納米技術是一把雙刃劍？
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時間：2004-04-14 07:53:00
近日，美國化學學會在一份研究報告中指出：納米技術領域的重要原料———發(fā)現于1985年的碳巴基球———會對魚的大腦產生大范圍的破壞，這是研究人員首次找到納米微?？赡芙o水生物種造成毒副作用的證據，從而對人造納米材料可能帶來的健康和環(huán)境危害提出了質疑。此項研究在美國挑起了新一輪納米技術利弊之爭。
從上世紀90年代初起，納米科技得到迅速發(fā)展，目前已廣泛應用于電子光學、醫(yī)藥、生物半導體、信息通訊等領域。美國科學院已將信息、生物、納米作為科研三大支柱，我國在納米技術研究方面也處于世界領先地位。越來越多的國家開始增加在該領域研究的投資，并在這個孕育著巨大商機的領域中搶奪先機。
納米技術太神奇
納米材料與納米科技問世至今已有20多年的歷史了。1990年的一天，在美國麻省理工學院舉辦的科技展覽會開幕之前，當與會的科學家們進入展覽大廳時，忽然間被一個小東西所吸引———只見這個僅有跳蚤般大小的東西從眼前光滑的地板上一溜滑過去，科學家們在展覽會工作人員的協助下，才捉住這個不速之客———納米機器人。令人驚奇的是，就是這么個小不點兒，竟然五臟俱全：其“身體”由許多齒輪等零件、渦輪機和微型電腦組成，零部件小得竟如空氣中飄浮的塵埃，需要借助電子顯微鏡方可看清其真面目。就在這一年，美國成功地舉行了首屆納米科學技術大會，正式創(chuàng)辦《納米技術》雜志。這一切向全世界宣告：納米技術、納米機械誕生了!
納米是一個長度計量單位，是1米的10億分之一，大約是10個原子并列的寬度。納米科技就是一門以0.1—100納米這樣的尺寸為研究對象的前沿學科，它以空前的分辨率為人類揭示了一個可見的原子、分子世界，它的最終目標是直接以原子和分子來構造具有特定功能的產品。
當物質顆粒小到納米量級后，這種物質就被稱為納米材料。納米材料會表現出常規(guī)粗晶粒材料所不具備的差異特性和反常特性。比如，原本物質不可能具有的性能，小顆粒具有了；本來不導電的物質，導電了；本來不發(fā)光的，發(fā)光了；本來不具有磁性的，具有磁性了，變化是很神奇的。
科學家正是利用這種神奇的變化再結合自己的創(chuàng)造力，做出了很多非常有用的東西。比如，把氧化硅粉碎到納米狀態(tài)，再燒結成陶瓷，納米陶瓷是有塑性的，摔不碎，做餐具非常適合。添加了氧化鋅納米顆粒的防曬劑會變得更加輕薄透明柔滑。經過納米材料處理后的褲子，棉纖維表面會形成一層由數十億絨毛構成的氣墊，不僅抗皺而且防污。柯達公司開發(fā)了一種數碼相機，這種數碼相機的顯示屏更加明亮而且省電，因為這種顯示屏采用了一種基于碳的新型分子。
去年，納米研究成果更是層出不窮，其中最引人注目的是以色列研究人員利用生物的自組裝技術和碳納米管電子特性，首次在DNA上制造出納米晶體管，證明生物技術可以制造無機物器件。
現在，有越來越多的納米科技成果走進百姓生活。比如，一種在普通塑料樹脂中摻入了納米級稀土粉末的“轉光農膜”被用作蔬菜大篷的頂。有了這層透明屋頂，太陽光中的部分紫外線、紅綠光就能轉換成植物光合作用所需的紅光和藍光。多了些許能量，農作物自然長得又快又壯。還有一種“納米鼻”，能檢測出糖尿病人呼氣中特有的丙酮氣體。只要呼氣中含有百萬分之一的丙酮，“納米鼻”立刻會“報警”。可以設想，有了這個好幫手，糖尿病的早期診斷、大面積普查和家庭自檢就不成問題了。納米技術安全問題然而，在為納米研究熱潮喝彩的同時，納米物質應用的安全性也成為那些對納米研究持謹慎態(tài)度的研究人員所關注的問題。納米技術研究因此成為人類歷史上首次能夠在技術成熟并形成產業(yè)之前，就有機會清楚地了解其對環(huán)境和人類健康影響的一項新課題。
盡管對于納米材料安全性的研究還處在非常早期的階段，但納米研究已不斷遇到警示性“黃燈”。
據1月9日《自然》雜志網絡版介紹，美國紐約羅切斯特大學研究人員在實驗鼠身上完成的實驗顯示，直徑為35納米的碳納米粒子被老鼠呼吸進身體后，能夠迅速出現在大腦中處理嗅覺的區(qū)域即嗅球內，并不斷堆積起來。他們相信碳納米粒子是同“捕捉”香味并將信號傳送給嗅球的大腦細胞一道進入大腦的。
