第1个回答 2006-10-21
纳米科技已在国际间形成研究开发的热潮，世界各国将发展纳米科技作为国家科技发展战略目标的一部分，纷纷投入巨资用于纳米科技和材料的研究开发。纳米材料是纳米科技的重要组成部分，日益受到各国的重视。各国（地区）制定了相应的发展战略和计划，指导和推进纳米科技和纳米材料的发展，将支持纳米技术和材料领域的研究开发作为21世纪技术创新的主要驱动器，纳米科技和材料展现了其广阔的发展前景和趋势。
各国纳米科技／材料发展战略计划和重点研究领域
当前世界上已有30多个国家从事纳米科技的研究开发活动，各国对纳米科技的投资增长加快，已从1997年的4．32亿美元增加至2002年的21．74亿美元， 2002年世界各国（地区）政府投资纳米科技领域的经费比1997年增加了503％（见表1）。从表1可以看出，2000年以来，各国（地区）政府投入纳米科技的研究开发经费增长速度加快。美国、日本和西欧是纳米科技投资的大国（地区），其他国家和地区对纳米科技投资总额还不及美国和日本单个国家的投资多。
美国自2000年2月提出“国家纳米技术计划”（NNI），纳米科技研究开发经费从2001财年的4．22亿美元增至2004财年的8．49亿美元（见表2）。2000 年NNI实施计划确定了5个重点发展的战略领域（见表3），近几年来这5个战略研究领域所包含的研究内容有调整。2003财年重大挑战项目涉及的重点研究领域：
1） “设计”组装更强、更轻、更硬并具有自修复和安全性的纳米材料：10倍于当前工业、运输和建筑用钢材强度的碳和陶瓷结构材料；强度3倍于目前遇100摄氏度高温就融化的汽车工业用材料的聚合物材料、多功能智能材料；
2）纳米电子学、纳米光电子学和纳米磁学：提高计算机运行速度并使芯片的存储效率提高百万倍；使电子的存储量增加到数千太比特�将单位表面积的存储量提高1千倍；增加数百倍的带宽改变通信方式；
3）在卫生保健方面，通过诊断和治疗器件减少卫生保健的昂贵费用并增强其有效性；利用基因的快速排序和细胞内传感器进行诊断和治疗；探测早期癌细胞并传递药物；研究能使人工器官的排斥率降低50％、探测早期疾病的生物传感器；研制最大限度减少人体组织损害的小型医疗器件；
4）在纳米尺度加工和环境保护方面，清除水中小于300纳米和空气中小于50纳米的污染微粒，以促进环境和水的清洁；
5）提高能源转换和存储效率，使太阳能电池的能效提高1倍；
6）研制探索太阳系外层空间的低功率（lowpower）微型空间飞行器；
7）研究纳米生物器件，以减轻人类因治疗产生的痛苦：快速有效的生物化学探测器；保护健康、修复受损组织的纳米电子／机械／化学器件；
8）在经济与安全运输方面，引入新型材料、电子学、能源和环境等方面的概念；
9）在国家安全方面，密切注视纳米电子学、多功能材料和纳米生物器件的重大挑战。
2003财年能源部新增3个有关纳米材料特性方面的基础研究项目：
●在纳米材料的合成和处理方面，基本了解涉及材料变形和断裂的纳米加工，利用定模技术有序排列纳米粒子以合成纳米材料。利用统一尺寸和形状的纳米材料来合成更大尺寸的纳米材料；
●在凝聚态物理方面的纳米材料研究，重点了解怎样使宏观分子平衡构造并自组织成为更大的纳米结构材料；
●从事了解纳米材料的特性在转化和控制催化变化的过程中所扮演的角色等方面的基础研究。
