tái)灣計(jì)劃從2002～2007年在納米技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域中投資6億美元，每年穩(wěn)中有增，平均每年達(dá)1億美元。韓國(guó)每年的納米技術(shù)投入預(yù)計(jì)約為1.45億美元，而新加坡則達(dá)3.7億美元左右。
就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國(guó)為2.4歐元，美國(guó)為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計(jì)劃，美國(guó)2006年的納米技術(shù)研發(fā)公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢(shì)。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國(guó)為0.01%，日本為0.02%。
另外，據(jù)致力于納米技術(shù)行業(yè)研究的美國(guó)魯克斯資訊公司2004年的一份年度報(bào)告稱，很多私營(yíng)企業(yè)對(duì)納米技術(shù)的投資也快速增加。美國(guó)的公司在這一領(lǐng)域的投入約為17億美元，占全球私營(yíng)機(jī)構(gòu)38億美元納米技術(shù)投資的46%。亞洲的企業(yè)將投資14億美元，占36%。歐洲的私營(yíng)機(jī)構(gòu)將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長(zhǎng)，納米技術(shù)的創(chuàng)新時(shí)代必將到來(lái)。
3、世界各國(guó)納米科技發(fā)展各有千秋
各納米科技強(qiáng)國(guó)比較而言，美國(guó)雖具有一定的優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)在尚無(wú)確定的贏家和輸家。
（1）在納米科技論文方面日、德、中三國(guó)不相上下
根據(jù)中國(guó)科技信息研究所進(jìn)行的納米論文統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學(xué)引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數(shù)量逐年增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)幅度較大，2001年和2002年的增長(zhǎng)率分別達(dá)到了30.22%和18.26%。
2000—2002年納米研究論文，美國(guó)以較大的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先于其他國(guó)家，3年累計(jì)論文數(shù)超過(guò)10000篇，幾乎占全部論文產(chǎn)出的30%。日本（12.76%）、德國(guó)（11.28%）、中國(guó)（10.64%）和法國(guó)（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數(shù)都超過(guò)了3000篇。而且以上5國(guó)2000—2002年每年的納米論文產(chǎn)出大都超過(guò)了1000篇，是納米研究最活躍的國(guó)家，也是納米研究實(shí)力最強(qiáng)的國(guó)家。中國(guó)的增長(zhǎng)幅度最為突出，2000年中國(guó)納米論文比例還落后德國(guó)2個(gè)多百分點(diǎn)，到2002年已經(jīng)超過(guò)德國(guó)，位居世界第三位，與日本接近。
在上述5國(guó)之后，英國(guó)、俄羅斯、意大利、韓國(guó)、西班牙發(fā)表的論文數(shù)也較多，各國(guó)3年累計(jì)論文總數(shù)都超過(guò)了1000篇，且每年的論文數(shù)排位都可以進(jìn)入前10名。這5個(gè)國(guó)家可以列為納米研究較活躍的國(guó)家。
另外，如果歐盟各國(guó)作為一個(gè)整體，其論文量則超過(guò)36%，高于美國(guó)的29.46%。（2）在申請(qǐng)納米技術(shù)發(fā)明專利方面美國(guó)獨(dú)占鰲頭
據(jù)統(tǒng)計(jì)：美國(guó)專利商標(biāo)局2000—2002年共受理2236項(xiàng)關(guān)于納米技術(shù)的專利。其中最多的國(guó)家是美國(guó)（1454項(xiàng)），其次是日本（368項(xiàng)）和德國(guó)（118項(xiàng)）。由于專利數(shù)據(jù)來(lái)源美國(guó)專利商標(biāo)局，所以美國(guó)的專利數(shù)量非常多，所占比例超過(guò)了60%。日本和德國(guó)分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國(guó)、韓國(guó)、加拿大、法國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣的專利數(shù)也較多，所占比例都超過(guò)了1%。
專利反映了研究成果實(shí)用化的能力。多數(shù)國(guó)家納米論文數(shù)與專利數(shù)所占比例的反差較大，在論文數(shù)最多的20個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，專利數(shù)所占比例超過(guò)論文數(shù)所占比例的國(guó)家和地區(qū)只有美國(guó)、日本和中國(guó)臺(tái)灣。這說(shuō)明，很多國(guó)家和地區(qū)在納米技術(shù)研究上具備一定的實(shí)力，但比較側(cè)重于基礎(chǔ)研究，而實(shí)用化能力較弱。
（3）就整體而言納米科技大國(guó)各有所長(zhǎng)
美國(guó)納米技術(shù)的應(yīng)用研究在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤等領(lǐng)域快速發(fā)展。隨著納米技術(shù)在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應(yīng)用，目前美國(guó)納米研究熱點(diǎn)已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)納米技術(shù)已經(jīng)被列為美國(guó)國(guó)家的優(yōu)先科研計(jì)劃。在納米醫(yī)學(xué)方面，納米傳感器可在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)多種癌癥進(jìn)行早期診斷，而且，已能在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進(jìn)行早期診斷。2004年，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門出臺(tái)了一項(xiàng)《癌癥納米技術(shù)計(jì)劃》，目的是將納米技術(shù)、癌癥研究與分子生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標(biāo)；利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動(dòng)也是一個(gè)研究熱門，這對(duì)于研究艾滋病病毒、癌細(xì)胞等在人體內(nèi)的活動(dòng)情況非常有用，還可以用來(lái)檢測(cè)藥物對(duì)病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來(lái)5～10年有望商業(yè)化。
雖然醫(yī)學(xué)納米技術(shù)正成為納米科技的新熱點(diǎn)，納米技術(shù)在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的應(yīng)用仍然引人關(guān)注。美國(guó)科研人員正在加緊納米級(jí)半導(dǎo)體材料晶體管的應(yīng)用研究，期望突破傳統(tǒng)的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術(shù)是這一領(lǐng)域中最受關(guān)注的地方。不少科學(xué)家試圖利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)合成納米顆粒，并按照一定規(guī)則排列這些顆粒，使其成為體積小而運(yùn)算快的芯片。這種技術(shù)本來(lái)有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術(shù)。在光學(xué)新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長(zhǎng)度達(dá)到幾百微米的納米導(dǎo)線。