美國賴斯大學生物和環(huán)境納米技術中心主任維基·考爾文引用了兩條需要重視納米材料的理由：一是納米材料甚小，他們可能會進入人體中那些大顆粒材料所不能抵達的區(qū)域，如正常細胞；二是在納米量級，材料的性質會有不同的表現。目前研究人員還不知道如何將納米材料從人體中清除，也不知道它們會不會在人體中降解或堆積。
以魚為對象的研究已經初步顯示碳巴基球會損害脂細胞———腦部組織最普遍的形式。碳巴基球是人造納米材料，人們一直在研究其在高級電腦處理器、潤滑劑、燃料電池和藥物傳輸系統(tǒng)等方面的作用。但美國化學學會近日的一份研究報告指出，碳巴基球會對魚的大腦產生大范圍的破壞，會改變黑鱸魚幼苗的肝臟細胞的基因。
紐約羅切斯特大學的研究者還發(fā)現，大多數在含有直徑為20納米的“特氟龍”塑料(聚四氟乙烯)顆粒的空氣中生活15分鐘的實驗鼠會在隨后4小時內死亡，而暴露在含直徑120納米顆粒的空氣中的對照組則安然無恙。
是福是禍，10年以后回答你
在經濟發(fā)展日益全球化的今天，科技發(fā)展與我們每個人息息相關，我們每個人都有權利、有義務去了解科技發(fā)展的新動態(tài)，明白它們對于我們自身有什么利弊。然而，納米技術對環(huán)境和健康有沒有影響，到目前為止人們還是知之甚少。
一些激進的環(huán)保組織呼吁在各種新型納米材料對環(huán)境影響進行充分評估之前，不要把納米材料應用于商品。綠色和平組織還警告說，目前世界各國在實驗室中競相開發(fā)的各種納米材料，最終可能形成一系列難以生物降解的新型污染物。
應當說，綠色和平組織的擔憂并非全無道理。石油化工業(yè)的產品塑料以及塑料薄膜曾經被認為是能夠改善人類生活的新材料，而塑料制品對于環(huán)境的影響則是在塑料制品大規(guī)模生產并普及應用多年以后才被人類充分認識?，F在我們很難評估治理白色污染所需的代價。
很多科學家認為對納米材料環(huán)境影響的研究還剛起步，至少還要10年才能回答公眾“我們該怎么辦”的問題。中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心的郝鄭平研究員也持這樣的觀點。郝鄭平認為，現在關鍵是要對納米顆粒與環(huán)境，特別是生物系統(tǒng)相互作用的科學原理進行探討。這需要相當長的時間。著名學者方舟子博士也認為，“科學界在展望新技術的前景時，不要過分樂觀，設想得過于美好，要讓公眾了解到可能的障礙和問題?！笨磥?，樹立這樣的觀念是應該的：及早關注納米材料的環(huán)境影響，將對我們更加有利。
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市場潛力預測
專業(yè)機構預測，今后10年納米技術在電子工業(yè)中的應用規(guī)模將達到3000億美元。美國國家科學基金(NSF)預計到2015年時，納米技術在全球創(chuàng)造的價值將達10000億美元。2003年美國國會通過的預算方案決定在未來3年中投資23.6億美元，用于納米技術的研究與開發(fā)；歐盟在2002年至2006年間為納米技術研究撥款13億歐元。我國科技部也提出了2010年前我國納米科技的發(fā)展重點，近幾年來政府對納米科研的投入每年上升100%，社會投入達30億元人民幣。
在亞洲的研究機構
據美國《技術評論》雜志報道，目前在納米技術研發(fā)上居領先地位的亞洲研究機構有：中國科學院長春應用化學研究所，該所主要研發(fā)基于分子水平的生物分析和診斷用快速穩(wěn)定傳感器；日本東京NEC公司，該公司主要研發(fā)基于碳納米管的燃料電池；韓國先進科學技術研究所，該所主要研發(fā)探測有毒物質的傳感器和芯片；新加坡生物工程和納米技術研究所，該所主要研發(fā)生物傳感器，醫(yī)學移植器官和靈敏的診斷用生物芯片。
納米技術兩大瓶頸