2004财年NNI支持的5个重点发展战略领域仍然与2003年相同（见表3）。重点强调支持在原子和分子水平上操纵物质的长期研究，充分发挥创造力以构造如分子和人体细胞大小的先进新器件，从而进一步改进应用于信息技术的电子器件；研究开发应用于制造、国防、运输、空间和环境等方面的高性能低维护材料（lower－maintenance materials）；加速纳米技术在生物技术、卫生保健和农业等方面的应用。研究开发重点领域：生物－化学－辐射－爆炸探测和保护�CBRE 方面的纳米技术创新解决方法；纳米制造研究；纳米生物系统；纳米标准仪器开发；教育和培训适应未来产业发展需要的新一代工人；扩大参与纳米技术革命的产业阵容。
日本政府在第二个“科学技术基本计划”（2001－2006年）中，将纳米技术和材料与生命科学、信息通信、环境保护等作为国家的科技重点发展战略的重中之重领域。该计划在2001年投入纳米科技的研究经费达142亿日元，比2000年度增加了88亿日元。该计划确定的纳米技术与材料重点研究领域：纳米物质与材料及其在电子、电磁、光学上的应用；纳米物质与材料及其在结构材料中的应用；纳米信息元件；纳米科技在医疗、生命科学、能源科学及环境科学方面的应用；有关表面和界面控制的物质及材料；纳米计量和标准技术；纳米加工、合成和工程技术；纳米技术的计算、理论和模拟技术；形成安全空间的材料技术等。
日本通产省2001年制定了“纳米材料计划”（NMP），每年经费3500万美元，为期7年（2001－2007年），由政府部门、政府研究机构、大学和产业界联合研究，旨在为产业界建立集研究开发新的纳米功能材料和教育功能于一体的纳米技术材料研究开发平台（见表4）。通产省2001年还制定并实施了“下一代半导体技术开发计划”，开发50－70纳米的下一代半导体处理基础技术，政府每年投资6000万美元。
日本“先进技术的探索研究”计划涉及了许多有关纳米粒子、纳米结构、纳米生物学和纳米电子学等方面的探索性研究。项目研究期限定为5年，均由政府出资，5年间政府对项目的平均资助金额为1600万美元。每个项目通常由15－25名科学家和技术人员组成，分为3个研究小组。该计划鼓励国内外的产业界、大学和研究机构合作研究。该计划已完成了许多项目，主要在研项目。
日本文部科学省发布了2003年的科技预算，其中纳米技术和材料的预算总计为1491亿日元（见表6）。日本内阁府综合科学技术会议于2003年7月14日召开了“纳米技术及材料研究开发推动项目”第6次会议，确定了研究开发的重点领域：“纳米药物传输系统”、“纳米医疗设备”以及“创新性纳米结构材料” 。这些项目由内阁府牵头、多个政府部门联合推动，于2004年实施。
欧洲共同体力争在纳米科技方面的国际地位，一方面积极创建欧洲新的纳米技术产业，另一方面，力促现有产业部门提高纳米技术能力。欧洲共同体在第6个框架计划（2002－2006年）中，将纳米技术和纳米科学作为7个重点发展的战略领域之一，经费为12亿美元，确定了具体的战略目标和重点研究领域：
一、纳米技术和纳米科学
将长期的跨学科研究转向了解新现象、掌握新工艺和开发研究工具：将重点研究分子和介观尺度现象；自组织材料和结构；分子和生物分子力学与马达；集成开发无机、有机、生物材料和工艺的跨学科研究的新方法。
纳米生物技术：其目标是支持一体化的生物和非生物体的研究，有广泛应用的纳米生物技术，如能用于加工、医学和环境分析系统的纳米生物技术。重点研究领域涉及芯片实验室（lab－on －chip），生物实体的界面，纳米粒子表面修复，先进的药物传递方式和纳米电子学；生物分子或复合物的处理、操纵和探测，生物实体的电子探测，微流体，促进和控制在酶作用基础上的细胞生长。
创造材料和部件的纳米工程技术：通过控制纳米结构，开发超高性能的新的功能和结构材料，包括开发材料的生产技术和加工技术。重点研究纳米结构合金和复合材料，先进的功能聚合物材料， 纳米结构的功能材料。
开发操作和控制器件及仪器：开发分辨率为10纳米的新一代的纳米测量和分析仪器。重点研究领域涉及各种先进的纳米测量技术；突破探索物质自组织特性的技术、方法或手段和开发纳米机械。