日本納米技術(shù)的研究開發(fā)實(shí)力強(qiáng)大，某些方面處于世界領(lǐng)先水平，但尚未脫離基礎(chǔ)和應(yīng)用研究階段，距離實(shí)用化還有相當(dāng)一段路要走。在納米技術(shù)的研發(fā)上，日本最重視的是應(yīng)用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發(fā)出多種不同結(jié)構(gòu)的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結(jié)構(gòu)、富勒結(jié)構(gòu)套富勒結(jié)構(gòu)、納米管套富勒結(jié)構(gòu)、酒杯疊酒杯狀結(jié)構(gòu)等。
在制造方法上，日本不斷改進(jìn)電弧放電法、化學(xué)氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法，同時(shí)積極開發(fā)新的制造技術(shù)，特別是批量生產(chǎn)技術(shù)。細(xì)川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設(shè)備引起關(guān)注。它能以每小時(shí)數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復(fù)合的超微粒材料。東麗和三菱化學(xué)公司應(yīng)用大學(xué)開發(fā)的新技術(shù)能把制造碳納米材料的成本減至原來(lái)的1／10，兩三年內(nèi)即可進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。
日本高度重視開發(fā)檢測(cè)和加工技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現(xiàn)了諸如數(shù)字式顯微鏡、內(nèi)藏高級(jí)照相機(jī)顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產(chǎn)品?？茖W(xué)家村田和廣成功開發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置，能應(yīng)用于納米領(lǐng)域，在硅、玻璃、金屬和有機(jī)高分子等多種材料的基板上印制細(xì)微電路，是世界最高水平。
日本企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)積極在信息技術(shù)、生物技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)為納米技術(shù)尋找用武之地，如制造單個(gè)電子晶體管、分子電子元件等更細(xì)微、更高性能的元器件和量子計(jì)算機(jī)，解析分子、蛋白質(zhì)及基因的結(jié)構(gòu)等。不過(guò)，這些研究大都處于探索階段，成果為數(shù)不多。
歐盟在納米科學(xué)方面頗具實(shí)力，特別是在光學(xué)和光電材料、有機(jī)電子學(xué)和光電學(xué)、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導(dǎo)體、復(fù)合材料、醫(yī)學(xué)材料、智能材料等方面的研究能力較強(qiáng)。
中國(guó)在納米材料及其應(yīng)用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無(wú)機(jī)非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學(xué)合成材料也是一個(gè)重要方面，而在納米電子學(xué)、納米器件和納米生物醫(yī)學(xué)研究方面與發(fā)達(dá)國(guó)家有明顯差距。
4、納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快
目前，納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業(yè)前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)：2004年全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到500億美元，2010年將達(dá)到14400億美元。為此，各納米技術(shù)強(qiáng)國(guó)為了盡快實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，都在加緊采取措施，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
美國(guó)國(guó)家科研項(xiàng)目管理部門的管理者們認(rèn)為，美國(guó)大公司自身的納米技術(shù)基礎(chǔ)研究不足，導(dǎo)致美國(guó)在該領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用缺乏動(dòng)力，因此，嘗試建立一個(gè)由多所大學(xué)與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)緊密結(jié)合在一起。美國(guó)聯(lián)邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區(qū)建立一個(gè)“納米科技成果轉(zhuǎn)化中心”，以便及時(shí)有效地將納米科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界。該中心的主要工作有兩項(xiàng)：一是進(jìn)行納米技術(shù)基礎(chǔ)研究；二是與大企業(yè)合作，使最新基礎(chǔ)研究成果盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究領(lǐng)域涉及納米計(jì)算、納米通訊、納米機(jī)械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應(yīng)用于美國(guó)國(guó)防工業(yè)。
美國(guó)的一些大公司也正在認(rèn)真探索利用納米技術(shù)改進(jìn)其產(chǎn)品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內(nèi)取得突破，并生產(chǎn)出商業(yè)產(chǎn)品。一個(gè)由專業(yè)、商業(yè)和學(xué)術(shù)組織組成的網(wǎng)絡(luò)在迅速擴(kuò)大，其目的是共享信息，促進(jìn)聯(lián)系，加速納米技術(shù)應(yīng)用。
日本企業(yè)界也加強(qiáng)了對(duì)納米技術(shù)的投入。關(guān)西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學(xué)及國(guó)立科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合，不久前又建立了“關(guān)西納米技術(shù)推進(jìn)會(huì)議”，以大力促進(jìn)本地區(qū)納米技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術(shù)研究所，試圖將納米技術(shù)融合進(jìn)各自從事的產(chǎn)業(yè)中。
歐盟于2003年建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)，推動(dòng)納米技術(shù)在歐盟成員國(guó)的應(yīng)用。歐盟委員會(huì)指出：建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)的目的是使工程師、材料學(xué)家、醫(yī)療研究人員、生物學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家能夠協(xié)同作戰(zhàn)，把納米技術(shù)應(yīng)用到信息技術(shù)、化妝品、化學(xué)產(chǎn)品和運(yùn)輸領(lǐng)域，生產(chǎn)出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產(chǎn)品，同時(shí)減少能源消耗和垃圾。歐盟希望通過(guò)建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)和增加納米技術(shù)研究投資使其在納米技術(shù)方面盡快趕上美國(guó)。
1991年，我國(guó)召開納米科技發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，制定了發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)策。十多年來(lái)，我國(guó)納米材料和納米結(jié)構(gòu)研究取得了引人注目的成就。我國(guó)納米材料領(lǐng)域的工作者們也以孜孜不倦的探索，推動(dòng)著納米材料這門學(xué)科不斷地前進(jìn)。這其中，就有一位年輕的學(xué)者――劉飛博士。
科研，瞄準(zhǔn)前沿
一位年僅三十幾歲的學(xué)者、一連串前沿成果，劉飛博士稱得起“年輕有為”。然而，與大多數(shù)年輕人不同，劉飛博士一心一意地埋首于納米材料領(lǐng)域的研究工作，不沾浮躁之風(fēng)。在這條道路上，他潛心向前，以“學(xué)習(xí)”的態(tài)度行于斯、研于斯，在一維納米材料的制備、表征與物性研究的領(lǐng)域上取得了一系列成績(jī)：
