1,納米是幾何尺寸的度量單位,1納米=百萬分之壹毫米。
2.納米技術推動了技術革命。
3.納米技術制成的藥物可以堵塞毛細血管,“餓死”癌細胞。
4.如果在衛星上使用納米集成器件,衛星會更小,更容易發射。
5.納米技術是多科學的綜合,有些目標需要很長時間才能實現。
6.納米技術、信息科學技術和生命科學技術是當前科學發展的主流,它們的發展將使人類社會、生存環境和科學技術本身變得更好。
7.納米技術可以觀察患者體內癌細胞的病理變化和情況,以便醫生對癥下藥。納米級測量技術包括:納米級尺寸和位移的精密測量,納米級表面形貌測量。納米級測量技術主要有兩個發展方向。
壹種是光學幹涉測量法,利用光的幹涉條紋來提高測量的分辨率。其測量方法包括:雙頻激光幹涉法、光外差幹涉法、X射線幹涉法、F-P標準工具測量法等。它可用於長度和位移的精確測量,也可用於表面微觀形貌的測量。
第二種是掃描探針顯微測量技術(STM),其基本原理是基於量子力學的隧道效應。其原理是用非常尖銳的探頭(或類似方法)(探頭實際上並不與被測表面接觸)掃描被測表面,借助納米級的三維位移定位控制系統測量表面的三維微立體形貌。它主要用於測量表面的微觀形貌和尺寸。
利用這壹原理的測量方法包括掃描隧道顯微鏡(STM)和原子顯微鏡(AFM)。納米級加工是指具有納米級精度的加工技術。
因為原子間的距離是0.1-0.3nm,納米加工的本質是切斷原子間的成鍵,實現原子或分子的去除,而切斷原子間的成鍵所需的能量必須超過物質原子間的成鍵能,也就是種植的能量密度非常大。用傳統的切割和研磨方法加工納米級是相當困難的。到2008年,納米加工已經有了很大的突破。比如用電子束光刻(UGA技術)加工VLSI時,可以實現0.1μm線寬的加工;離子刻蝕可以去除微米級和納米級的表面材料;掃描隧道顯微鏡可以移除、扭曲、添加和重組單個原子。納米粒子的制備方法很多,可分為物理方法和化學方法。
納米技術制成的服裝
真空冷餵料法:通過真空蒸發、加熱、高頻感應使原料汽化或形成等顆粒,然後淬火。其特點是純度高,晶體結構好,程度可控,但對技術設備要求高。
物理粉碎法:通過機械粉碎、電火花爆炸等方法獲得納米顆粒。其特點是操作簡單,成本低,但晶體產品純度低,沿晶粒分布不均勻。
機械球磨法:采用球磨法,控制適當的條件,獲得純元素、合金或復合材料的納米顆粒。其特點是操作簡單,成本低,但產品純度低,顆粒分布不均勻。
氣相沈積法:通過金屬化合物蒸氣的化學反應合成納米材料。其特點是產品純度高,粒度分布窄。
沈澱法:在鹽溶液中加入沈澱劑反應後,對沈澱進行熱處理,得到納米材料。其特點是簡單易行,但純度低,粒徑大,適合於制備載體。水熱合成法:在高溫高壓的水溶液或蒸汽中合成,然後分離、熱處理得到納米顆粒。其特點是純度高,分散性好,拉伸強度容易控制。
溶膠-凝膠法:金屬化合物通過溶液、溶膠、凝膠固化,然後經過低溫熱處理生成納米顆粒。其特點是反應物種多,產物顆粒均勻,過程容易控制,適用於氧化物和11-VI化合物的制備。
Hui乳液法:二:不互溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液,在Hui泡沫中成核、團聚、凝聚、熱處理後得到納米粒子。其特征粒子具有良好的單分散性和界面,11-VI半導體納米粒子多采用該方法制備。
水熱合成——在水溶液或蒸汽等流體中高溫高壓下合成,然後經過分離和熱處理得到納米顆粒。其特點是純度高,分散性好,粒徑容易控制。自1991年Gleiter等人率先制備納米材料以來,經過10年的發展,納米材料取得了長足的進步。現在的納米材料種類繁多,分為金屬材料、納米陶瓷材料、納米半導體材料、納米復合材料、納米高分子材料等等。納米材料是超顆粒材料,被稱為“21世紀的新材料”,具有許多特殊的性質。
比如納米尺寸的金屬粉末燒結而成的材料,強度和硬度都比原來的金屬高很多,納米尺寸的金屬實際上已經從導體變成了絕緣體。壹般的陶瓷脆弱易碎。而納米粉體燒結的陶瓷不僅強度高,而且韌性好。納米材料的熔點會隨著超細粉體直徑的減小而降低。比如金的熔點是1064℃,但是10nm的金粉熔點降低到940℃,snm的金粉熔點降低到830℃,這樣就可以大大降低燒結溫度。納米陶瓷的燒結溫度遠低於原始陶瓷。納米催化劑被添加到汽油中。可以提高內燃機的效率。
加入固體燃料可以加速火箭。該藥物被制成納米粉末。可以註射到血管中,順利進入微血管。目前常規的影像技術只能檢測到組織中癌癥引起的可見變化,而此時已經有成千上萬的癌細胞生成並可能轉移。而且即使已經能看到腫瘤,由於腫瘤本身的類別(惡性或良性)和特點,還需要通過活檢來確定有效的治療方法。如果將癌細胞或癌前細胞以某種方式標記出來,就可以用傳統設備檢測出來,更有利於癌癥的診斷。