纳米技术在卫生、化学、能源、光学和环境中的应用。重点研究计算模拟，先进的生产技术；开发能改性的创新材料。
二、智能多功能材料
高知识含量、具有新功能和改性的新材料将是技术创新、器件和系统的关键。
开发基础知识：目标是了解与材料有关的复杂的物理－化学和生物现象，掌握和处理有助于试验、理论和模拟工具的智能材料。重点研究领域：设计和开发已定义特性的新结构材料；开发超分子和微观分子工程，重点是新型的高复杂性分子及其复合物的合成、探索和潜在的应用。
技术与生产的结合：以知识为基础的多功能材料和生物材料的运输和加工：目标是生产能构造更大结构的新型的多功能“智能”材料。重点研究领域：新材料；自修复的工程材料；包括表面技术和工程技术的跨技术。
对材料开发的工程支持：目标是在知识生产和知识使用之间架起一座桥梁，克服欧洲共同体的产业在材料和生产一体化方面的弱点。通过开发新工具，使新材料能够在稳定竞争的环境下生产。重点研究领域：优化材料设计，加工和工具；材料试验；使材料成为更大的结构，考虑生物兼容性与经济效益。
三、新型的生产工艺和器件
新生产的概念包含更灵活、集成度更高、更安全和更清洁，这将依赖组织创新和技术的发展。
欧洲委员会在“纳米技术信息器件倡议”5年计划（1999－2003年）中确定了3个目标：设计出超越互补金属氧化物半导体硅兼容器件性能的器件；在化学、电子学、光电子、生物学和力学等学科的基础上，设计原子或分子尺度的新型器件和系统，利用分子的特性解决专门的计算问题。欧洲科学基金会提出了于2003年开始实施的“自组织纳米结构”5年计划，将分子自组织、与力学机制相联系的软物质或超分子研究、自组织纳米结构的功能和制备列为第一阶段的研究重点。
英国政府在《科学研究重点》中，确定了2001－2004年的科学研究战略和研究重点，其中的材料科学（研究经费为444，000，000英镑）和基础技术（研究经费为2100英镑）两个领域涉及纳米材料和纳米技术的研究重点：促进前瞻性的材料模拟研究；促进纳米技术的研究，促进跨机构管理的跨学科纳米技术研究合作中心（IRCs）的发展。英国工程与物质科学研究委员会在材料科学发展5年计划（1994－1999年）中投资700万美元左右，其中约100万美元专用于纳米粒子的研究，这项计划于2000年继续资助纳米材料领域的研究。英国政府2003年投资纳米技术的经费约为3000万英镑。
英国政府的纳米技术应用分委员会咨询专家组调查了上百个科学家和发明者后，在2002年6月题为“英国纳米技术发展战略”的报告中勾画了英国纳米技术发展战略（见表7），选定了认为英国具有研究优势和产业发展机会的6个纳米技术领域：电子与通信；药品传递系统；生物组织工程、药物植入和器件；纳米材料，尤其是生物医学和功能界面纳米材料；纳米仪器、工具和度量；传感器和致动器（actuators）。
法国政府目前主要资助3个纳米科技项目：“法国微纳米技术网络”（1000万欧元）；“纳米结构材料”（230万欧元）；“独立纳米对象”（1200万欧元）。
德国联邦教育与研究部和德国联邦经济部资助6个纳米技术能力中心，每年投资6500万德国马克，资助的领域主要是：超薄功能薄膜；纳米结构在光电子领域的应用；新型纳米结构的开发；超精细表面测量；纳米结构的分析方法。
2002年德国联邦教育与研究部发布了提升纳米研究能力的新战略，将纳米技术的研究经费从 1998年的2760万欧元增至2002年的8850欧元，4年增长了200％。重点研究领域涉及增强用于纳米技术研究的基础设施的安全性；重建集成和创新型研究机构；将纳米技术商业化；促进创新企业的建立；增强SMEs的作用，评估与其他国家合作的机会；缩短相关的专利或授权的期限；促进下一代科技研究和发展相关的科技法律。资助下一代的材料研究的经费达7500万欧元，其中包括资助纳米结构材料。