首先，在微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)設(shè)備中，劉飛使用α―Fe2O3(0001)為基底，以N2和H2為反應(yīng)氣源，首次制備出垂直于基底生長(zhǎng)的Fe3O4納米金字塔陣列。這種新型Fm04納米材料的陣列很可能在垂直方向上的高密度信息存儲(chǔ)中有著潛在的應(yīng)用，其結(jié)果發(fā)表在高水平學(xué)術(shù)雜志AdvMater上。
其次，在單溫管式爐設(shè)備中，劉飛使用熱蒸發(fā)冷凝沉積技術(shù)在較低的生長(zhǎng)溫度(
與此同時(shí)，劉飛利用真空下高溫碳熱還原法，首次制備出了大面積垂直于si基底生長(zhǎng)的單晶的Boron納米線和納米管。掃描電子顯微技術(shù)(SEM)研究表明所制備出的硼納米線的長(zhǎng)度為5um，平均直徑為30nm。透射電子顯微鏡技術(shù)(TEM)和元素維度分布譜技術(shù)(ElementMapping)的研究結(jié)果都證明所獲得的硼納米材料具有完美的單晶四方結(jié)構(gòu)，它們的生長(zhǎng)方向?yàn)閇001]。電子能量損失譜技術(shù)(EELS)研究結(jié)果也表明納米線中硼元素的同時(shí)使用開爾文探針技術(shù)(KelvlnProbe)首次測(cè)試出Boron納米材料的功函數(shù)為4.4eV。并利用改裝后的SEM系統(tǒng)中的在位物性測(cè)試技術(shù)對(duì)單根硼納米線的電導(dǎo)率和場(chǎng)發(fā)射特性進(jìn)行了一系列系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明：?jiǎn)胃鸺{米線的電導(dǎo)率為1-8×10-3(n?cm)-1，其開啟電場(chǎng)為5.1v／μm，閾值電場(chǎng)為115V／μm；在保持場(chǎng)發(fā)射電流為1.05μA的一小時(shí)穩(wěn)定性測(cè)試中，單根硼納米線的電流波動(dòng)性低于22％并且當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度提高到59～74V／μm，單根硼納米線的場(chǎng)發(fā)射電流密度更是達(dá)到了2X105-4×105A／cm2，這完全可以滿足場(chǎng)發(fā)射領(lǐng)域的需要。由于Boron一維納米材料具有高熔點(diǎn)(2300℃)、高電導(dǎo)率，并且具有獨(dú)特的“三芯鍵”結(jié)構(gòu)以及優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，所以這種新型納米材料的發(fā)現(xiàn)以及進(jìn)一步研究很有可能為納米科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展開創(chuàng)了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。相關(guān)科研成果分別發(fā)表在知名科學(xué)雜志AdvancedMaterla／sc和Uitramzcroscopy上，并由世界上著名的德國(guó)的“Nanowerk”網(wǎng)站和國(guó)內(nèi)知名的“科學(xué)網(wǎng)”網(wǎng)站分別進(jìn)行了“Spotlight”報(bào)導(dǎo)和專題報(bào)導(dǎo)。
除此以外，劉飛使用化學(xué)氣相沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同形貌AIN納米結(jié)構(gòu)(納米棒，納米錐和納米火山口)垂直陣列的可控生長(zhǎng)。為了研究其納米結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射特性的影響因素，劉飛對(duì)比了不同形貌氮化鋁陣列的場(chǎng)發(fā)射特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氮化鋁火山口陣列具有最好的場(chǎng)發(fā)射特性表現(xiàn)，其閾值電場(chǎng)為7.2V／μm，場(chǎng)發(fā)射電流的穩(wěn)定性測(cè)試表明其電流波動(dòng)小于4％。同時(shí)，所有三種氮化鋁納米結(jié)構(gòu)陣列都具有和其他很多具有優(yōu)良冷陰極納米材料相比擬的場(chǎng)發(fā)射特性，這表明其在未來(lái)的場(chǎng)發(fā)射領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景，結(jié)果已發(fā)表在ChinesePhysicsB等雜志上。
未來(lái)，戰(zhàn)機(jī)握在手中
學(xué)習(xí)和實(shí)踐中，劉飛不僅積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，也形成了一套獨(dú)特的科研方法和理念，解決了很多工程實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題，贏得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)聲譽(yù)，并獲得一項(xiàng)國(guó)家專利。他是成功的，當(dāng)然，成功之人自有成功之道。
1995年9月，劉飛邁入吉林大學(xué)的校門，考進(jìn)材料科學(xué)與工程專業(yè)，四年的本科學(xué)習(xí)，劉飛以他的聰明和勤奮贏得了老師和同學(xué)們的一致認(rèn)可，連續(xù)三年獲得“人民獎(jiǎng)學(xué)金”，并于1999年獲“系優(yōu)秀學(xué)生”稱號(hào)。同年，他以優(yōu)異的成績(jī)畢業(yè)，卻并不滿足于自己當(dāng)時(shí)的所學(xué)，或許是源于心底的那一份母校情結(jié)，劉飛選擇留在吉林大學(xué)進(jìn)行碩士研究，在材料科學(xué)學(xué)院攻讀材料物理與化學(xué)專業(yè)。碩士學(xué)習(xí)期間，劉飛在于文學(xué)教授的指導(dǎo)下進(jìn)行了磁控濺射生長(zhǎng)巨磁阻多層膜的研究工作，并于2002年7月完成碩士論文《Cu／Fe多層膜的表面、界面微結(jié)構(gòu)研究》，獲得工學(xué)碩士學(xué)位，其論文獲得學(xué)校研究生論文比賽優(yōu)勝獎(jiǎng)，這位年輕的碩士研究生充分展露了他在科研領(lǐng)域的才華。
2002年9月，劉飛考入中國(guó)科學(xué)院物理研究所納米物理與器件實(shí)驗(yàn)室，師從于高鴻鈞研究員，攻讀凝聚態(tài)物理博士學(xué)位，2005年9月獲得理學(xué)博士學(xué)位，并于2004年獲得“所長(zhǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)學(xué)金”、2006年獲得中國(guó)真空學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)學(xué)金。
在科學(xué)的道路上沒(méi)有捷徑，正因?yàn)槠D難才去登攀，而站得更高才能看得更遠(yuǎn)，年輕的劉飛博士沒(méi)有止步于一點(diǎn)點(diǎn)的成績(jī)，在科學(xué)之路上，他選擇一路向前。自2005年9月，劉飛博士在中山大學(xué)理工學(xué)院的顯示材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室參加工作以來(lái)，包括在中國(guó)科學(xué)院物理研究所攻讀博士期間，他主持國(guó)家自然基金委――廣東省聯(lián)合基金重點(diǎn)基金一項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金一項(xiàng)、教育部博士點(diǎn)新教師基金一項(xiàng)，并且參與了多項(xiàng)國(guó)家“973”和“863”項(xiàng)目，共發(fā)表了學(xué)術(shù)論文(SCI、EI和ISTP收錄)二十余篇。
自此，在外人看來(lái)，他的人生似乎已經(jīng)進(jìn)入康莊大道了，然而，“人生也有涯，而知也無(wú)涯”，國(guó)際上風(fēng)起云涌的科技發(fā)展愈來(lái)愈強(qiáng)烈地吸引著他的目光，視線的開闊，令他在學(xué)術(shù)上有了大幅的前進(jìn)。目前，還有國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目等4項(xiàng)國(guó)家和地方自然科學(xué)基金項(xiàng)目研究，在他的主持下緊鑼密鼓地展開著。
這是一個(gè)小型印刷廠車間,面積只有70平方米左右,不到兩節(jié)地鐵車廂那么大。車間有七名女性和一名男性工人,每天的工作是將一種白色涂料噴到有機(jī)玻璃板上。
不幸很快就降臨在這些工人的身上:七名女工相繼發(fā)病,其中兩名女工去世。
在2009年9月號(hào)的《歐洲呼吸雜志》(European Respiratory Journal)上,首都醫(yī)科大學(xué)附屬朝陽(yáng)醫(yī)院(下稱朝陽(yáng)醫(yī)院)醫(yī)生宋玉果及其同事發(fā)表研究論文稱,上述女工“所患的可能是‘一種與納米材料有關(guān)的疾病’”。
