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标  题: 极细微尺度研究的关键技术、方法及相关理论
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Fri Jun  4 16:18:26 2004)

极细微尺度研究的关键技术、方法及相关理论
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    香山科学会议第96次学术讨论会于1998年6月9日至11日在香山举行。主题为“极细微

尺度研究的关键技术、方法及相关理论”。王大珩院士、陈芳允院士和陈瓞延教授为本次

会议执行主席。这次会议学科跨度大，涉及当前快速发展学科的前沿——极细微尺度的研

究，在信息纳米科学和生物医学两个重大方向引起了与会者的强烈共鸣。

    一、极细微尺度领域研究的回顾与展望

    清华大学陈瓞延教授作了“极细微尺度(单原子、分子直到纳米粒子)领域研究的回顾

与展望”的综述报告。他指出以原子和分子为单位的极细微领域的现象研究是比纳米科学

技术更深一层次的并与之衔接的基础性研究，且与21世纪科学技术——信息科学、新材料

科学、分子生物学和纳米科学等紧密相关，成为跨世纪高技术发展的重要基础。

    陈瓞延在报告中回顾了该领域研究的重大发展。他详细介绍了在12个方面典型的发展

成果：1．玻色一爱因斯坦凝聚(Bose Einstein Condensation，BEC)和单原子激光器(Sin

gle Atom Laser，SAL)；2．超低温冷冻和扑捉原子(激光冷阱)；3．单电子控制与室温单

gle Atom Laser，SAL)；2．超低温冷冻和扑捉原子(激光冷阱)；3．单电子控制与室温单

电子晶体管及分子导线；4．分子放大器(Molecular Amplifier)；5．室温条件布置、安放

单个分子和单个分子算盘；6．染色体原子结构的发现；7．活体细胞内的In Vivo Imagin

g—分子雷达(Mo1ecular Radar)；8．单个大分子的结构识别；9．DNA测序新技术取得突破

；10．一维纳米材料(一氧化硼纳米管、氮化镓纳米管等)研制成功；11．第一台量子计算

机问世；12．“分子路标”的发现，用于指示石油二次运移。他强调该领域研究(诸如单分

子电子学、精确模拟技术、贴紧探针技术、DNA的原子结构、活细胞内成像技术、计算分子

纳米技术、计算化学与物理、功能蛋白质系统的分子组装、量子功能器件、分子操纵技术

等)的重要战略意义和对信息科学、分子生物学、新材料科学的重大推动作用，指出应大力

发展分子生物信息学研究，重视该领域中的软件研究。

    清华大学李家明院士作了“原子分子测控科学与技术有关的理论问题”的评述报告。

他预期有关的理论将发挥重要的作用，如从原子、分子层次阐明物质的性质；以原子分子

为单元延拓到大块物质性质；对提出的问题和研究的目标，从理论上精确描述并可靠预言

。

    北京大学王义遒教授从激光与原子的机械作用力的原理出发介绍了激光冷却原子气体

和光学粘团、原子阱、玻色一爱因期坦凝聚以及类激光原子束等国际上的最新研究成果，

指出它们分别在生物细胞器和生物大分子、微米、纳米级显微操控、原子钟、精密物理常

数测量以及纳米微细加工等方面有诱人的应用前景。清华大学范守善教授介绍了碳纳米管

的发现、制备和表征，碳纳米管在纳米器件、半导体芯片、平面显示、显微镜功能探针、

储能材料和复合材料中的应用研究进展，以及利用碳纳米管制备新的一维纳米材料的方法

和发展前景。
和发展前景。

    复旦大学侯晓远教授介绍了多孔硅独特的光电性能，以及硅基光电子集成、多孔硅波

导结构、多孔硅多层结构微控、多孔硅光栅、多孔硅传感器和多孔硅激光的应用研究进展