英、法、德国等欧盟国家除本国政府支持的纳米科技研究外，还要参加上述欧盟在第6个框架计划中的有关纳米材料等方面的项目。
韩国政府在2002－2006年“科学技术发展基本计划”中，将纳米技术与生物技术、信息技术和航空航天技术等作为国家科技发展的重点战略领域。2000年制定的“纳米生物技术发展10年计划”，重点研究开发纳米诊断器件、纳米治疗系统和纳米生物仿生器件。 “2001－2010年太比特纳米器件计划”确定了太比特纳米电子学、自旋电子学、分子电子学和核心技术为研究重点领域。政府投资该计划的经费总计为1．42亿美元。科学技术部积极鼓励私营企业设立纳米技术专项投资金作为匹配经费。“2002年度纳米技术开发行动计划”，预算为2031亿韩元，比2001年的1052亿韩元增加了93．1％。旨在开发纳米核心技术，新建国家纳米制造研究中心（250亿韩元），以及信息技术和纳米技术融合中心。到2010年，使韩国将拥有13000名纳米技术领域的专家并跻身纳米技术领域世界10强之列。
澳大利亚在2003财年将纳米材料与生物材料作为重点战略研究领域，主要研究通过原子和分子的纳米自组织形成块材。
中国台湾自1999年开始，相继制定了“纳米材料尖端研究计划”（1999年）； “纳米科技研究计划”（2001－2005），5年预计投入的经费每年达上亿元新台币。中国台湾计划从2002－2007年在纳米技术相关领域中投资总额为6亿美元的预算，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。
世界纳米科技／材料的发展
各国（地区）通过实施纳米科技计划，纳米材料和技术水平有很大发展。
在纳米材料方面，仅以近两年世界部分研究成果为例，纳米科技／材料的发展是显而易见的。美国IBM和康耐尔大学于2002年相继开发出碳纳米晶体管。威斯康星州立大学研制出存储密度是目前光盘100万倍的原子级的硅记忆材料。
麻省理工学院和美国陆军合作建立的纳米技术研究所研制了具有防水性和灭菌作用的纳米涂层。美国依利诺斯州西北大学Stupp领导的材料研究小组首次设计并制备出了骨状纳米纤维（Science，23，11，2002）；美国加州伯克利大学化学系的Joshua Goldberger领导的研究小组，与美国劳伦斯国家实验室的科学家合作，利用外延镀膜新技术，首次成功地合成了具有单晶结构的氮化镓�GaN 纳米管，这种新技术也可以应用于合成其它材料的单晶纳米管。氮化镓�GaN 纳米管还可应用于纳米毛细现象电泳、生物化学纳米流体感应，以及纳米尺度的电子与光电元件等方面（ Nature 422� 599 2003）。
俄国莫斯科大学化学系首次研制出氧化铝纳米管。俄科学院电化学研究所成功研制出具有良好杀菌和环保性能的新型纳米涂料。
日本产业综合研究所开发出利用碳纳米管在常温下工作的单电子半导体。名古屋大学在此基础上开发出可控制电传导性的碳纳米管。日本东芝研究开发中心利用碳氢化合物催化分解法，在氧化锌（ZnO2）多孔介质材料中覆上一层作为催化剂的铁铝系复合氧化物，而制备出在其表面能形成每平方毫米约4万根纳米纤维、直径为5～8纳米、5层左右的多层高密度填充碳纳米纤维。研究该材料的目的是为研制以吸附氢气等燃料的储氢能量材料。日立研究所利用纳米技术，将软磁金属与高电阻陶瓷通过机械力的作用，使混合物质在固态下达到原子级的相互混合，以便在软磁金属纳米晶粒的周围形成高电阻陶瓷结构。