這大概是全球首宗關(guān)于納米顆?？赡苤旅呐R床毒理病例報(bào)告。論文的發(fā)表,在國(guó)際學(xué)術(shù)界引發(fā)了一場(chǎng)小型“地震”。無(wú)論那些與納米技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議,還是科學(xué)新聞網(wǎng)站和科學(xué)家博客,中國(guó)女工之死和納米安全都是激烈爭(zhēng)論的話題。
噴涂車間悲劇
從研究論文披露的情況看,七位女工的年齡在18歲至47歲之間,平均不到30歲,在車間工作的時(shí)間從5個(gè)月至13個(gè)月不等。患病之前,她們的身體健康狀況良好。
2007年1月至2008年4月期間,這幾位女工被送到朝陽(yáng)醫(yī)院職業(yè)病與中毒科救治。這個(gè)科室專業(yè)水準(zhǔn)較高,其醫(yī)生經(jīng)常被派往中國(guó)各個(gè)地方,協(xié)助處理血鉛超標(biāo)、重金屬污染等職業(yè)安全事件。
女工們的癥狀比較類似。所有病人的肺部都受到嚴(yán)重?fù)p害,并且有胸腔積液,臉上、手上和胳膊也都出現(xiàn)了嚴(yán)重的瘙癢皮疹。其中,有四位女工體內(nèi)的器官組織還面臨缺血缺氧的危險(xiǎn)。
無(wú)論對(duì)于患者,還是對(duì)于醫(yī)生,治療過(guò)程都令人煎熬。胸腔積液反復(fù)出現(xiàn),常用的治療方法均告失效。
最終,一名19歲的病人在接受外科手術(shù)16天之后去世;另外一名29歲的病人在癥狀出現(xiàn)后的第21個(gè)月,死于呼吸衰竭。
負(fù)責(zé)診斷和治療這些女工的,是朝陽(yáng)醫(yī)院職業(yè)病與中毒科副主任醫(yī)師宋玉果。根據(jù)醫(yī)院網(wǎng)站的介紹,他多年來(lái)從事塵肺、有毒化學(xué)物中毒的診治和臨床研究。
宋玉果及其同事開始追究女工們患病的原因,并將嫌疑對(duì)象鎖定為那個(gè)印刷廠車間的工作環(huán)境。
該車間所使用的原料是一種象牙白色的聚合物材料――聚丙烯酸酯混合物。聚丙烯酸酯作為一種黏合劑,廣泛運(yùn)用于建筑、印刷和裝修材料中,被認(rèn)為毒性很低。不過(guò),為了讓材料更加結(jié)實(shí)和耐磨,制造商有時(shí)會(huì)加入硅、鋅氧化物、二氧化鈦等金屬納米顆粒。
1納米等于1米的十億分之一,大致相當(dāng)于人頭發(fā)絲直徑的數(shù)萬(wàn)分之一。通常,粒徑在100納米以下的材料,均被稱為納米材料。
七名女工和一名男工被分為兩組,每天工作8個(gè)至12個(gè)小時(shí)。工人們每天要將大約6000克聚丙烯酸酯混合物,用勺子涂到機(jī)器的底盤上;這些混合物隨即被高壓噴射裝置噴涂在聚苯乙烯材質(zhì)的有機(jī)玻璃板上;然后,有機(jī)玻璃板在75攝氏度至100攝氏度的溫度下被加熱烘干。
車間只有一扇門,沒(méi)有窗戶。噴射裝置附帶有一個(gè)燃?xì)馀艢饪?對(duì)噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的煙霧起到一定的排除作用。
女工們發(fā)病以后,來(lái)自中國(guó)疾病預(yù)防控制中心、北京疾病預(yù)防控制中心、當(dāng)?shù)丶膊☆A(yù)防控制中心的流行病學(xué)專家,以及朝陽(yáng)醫(yī)院的醫(yī)生,對(duì)這家印刷廠的工作環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查。
在噴射裝置燃?xì)馀艢饪诘奈鼩饪谥?專家們找到了累積的塵埃粒子。女工們發(fā)病前五個(gè)月,燃?xì)馀艢饪诎l(fā)生了故障。由于室外溫度很低,車間的門也經(jīng)常被關(guān)閉。專家們推斷,在這期間,車間內(nèi)的空氣流動(dòng)非常緩慢甚至處于靜止。
這些工人都是工廠附近的農(nóng)民,沒(méi)有任何職業(yè)安全衛(wèi)生知識(shí)。她們所得到的惟一用來(lái)保護(hù)自己的工具,就是棉紗口罩。而且,她們工作時(shí)只是偶爾戴戴。
據(jù)工人們反映,在噴涂過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)有一些原料噴濺到他們的臉上和胳膊上。惟一的一名男性工人在工作三個(gè)多月后離開,并沒(méi)有顯示出任何癥狀。在其他車間工作的工人,其中包括女工們的親屬,也沒(méi)有出現(xiàn)類似癥狀。
研究論文沒(méi)有透露這家印刷廠的名稱及其所在地區(qū)。在朝陽(yáng)醫(yī)院的辦公室,宋玉果也謝絕了《財(cái)經(jīng)》記者的采訪。
女工之死謎團(tuán)
在女工們的肺部和胸液中,均發(fā)現(xiàn)了直徑約30納米的顆粒。而這般尺寸和形態(tài)的顆粒,同樣存在于她們接觸的噴涂材料之中。
此外,女工們出現(xiàn)了罕見的非特異性間質(zhì)性肺炎,以及奇特的肺部增生組織――異物肉芽腫等癥狀。這些癥狀與納米材料毒理的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似。
宋玉果及其同事因此認(rèn)為,很可能是納米顆粒導(dǎo)致這些女工發(fā)病甚至死亡。
但不少專家對(duì)這一結(jié)論持有保留態(tài)度。
9月1日至3日,在北京舉行的中國(guó)國(guó)際納米科技會(huì)議上,多位專家提及宋玉果及其同事的論文。
美國(guó)納米健康聯(lián)盟(Alliance for NanoHealth)主席、得克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)中心教授毛羅法?拉利(Mauro Ferrari)告訴《財(cái)經(jīng)》記者,這篇論文非常重要,但他不認(rèn)同作者關(guān)于納米顆粒導(dǎo)致工人患病和死亡的分析。
法拉利說(shuō),要確定納米顆粒與疾病之間的關(guān)系,首先應(yīng)該分析納米顆粒的組分,確認(rèn)這些顆粒來(lái)自工作環(huán)境;即便病人肺部的納米顆粒來(lái)自工作環(huán)境,在沒(méi)有對(duì)照試驗(yàn)的情況下,也很難證明這些納米顆粒一定是女工患病的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
他還強(qiáng)調(diào),這家印刷廠的工作環(huán)境惡劣而封閉,有毒化學(xué)品和氣體充斥其中,工人們又沒(méi)有好的保護(hù)措施。這些因素對(duì)于工人患病和死亡究竟有怎樣的作用,都值得推敲。
對(duì)于論文中的一個(gè)推論――納米顆粒進(jìn)入工人身體的途徑是吸入和皮膚接觸,中國(guó)科學(xué)院納米生物效應(yīng)與安全性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任趙宇亮表示,這并不總是正確的。他強(qiáng)調(diào),通過(guò)吸入方式進(jìn)人體內(nèi)是可能的,但是納米顆粒穿過(guò)皮膚直接進(jìn)入生物體內(nèi)的證據(jù)還很少。
美國(guó)麻省大學(xué)洛厄爾分校健康與環(huán)境學(xué)院助理教授迪米特爾?貝羅(Dhimiter Bello)因故取消了行程,未能到北京參加此次學(xué)術(shù)會(huì)議。但他通過(guò)電郵對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者說(shuō),在工人肺部和工作環(huán)境中都發(fā)現(xiàn)納米顆粒,只能說(shuō)明納米顆粒有可能是一個(gè)致病因素。實(shí)際上,從論文提供的信息來(lái)看,并不能排除其他的可能致病因素。例如,噴涂過(guò)程中用到的聚合物材料在高溫下的降解產(chǎn)物,也可能是主要或者惟一造成女工患病的原因。
在貝羅看來(lái),這場(chǎng)悲劇或許不應(yīng)歸咎于納米顆粒,而應(yīng)怪罪車間內(nèi)原始的、不人道的工作條件,“這是一次警醒,無(wú)論(悲劇)是否與納米顆粒相關(guān),工作場(chǎng)所的暴露條件都應(yīng)當(dāng)被控制在安全范圍內(nèi)。在這方面,中國(guó)還有很長(zhǎng)的路要走?！?/p>
美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校納米毒理研究中心主任安德烈?內(nèi)奧教授(Andre Nel)也說(shuō),在這起事件中,工人們沒(méi)有得到應(yīng)有的生產(chǎn)安全保障,政府部門應(yīng)該負(fù)起監(jiān)督的責(zé)任,以保證生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體和環(huán)境有害的物質(zhì)。
實(shí)際上,論文本身也承認(rèn)了研究存在局限:由于缺乏環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),無(wú)法弄清印刷廠車間納米顆粒的濃度;納米顆粒的組成也不清楚。
此外,令宋玉果及其同事疑惑的是,究竟是特定的納米顆粒,還是所有納米顆粒都有可能致病?如果的確是納米顆粒導(dǎo)致那些女工患病,對(duì)其他在工作中也會(huì)接觸納米顆粒的工人來(lái)說(shuō),又意味著什么?
