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第14章 纳米材料:小尺寸中的大世界(6)

7.纳米生物材料及医药材料

21世纪人类医药学进入了纳米保健时代,纳米技术将使基因组、动物克隆、人造细胞、人造器官和攻克癌症顽疾等多个医药领域获得突破。近年来出现的纳米生物及医药材料五花八门、品种繁多、作用神奇、令人振奋。其中包括:采用基因控制及转移技术攻克遗传病;纳米机器人进入血管和心脏修补人体器官;“纳米生物导弹”可有识别地杀灭癌细胞,改变现有放疗、化疗“好人、坏人统统杀光”的缺陷;提取睡眠肽(S因子),可诱发人体进入睡眠状态以治疗失眠顽症;采用叠氮化物实现体内微爆破手术治疗结石,免除开刀痛苦;中药加工至纳米级微粒,可使理化性质和疗效发生惊人变化,具有极强靶向作用;生物芯片集成为密集分子微阵列,能在极短时间内进行大量生物成分分析,快速、准确提取生物信息,革命性地改革传统检测手段;对微生物、病毒结构与功能及其与宿主相互关系的研究,引发了分子生物学的发展与革命;无机纳米抗菌粉体对于细菌、真菌、病毒、酵母、霉菌、藻类都具有极强杀伤能力;具有磁化和去磁功能的高分子纳米磁球,可通过共聚、表面改性等手段使表面具有多种反应性功能基团,在外磁场作用下进行细胞分离,检测细胞肿瘤特异性抗原,从而对癌症作出精确的早期诊断;用复晶硅制成的微型马达,其齿轮大小近于一个细胞,注射人体内可运输和消除垃圾,消灭细菌。

所谓“生物技术药物”是指采用纳米技术利用重组的NNA技术,将生物体内基因在细菌、酵母、动物细胞中大量表达而生产的新型药物,如促红素(EPO)、人体胰岛素、干扰素、神经节脂氨、重组DNA酶等,一般不致使细菌产生耐药性,已成为抗生素的最好替代品。

8.纳米材料走进衣食住行

纳米材料如今再也不只是一个纯粹的技术术语,它已随着高新科技走进了老百姓的衣、食、住、行,无孔不入地渗透到人类生活的第二自然世界——人造物质世界。大自然的物质固然极其丰富,但人类生活尚需要更多自然界不存在或天然不可再生的新物质和新材料,比如制造电脑、光纤和太阳能电池需要的超高纯硅,纯度高达6~9个9,即99.9999%~99.9999999%;100%可降解的无污染塑料餐具;吸湿、防寒、耐热纤维和自清洁、自修补智能衣料等,纳米材料便可在其中施展其无所不能的魅力了。

比如,纳米计算机程控灵巧(Smart)纺织材料具有很多别开生面的奇妙特性,为人们的衣着带来很多意想不到的方便。其基本原理是用一种特制的“螺丝”将尺寸微细的多孔单元连接成为面料,用纳米马达通过计算机控制“螺丝”的松紧来调节微孔间隙,根据使用者的需要改变织物形状,并且十分贴身舒适,像皮肤般活动自如,还可不定期地采用特制的“微泵”,通过灵活的微管将冷却或受热介质输送至服装所需部位,并采用“螺旋桨”以孔的形式排列在只允许特定分子(为水分子)通过的半渗透膜中,用以调节湿度的保存或水分的蒸发程度。尚可采用类似螨虫的智能化装置定期将污物传送至收集器,并采用上述分子选择性薄膜,将水分子输送至一侧进行冲刷、清洗。检测器则可通过对应的记录,检测出材料的不连续性,再将智能化操作单元运送到需要修补之处,将破损处自动编织成形。

纳米科技引入饮食,能从根本上改变人们的饮食习惯。例如,属于原生生物界的微生物,大多数是对人类无害的,因此可以利用它加工促进健康的微生物食品,它具有为人体吸收的多种元素,并且美味可口,如“微生物面包”、“微生物饮料”、“微生物海鲜”等等。微生物青菜则是一种通过光合作用和细胞重组技术合成的,貌似青菜的无根人造食品,由细胞和纤维素、叶绿素人工培养形成。此外还有转基因食品,虽然是一种全新的食物结构,但丝毫不会影响身体健康,还能提高食欲。