软磁金属的纳米晶粒之间通过高电阻隔断而形成高电阻，可降低高频段上由于涡电流而引起的损耗，从而成功地合成了高频电磁波吸收纳米材料。通过这种方法制备的电磁波吸收纳米材料能将电磁波吸收材料的厚度减小约50％，有望作为涂层电磁波吸收材料投入实际应用。日本国家物质材料研究所的Yoshio Bando领导的研究小组，成功研制出了在内径约 20～60 纳米的氧化镁单晶结构纳米管内填充了液态金属镓�gallium 的纳米复合材料温度计，该温度计利用氧化镁耐高温和在高温下结构稳定的物理特性，使纳米温度计的温度测量范围大幅度增加，估计其测量温度可达摄氏1000度（App． Phys． Lett． 83 999 ，2003），该测量温度比Yoshio Bando所在的研究小组于2002年研究的碳纳米管温度计的测量温度摄氏50－500度要高得多（Nature 415 599 ，2002）。
法国国家科研中心图卢兹结构研究和材料制造中心与丹麦阿尔霍斯大学天文物理学系合作，联合设计出一种能在铜表面自动聚集原子线功能的纳米“模具”分子，为未来单分子电路分子元器件的电子相互连接打开了通道。
纳米科技在医学应用、纳米电子学、纳米加工、纳米器件等方面也有新进展和新突破。本文就不在此列举了。
中国通过“国家攻关计划”、“863计划”、“973计划”的实施，纳米材料和纳米技术已取得较为突出的成果，并引起了国际上的关注。例如，在纳电子方面，成功地研制出波导型单电子器件晶体管和对电荷超敏感的库仑计；实现6纳米宽的半导体量子线台面和6纳米宽的线条金属栅，制备出间隔仅为10纳米的多种“纳米电极对”；用GMR效应进行高灵敏度传感器和硬盘磁头原型的研制工作。在纳米材料方面，中科院化学研究所有机固体重点实验室与北京大学人工微结构及介观物理国家重点实验室共同合作，利用C60粉末直接构筑C60纳米管。所获得的C60纳米管是由C60晶体在500℃下生长而成，它保留了C60分子的结构和性质，同时作为新的聚集态结构又具有准一维纳米材料的特点（J．Am．Chem．Soc，2002年11月13日）。研制出了碳纳米管准一维纳米材料及其阵列体系、非水热合成纳米材料；纳米铜金属的超延展性、块体金属合金、纳米复相陶瓷、巨磁电阻、磁热效应、介孔组装体系的光学特性、纳米生物骨修复材料、二元协同纳米界面材料等领域的研究，在国际上有一定的影响。在纳米器件的构筑与自组装、超高密度信息存储、纳米分子电子器件等方面也取得了许多有意义和有影响的成果。
纳米技术／材料的 未来发展趋势
从科技发展史来看，新技术的发展往往需要新材料的支持。如果没有1970年制成的使光强度几乎不衰减的光导纤维，可能不会有现代的光通信；如果没有高纯度大直径的硅单晶，很难想象集成电路、先进的计算机及通信设备的高速发展。纳米材料是受纳米尺度控制、具有新特性和行为的纳米尺度材料。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，纳米材料是构建两维和三维复杂功能纳米体系的单元，在此基础上可产生许多纳米新器件和功能器件。许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。纳米材料和技术对许多领域都将产生极大的冲击和影响。从文献计量的角度来看，纳米技术涉及的研究领域达87个之多。
从世界范围来看，纳米科学和技术在各国（地区）政府的大力支持、各界的努力研究开发下不断得到发展，将有许多纳米新材料、新特性和新应用不断发现，纳米科技／材料的发展已展现了诱人的前景。如上所述，纳米技术／材料涉及的研究领域和对科技经济及社会的影响很广，其未来发展方向涉及多个方面，本文在此重点表明纳米材料的未来发展趋势。