如今,關(guān)于女工之死的研究論文已經(jīng)成為了納米技術(shù)研究者們的一個(gè)熱點(diǎn)話題。據(jù)《財(cái)經(jīng)》記者了解,歐洲和美國(guó)還有科學(xué)家打算組成一個(gè)專家小組,到中國(guó)開展調(diào)研,并希望取到樣品回去研究。
誘人前景與安全隱患
不管納米顆粒是否被確認(rèn)為幾位女工悲慘命運(yùn)的元兇,納米技術(shù)的安全性問(wèn)題都因此再度引發(fā)各界關(guān)注。
納米技術(shù)正在走進(jìn)人們的生活。從一桶涂料、一瓶防曬霜到一件衣服,都有可能用到納米技術(shù)。
納米材料顆粒小、表面積巨大,會(huì)顯示出很多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),從而在電子、光學(xué)、磁學(xué)、能源化工、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。例如,很多納米材料都可用作涂料,替代那些強(qiáng)毒性的化學(xué)物質(zhì);用碳納米管等納米材料改良電池,可以推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展,使電力更持久等。
紐約一家名為“盧克斯研究”的市場(chǎng)分析公司稱,2007年銷售的納米技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品,價(jià)值約1470億美元。到2015年,這一數(shù)字可能突破3萬(wàn)億美元。
納米技術(shù)在展現(xiàn)出誘人前景的同時(shí),其安全性問(wèn)題也進(jìn)入了人們的視野。
隨著納米材料的大規(guī)模應(yīng)用,研究人員和工人容易暴露在納米顆粒濃度較大的實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)車間之中。此外,普通公眾也可能暴露在納米顆粒之下:涂料、化妝品等產(chǎn)品中用到的納米材料,可能在產(chǎn)品損壞或分解時(shí)釋放。
這些納米顆粒物可能經(jīng)過(guò)呼吸道吸入、胃腸道攝入、藥物注射等方式進(jìn)入人體,并經(jīng)過(guò)淋巴和血液循環(huán),轉(zhuǎn)運(yùn)到全身各個(gè)器官。
根據(jù)多項(xiàng)流行病學(xué)研究,空氣中的細(xì)顆粒物,尤其是納米級(jí)別的顆粒物,濃度的大量增加會(huì)導(dǎo)致死亡率的增加。倫敦大霧曾經(jīng)導(dǎo)致居民大量死亡,就是一個(gè)被經(jīng)常引用的案例。
那么,人造的納米材料進(jìn)入人體后,是否會(huì)導(dǎo)致特殊的生物效應(yīng),并對(duì)人體健康構(gòu)成危害呢?從理論上說(shuō),納米物質(zhì)由于尺寸小,與常規(guī)物質(zhì)相比更容易透過(guò)人體的各道屏障;由于表面積大,也可能有更多毒害人體的方式。
朝陽(yáng)醫(yī)院的宋玉果在8月31日《健康報(bào)》發(fā)表文章說(shuō),相關(guān)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),許多納米物質(zhì)具有明顯的毒性,其中研究較多的為碳納米管、納米二氧化鈦等。一些納米物質(zhì)還被認(rèn)為可致動(dòng)物肺臟、肝臟、腎臟和血液系統(tǒng)等損傷。
對(duì)于與納米物質(zhì)相關(guān)的疾病,宋玉果稱之為“納米相關(guān)物質(zhì)疾病”。當(dāng)然,他也表示,公眾不必為納米物質(zhì)相關(guān)疾病感到恐慌,不是所有納米顆粒物都有毒性。
動(dòng)物毒理性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,也不能簡(jiǎn)單地推到人的身上。但由于科學(xué)界對(duì)納米安全性的研究剛剛開始,幾乎沒(méi)有任何相關(guān)人體毒理性資料――這也是宋玉果及其同事的論文引起國(guó)際科學(xué)界高度關(guān)注的一個(gè)原因。
中國(guó)科學(xué)院納米生物效應(yīng)與安全性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任趙宇亮告訴《財(cái)經(jīng)》記者,目前開展過(guò)安全性研究的納米材料只有十幾種,還非常有限。但他相信,隨著研究隊(duì)伍的壯大和研究投入的加大,將來(lái)必定可以從大量的數(shù)據(jù)積累中尋找到一些規(guī)律。
在國(guó)際上,納米安全性研究的熱潮大約始于2003年?！犊茖W(xué)》和《自然》等著名學(xué)術(shù)雜志紛紛發(fā)表文章,探討納米材料與納米技術(shù)的安全問(wèn)題:納米顆粒對(duì)人體健康、自然環(huán)境和社會(huì)安全等是否有潛在的負(fù)面影響。
這之后,各國(guó)明顯增加了納米安全性方面的研究。美國(guó)的國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃(NNI)將總預(yù)算的11%投入納米健康與環(huán)境研究。歐盟每年支持三個(gè)左右與此相關(guān)的項(xiàng)目,每個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)規(guī)模在300萬(wàn)至500萬(wàn)歐元之間,而歐盟各個(gè)國(guó)家還有自己國(guó)內(nèi)支持的納米安全性項(xiàng)目。
中國(guó)在極力推進(jìn)納米技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化的同時(shí),也開展了納米安全性的研究。其中,中國(guó)科學(xué)院在2001年就開始籌建納米生物效應(yīng)與安全性實(shí)驗(yàn)室?？萍疾吭?006年啟動(dòng)了為期五年的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(即“973”計(jì)劃)項(xiàng)目“人造納米材料的生物安全性研究及解決方案探索”,經(jīng)費(fèi)2500萬(wàn)元,首席科學(xué)家由趙宇亮擔(dān)任。
不過(guò),趙宇亮告訴《財(cái)經(jīng)》記者,與美國(guó)和歐盟相比,中國(guó)在納米安全性研究上的投入只是“一個(gè)零頭”。
政治決策與公共參與
中國(guó)科學(xué)家在納米安全性方面的研究工作,得到了國(guó)際同行的認(rèn)可。其中,在每年召開的與納米毒理學(xué)相關(guān)的國(guó)際會(huì)議上,幾乎都會(huì)邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)家作大會(huì)報(bào)告。趙宇亮還與其他科學(xué)家共同主編了第一本納米毒理學(xué)英文專著。美國(guó)納米健康聯(lián)盟主席法拉利稱,中國(guó)科學(xué)家是納米毒理學(xué)研究領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一。
不過(guò),令趙宇亮感到尷尬的是,美國(guó)國(guó)家納米技術(shù)協(xié)調(diào)辦公室的官員曾經(jīng)問(wèn)他,包括美國(guó)、歐盟、英國(guó)、日本等很多國(guó)家的相關(guān)管理部門,都發(fā)表了對(duì)于納米技術(shù)安全性的調(diào)研報(bào)告、方針和策略,為什么中國(guó)沒(méi)有?對(duì)此,趙宇亮不知如何回答是好。
在美國(guó)和歐盟,納米技術(shù)及其安全性已經(jīng)成為政治家們關(guān)心的話題之一。它們的環(huán)保部門、國(guó)家科學(xué)與技術(shù)委員會(huì),以及其他政府研究機(jī)構(gòu),會(huì)通過(guò)白皮書等文件形式,發(fā)表政府層面對(duì)于納米安全性問(wèn)題的見解。
其中,2001年,美國(guó)在國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)之下建立了國(guó)家納米技術(shù)協(xié)調(diào)辦公室,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)政府層面之間的納米研究計(jì)劃。而納米研究項(xiàng)目的成果,會(huì)通過(guò)這個(gè)辦公室反饋給其他政府機(jī)構(gòu),幫助科學(xué)研究去影響政府決策。