要達到這個目的,有兩個必要條件:壹種技術可以特異性識別癌細胞,並使識別出的癌細胞可見。納米技術可以滿足這兩點。例如,金屬氧化物的表面塗有抗體,該抗體可以特異性識別癌細胞表面上過表達的受體。由於金屬氧化物在磁共振成像(MRI)或計算機斷層掃描(CT)下會發出高對比度的信號,壹旦進入體內,這些金屬氧化物納米顆粒表面的抗體就會選擇性地與癌細胞結合,從而使檢測儀器能夠有效地識別癌細胞。同樣,金納米粒子也可以用於增強內窺鏡技術中的光散射。納米技術可以將識別癌癥類型和不同發展階段的分子標記可視化,這樣醫生就可以看到傳統成像技術無法檢測到的細胞和分子。
在與癌癥的鬥爭中,壹半的勝利是由於早期發現。納米技術使癌癥的診斷更早、更準確,並可用於治療監測。納米技術還可以增強甚至徹底革新組織和體液中生物標誌物的篩選。由於各種分子的表達和分布的差異,癌癥和癌癥之間以及癌細胞和正常細胞之間存在差異。隨著治療技術的發展,在確定治療方案時,需要同時檢測多種癌癥生物標誌物。納米粒子,如量子點,可以根據自身大小發出不同顏色的光,可以達到同時檢測多種標誌物的目的。塗有抗體的量子點發出的激發光信號可用於篩查某些類型的癌癥。不同顏色的量子點可以與各種癌癥生物標誌物抗體結合,便於腫瘤學家通過看到的光譜區分癌細胞和健康細胞。由於刻蝕技術在納米尺度上已經達到極限,組裝技術將成為納米技術的重要手段,受到人們的極大關註。
納米組裝技術是通過機械、物理、化學或生物方法將原子、分子或分子聚集體組裝起來,形成功能結構單元。組裝技術包括分子有序組裝技術、掃描探針原子、分子重定位技術和生物組裝技術。有序分子組裝是通過分子間的物理或化學相互作用,形成有序的二維或三維分子體系。目前分子有序組裝技術及其應用研究的最新進展主要是LB膜的研究和相關特性的發現。生物大分子的識別和組裝。蛋白質和核酸等生物活性大分子的組裝需要商密度取向,這對於制備高性能生物傳感器、開發生物分子器件和研究生物大分子之間的相互作用非常重要。在組裝lgG生物大分子的過程中,首次利用抗體活性片段的識別功能來組裝活性生物大分子。這壹重要進展在生物分子的定向組裝方面取得了新的突破。
除上述幾種組裝外,長鏈聚合物分子的有序組裝、橋聯自組裝技術以及有序分子膜的應用研究也取得了進展。納米加工技術還可以用於原子級別的材料加工,使加工技術進入更細致的深度。納米結構自組裝技術的發展將在納米機械、納米機電系統和納米生物學方面取得突破。
中國在納米技術領域的科學發現和產業化研究方面具有壹定優勢。美、日、德等現代國家處於國際第壹梯隊的前列。雖然近代中國已經建立了壹定數量的納米材料生產基地,但納米技術的開發和應用也如雨後春筍般湧現,並實現了初步產業化。要實現納米的大規模低成本工業化生產還有很多工作要做,只有依靠大量的資金和高科技投入才能獲得高額的利潤回報。納米生物學是在納米尺度上研究細胞內各種細胞器的結構和功能。研究細胞內、細胞與整個有機體之間物質、能量和信息的交換。納米生物學的研究主要集中在以下幾個方面。
DNA研究在形態觀察、特性研究和基因改造三個方面取得了很大進展。
大腦功能研究
工作的目標是找出人類記憶、思維、語言和學習的高級神經功能和人腦的信息處理功能。
仿生學研究
這是納米生物學的壹個熱點研究內容。現在已經取得了很多成績。這是納米技術的壹個有前途的部分。
世界上最小的馬達是生物馬達——鞭毛馬達。可以像螺旋槳壹樣旋轉帶動鞭毛旋轉。馬達通常由10多個蛋白質群體組成,其結構就像壹個人工馬達。它由定子、轉子、軸承和萬向節組成。它的直徑只有3nm,轉速可高達15r/min,可在1 μ s內完成右轉和左轉的切換..利用外加電場可以實現加速或減速。旋轉的動力來源是細菌中支撐馬達的膜內外氮氧離子的濃度差。實驗證明。細菌內外的電位差也能驅動鞭毛馬達。現代人正在探索設計壹種可以通過電位差控制的人造鞭毛電機驅動器。
日本三菱公司開發了壹種視網膜芯片,可以模擬人眼處理視覺圖像的功能。該芯片基於砷半導體。每個芯片包含4096個傳感元件。有望進壹步應用於機器人。
有人提議制造像環和棒壹樣的分子機器。將它們組裝成計算機的電路單元。單元尺寸只有Inm,可以組裝成超小型計算機,體積只有幾微米,可以達到和現代常用計算機壹樣的性能。
在納米結構自組裝復雜徽機電系統的制造中,壹個很大的問題是系統中各種部件的組裝。系統越先進越復雜,裝配問題就越難解決。蛋白質、DNA、細胞等。自然界中的各種生物都有極其復雜的結構。它們的生成和組裝是自動的。如果能夠了解和控制生物大分子的自組裝原理,人類對自然的認識和改造必然會上升到壹個全新的、更高的層次。