●纳米材料及其性能向着更加优质的方向发展，从而将有更多性能优越价格低廉的纳米粉末、纳米粒子和纳米复合材料得到更加广泛的应用。如纳米粒子可以被用于创造新的光学薄膜和创造具有光、磁特性的新功能材料。磁性纳米粒子和量子点将可用于生产10倍于目前芯片存储容量、数百千兆赫速度的超小光盘驱动器。
●在纳米材料与加工方面，将通过控制纳米晶体、纳米薄膜、纳米粒子和碳纳米管等创造新的功能结构材料；开发超轻、超强结构材料；开发长寿命材料、支撑能量转换的材料和具有新功能的电子材料；了解涉及材料变形和断裂的纳米工艺，利用仿制技术有序排列纳米粒子合成纳米材料；
●纳米材料将成为化学和能源转化工艺方面具有高度选择性和有效性的催化剂。这不仅对能源和化学生产非常重要，而且对能源转换和环境保护极具经济价值；
●纳米材料的发展将对生物医学领域，如对植入性和弥补性生物兼容材料、诊断器件、治疗学等产生很大影响，纳米材料将有更多的机会用于药物传递系统。新型的生物兼容性纳米材料和纳米机械元件将创造更多的植入性新材料、人造器官新材料和纳米新元件。
●开发基于天然纤维材料和具有环境兼容性、保证人类健康和安全的纳米聚合物纤维新材料：开发利用细菌精细纤维制造的纳米生态材料；用于食品等工业的小麦生物聚合物（淀粉）复合材料；将纳米粒子与生物可降解的聚合物结合，提高聚合物的物理和化学特性；开发来自糖的纳米晶增强剂以净化废品；开发用于聚合物复合材料的局部化学改性的植物纤维素纳米粒子；开发利用谷壳（rice husk）生产纳米结构的纳米硅炭化物；开发通过表面分离的自组织植物纤维素薄膜。
总之，纳米技术／材料将向着与信息技术、现代生命科学和认知科学融合的方向发展，它们的融合将促进所有科技经济领域的创新和新发现。
纳米生物学是纳米科技和生物学结合的产物，是纳米科技的一个核心领域。纳米科技的核心思想是在原子分子水平进行产品设计和制造，其最终目标是实现人工分子机器的制造。由于生物体系中的生物大分子恰恰是自然界中现成存在的分子机器，通过对生物大分子的研究和利用，将会有助于纳米科技本身的发展，因此纳米生物学体现了纳米科技的核心思想和最终目标。纳米生物学的研究主要分为两个方面的内容，第一，利用新兴的纳米技术解决生物学和医学方面的重要科学问题和关键技术难题；第二，借鉴生物学原理和生物分子材料进行人工分子器件、纳米传感器、纳米计算机和分子机器的设计与制造，即"分子仿生"。当前，纳米生物学主要以纳米尺度探测和操纵技术以及微电子集成技术为基础，开展生物医学和物理学、微电子学以及计算机科学的交叉研究，代表了21世纪科学技术发展的新趋势。
纳米科技是研究1-100纳米尺寸间物体的结构，形状和功能状态的科学。用纳米科技的手段来研究生物体能够给予我们更多的启示，使我们更加清楚进一步看清生命的本质。因为如果从更加微观的世界里来重新对整个生命过程进行认识然后再与宏观所表现出的生命现象结合在一起，生命的基本过程，疾病的发生等生命现象就将被我们所解析，并将给予我们以启示，使我们制造出纳米级的药物、替代物等（我们称之为纳米分子机器或纳米机器人等）来战胜疾病。正是由于许多科学家们认识到了这一点，所以他们采用纳米科学技术在生物学、医学等生命科学领域进行了各个方面的研究和探索。归纳起来，目前纳米生物学和纳米生物技术的研究主要包括如下的领域：
1、 适合生物医学应用的新的纳米工具和方法研究
纳米科学技术研究的尺度在1-100纳米之间，在这个尺度上研究生物体系的方法目前存在很大的空缺，所以首先最重要的是发展新的方法和工具用于纳米尺度上生物系统的研究。大家知道，原来几乎所有的体内生化过程都是从整体效果上测量出来的。我们原先认为生化过程是一个很有序的过程。而目前通过单分子动力学的研究使我们了解到生物体内的过程包含了许多的动力学途径和转变过程，这些复杂的过程可用单分子研究的方法来观察，从而了解其分布情况和不同分子的时间轨道。