2009年3月,美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)還了一份有關(guān)納米技術(shù)的合作倡議。該局將與納米健康聯(lián)盟旗下的八個(gè)研究機(jī)構(gòu)合作,以加快建立保障納米醫(yī)療產(chǎn)品安全可靠的有效體系。法拉利告訴《財(cái)經(jīng)》記者,在實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果與安全性評(píng)估的關(guān)聯(lián),以及納米技術(shù)相關(guān)藥物的審批等方面,美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局都做了很多工作。
相比之下,納米安全性在中國(guó)似乎局限于科學(xué)研究的階段,政府部門仍然保持沉默。
對(duì)于納米技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化,各國(guó)都在積極支持。其原因正如美國(guó)《環(huán)境健康展望》雜志所稱,科學(xué)界普遍認(rèn)為,納米材料和納米技術(shù)對(duì)于社會(huì)是十分有益的,能夠提供更好的藥物、更強(qiáng)更輕的產(chǎn)品、對(duì)環(huán)境更友好的能源和環(huán)境技術(shù)。
與此同時(shí),為了獲得公眾對(duì)于納米技術(shù)發(fā)展的支持,各國(guó)也需要在納米安全性方面進(jìn)行更多的研究,同時(shí)鼓勵(lì)公眾參與。在中國(guó)納米國(guó)際科技會(huì)議的閉幕式上,法拉利也特地呼吁加大公眾在納米安全性研究上的參與程度。
實(shí)際上,關(guān)于納米技術(shù)發(fā)展的“風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防”原則,在歐洲和美國(guó)等地正深入人心――人們希望在納米技術(shù)等新技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)之前,盡可能地提前進(jìn)行防范和干預(yù)。而公眾及早參與到納米技術(shù)研究和政策的討論,是“風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防”實(shí)踐的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
英國(guó)杜倫大學(xué)風(fēng)險(xiǎn)研究所負(fù)責(zé)人菲爾?麥克納頓(Phil Macnaghten)教授告訴《財(cái)經(jīng)》記者,要想避免納米技術(shù)重蹈轉(zhuǎn)基因技術(shù)的覆轍,讓公眾從“上游”參與討論影響納米技術(shù)的研究和政策,或許是一個(gè)有效的辦法。如果等到技術(shù)發(fā)展之后再讓公眾在“下游”參與,可能為時(shí)已晚,“很難改變公眾業(yè)已形成的印象和認(rèn)識(shí)”。
英文名稱：Nanotechnology and Precision Engineering
主管單位：教育部
主辦單位：天津大學(xué)
出版周期：雙月刊
出版地址：天津市
語(yǔ)
種：中文
開
本：大16開
國(guó)際刊號(hào)：1672-6030
國(guó)內(nèi)刊號(hào)：12-1351/O3
郵發(fā)代號(hào)：6-177
發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：2003
期刊收錄：
CA 化學(xué)文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)
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聯(lián)系方式
期刊簡(jiǎn)介
生物界面是指細(xì)胞與固體材料表面接觸所形成的有生物和化學(xué)活性的界面，所進(jìn)行的研究是化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)與醫(yī)學(xué)等交叉的前沿學(xué)科。有科學(xué)家指出，“與細(xì)胞相互作用的材料的表面化學(xué)工程是一個(gè)極具挑戰(zhàn)且迫切的世界性難題”。細(xì)胞與人造材料之間的生物界面科學(xué)的發(fā)展將密切關(guān)系著人類的健康和持續(xù)發(fā)展，將能夠顯著的降低與生物技術(shù)、組織工程及細(xì)胞基診療相關(guān)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的危險(xiǎn)。
近年來(lái)中科院化學(xué)研究所王樹濤教授一直從事細(xì)胞粘附生物界面化學(xué)的研究，在生物界面的構(gòu)筑原理與方法、細(xì)胞與固體表面特異性識(shí)別與可控粘附取得了一系列有影響的成果，并在惡性腫瘤診斷上的應(yīng)用研究方面獲得了重大突破。
出奇制勝――界面的構(gòu)筑
循環(huán)腫瘤細(xì)胞作為重要的癌癥標(biāo)志物之一，它的識(shí)別檢測(cè)近年來(lái)倍受關(guān)注，然而其在血液中極低的含量（億分之一），因此通常用于細(xì)胞分選的流式細(xì)胞分選儀的靈敏度（萬(wàn)分之一）遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足檢測(cè)的需求。當(dāng)前的領(lǐng)先技術(shù)是基于免疫磁珠的細(xì)胞分離技術(shù)，但是其靈敏度低，設(shè)備昂貴，費(fèi)時(shí)等缺陷，仍然不能滿足惡性腫瘤血液檢查的需求，因此細(xì)胞檢測(cè)新材料與技術(shù)的出現(xiàn)顯得尤為迫切。
基于硅納米線陣列
通過(guò)制備識(shí)別抗體修飾的硅納米線陣列，以乳腺癌細(xì)胞作為靶向細(xì)胞，王樹濤開發(fā)了特異性識(shí)別、粘附腫瘤細(xì)胞的三維微納米界面。識(shí)別抗體使得硅納米線陣列對(duì)目標(biāo)癌細(xì)胞具有特異性的識(shí)別功能，同時(shí)納米線能與細(xì)胞表面的微納米偽足相互作用，二者具有相似的尺度，從而獲得了比平面結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的作用力。這一工作利用微納米尺度效應(yīng)對(duì)生物界面上的細(xì)胞粘附特性進(jìn)行調(diào)控，結(jié)合特異性抗體和界面納米結(jié)構(gòu)，大幅提高了界面對(duì)循環(huán)腫瘤細(xì)胞識(shí)別粘附的有效性，實(shí)現(xiàn)了腫瘤細(xì)胞的高靈敏的特異性捕獲。后來(lái)，受生物界中免疫系統(tǒng)的高選擇性識(shí)別粘附現(xiàn)象的啟發(fā)，王樹濤進(jìn)一步提出了納米尺寸選擇和生物分子的識(shí)別協(xié)同效應(yīng)，建立了結(jié)構(gòu)選擇和分子識(shí)別的新的生物界面識(shí)別粘附模型。
王樹濤在此方面的研究是國(guó)際上第一個(gè)利用多尺度粘附可控的功能界面識(shí)別捕獲腫瘤細(xì)胞的例子，選擇性得到了3―4個(gè)數(shù)量級(jí)的提高。自2009年發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.雜志以來(lái)，得到國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，被Science Daily及國(guó)內(nèi)多家媒體進(jìn)行專題新聞報(bào)道，同時(shí)被Nanomedicine做了題為“硅芯片上的納米柱增加了檢測(cè)靈敏性”專題新聞評(píng)述，指出“該技術(shù)在癌癥診斷上很有潛力，它能給醫(yī)生提供患者病情的相關(guān)信息和檢測(cè)治療的效果”。王樹濤因此獲得了2010年世界科技獎(jiǎng)材料類提名，這在之前中國(guó)只有兩位教授獲此殊榮。
基于聚合物納米簇
自2010年回國(guó)后，與日本理研及美國(guó)加州大學(xué)的合作者合作制備了腫瘤細(xì)胞特異性抗體修飾的導(dǎo)電聚合物納米簇表面代替相對(duì)硬的硅納米線表面。研究結(jié)構(gòu)表明，相對(duì)較矮的聚合物納米簇（1―2微米）仍然取得了與較高的硅納米線（8―10微米）相當(dāng)?shù)募?xì)胞特異性識(shí)別粘附的結(jié)果。結(jié)果發(fā)表之后，被Science Daily等以“診斷工具：負(fù)載抗體的聚合物薄膜能捕獲腫瘤細(xì)胞”為題作了亮點(diǎn)介紹。
