Mechatronics 版 (精华区)

发信人: tigerking (蒙古骑士), 信区: Mechatronics
标  题: 纳 米 技 术 专 题（5）
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年11月15日21:14:46 星期四), 站内信件

五、纳米技术的未来发展
   提到纳米技术的发展会创造出常人难以想象出的结果，但科学家们已经根据目前的成
果对未来的发展进行了描绘。提到通过网络下载硬件成为可能 我们将不仅能够利用因特
网下载软件，还能下载硬件，也就是"物质将成为软件"。研究人员已经忙于研制体积只
有针头大小的计算机，这种纳米计算机的各个部件比现今用于在磁盘驱动器上装载信息
的物理结构小得多。从物理意义上再生产一些硬件下载产品所需要新的磁盘驱动器。一
种设想是用尖细的点束制造一种读写磁头，以某种方式刺激原子和分子。利用十年来在
扫描隧道电子显微镜及相关技术方面取得的试验研究成果，分别由斯坦福大学的卡尔文
·奎特和康奈尔大学的诺埃尔·麦克唐纳领导的两个科学家小组目前正在从事这方面的
研究。这种物质变软件的关键是纳米盒。这是一种把纳米制造技术与现今所谓的台式制
造方法相结合的未来复印机。如果你需要一部新的蜂窝电话，你可以通过网络购买一种
制作蜂窝电话的方法。它将告诉你插入一个塑料片，把导电分子注入 "色粉"盒中。纳米
盒将把塑料片来回移动，记下分子的型式，然后通过电子指引分子自行组装成电路和天
线。下一步是，纳米盒利用不同的"色粉"加上号码键、扬声器和麦克风，最后制造外壳
。提到超微型计算机普及 一旦掌握了制造体积不超过盐粒大小的计算机的技术，就会从
根本上处于一种新的形势。体积那么微小的计算机将非常便宜，因而随处都可使用计算
机。嵌在内衣里的计算机将告诉洗衣机应当用什么水温洗涤内衣；圆珠笔笔芯中的墨水
即将用完的时候，嵌在笔中的计算机将提醒你更换笔芯；嵌在鞋里的计算机将向汽车发
出信号，把主人走过来的信息通知汽车，让汽车调整好座位和反光镜并打开车门。提到
微型机器人的使用 体积微小的机器人能够操纵单个原子，成群的肉眼看不见的微型机器
人在地毯上或书架上爬行，把灰尘分解成原子，使原子复原成餐巾、肥皂或纳米计算机
等诸如此类的东西。迈特公司埃伦博根领导的研究人员取得的最新成果是设计出一种用
于组装纳米制造系统的微型机器人。在2020年以前不会出现这种精巧的小装置。目前设
计出的这种机器人的长度约为5毫米。但是，假设能利用纳米制造技术使这种机器人的体
积不断缩小，它最终的体积可能不会超过灰尘的微粒。提到DNA造出纳米镊子 如果有一
种超微型镊子，能够钳起分子或原子并对它们随意组合，制造纳米机械就容易多了。有
科学家在《自然》杂志上报告说，他们用DNA（脱氧核糖核酸）制造出了一种纳米级的镊
子。美国朗讯科技公司和英国牛津大学的科学家说，利用DNA基本元件碱基的配对机制，
可以用DNA为"燃料"控制这种镊子反复开合。研究人员设计出三条DNA链A、B和C，利用碱
基配对机制，使A的一半与B的一半结合，A的一半与C的一半结合。在A连接B与C的地方有
一个活动"枢钮"，这样就构成了一个可以开合的镊子，而其每条臂只有7纳米长。一般情
况下，镊子保持"开"的状态。由于这个镊子的开合需要在DNA链D和链E的作用下才能进行
，所以科学家将DNA称为这种镊子的"燃料"。这种镊子尚不能真正用于制造纳米机械，因
为目前还有许多问题需要研究，例如怎样用它钳住所需的分子或原子。提到皮米卫星 美
国最近正在用小卫星开展太空方面的科学实验。前不久，他们发射了一对被称为"迄今飞
入太空的最小的实用卫星"，其每颗重量仅为227克。美国科学家已将这种小卫星称之为
"皮米卫星"。他们介绍说，虽然这种人造成地球卫星非常微小，其面板只有卡片大小，
然而当它们以精确的排列方式飞入太空时，最终却可以完成各种各样的任务。如不久前
发射的这对"皮米1号"卫星，巳成功完成了对空间飞行器微型机电开关的测试。据悉，"
皮米2号"卫星将在今年晚些时候发射上天。此卫星将用来测试空间飞行器的微型陀螺仪
和微型推力器。提到人体健康实时监测和有效治疗 研究者提供了一个手提设备,能够用
于监视在人体细胞内健康和疾病分子的信号,即使在很小的飞船中也能实现。这得益于科
学家正致力于研究的一种微传感器，它能够进入人体细胞探测，甚至治疗癌症和其他疾
病，为未来地球上的病人和宇航员服务。美国已经投入了上亿的美元，研究分子水平上
癌症细胞的警报信号，假如这些微传感器能够进入人体细胞，找到疾病先期的化学信号
，他们能够在分子水平上杀灭癌细胞，减少诸如辐射，化疗等破坏性的治疗。这特别适
用于设计基因蓝图的那类疾病，因为基因蓝图创造蛋白质。正是这些蛋白质和基因蓝图
有信号，这些信号可能是健康的，或是预示着疾病。美国密歇根大学的生物纳米中心在
组织细胞上已经开始测试这样的设备，他们基于聚合物上大约比3纳米还小的称为dendr
imers的球体，能通过人体细胞的薄膜，并且能沉淀一种DNA使细胞生长迅速。一旦这种
技术成功，患病的细胞在一小块皮肤能发出光或分子信号，被小型的磁共振探测仪所探
知；糖尿病患者能监视血糖含量并自动调整；流血问题能促发药物释放来打开血的容器
。这将会改变人们的医生的接触方式。提到选择性药物传递 人们一直在寻找一种技术使
药物在需要它的地方定位和发挥药效，然而纳米技术的发展使这成为可能。最近美国的
科学家已经发明了携带药物的芯片，到达所需要的地方。选择性的药物传递是用纳米来
引导药物到目标组织。一种方法是将纳米尺寸的药微粒涂一层聚合物，如聚乙烯乙二醇
（PEG）。人们证明一定的聚乙烯乙二醇的表面特性能使微粒被特殊地引导，不仅到达器
官，如脾，肝，而且能到达诸如骨髓那样的骨髓，这个研究的方法将导致传统治疗过程
的改变。另一种方法是目标点放在用磁微粒来引导和定位药物，磁微粒也被考虑作为在
癌症治疗中的高热治疗。当这些微粒传送系统被送入癌细胞后，他们能被用作热物质，
然后用外部磁场来刺激体内热物质。结束语提到纳米技术是节能、低耗与技术密集型的
高技术，尽管全面实现其产业化尚有很长的路要走，但由于纳米材料从问世到现在时间
并不太长，研究纳米材料的设备和手段国内都已具备，我国完全可以抓住这一千载难逢
的历史机遇，赶上并超过国际先进水平。对于具体的研究工作，根据国外经验，其中很
重要的一点就是要由多学科的不同专业研究人员协作，才能适应纳米技术研究的需要，
实现新的突破。

--
※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: pe5.hit.edu.cn]