纳米科技：走出实验室

    小小的纳米自“诞生”以来就在世界范围内掀起了“轩然大波”。如今，纳米已从当年被大肆炒作的概念转为“实质性的科学与工程成就”；纳米技术被认为是革命性的科技领域，它所带动的技术革命及其对人类的影响，远远超过电子技术。

    如果说在过去的十多年里，纳米科技发展的主要动力是在好奇心驱使之下的科学发现，那么如今，纳米科技发展已步入一个新的阶段，它将彻底走出实验室，变身为大众身边的消费品；分析家们预测，在商业应用的驱动之下，纳米科技将带来更激动人心的科学发现和经济成就，从而带动新的技术及产业。事实上，在纳米科技领先世界的美国，今年上半年已明确提出，快速推进商业化是其纳米科技发展的主攻方向。

纳米科技崭露头角

    纳米（nanometer）原意是一种长度单位，1纳米等于十亿分之一米，大约相当于头发粗细的八万分之一。纳米的确微乎其微，然而纳米构建的世界却是神奇而宏大的。纳米科技是20世纪90年代初迅速发展起来的新兴科技，其最终目标是人类按照自己的意愿直接在纳米尺度内操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。当前纳米技术的研究和应用主要在材料、微电子、计算机技术、医疗、航天航空、能源、生物技术和农业等方面。

    从20世纪末开始，纳米技术就逐渐吸引了公众的注意力；科学家也普遍认为，纳米科技是物理、化学、材料科学、信息等领域科技发展的新方向。许多国家把纳米技术作为前瞻性、战略性、基础性、应用性重点研究领域，投入大量的人力、物力和财力，这其中尤以美国为最。

    美国第一个国家纳米技术计划（NNI）发布于2000年，提出了美国政府发展纳米科技的战略目标和具体战略部署，标志着美国进入全面推进纳米科技发展的新阶段。这是美国联邦政府机构间跨部门的一项系统计划，旨在协调美国纳米技术的整体研发，增强整个美国在纳米科技研究方面的合作力度，确保美国在纳米技术、工程技术方面的世界领先地位。NNI在第一年就得到了4.64亿美元的拨款，此后，其年度预算稳步扩大，如今已达到约17亿美元，使美国在纳米技术方面的年度政府投入水平远高于其他国家。在2013年的预算中，美国联邦政府将这一数字提高到了18亿美元。自2001年以来，美国联邦政府已经向NNI投入160多亿美元。

    在纳米计划的促进下，美国各地创建了70多个与纳米技术研究有关的学院和管理中心，促进了物理、生物医学和社会科学家之间新的跨学科合作，形成了一个投资者、分析家和创业公司共同致力于将实验室成果商业化的整体系统。

    在美国的带动下，全世界有约60个国家加入了纳米技术研发的队伍，并取得了不小的成果。然而，当前的许多应用还停留在相对简单和“被动”的阶段，纳米结构被作为元件来增强或改善产品性能，比如在产品中加入纳米涂层和颗粒；近年来，更为复杂的具备“主动”纳米结构及装置的产品问世了，比如分子诊断仪器，以及纳米药物或疗法。纳米生物和纳米医学成为“最激动人心和增长最快的领域”，一些先进的医药比如紫杉醇纳米制剂已经实现商业化，在治疗不同类型的癌症方面取得了显著进展。第一批医疗诊断工具系统如今已在世界各地应用，能够帮助医生快速诊断疾病。仅在美国，目前已有超过50种基于纳米技术的癌症新药在进行临床试验。此外，纳米技术已经渗透到几大关键产业中。美国石油及化工产业中30%-40%的产品使用含有纳米结构的催化剂，全球市场30%以及美国市场60%的半导体具备纳米结构特征。

    应美国国家科学基金会的请求，世界技术评估中心不久前在全球范围内展开了旨在了解纳米技术的进展以及未来发展方向的调查，来自35个国家的200名顶级的科学家参加了这项工作。报告显示纳米技术是未来最具竞争力的研究领域之一，全球范围内基于纳米技术的产品市值已超过2500亿美元。

商业化应用成为推动力

    尽管纳米技术在商业化应用以及市场份额方面的表现令人惊喜，世界技术评估中心在一份名为《纳米技术研究的社会需求》的报告中仍然清醒地指出，目前纳米科技仍处于初级阶段，在合成、制造以及复杂纳米系统的发展方面还需要做更多的基础研发工作。但是，未来纳米技术的研发工作要将重心放在满足社会经济需要上；每一种新的纳米产品的研发，都应该更注重于经济及社会产出，创造就业，并回报社会投资。只有如此，纳米科技才能获得强劲的后续发展动力。