重磅出擊――粘附的研究
血液中的痕量循環(huán)腫瘤細(xì)胞的捕獲問(wèn)題通過(guò)我們發(fā)展的細(xì)胞粘附界面可以解決，而如何在捕獲后將痕量的腫瘤細(xì)胞無(wú)損的釋放是難題的關(guān)鍵。通常，生物實(shí)驗(yàn)室用胰蛋白酶將細(xì)胞與基底間的蛋白水解，使細(xì)胞從基底上去粘附。但是這個(gè)過(guò)程，不可避免對(duì)這些痕量的腫瘤細(xì)胞造成損壞。
針對(duì)以上問(wèn)題，王樹濤設(shè)計(jì)了一個(gè)用核酸外切酶來(lái)完成高效快速釋放的細(xì)胞粘附去粘附三維納米生物界面。研究中選擇了對(duì)癌變淋巴細(xì)胞特異性識(shí)別的核酸適配體作為細(xì)胞識(shí)別和捕獲分子，將之修飾到硅納米線陣列表面。與平的表面相比，這個(gè)界面提供了一個(gè)三維的細(xì)胞接觸模式（多點(diǎn)接觸），酶可以多點(diǎn)同時(shí)切斷核酸適配體，細(xì)胞去粘附的過(guò)程變得更容易、更快速，且不對(duì)細(xì)胞本身產(chǎn)生傷害。相關(guān)結(jié)果在Adv. Mater.上發(fā)表并選為封面文章。審稿人高度評(píng)價(jià)“這一結(jié)果是非常振奮人心的，……，將引起細(xì)胞材料的相互作用領(lǐng)域的研究者極大的興趣”。之后又被Wiley出版社的MaterialViews中國(guó)等新聞報(bào)道，稱該研究提供了一個(gè)“高粘附易釋放”的細(xì)胞檢測(cè)平臺(tái)。因此，王樹濤也受到Science Publishers出版社邀請(qǐng)為納米醫(yī)學(xué)專著《Nanomedicine in Diagnostics》上撰寫題為“Emerging Nanotechnology for Efficient Capture of Circulating Tumor Cells”的章節(jié)。
美妙福音――腫瘤的檢測(cè)
研究表明，惡性腫瘤的死亡率與各國(guó)的國(guó)民收入成反比，低收入國(guó)家的惡性腫瘤患者死亡率一直高居不下。一個(gè)重要的原因，是癌癥診療的費(fèi)用非常高，除了藥物外，其中很大一部分是檢測(cè)的費(fèi)用。如何發(fā)展一個(gè)高效、便宜、簡(jiǎn)單的腫瘤細(xì)胞檢測(cè)器件成為世界各國(guó)的關(guān)注熱點(diǎn)。
鑒于以上的問(wèn)題，王樹濤發(fā)展了廉價(jià)、易操作的第一代基于細(xì)胞粘附界面的腫瘤細(xì)胞檢測(cè)器件――將細(xì)胞特異粘附硅納米線界面，做成尺寸規(guī)范化的檢測(cè)芯片試劑盒。操作流程非常簡(jiǎn)單，不需要另外昂貴的設(shè)備，絕大多數(shù)的生物實(shí)驗(yàn)室或醫(yī)院的檢測(cè)中心都具備檢測(cè)條件；這種簡(jiǎn)單的檢測(cè)器件在全血中的細(xì)胞識(shí)別捕獲效率在有40%左右；重要的是其細(xì)胞識(shí)別檢測(cè)時(shí)間從4―6小時(shí)縮短到2小時(shí)左右。這些優(yōu)點(diǎn)基本上可以滿足發(fā)展中國(guó)家普通患者做細(xì)胞基的癌癥檢測(cè)和術(shù)后監(jiān)測(cè)的需求。該成果已申請(qǐng)國(guó)際專利。因?yàn)槠涮禺惛咝У募?xì)胞粘附特點(diǎn)，被Science Daily等稱作“捕蠅紙”式腫瘤細(xì)胞檢測(cè)器件。
為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)惡性腫瘤早期預(yù)警的目標(biāo)，在第一代器件的基礎(chǔ)之上，王樹濤將微流控技術(shù)與硅納米線細(xì)胞粘附界面結(jié)合，構(gòu)筑了第二代腫瘤細(xì)胞檢測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)了高于97%的細(xì)胞識(shí)別捕獲效率。該成果被選為當(dāng)期的封面文章，同時(shí)被Nature Medicine做了題為“將癌癥從人體循環(huán)中取出的新技術(shù)”的新聞評(píng)述。目前，這種新型芯片已開始癌癥病人的臨床血液檢測(cè)嘗試，有望為癌癥早期診療提供參考。
關(guān)鍵詞：納米材料,化工,應(yīng)用
1前言
納米材料（又稱超細(xì)微粒、超細(xì)粉未）由表面（界面）結(jié)構(gòu)組元構(gòu)成，是處在原子簇和宏觀物體交界過(guò)渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng)，粒徑介于原子團(tuán)簇與常規(guī)粉體之間，一般不超過(guò)100nm，而且界面組元中含有相當(dāng)量的不飽和配位鍵、端鍵及懸鍵。其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料，也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，納米材料在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。
2納米材料特性
2.1具有很強(qiáng)的表面活性
納米超微顆粒很高的“比表面積”決定了其表面具有很高的活性。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。在空氣中，納米金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑、貯氣材料和低熔點(diǎn)材料。將納米微粒用做催化劑，將使納米材料大顯身手。如超細(xì)硼粉、高鉻酸銨粉可以作為炸藥的有效催化劑；超細(xì)銀粉可以成為乙烯氧化的催化劑；超細(xì)的鎳粉、銀粉的輕燒結(jié)效率，超細(xì)微顆粒的輕燒結(jié)體可以生成微孔過(guò)濾器，作為吸咐氫氣等氣體的儲(chǔ)藏材料，還可作為陶瓷的著色劑，用于工藝品的美術(shù)圖案中。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。
2.2具有特殊的光學(xué)性質(zhì)
所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)時(shí)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色越黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通常可低于l％，大約幾微米厚度的膜就能起到完全消光的作用。利用這個(gè)特性可以制造高效率的光熱、光電轉(zhuǎn)換材料，以很高的效率將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋㈦娔?。另外還有可能應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身材料等。
2.3具有特殊的熱學(xué)性質(zhì)
大尺寸的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)往往是固定的，超細(xì)微化的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)卻顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為突出。例如，金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064℃，當(dāng)其顆粒的尺寸減小到10納米時(shí)，熔點(diǎn)會(huì)降低27℃，而減小到2納米尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327℃左右；銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670℃，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100℃。因此，超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，此時(shí)元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，完全可采用塑料。采用超細(xì)銀粉漿料，可使片基上的膜厚均勻，覆蓋面積大，既省材料又提高質(zhì)量。
