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2006年纳米技术的5大突破

供稿人:卞志昕;杨莺歌  供稿时间:2007-1-25   关键字:纳米  突破  2006  

在2006年间,我们可以发现很多突出的纳米科技成果,要从中筛选出5大突破,并不是一件容易的事。在这一年里,一个主要现象是生物技术与计算机的交融——集成电路被用于神经系统活性和组织动力学;此外,人们曾经期望能方便的使用生物芯片上实验室,如今也已成为现实。2006年还在纳米管计算机方向又迈进了几步,许多研究团队发展了新的方法来设计纳米管。

除了研究团队,公司方面也保持着其前进步伐,如Motorola的碳纳米管电视已从实验室走向了市场,其性能将超越如今的平板电视;IBM也正在引导着纳米级计算。从生物技术到电子,都突出了2006年是令人振奋的一年。以下,简要概述各国研究人员在纳米领域所作出的5大技术突破。

1 神奇的折纸术

研究者:加利福尼亚理工学院

美国科学家将手工折纸艺术发展到了一个新高度:用DNA分子、而不是用纸作为材料。该技术出现在2006年3月16日出版的《Nature》中,美国加利福尼亚理工学院研究人员保罗·罗斯蒙德描述了他的DNA折纸术。DNA折纸术的步骤如下:首先选择折叠物的形状,用折叠的长串DNA分子形成这一形状的大体支架,接着把用电脑生成的短串DNA分子与其“钉”在一起,最后再在电脑上进行修改。

在此之前,他已用DNA分子制作过各种物体,譬如三角星、四角星、五角星、雪花图案、双螺旋形、微笑的面孔,比常见细菌还要小的美国微型地图(在该地图上每一纳米代表着120公里)。

保罗·罗斯蒙德目前在Erik Winfree 教授的实验室工作,其与合作伙伴发表了近40篇有关DNA折纸方面的论文,数篇文章是在国际权威杂志《Nature》、《Science》和《Nano Letters》刊登的。

其还成立了名为DNA和自然方法论组(The DNA and Natural Algorithms Group),这个团体就是DNA折纸技术的研发团队,目前共有14位成员,其研究方向主要是生物分子计算、生物分子系统,例如DNA和酶,信息加工和方法研究。其理论研究非常广泛,但实验则主要集中于用DNA进行方法的演示。

                                  

 
2 纳米磁体净化饮用水

研究者:莱斯大学

根据世界银行的统计,近6500万人由于水井被污染而面临饮用水含砷的危险,特别印度和孟加拉国等发展中国家面临的形势更为严峻。现在,莱斯大学的一个研究小组发现了一种方法来解决这个问题,简单易行而成本低廉。

具有磁性的锈纳米粒子能够被砷束缚,然后用手持磁铁就可将其从水中分离。此项技术的突破在于不需要用大磁场来操纵锈纳米粒子,这种纳米尺寸下的独特性质使锈纳米粒子就象一块大磁体一样容易被去除,处理过的饮用水符合美国环保署标准。此方法不需要电或其他硬件,将产生全球性的影响。

               

3 高密度纳米线晶体阵列与神经元信号

研究者:哈佛大学

作者报道了纳米线场效应晶体管结合单个哺乳动物神经树突混合结构的电性质,其中每个纳米级节点可空间解析、高灵敏检测,模拟和/或抑制神经元信号再生。纳米线-神经元结合阵列可以同时测试沿单个树突扩展信号的强度、形状等。纳米线-轴突结合体的构造,即是输入点也是输出点,可控制部分甚至全部由于局部电和化学刺激造成的信号扩张抑制。另外,纳米线-轴突结合体阵列已在至少50个人造神经键/神经元的水平上集成并测试。

         

4 单纳米管电子电路

研究者:IBM、佛罗里达大学物理系、哥伦比亚大学化学系、哥伦比亚大学应用物理与应用数学系

研究人员用单壁碳纳米管制造了一个单分子的逻辑电路。陈志红(音译)和同事在这篇简报中指出,这个新的电路给碳纳米管在未来电子器件中的应用增加了新的可能性。通过将12个不同金属组分的场效应管布置在一个长度为18微米的纳米管上,陈和同事制造了一个名为环形振荡器的低功率逻辑器件。这些研究人员说,这个沿单个纳米管构建的集成电路演示纳米管可以类似于硅晶片“被用作电子器件的基础”。

                   

5 纳米粒子治疗前列腺癌

研究者:麻省理工学院和哈佛大学等

麻省理工学院和哈佛大学的研究者在与癌症的战斗中取得了胜利,他们制备的纳米粒子进入前列腺癌细胞中靶向传输化疗药物。

在小鼠试验中,用此方法治疗的小鼠肿瘤均明显减小,并且都在试验中存活,使用非靶向纳米粒子治疗的小鼠存活率为57%,单纯采用化学抗癌药物docetaxel治疗的小鼠存活率只有14%。这项技术还可以用于乳腺癌和胰腺癌的治疗中,我们期待下一步的人体临床试验结果。

   

以上只是2006年的部分纳米技术成果,其实在2006年中还有不少突破。在此良好基础上,我们来展望一下2007年。2007年,我们仍将会在纳米电子和生物这一新兴交叉领域中看到更多具有突破性的发展。应用于生物医药的新型纳米粒子数量将平衡性的加速成长,其将成为与产品有效结合的特殊重点,主要将用于医学成像、靶向药物传输,特别是针对癌症方面的应用。

而在公司层面,2007年将继续发展绿色、环保纳米科技,如用于燃料电池、电样能和氢存储等。我们面临的将是另一个小事物大思考的一年。

参考文献

1 Paul W. K. Rothemund,Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns,Nature 440, 297-302 (16 March 2006)

2 卞志昕,高科技折纸术——DNA纳米技术,http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id=2725

3 Duncan Graham-Rowe,Cleaning Up Water with Nanomagnets,http://www.technologyreview.com/Nanotech/17776/page1/

4 Fernando Patolsky et al,Detection, Stimulation, and Inhibition of Neuronal Signals with High-Density Nanowire Transistor Arrays,Science Vol. 313. no. 5790, pp. 1100 – 1104(25 August 2006)

5 Zhihong Chen et al,An Integrated Logic Circuit Assembled on a Single Carbon Nanotube,Science Vol. 311. no. 5768, p. 1735(24 March 2006)

6 Omid C. Farokhzad et al,Targeted nanoparticle-aptamer bioconjugates for cancer chemotherapy in vivoPNAS 2006;103;6315-6320

 

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