一是怎樣采用有效的方法把材料由大顆粒粉碎到納米級的顆粒，目前雖有電弧法、等離子法等多種方法，但是效果不好。另一問題是，即使得到了納米級的顆粒，但在應用過程中顆粒是否還是以納米形式存在。因納米顆粒的表面有很強的活性，顆粒和顆粒之間很容易就黏結到了一起，變成了大顆粒，從而失去了納米的特性。這兩大問題制約著納米技術的發(fā)展，是關鍵所在，目前還沒有完全得到解決。
從上世紀90年代初起，納米科技得到迅速發(fā)展，目前已廣泛應用于電子光學、醫(yī)藥、生物半導體、信息通訊等領域。美國科學院已將信息、生物、納米作為科研三大支柱，我國在納米技術研究方面也處于世界領先地位。越來越多的國家開始增加在該領域研究的投資，并在這個孕育著巨大商機的領域中搶奪先機。
納米技術太神奇
納米材料與納米科技問世至今已有20多年的歷史了。1990年的一天，在美國麻省理工學院舉辦的科技展覽會開幕之前，當與會的科學家們進入展覽大廳時，忽然間被一個小東西所吸引———只見這個僅有跳蚤般大小的東西從眼前光滑的地板上一溜滑過去，科學家們在展覽會工作人員的協助下，才捉住這個不速之客———納米機器人。令人驚奇的是，就是這么個小不點兒，竟然五臟俱全：其“身體”由許多齒輪等零件、渦輪機和微型電腦組成，零部件小得竟如空氣中飄浮的塵埃，需要借助電子顯微鏡方可看清其真面目。就在這一年，美國成功地舉行了首屆納米科學技術大會，正式創(chuàng)辦《納米技術》雜志。這一切向全世界宣告：納米技術、納米機械誕生了!
納米是一個長度計量單位，是1米的10億分之一，大約是10個原子并列的寬度。納米科技就是一門以0.1—100納米這樣的尺寸為研究對象的前沿學科，它以空前的分辨率為人類揭示了一個可見的原子、分子世界，它的最終目標是直接以原子和分子來構造具有特定功能的產品。
當物質顆粒小到納米量級后，這種物質就被稱為納米材料。納米材料會表現出常規(guī)粗晶粒材料所不具備的差異特性和反常特性。比如，原本物質不可能具有的性能，小顆粒具有了；本來不導電的物質，導電了；本來不發(fā)光的，發(fā)光了；本來不具有磁性的，具有磁性了，變化是很神奇的。
科學家正是利用這種神奇的變化再結合自己的創(chuàng)造力，做出了很多非常有用的東西。比如，把氧化硅粉碎到納米狀態(tài)，再燒結成陶瓷，納米陶瓷是有塑性的，摔不碎，做餐具非常適合。添加了氧化鋅納米顆粒的防曬劑會變得更加輕薄透明柔滑。經過納米材料處理后的褲子，棉纖維表面會形成一層由數十億絨毛構成的氣墊，不僅抗皺而且防污。柯達公司開發(fā)了一種數碼相機，這種數碼相機的顯示屏更加明亮而且省電，因為這種顯示屏采用了一種基于碳的新型分子。
去年，納米研究成果更是層出不窮，其中最引人注目的是以色列研究人員利用生物的自組裝技術和碳納米管電子特性，首次在DNA上制造出納米晶體管，證明生物技術可以制造無機物器件。
現在，有越來越多的納米科技成果走進百姓生活。比如，一種在普通塑料樹脂中摻入了納米級稀土粉末的“轉光農膜”被用作蔬菜大篷的頂。有了這層透明屋頂，太陽光中的部分紫外線、紅綠光就能轉換成植物光合作用所需的紅光和藍光。多了些許能量，農作物自然長得又快又壯。還有一種“納米鼻”，能檢測出糖尿病人呼氣中特有的丙酮氣體。只要呼氣中含有百萬分之一的丙酮，“納米鼻”立刻會“報警”。可以設想，有了這個好幫手，糖尿病的早期診斷、大面積普查和家庭自檢就不成問題了。納米技術安全問題然而，在為納米研究熱潮喝彩的同時，納米物質應用的安全性也成為那些對納米研究持謹慎態(tài)度的研究人員所關注的問題。納米技術研究因此成為人類歷史上首次能夠在技術成熟并形成產業(yè)之前，就有機會清楚地了解其對環(huán)境和人類健康影響的一項新課題。
盡管對于納米材料安全性的研究還處在非常早期的階段，但納米研究已不斷遇到警示性“黃燈”。
據1月9日《自然》雜志網絡版介紹，美國紐約羅切斯特大學研究人員在實驗鼠身上完成的實驗顯示，直徑為35納米的碳納米粒子被老鼠呼吸進身體后，能夠迅速出現在大腦中處理嗅覺的區(qū)域即嗅球內，并不斷堆積起來。他們相信碳納米粒子是同“捕捉”香味并將信號傳送給嗅球的大腦細胞一道進入大腦的。
美國賴斯大學生物和環(huán)境納米技術中心主任維基·考爾文引用了兩條需要重視納米材料的理由：一是納米材料甚小，他們可能會進入人體中那些大顆粒材料所不能抵達的區(qū)域，如正常細胞；二是在納米量級，材料的性質會有不同的表現。目前研究人員還不知道如何將納米材料從人體中清除，也不知道它們會不會在人體中降解或堆積。
