
说到纳米技术的应用,人们通常会想到一些高科技领域。事实上,纳米技术也与人们的日常生活密切相关。
工作人员在内蒙古巴林右旗牧区调试纳米净水器。
5年前,中科院启动了“转型纳米产业制造技术重点”战略先导科技项目(以下简称纳米项目),支持科学家将实验室小规模技术推向中试规模,让更多纳米技术成果投入实际应用。现在这个项目已经取得了显著的成效。日前,中国科学院宣布,经过5年的协同研究,纳米项目已形成一系列纳米核心技术创新,其中多项已成功应用于健康诊疗、饮用水处理、绿色打印等与人民生活密切相关的领域。
1、可用于健康诊断和治疗。
Nano专门研发的“肿瘤捕手”技术,在癌症早期发现、预后判断、靶向治疗的伴随诊断等方面具有很高的灵敏度。
纳米的名字源于希腊语,意为“短”。事实上,纳米是一种长度测量单位,就像我们熟悉的米、毫米和微米一样。
“一纳米等于10减9米,即一米的十亿分之一,小于单个细菌的长度,肉眼不可见,”纳米项目首席科学家王晨说。“纳米本身只是长度的度量单位。真正有价值的是纳米技术,这是一门研究结构尺寸从1纳米到100纳米的材料的性质和应用的科学技术。”
研究这么小尺寸的材料的目的是什么?
王晨进一步解释说:“事实上,许多生物体内都存在特殊的微纳结构,以这种方式排列的结构会产生许多优异的性质,我们可以利用这种优异来方便我们的生活。”
纳米技术作为上世纪末开始兴起的一门新兴学科,在我国受到了高度重视。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》年,纳米技术在中国被视为“有望实现跨越式发展的领域之一”。中科院重大科技任务局副局长陶琪说:“可以说在纳米技术领域,中国与国外是同步的。”
得益于国家的高度重视和投入,纳米技术在中国的发展正在加速。有一个数据显示,1997年,与纳米技术相关的SCI(科学引文索引)论文中,只有6%的论文与中国作者有关,但从2011年开始,中国的相关作者数量已经位居世界第一。与此同时,纳米技术也逐渐开始渗透到人们生活的许多方面,并发挥着越来越重要的作用。
1996年,研究人员在实验中发现,DNA修饰的金纳米粒子的溶液可以根据温度的变化在蓝色和红色之间变化,新一代医学诊疗技术的研究由此开始。
后续的研究结果进一步表明,纳米技术在重大疾病的诊断和治疗中显示出诸多优势,具有巨大的应用和发展潜力。比如可以用纳米技术检测微量标志物,让疾病得到早期诊断;开发的纳米材料可以针对疾病,使医学诊断和治疗朝着更精确的方向发展。
在体外诊断方面,纳米计划成功开发了多项体外诊断关键技术。其中,纳米微流控免疫芯片体外诊断技术将纳米技术与微流控技术相结合,可用于多项指标的联合检测。目前,已有多种产品获得国家医疗器械注册证书。
国家纳米科学中心高级工程师沈说:“该技术中针对炎症的纳米微流控免疫分析芯片可以快速区分细菌感染和病毒感染,判断感染的阶段,为科学有效地使用抗生素提供依据,可以在很大程度上避免抗生素滥用。”
在伴随靶向治疗的癌症早期发现、预后判断和诊断中,Nano专门研发的“肿瘤捕手”技术灵敏度高,临床前研究效果显著。
据国家纳米科学中心研究员杨燕莲介绍,除少数癌症外,大多数恶性肿瘤都出现在人体上皮细胞中。肿瘤组织脱落的上皮细胞进入外周血液循环,成为循环肿瘤细胞,是肿瘤检测的重要生物标志物。这些细胞的特点是血液含量极低、极微小,“肿瘤捕手”的核心技术就是利用多肽纳米磁珠技术捕获这些肿瘤细胞,实现对肿瘤表面标志物分子的高效捕获、识别和精确检测,从而实现早期发现、疗效预测和动态检测。目前,该技术已实现技术转移和产业化。
在药物研发方面,纳米项目已完成一批纳米药物制剂的前期研发,部分样品已进入临床审批阶段。纳米新药之一环孢素眼用乳剂已完成临床试验,多个用于肿瘤等重大恶性疾病的纳米制剂已获得临床批准。
2、可用于饮用水处理。
纳米材料在去除氟、砷、重金属离子和微量有机污染物方面具有优势。
在传统的饮用水处理方法下,一些低浓度、高毒性的有机或无机微污染物会明显残留,长期饮用会对人体造成严重危害。因此,饮用水中微污染物的处理是饮用水安全领域最具挑战性的前沿课题之一。动态纳米材料具有常规材料无法比拟的高吸附和催化效率的优点,为解决这些问题提供了新的方法。
生活在内蒙古一些牧区的牧民世世代代饱受饮用水污染之苦。“过去,这些牧民的主要饮用水来源是未经处理的地下水。而这些牧区的地下水普遍存在氟、砷、微量有机物、细菌等污染物超标的问题,导致地方病的发生。”王晨说。
水质问题已经成为当地牧民区域性贫困和因病致贫的重要因素之一。面对这种情况,当地政府和群众都很着急。直到纳米项目的介入,情况才有所好转。
"纳米材料在去除氟、砷、重金属离子和微量有机污染物方面具有优势."王晨说,纳米项目针对牧民分散的生活状况和饮用水污染,开发了分散式饮用水净化系统,净化后的水质全部达到国家城市饮用水标准。
从使用上来说,这种纳米净水系统的成本很低。“一年只需更换一两次滤芯,就能长期、经济地保证牧民的饮水安全。”王晨说。
据介绍,在纳米项目的帮助下,截至2017年底,已有1200名牧民受益于纳米净水技术,喝上了清洁安全的饮用水。
3、可用于绿色印刷。
实现印刷产业的绿色化、功能化、立体化、设备化。
报纸和书籍可以在没有感光显影或废水的情况下印刷。电脑和手机的电路板不用蚀刻就能轻松印刷.这些看似“不可能的难题”被纳米绿色打印技术攻克。
纳米绿色印刷的核心思想是将纳米材料与印刷技术相结合,实现印刷产业的绿色化、功能化、立体化和设备化。
在纳米绿色印刷方面,纳米专项成果非常显著。科研人员突破了国际通行的照相制版技术,研发出纳米绿色印刷制版技术,形成了包括“绿色版材、绿色制版、绿色油墨”在内的完整绿色印刷产业链技术。
中科院化学所研究员宋彦林说,传统印刷制版的原理是感光成像和化学显影,而纳米绿色印刷制版技术是利用纳米材料制作特殊的版材和油墨。印刷时,印版表面可以显示亲水的空白区域和亲墨的图形区域,从而可以直接印刷
纳米特种绿色制版、绿色版基和g的突破
“传统的印刷制版技术是基于曝光成像原理,采用曝光、显影、冲洗的技术路线,需要暗室操作,工艺复杂,造成大量的材料浪费和废液排放,”宋彦林说。“纳米绿色印刷技术以纳米涂层替代原有的电解氧化工艺,以纳米材料印刷制版替代曝光成像,以水性油墨替代溶剂油墨,可以从源头上解决印刷产业链中80%以上的污染。”
据测算,纳米绿色印刷技术全面推广后,全国每年可减少数万吨有机溶剂和上百万吨废液废水的排放,节约银等金属数百吨、铜数万吨。









