納米是非常小的長度單位，只有“十億分之一米”，相當(dāng)于人類頭發(fā)絲直徑的萬分之一。日常生活中的很多物品、商品早就帶上了“納米”二字。不過，從納米能量杯到納米內(nèi)褲，從手機(jī)的7nm芯片到科幻電影中的納米戰(zhàn)甲，再到現(xiàn)實(shí)世界的納米機(jī)器人，到底哪些才真正蘊(yùn)含著納米科技？

未來，納米機(jī)器人能進(jìn)入體內(nèi)給我們治病嗎？幾納米的芯片能裝下些什么？納米戰(zhàn)甲只是科幻編劇的萬能道具嗎？納米這么“小”，怎么有那么多作用？一個長度單位又為何能成為一門學(xué)問？

中國科協(xié)青少年科技中心、中國之聲、央視頻聯(lián)合推出全媒體科普欄目——大師課堂《科學(xué)家講科學(xué)》。20位院士名家暢談熱點(diǎn)事件，為公眾科普答疑。

本期中國科學(xué)院院士、國家納米科學(xué)中心主任趙宇亮與您一同進(jìn)入神奇的納米世界。

是時候展示真正的納米技術(shù)了！

20世紀(jì)80年代，人類通過掃描隧道顯微鏡，第一次正式開啟了對納米尺度世界的科學(xué)觀測與研究。

它有多??？

1納米是10的負(fù)9次方米。如果把直徑為1納米的小球放在乒乓球上，差不多就相當(dāng)于是把一個乒乓球放在了地球上。

納米技術(shù)研究的尺寸對象一般在1納米到100納米之間，“但在具體的研究中也不局限在這個尺度范圍，主要看納米尺度結(jié)構(gòu)或納米物質(zhì)是否出現(xiàn)新奇的物理特性、化學(xué)特性、生物學(xué)特性或醫(yī)學(xué)功能等”，趙宇亮解釋說。

納米世界能有什么新奇呢？

一些金屬氧化物通常情況下沒有磁性，但在20納米尺度以下就會表現(xiàn)出順磁性。金的熔點(diǎn)一般為1064度，但到了1-2納米，在室溫就會融化。微粒的尺度不一樣，性能會天差地別，這就是納米尺寸效應(yīng)。

趙宇亮表示，物質(zhì)世界從無功能到有功能的過渡臨界，發(fā)生在納米尺度，同時，生命世界從非生命到有生命的過渡臨界，也發(fā)生在納米尺度：“所以，要調(diào)控物質(zhì)世界，比如，獲取物質(zhì)的新功能，從調(diào)控納米尺度上的結(jié)構(gòu)入手最有效。因?yàn)椋瑢?dǎo)致物質(zhì)宏觀功能的源頭在這里?！?/p>

目前，全世界有60多個國家專門成立了國家層面的國家納米研究計(jì)劃。我國也不例外。我國納米科技研究起源于20世紀(jì)80年代后期。趙宇亮認(rèn)為：“目前，在納米科技的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，中國是全球最活躍也是最有影響力的國家之一?！?/p>

從納米內(nèi)褲到納米戰(zhàn)甲，

納米到底能干嗎？

有人可能覺得，納米有什么可稀奇，自己老早就穿上了納米內(nèi)褲，墊上了納米鞋墊。曾經(jīng)，一些不良商家想蹭“納米”熱度，將其作為營銷噱頭，出現(xiàn)了很多名字帶“納米”二字，卻和納米毫無關(guān)系的商品。甚至，有消費(fèi)者因此認(rèn)為納米科技就是騙局。

趙宇亮指出，大約二十年前，出現(xiàn)了五花八門的納米產(chǎn)品，但是，其實(shí)那時納米技術(shù)尚未大規(guī)模應(yīng)用。如今，納米技術(shù)真的已經(jīng)應(yīng)用到很多方面、很多產(chǎn)品中，“納米”二字反倒不再被用來標(biāo)榜自己。

在一部已經(jīng)快成了“人體新器官”的智能手機(jī)中，有一百多個零部件都是納米技術(shù)和納米材料的產(chǎn)品。手機(jī)里面的計(jì)算芯片是用人類迄今最為精細(xì)的微納加工技術(shù)制造出來的。因此，5nm芯片每平方毫米的面積上就裝有大約1.5億個左右的晶體管，2nm芯片的晶體管密度大約是5nm芯片的2倍。一顆比人類指甲稍大的芯片里面裝有上百億個晶體管，比地球人口數(shù)量還多。