，展示了纳米硅基材料与器件在光电领域的重要应用前景。

    中国科技大学朱清时院士讨论了单原子、分子操纵技术用于解决绿色化学问题的可能

，例如解开生物圈中碳循环的关键奥秘，弄清种类繁多的纤维类生物质(树木等)是如何自

我保护的，木素和半纤维素、纤维素在物理、化学上是如何联结的，解决这些问题将会为

人类打开一个丰富的粮食、能源和有机化学原料的宝库。

    北京大学吴全德院士在“由隧道结组成的纳米器件阵列”专题发言中指出，微电子器

件的进一步发展将是纳电子器件；二者在原理、材料和制备技术上都有本质不同。北京大

学刘忠范教授讨论了“针尖化学技术及其在信息纳米科学中的应用问题”。

    讨论中，陈芳允院士建议，在纳米电子层次应该从单电子角度来研究相关效应。王大

珩院士进一步指出，在集成度高时，单原子、分子、电子的量子效应产生，与原子能级结

构间的关联也应予考虑。医科院基础所张德昌教授和北京医科大学神经科学研究所王晓民

教授希望利用SPM技术在针尖上修饰配体或受体，进行生物分子医学的研究。中科院上海冶

金所沈鸿烈研究员认为采用SPM纳米刻蚀技术，将导致信息存储技术的迅猛发展。中科院大

连化物所解金春研究员以“半导体纳米晶体的光电特性和飞秒过程”为题讨论了半导体纳

米晶体由其尺寸带来的独特的量子特性。北京大学薛增泉教授认为，2010年将进入纳电子

时代，现在急切需要新的理论。需要解决的主要是功耗和德布洛意波(振幅和相位)两大问

时代，现在急切需要新的理论。需要解决的主要是功耗和德布洛意波(振幅和相位)两大问

题。中科院北京真空物理实验室庞世瑾教授认为，就人造原子级或纳米级结构的研究而言

，可以利用自组织方法，在固体表面构造成大面积的人工原子级结构，但是目前理论上尚

不清楚。北京航空航天大学何宇亮教授介绍了纳米硅薄膜的最新进展及其在量子功能器件

中的应用前景。陈芳允希望未来的纳电子技术，除在计算机、网络、器件上有应用外，在

无线电毫米波之上的波段研究、在THZ波传播的相关器件等方面也有应用；绿色化学对能源

有重要意义；另外高效的太阳能直接光电转化也有前景。极细微尺度研究还可能产生新的

生长点。

    二、生物医学相关领域极细微尺度研究的回顾与展望

    美国橡树岭国家实验室陈仲瑄教授作了“激光和质谱在分子生物医学中的新应用”的

评述报告。他指出，随着生物工程和遗传学的快速发展，医学的研究和进展要求从基本的

分子层次上了解生物组织的功能和医疗的原理。人们通过激光冷却和捕获单个原子，操控

细胞和微粒子，极大地推动了生物和医学研究的发展。他介绍了近年来他们利用MALDI研究

DNA的进展，首先是找到了较恰当的有机物来做matrix，其次是增加这些DNA离子的速度以

增加量度灵敏度。

    中日友好临床医学研究所庄逢源研究员指出，随着细微尺度研究新技术的出现，目前

新的医学成像超越了一般解剖学定义上的成像，而进入了组织和细胞的分子水平的成像，

能获得解剖意义上和功能意义上的三维图像。目前这种技术已经用于跟踪基因治疗试验中

的基因转移以及表达和确定动物自身蛋白质的分布等。国外学者将此称为“处于革命的边

缘”。
缘”。

    清华大学季梁教授和中国中医研究院刘德麟教授认为，将细微尺度探测技术引入生命

科学有非常灿烂的前景，特别是利用中药的活性分子群作为探针，对研究脑信息分子网络

的作用将会有独特之处，这在我国具有优势，也是对极细微尺度探测技术的挑战与机遇。



    中科院生物物理所沈恂研究员讨论了“高频辐射场对脑神经的生物效应”问题。他认

为，如细胞体内的分子极化，弱电离以及对代谢的影响等，很有必要从细微尺度的角度进

行研究。

    清华大学马万云教授和陈皓明教授讨论了“单分子探测与实时、原位显微成像技术”

