纳米数据(纳米喷雾消毒枪)

纳米级-

释放物质的奇异特性

纳米技术越来越受到科研界和工业界的关注。研究表明，自21世纪以来，全球960个最重大的研究方向中，有89%与纳米技术有关。纳米科学作为多学科交叉融合形成的前沿性、基础性、平台性科学，为物理、材料、化学、能源科学、生命科学、药理毒理、工程等七大基础学科提供了创新动力。，并成为人类最具创新性的科研领域之一和革命性工业制造技术的重要来源。

什么是纳米技术？首先，我们要了解纳米。纳米是长度单位。一纳米相当于原子大小的四倍，比单个细菌的长度小很多。科学家发现，在纳米尺度上，材料表现出与宏观尺度完全不同的物理、化学和生物特性。例如，低强度或易碎的合金将获得高强度和延展性，化学活性低的化合物将成为强有力的催化剂，不能被光激发的半导体将成为高效光源…简而言之，尺度的缩小使得纳米材料呈现出不同于宏观材料和单个孤立原子的奇特特性，仿佛具有“特殊功能”。

在这一科学发现的基础上，人类发展了纳米技术和纳米科技。纳米科学以0.1-100纳米尺度的物质为研究对象，探索其独特的物理、化学和生物性质及功能；纳米技术就是操纵这个空尺度的原子和分子来加工材料，制造具有特定功能的器件。科技革命提供了新的工具，深刻改变了人与自然的关系。纳米技术通过纳米尺度的精确操作，调控物质的性质，赋予纳米材料理想的力学、化学、电学、磁学、热学或光学性能，使得这些新型纳米材料广泛应用于传统和新兴的工业制造领域。

纳米材料—

提高生产和生活质量

纳米材料已广泛应用于工业制造领域。在传统的机械制造业中，纳米材料被用作机器零件的表面涂层或润滑剂，以减少磨损，延长机器的使用寿命。在航空航天空航天器制造业中，轻质高强的纳米结构合金是制造飞机机身、过滤、防振、防火部件的理想材料。在电子信息产业中，纳米技术的应用将有助于克服以强场效应和量子隧道效应为代表的物理限制，以及以功耗、散热和传输延迟为代表的技术限制，从而制造基于量子效应的新型纳米器件，推动高性价比制备技术的发展。在轻工领域，人们日常使用的防晒霜主要由纳米二氧化钛或氧化锌组成，而纳米纤维则用于制作防皱、防污、抗菌的衣服，以及网球拍、自行车等各种运动用品。

纳米技术作为一个跨学科领域，在生态文明建设、节能减排和低碳发展方面，可以显著促进替代能源的发展，提高能源利用效率。在石油化工领域，金属、氧化物、碳等化合物的纳米粒子是很好的催化剂，在石油炼制、生物燃料制造等领域有重要应用，可以显著提高燃料燃烧效率，降低污染和能耗。在清洁能源领域，纳米材料被用于研究和制造低成本固态太阳能电池、高性能可充电电池(包括超级电容器)、热电电池、燃料电池等。纳米储能材料和热电转换材料是新能源材料的主要发展方向，将在解决日益突出的能源问题中发挥重要作用。

纳米环境技术可以显著降低现有重污染源对环境的破坏，改善人类生存的环境质量，实现物质、水和空气体的良性循环。例如，纳米粒子可以有效降解印染、电镀等工业废水中的污染物。通过化学反应；纳米纤维可以高效吸附空气体中的污染物颗粒，缓解汽车尾气、工业废气、家庭装修等造成的空气污染。二硫化钼膜能高效淡化盐水；多孔纳米材料可以像海绵一样吸收水中的重金属、浮油等有毒物质。

纳米医学-

改善生活、健康和福祉。

纳米技术作为医药卫生科技成果转化的重点学科，在生物医学和药物生命科学中有着巨大的应用，对疾病的诊断和治疗有着深远的影响，具有重要的社会和经济前景。

到目前为止，纳米技术已经在生物医学领域取得了许多令人瞩目的成就和广阔的应用前景。纳米孔基因测序技术，利用电场驱动DNA单链通过膜上的纳米孔，记录纳米孔内产生的电流变化，从而识别单链上的基因编码序列。这项技术有望大大降低基因测序的成本和速度。与传统药物相比，纳米给药技术具有明显的优势。它能使药物突破化学、解剖和生理障碍，到达病变组织，增加药物在病灶内的聚集，减少对健康组织的损伤。例如，设计良好的纳米药物可以通过血管泄漏点渗透到癌组织中，并在靶位聚集，从而提高靶向癌症治疗的准确性。近年来，这一领域的一个突破性进展是纳米给药机器人的研发。这种新的智能给药系统将药物加载到编程和折叠的DNA中，并允许它们通过血液循环运输。一旦它到达目标肿瘤，DNA就会扩散并释放出一种可以导致血栓形成的蛋白质，癌细胞就会死亡。这项技术已经在老鼠身上进行了试验，对乳腺癌的治疗有积极作用，有望开创纳米医学的新领域。

面对突如其来的新冠肺炎疫情，中国科学家利用纳米技术帮助预防、检测和治疗新冠肺炎，在疫情防控中发挥了重要作用。

在医疗防护方面，采用静电纺丝技术制成的纳米直径聚合物长丝具有孔径小、纤维均匀性好的特点。用这种材料制成的纳米口罩在清洗100次后仍能保持99%以上的病毒过滤效果。这种材料还可以用来制作防护服、手套等医疗防护用品。纳米技术也用于病毒检测。目前，新冠肺炎的临床诊断主要依靠酶联免疫吸附法、化学发光法和纳米胶体金法。酶联免疫法和化学发光法可用于定量检测，但缺点是反应时间较长。与前两种检测方法相比，胶体金检测方法是一种实时检测方法。与前两种检测方法相比，具有见效快、检测场地不受限制、对操作人员专业要求低等优点，更适用于“后疫情期”。在治疗方面，传统的抗病毒药物稳定性差，生物利用度低，容易导致耐药。通过纳米制剂技术转化的抗病毒药物能有效提高药物的稳定性、靶向性和生物利用度。相信在不久的将来，纳米抗病毒药物将在防疫抗疫工作中发挥重要作用。

纳米科学技术已受到世界各国的重视，被视为引领科技发展、带动新工业革命的重要学科。进入21世纪，世界主要经济体纷纷制定纳米技术相关发展规划，不断加大投入，推动纳米技术快速发展。中国一直高度重视纳米技术研究和技术开发，已成为推动世界纳米技术发展的主要力量之一。纳米技术已广泛应用于我国信息技术、人工智能、量子技术、新能源、新材料、化学催化和绿色制造、大健康和新医药、类脑科学、深海、深空等领域。成为驱动我国科技创新和产业变革的新引擎，在经济社会发展和人民生活改善中发挥着越来越重要的作用。

我们要抓住前沿科技领域跨越式发展的历史机遇，一方面继续加强纳米科技领域的基础研究，争取更多的科学突破；一方面，它将加强纳米技术对产业技术的推动作用，构建纳米技术产业创新链，完善价值链，为经济社会发展提供强大动力，助推人类社会取得新的进步。

(作者是中国科学院院士、国家纳米科学中心主任)

制图:赵银茹

推荐读物:

1.《纳米科学与技术》系列，科学出版社出版。

2.“纳米”来了:脑洞大开的纳米技术”:任宏轩；由中国质量检验出版社和中国标准出版社出版。

3.DNA纳米技术-分子传感、计算和机器:范春海、刘东升主编；由科学出版社出版。

《人民日报》(2020年11月03日第20版)