陶瓷材料在通常情况下呈现脆性的缺点一直是美中不足,纳米陶瓷则由于其晶粒为纳米结构,具有特别大的比界面率,界面中原子排列相当杂乱,在承受冲击力时纳米粒子容易迁移,从而呈现良好的韧性和延展性,于是杯碗便不愁会被轻易摔碎。中科院化学所江雷教授首次提出的“超双亲性二元协同界面材料”技术可使材料表面既亲油又亲水,而“超双疏界面材料”技术则使表面既疏油又疏水。从而使玻璃幕墙、玻璃窗镜、瓷砖等可以自行清洁,眼镜、汽车挡风玻璃等自动防雾、防霜。“纳米水泥”则是一种使用微生物合成的纳米高分子材料,具有很高的黏合作用,可用来黏合砖块、钢筋和玻璃;而当与另一种特殊纳米融合材料作用后,又轻易将黏合剂化解,在建筑工业中很有发展前景。

最近科学家还提出了纳米微生物材料建筑高速公路的设想,即根据微生物生长和合成理论,使之在一定条件下大量生长和死亡,其“尸体”则是一种比石头更硬的物质,可用于代替水泥和沥青制作高速公路路面,既经久耐用,又可大量节约材料和能源。

据报道,2010年还将会出现由纳米材料制成的第四代薄如纸片的大屏幕液晶显示屏。具有高清晰度、无辐射、低耗电等特点。宏观的大自然存在着许多优美悦耳的声音和旋律,如鸟鸣水流、人歌乐奏等,在微观的纳米世界,分子和原子的运动何尝不会有另一番奇妙的旋律和音响呢?当我们用纳米录音装置将其录制并合成放大,呈现在人们耳畔的也许就是一曲令人振奋的纳米交响乐章!DNA纳米条码可将具有特殊信息的DNA纳米粒子嵌入产品,识别时使粒子分离并浓缩,再通过DNA解码机解读。纳米天线将电视信号加载到光纤传输的激光束中,接收终端由一系列碳纳米管构成,每个纳米管相当于一个高速二极管,从而将信号解调。这样,更清晰、更动人的纳米图像将会给人们显现出一幅多么美妙的画面啊!

9.纳米武器与未来战争

如果说传统的观点是“以大制小”的话,那么,未来战争将会出现一个“以小制大”的局面。今后如果还存在战争,将会进入“第四代”模式,即是一场智慧战争、科技战争、微型战争和绿色战争。纳米武器将会成为未来战争中的一个“新兵种”或“新军团”。

人们总结和预测未来战争的十大武器是:太阳能与粒子束武器、芯片武器、纳米武器、智能武器、隐身武器、基因武器、失能武器、攻心武器和绿色武器。其中很多都与纳米材料密切相关。

微观粒子武器包括高电源粒子产生装置、加速器和磁透镜,具有快速、高能、灵活、干净、全天候,可在极短时间摧毁目标的特点。芯片武器则在计算机中央处理器芯片上做手脚,具有隐蔽性、信息化、软杀伤的特点,可避免人员的重大伤亡。如在海湾战争中,美国“神斧”巡洋舰上安装的微波发生器,便曾干涉、破坏了伊军的C31指挥系统。纳米武器运用纳米微机电装置,具有重组性、再生性、低成本,便于大量使用,比如“蚊子导弹”、“苍蝇飞机”、“间谍草”、“沙砾座探”、“蚂蚁士兵”、“带刺黄蜂”等等,它们往往体积很小、活动自如,可以侦察情报、处理信息,具有通信能力,还可自动定位、移动、越过障碍物,并能携带高能量导弹,足以销毁火炮、坦克,甚至飞机,且常常被大量使用,甚至可于每平方厘米安置5000个单体,如蛰伏于敌司令部、地下工事、驻军门窗,将防不胜防。失能武器也称非致命武器,专门干扰破坏武器装备、机动工具、C31系统,如使装甲脆化、武器变质、轮胎软化等,人员则往往在短时间内肌肉僵直、失去理智,但不至死亡。攻心武器为机电一体化电化学系统,如采用强电磁脉冲或超声波、次声波流扰乱人的神经系统,使人体机能暂时紊乱。绿色武器也称“外科手术式打击”,即采用精确制导、红外成像、毫米波景象匹配等技术高精度自动识别目标,不致导致误伤,并采用钨弹头代替污染严重的铅弹头等,据报道,美国阿连特公司已生产出34亿发钨弹头枪弹。