，指出生命科学的发展已进入分子层次，活细胞内和分子层次上的研究技术手段发展迅速

。代表性的有近场加共焦扫描技术、多光子激发单分子探测，再结合三维图像重构技术，

以及综合前两种技术及原子显微镜、激光相干层析等多种技术为一体的科学实验室平台，

真正体现了生命科学和极细微尺度新技术的结合，产生了许多创新的成果。清华大学薛平

副教授介绍了医学成像技术的发展，新兴的激光相干层析成像(OCT)与半导体和超快激光技

术、超灵敏探测、精密控制和计算机图像处理技术相结合，使分辨率比以往成像高3个量级

，打开了医学研究的一个新的窗口，可能成为一个新的产业。

    中科院上海细胞生物学研究所钱若兰研究员介绍了利用扫描隧道显微镜(STM)观察蛋白

质和DNA作用后的三维构像，利用原子力显微镜（AFM)观察自然状态下的染色质纤维等问题

的研究进展。东南大学陆祖宏教授介绍了目前生物活性分子高灵敏度检测研究的概况。
的研究进展。东南大学陆祖宏教授介绍了目前生物活性分子高灵敏度检测研究的概况。


    三、确定国家发展目标，选准“切入口”，促进多学科整合研究

    陈芳允认为，纳电子技术的发展，要首先考虑纳电子研究和生物医学的研究，应分别

在存贮、放大、纳电子技术以及结合医学、育种、遗传等方向重点集中力量，进行强化的

基础性研究。师昌绪指出，应集中力量于信息纳电子科学和生命科学方面——明确讲就是

医学。王大珩和陈能宽认为，将生物医学、物理、化学结合起来，这是一个重要的发展方

向，但要注意选好结合的“切入口”。朱清时、张德昌、王晓民等进一步指出，中国最有

可能取得世界领先地位的高科技领域就是中医、中药。如何将中医、中药与现代化的研究

手段相结合是具有极重要意义的关键问题，还包含一些哲学的问题。

    庄逢源建议我国开展OCT(光学相干CT)研究，形成产业。陈瓞延指出，实现“分子雷达

一光学相干CT一体化系统(MR—OCT)”，是中国科学院首先提出的新概念。它的重要科学意

义是将分子生物(医)学研究层次“链”(即生物活体一器官一组织—细胞一亚细胞一基因一

分子、原子)衔接起来；人类将首次能直接形象地观察活体细胞内基本的生命过程——活细

胞内的(物质、能量和信息的)代谢过程、酶的工作方式和信息的传递过程；将原子分子层

次的探测与识别结合为一体；为分子生物信息学(包括分子网络)提供了有力的高科技手段

。陆祖宏进一步补充道，纳电子学和微电子学研究应接轨兼容；生物医学方面要重视基因

的研究；基因芯片和多孔硅超灵敏检测技术要进一步发展。

    解金春认为，对于纳电子和某些本质问题的研究，如超快时间分辨的研究、高激发态

    解金春认为，对于纳电子和某些本质问题的研究，如超快时间分辨的研究、高激发态

原子和分子与纳电子技术的互联等应予重视。中国科技大学侯建国教授补充道，解决单个

原子、分子的成份分析的问题，如测电子动量能量损失谱，在探尖上加上栅极等，这是个

“诺贝尔奖”量级的题目。李家明强调把探测、识别和控制联成一体，是今后的研究方向

；国家还应有一笔额外的经费，解决专利的国外申请问题，保护好我们自己的知识产权。



    范守善建议应有个指导委员会机构，拿到大的项目后，在宽松条件下运作，分到具体

承担者，题目可根据发展情况不断改进，鼓励创造性。陈仲瑄进一步补充道，题目都可以

不明确规定目标，太早定目标，风险大，要有相关机构以益于长期运作发展。师昌绪指出

，打破研究布局的分割局面，集中优秀的力量，建立指导委员会是非常必要的。指导委员

会的成员最好不是“运动员”，要“超脱”一些，以保证“指导”的客观性和科学性。王

大珩接着补充道，可参考台湾科技园的经验，在开发的阶段就开始培养人才，然后与产品

一起，将人才送出去，这也是人才交流。陈能宽指出，我国人才培养模式单一，对仪器使

用管理缺少专门化人才。