    在此战略思想下，纳米科技将广泛渗入到经济的各个方面，并带动其他技术，比如电力及计算技术等方面的创新，多种多样具备纳米结构的合成物的生产数量也将达到产业规模。到2020年，纳米技术将被广泛应用，从非常便宜、耐用且高效的光电设备，到电动汽车上经济适用的高性能电池，到新的计算系统、认知技术，几乎所有产业部门的产品及服务都将应用纳米技术。例如，在美国，到2015年，纳米技术的应用将显著降低太阳能转换的成本；到2020-2025年，海水淡化的成本也会大为下降。在节能、能源储存以及碳包覆方面，一半以上的新项目将因纳米技术而获得突破性进展。到2020年，纳米技术的发展将使计算机的性能比2010年提高10万倍。

    此外，纳米技术将使医学诊疗方法发生革命性变化，并大大降低医疗成本。医生将广泛使用个性化诊疗方法和终端诊断系统，以快速判断病情并找到针对性极强的疗法。其中，纳米科技在癌症等疾病的新诊疗技术中的应用尤为令人关注。在疗法方面，纳米材料将成为推动基因疗法应用的关键因素，并且成为对付抗生素耐药性以及所谓“超级病菌”的有效方法。

    报告指出，根据当前的趋势，纳米技术产品及产业工人的规模每3年将翻一番，估计到2020年，全球市场产值将达到3万亿美元，从业人数将达到600万。

    作为回应，同时也是为了确保美国在纳米技术方面的世界领先地位，美国国家纳米技术协调办公室已经加大了商业化力度，设立了专门负责私营企业的联络员，美国总统科技顾问委员会也提出诸多改革措施。在美国联邦政府提出的2013年国家纳米技术计划预算中，应用性研究，如纳米器材及系统、纳米制造的投资将超过5亿美元。特别值得一提的是，总共有3.06亿美元用于“太阳能收集和转化”、“可持续纳米制造”和“面向2020年及未来的纳米电子”等3个联合计划，以此作为快速推进纳米科技商业化的重要跳板，比2011年的实际支出增长24%。

纳米科技是一把双刃剑

    在纳米技术商业化应用领域大力推进，日益成为人们日常生活中的一部分的同时，也有人对此持谨慎态度，甚至是忧心忡忡。他们认为，任何技术都是有两面性的，纳米技术也同样是一把双刃剑。事实上，纳米技术在发展过程中一直面临着批评意见，其中最主要的是纳米材料可能在环境、健康和安全等方面产生的问题。虽然目前对纳米材料毒理方面的研究还不是很充分和深入，但某些负面作用已经被证实，纳米科技的潜在风险和将来的负面影响已经成为专家共识。有的潜在风险可能很严重，例如许多纳米粒子小到足以通过或穿透人体细胞膜，其可能产生的化学反应远远超过同等体积的其他材料，可能使人体器官和血液中毒、基因改变，导致疾病，甚至死亡。为此，《纳米技术研究的社会需求》报告中强调，对纳米技术在环境、健康和安全方面的研究需要更加快速推进，并成为每一项新纳米技术应用的前提条件。

    NNI直到2005年才开始投入资金关注纳米技术风险的研究。从2008年12月开始，NNI开始加大对纳米技术及材料安全性研究的资金投入，2012年投入的研究经费已经增加到了1.054亿美元，约占全年总投资额的5.7%。美国在纳米材料安全性研究方面的主要课题包括：皮肤对纳米材料的吸附及其对皮肤的毒性；纳米颗粒进入饮用水的后果，同水中其他污染物如何相互作用，以及纳米颗粒在水中有何毒化作用；纳米颗粒对人体器官和血液的影响等。

    一些科学家对纳米技术发展持谨慎态度，认为在没有了解清楚纳米技术安全性的情况下，应暂停纳米研究和新纳米材料的商业化生产。但更多的科学家认为，纳米技术就像其他新技术一样，虽然有可能带来诸多问题，但也大可不必因噎废食。只要认真地对待纳米技术的正反两面，就能促进纳米技术产业化的健康、有序发展，造福人类。

    （本报记者 张智勇)