2.4具有特殊的磁學(xué)性質(zhì)
小尺寸磁性超微顆粒與大塊磁性材料有顯著不同，大塊純鐵的磁矯頑力約為80安／米，而當(dāng)顆粒尺寸減小到2×10-2微米以下時(shí)，其矯頑力可增加1000倍。若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于6×10-3微米時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已制成高儲(chǔ)存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等;利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成了用途廣泛的磁流體。
2.5具有特殊的力學(xué)性質(zhì)
因?yàn)榧{米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性和一定的延展性，這樣就使納米陶瓷材料具有了新奇的力學(xué)性質(zhì)。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，就是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的，這也足以說(shuō)明大自然是納米材料的成功制造者。納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。金屬——陶瓷復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用前景十分寬廣。
2.6宏觀量子隧道效應(yīng)
由于電子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，因此它存在隧道效應(yīng)。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應(yīng)，稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)將會(huì)是未來(lái)微電子、光電子器件的基礎(chǔ)，或者說(shuō)它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，當(dāng)微電子器件進(jìn)一步微型化時(shí)必須要考慮上述的量子效應(yīng)。目前研制的量子共振隧道晶體管就是利用量子效應(yīng)制成的新一代電子器件。
3納米材料在化工生中應(yīng)用
由于納米材料的特殊結(jié)構(gòu)和特殊性能，使納米材料在化工生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用在以下幾方面。
3.1橡膠改性
炭黑納米粒子加入到橡膠中后可顯著提高橡膠的強(qiáng)度、耐磨性、抗老化性，這一技術(shù)早已在橡膠工業(yè)中運(yùn)用。
納米技術(shù)在制造彩色橡膠中也發(fā)揮了獨(dú)特的作用，過(guò)去的橡膠制品一般為黑色（納米級(jí)的炭黑較易得到）。若要制造彩色橡膠可選用白色納米級(jí)的粒子（如白炭黑）作補(bǔ)強(qiáng)劑，使用納米粒子級(jí)著色劑，此時(shí)橡膠制品的性能優(yōu)異。
3.2塑料改性
3.2.1對(duì)塑料增韌作用
納米粒子添加到塑料中，對(duì)增加塑料韌性有較大的作用。用納米級(jí)SiC/Si3N4粒子經(jīng)鈦酸酯處理后填充LDPE，當(dāng)添加量為5％時(shí)沖擊強(qiáng)度最大，缺口沖擊強(qiáng)度為55.7kj/m2，是純LDPE的2倍多；斷裂伸長(zhǎng)率到625 ％時(shí)仍未斷裂，為純LDPE的5倍。用納米級(jí)CaCO3，改性HDPE，當(dāng)納米級(jí)CaCO3含量為25％時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值，最大沖擊強(qiáng)度為純HDPE的1.7倍，斷裂伸長(zhǎng)率在CaCO3含量為16％時(shí)最大，約為660％超過(guò)純HDPE的值。
3.2.2塑料功能化
塑料在家用電器及日用品中的應(yīng)用非常廣泛，在塑料中添加具有抗菌性的納米粒子，可使塑料具有抗菌性，且其抗菌性保持持久。現(xiàn)已應(yīng)用此技術(shù)生產(chǎn)了抗菌冰箱，實(shí)際上就是在制造冰箱塑件時(shí)，使用的塑料原料中添加了某種納米粒子，利用該納米粒子的抗菌特性，使塑料具有抗菌殺菌的功能，國(guó)內(nèi)某公司采用該項(xiàng)技術(shù)率先開發(fā)出無(wú)菌塑料餐具、無(wú)菌塑料撲克等產(chǎn)品，受到市場(chǎng)的歡迎。
3.2.3通用塑料的工程化
通用塑料具有產(chǎn)量大、應(yīng)用廣、價(jià)格低等特點(diǎn)，但其性能不如工程塑料，而工程塑料雖性能優(yōu)越，但價(jià)格較高。在通用塑料中加入納米粒子能使其達(dá)到工程塑料的性能，用納米技術(shù)對(duì)通用聚丙烯進(jìn)行改性，其性能達(dá)到了尼龍6的性能指標(biāo)，而成本卻降低1／3。
3.3化學(xué)纖維改性
近年來(lái)出現(xiàn)了各種新型的功能性化學(xué)纖維，其中不少是應(yīng)用了納米技術(shù)，如日本帝人公司將納米ZnO和納米SiO2混入化學(xué)纖維， 得到具有除臭及靜化空氣功能的化學(xué)纖維，這種化學(xué)纖維被廣泛用于制造長(zhǎng)期臥床病人和醫(yī)院的消臭敷料、繃帶、睡衣等；日本倉(cāng)螺公司將納米ZnO加入到聚酯纖維中，制得了防紫外線纖維， 該纖維除了具有防紫外線功能外，還具有抗菌、消毒、除臭的功能。
3.4涂料改性
在各類涂料中添加納米材料，如納米TiO2，可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院和家庭內(nèi)墻涂飾?？芍圃斐龇雷贤饩€涂料，應(yīng)用于需要紫外線屏蔽的場(chǎng)所，例如涂在陽(yáng)傘的布料上，制成防紫外線陽(yáng)傘。還可以制造出吸波隱身涂料，用于隱形飛機(jī)、隱形軍艦等國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域及其他需要電磁波屏蔽場(chǎng)所的涂敷。在涂料中添加納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍提高，涂料的質(zhì)量和檔次大大升級(jí)，據(jù)稱，納米改性外墻涂料的耐洗刷性可由原來(lái)的1000多次提高到1萬(wàn)多次，老化時(shí)間延長(zhǎng)2倍多。納米ZnO 添加到汽車金屬閃光面漆中，可制造出汽車專用變色漆。
3.5在催化方面的應(yīng)用
催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒子作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。
3.6在其它精細(xì)化工方面的應(yīng)用
納米材料的優(yōu)越性無(wú)疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來(lái)福音，并顯示它的獨(dú)特畦力。如在橡膠中加入納米SiO 2 ，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。國(guó)外已將納米SiO 2 ，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。在有機(jī)玻璃中加入Al 2 O 3 ，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO 2 具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無(wú)毒無(wú)臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。納米SiO 2 能夠強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線，產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，具有除凈度高，無(wú)二次污染，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過(guò)濾，從而消除污染。
4結(jié)束語(yǔ)