“當(dāng)它大規(guī)模使用的時候，人們可能就不再拿它做噱頭”，趙宇亮相信，納米技術(shù)一定會改善，也正在改變我們的生活，尤其是，當(dāng)人類跨入智能社會，納米技術(shù)應(yīng)該是無處不在的。

不掌握納米技術(shù)卻熟練運(yùn)用納米概念的還有一些科幻電影編劇。

他們筆下的納米戰(zhàn)甲能在需要時迅速釋放覆蓋全身，必要時也可在局部集中形成“盾牌”、“鐵錘”。這個萬能道具，它能成真嗎？

對此，趙宇亮認(rèn)為，科幻有一定科學(xué)依據(jù)但不是科學(xué)，它給人類帶來天馬行空的想法，能夠成為技術(shù)變革的推動力之一：“在某種意義上來看，它有一定道理。比如，我們現(xiàn)在做的隨時間變化的材料?！钡?，從科幻到現(xiàn)實(shí)科技，還需要有很多的、基礎(chǔ)的研究和技術(shù)的開發(fā)。

“不敢說將來不會有，但可以肯定的是，在近期內(nèi)不會有。不過，這并不意味著將來不可能擁有”，趙宇亮說。

納米機(jī)器人能治病？

納米科技在原子、分子尺度上，研究物質(zhì)的特性和相互作用，對物質(zhì)進(jìn)行精確加工和原子制造，能夠?qū)ι】岛图膊∵^程進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。

到目前為止，疾病的診斷和治療是建立在分子間反應(yīng)基礎(chǔ)上的，人們吃的藥物叫分子藥物。而納米藥物則是單一分子聚集到一起形成一個顆粒，也可以叫顆粒藥物。這個顆粒有一個表面，可以在表面裝上很多不同的藥物，然后，可以控制它，讓其一層一層地往外釋放。

而把納米顆粒作為治療藥物的載體，則可以讓它在人體內(nèi)輸送藥物，而且是像快遞員一樣，定點(diǎn)遞送。

除了精準(zhǔn)送藥的“快遞員”，未來，納米機(jī)器人也可能進(jìn)入人體，來給人們看病。它是能對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”集合形成的系統(tǒng)。這個“機(jī)器人”和通常的機(jī)器人形象有著很大差別。一根納米棒、納米管就可以是一個納米機(jī)器人。

未來，人們有望利用自組裝納米機(jī)器人通過血管直達(dá)病灶，進(jìn)行疾病治療以及自我修復(fù)，比如，消除體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞，進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)等。

看不見的納米世界安全嗎？

納米這么小，肉眼無法察覺，進(jìn)入人體內(nèi)，它安全嗎？

其實(shí)，納米顆粒物并不只是如今納米技術(shù)的產(chǎn)物。汽車尾氣、燃燒過程等都會產(chǎn)生大量納米粒子。趙宇亮介紹，據(jù)估算，在大街上行走的人，每小時通過呼吸空氣吸進(jìn)的納米粒子大約有1億個。

有關(guān)納米材料的生物效應(yīng)與毒性的研究數(shù)據(jù)目前還很少。初步的實(shí)驗(yàn)證據(jù)提示，即使化學(xué)成分相同的物質(zhì)，它的微米顆粒與納米顆粒也可能具有不同的生物效應(yīng)，這些生物效應(yīng)，可能有益也可能有害，大量未知問題仍需研究。比如，研究人員發(fā)現(xiàn)，納米顆粒進(jìn)入人體后，人體內(nèi)的蛋白會自動將其包裹起來，因此，它不會被身體當(dāng)做外來異物，具有了隱身效應(yīng)?！皶粫a(chǎn)生長期的毒性？這個事情現(xiàn)在正在研究，目前，還沒有定論”，趙宇亮介紹。

納米機(jī)器人又會不會在我們的身體中“失聯(lián)”，從而對人體產(chǎn)生副作用或刺激性傷害？目前，研究人員傾向于用身體內(nèi)部的材料來制作納米機(jī)器人，這樣便能夠被人體分解掉，可能不會產(chǎn)生太大的負(fù)面效應(yīng)。

不過，趙宇亮也坦言，目前，相關(guān)研究時間較短，知識積累和技術(shù)積累還不是很多：“至少現(xiàn)在還不好說將來它會怎么樣。但是，有一點(diǎn)是肯定的，如果要將其用到臨床或人體內(nèi)，相關(guān)問題肯定要做系統(tǒng)研究，有系統(tǒng)方法。”有關(guān)納米材料的安全性，現(xiàn)在已形成“納米毒理學(xué)”，很多科學(xué)家在研究怎樣能夠安全使用納米材料。

原標(biāo)題：《弘揚(yáng)科學(xué)家精神｜趙宇亮院士：納米科技如何改變我們的生活》

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