    彭桓武强调要重视理论问题。理论不完全是第一原理的，从实验的现象或归纳出的规

律性问题出发，就是很好的理论研究的前提和内容。极细微足度研究领域相关的理论物理

问题，应针对迅猛发展的信息时代的到来，以及紧随其后的分子生物医学的发展所提出的

要求开展研究工作。

    与会专家学者还就纳米科学中的一些提法作了讨论，这次会议认为随着微电子的发展

，下一代将进入纳电子时代。
，下一代将进入纳电子时代。

    大会主席王大珩院士在总结性发言中指出，这次会议引出了许多事关科教兴国和可持

续发展的问题。创新是很重要的，越来越多的交叉学科里面的问题，就是创新的重要发源

地。生物、医学、物理、化学多方面人员集思广益，发现问题，提出方向，这次会议对确

定长远发展的方向意义很大。世界上的几大问题，大到天文，小到原子、分子，最复杂的

问题还是生物问题和人。要做好这个工作就要成立指导委员会，作为一个联合性的组织，

要进行规划、协调，搞些开放性的研究课题。极细微足度(单原子分子直至纳米粒子)领域

的研究，尤其是纳电子和生命科学中的发展，关系到国家长远发展，是有所为的和可持续

发展的方向，要确定国家目标，纳入国家跨世纪重点研究发展规划。



    （香山科学会议 赵生才）










    参会人员名单：

    陈芳允 院士 国防科工委

    陈瓞延 教授 清华大学

    王大珩 院士 中科院高技术局

    薛 平 助教授 清华大学

    朱清时 院士 中国科技大学

    吴全德 院士 北京大学

    庄逢源 研究员 中日友好医院

    刘忠范 教授 北京大学

    马万云 教授 清华大学

    解金春 研究员 中科院大连化物所


    范守善 教授 清华大学

    陈玲燕 教授 同济大学

    侯晓远 教授 复旦大学

    钱若兰 研究员 中科院上海细胞所

    陈皓明 教授 清华大学

    陈仲瑄 教授 美国橡树岭国家重点实验室

    陆祖宏 教授 东南大学

    何宇亮 教授 北航理学院

    朱凤蓉 研究员 西北核技术研究所

    季 梁 研究员 清华大学

    沈鸿烈 研究员 中科院上海冶金所


    李衍达 院士 清华大学

    陈能宽 院士 国防科工委

    侯逸民 教授 中科院院刊

    王义遒 教授 北京大学

    薛增泉 教授 北京大学

    师昌绪 院士 国家自然科学基金委

    陈传宏 副司长 科技部社发司

    彭桓武 院士 中科院理论物理所

    沈 恂 研究员 中科院生物物理所

    王晓民 副所长 北京医科大学

    张德昌 教授 医科院基础所


    卢国琛 研究员 中科院安徽光机所

    庞世瑾 教授 中科院北京真空物理实验室

    李家明 院士 清华大学

    侯建国 教授 中国科技大学

    邵立勤 教授 科技部

    张 焘 教授 香山科学会议

    赵生才 高工 香山科学会议


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等到风景都看透
http://bbs1.nju.edu.cn/file/1.mp3





    庞世瑾 教授 中科院北京真空物理实验室

    李家明 院士 清华大学

    侯建国 教授 中国科技大学

    邵立勤 教授 科技部

    张 焘 教授 香山科学会议

    赵生才 高工 香山科学会议
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║★★★★★友谊第一  比赛第二★★★★★║
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