以魚為對象的研究已經初步顯示碳巴基球會損害脂細胞———腦部組織最普遍的形式。碳巴基球是人造納米材料，人們一直在研究其在高級電腦處理器、潤滑劑、燃料電池和藥物傳輸系統(tǒng)等方面的作用。但美國化學學會近日的一份研究報告指出，碳巴基球會對魚的大腦產生大范圍的破壞，會改變黑鱸魚幼苗的肝臟細胞的基因。
紐約羅切斯特大學的研究者還發(fā)現，大多數在含有直徑為20納米的“特氟龍”塑料(聚四氟乙烯)顆粒的空氣中生活15分鐘的實驗鼠會在隨后4小時內死亡，而暴露在含直徑120納米顆粒的空氣中的對照組則安然無恙。
是福是禍，10年以后回答你
在經濟發(fā)展日益全球化的今天，科技發(fā)展與我們每個人息息相關，我們每個人都有權利、有義務去了解科技發(fā)展的新動態(tài)，明白它們對于我們自身有什么利弊。然而，納米技術對環(huán)境和健康有沒有影響，到目前為止人們還是知之甚少。
一些激進的環(huán)保組織呼吁在各種新型納米材料對環(huán)境影響進行充分評估之前，不要把納米材料應用于商品。綠色和平組織還警告說，目前世界各國在實驗室中競相開發(fā)的各種納米材料，最終可能形成一系列難以生物降解的新型污染物。
應當說，綠色和平組織的擔憂并非全無道理。石油化工業(yè)的產品塑料以及塑料薄膜曾經被認為是能夠改善人類生活的新材料，而塑料制品對于環(huán)境的影響則是在塑料制品大規(guī)模生產并普及應用多年以后才被人類充分認識?，F在我們很難評估治理白色污染所需的代價。
很多科學家認為對納米材料環(huán)境影響的研究還剛起步，至少還要10年才能回答公眾“我們該怎么辦”的問題。中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心的郝鄭平研究員也持這樣的觀點。郝鄭平認為，現在關鍵是要對納米顆粒與環(huán)境，特別是生物系統(tǒng)相互作用的科學原理進行探討。這需要相當長的時間。著名學者方舟子博士也認為，“科學界在展望新技術的前景時，不要過分樂觀，設想得過于美好，要讓公眾了解到可能的障礙和問題?！笨磥?，樹立這樣的觀念是應該的：及早關注納米材料的環(huán)境影響，將對我們更加有利。
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市場潛力預測
專業(yè)機構預測，今后10年納米技術在電子工業(yè)中的應用規(guī)模將達到3000億美元。美國國家科學基金(NSF)預計到2015年時，納米技術在全球創(chuàng)造的價值將達10000億美元。2003年美國國會通過的預算方案決定在未來3年中投資23.6億美元，用于納米技術的研究與開發(fā)；歐盟在2002年至2006年間為納米技術研究撥款13億歐元。我國科技部也提出了2010年前我國納米科技的發(fā)展重點，近幾年來政府對納米科研的投入每年上升100%，社會投入達30億元人民幣。
在亞洲的研究機構
據美國《技術評論》雜志報道，目前在納米技術研發(fā)上居領先地位的亞洲研究機構有：中國科學院長春應用化學研究所，該所主要研發(fā)基于分子水平的生物分析和診斷用快速穩(wěn)定傳感器；日本東京NEC公司，該公司主要研發(fā)基于碳納米管的燃料電池；韓國先進科學技術研究所，該所主要研發(fā)探測有毒物質的傳感器和芯片；新加坡生物工程和納米技術研究所，該所主要研發(fā)生物傳感器，醫(yī)學移植器官和靈敏的診斷用生物芯片。
納米技術兩大瓶頸
一是怎樣采用有效的方法把材料由大顆粒粉碎到納米級的顆粒，目前雖有電弧法、等離子法等多種方法，但是效果不好。另一問題是，即使得到了納米級的顆粒，但在應用過程中顆粒是否還是以納米形式存在。因納米顆粒的表面有很強的活性，顆粒和顆粒之間很容易就黏結到了一起，變成了大顆粒，從而失去了納米的特性。這兩大問題制約著納米技術的發(fā)展，是關鍵所在，目前還沒有完全得到解決。
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