对单分子的研究需要发展有选择地修饰、分离、操纵、分析和控制纳米体系的方法，并需要提高检测和分析单分子、单细胞和单个细胞成分的方法。NMR（核磁共振）技术、激光镊技术、荧光技术、扫描探针技术是目前常用的研究单分子的主要工具。
2．改善已有的纳米材料和研制新的纳米材料来满足生物医学的需要
组织工程是发展具有生物活性的人工替代物来恢复、维持或提高组织的功能。人工替代物的材料一般是"惰性"的，不会引发宿主强烈的免疫排斥反应，随着对材料-生物体相互作用机理研究的深入，这一概念已发展到材料应该是具有生物活性的，并可诱导宿主的有利反应，比如可以诱导宿主组织的再生等。由于细胞表面的许多蛋白和结构都在纳米尺度，因此新兴的纳米生物材料在这方面起了很大的作用。利用纳米生物材料可对人工替代物骨架的内部结构与表面性能进行优化，可使种植的细胞感受细胞周围不同的环境变化来调节其生化反应，取得与正常细胞相类似的功能。已经发现，不同的纳米结构对细胞的生长有不同的影响，但是其机理仍然不清楚。目前组织工程学方面的研究和应用主要包括在人造皮肤、骨、软骨和血管等方面，纳米生物材料的应用分别赋与它们许多新的不同特点。
人造血管在临床上的应用已经有一段时间了，但是蛋白质和细胞会在其上附着和沉积而影响血液流动的问题一直没有很好的解决。将人造血管表面涂上一层纳米材料层后就可大大改善和克服粘连沉积的问题。人造骨和人造软骨在体内起支架作用，用含有纳米材料制作的软骨和骨不但具支架作用且与周围组织有更好的相溶性和功能性。在口腔学和整形外科中，纳米生物材料的应用同样有意想不到的效果。纳米生物材料的牙科植入物比普通牙科植入物有更好的耐磨性且它的收缩性也小一些，这样可用于增强骨植入物与周围的连接,进而提高植入物的成活率。由于纳米生物材料的表面积特别大，它可加速伤口的愈合，这在创伤外科与整形外科中都是很有用途的。
量子点最近被用于细胞内的检测。相比于传统的荧光分子，量子点有三个主要的优点。量子点的发光波长可以简单地通过调节其直径的大小而改变，这对应用非常重要。另外，量子点的发光波长比较窄，效率较高。更为重要的是，量子点没有光漂白效应。这三个优点使量子点具有巨大的应用潜力。目前关键的问题在于如何对量子点表面进行有效的生化修饰。
3．生物器件和生物传感器的研究
有机系统和无机系统的融合的研究是必须的，它的研究导致了BIOTRONICS和与生物相容的纳米制造过程的发展。生物分子器件
第2个回答 2006-10-22
纳米”是英文namometer的译名，是一种度量单位，1纳米为百万分之一毫米，即1毫微米，也就是10亿分之一米，约相当于45个原子串起来那么长。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。1982年扫描隧道显微镜发明后，便诞生了一门以0.1至100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。
从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。第一种概念是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。
1980年的一天，在澳大利亚的茫茫沙漠中有一辆汽车在高速奔驰，驾车人是一位德国物理学家H�格兰特(Gleiter)教授。他正驾驶租用的汽车独自横穿澳大利亚大沙漠。空旷、寂寞、孤独，使他的思维特别活跃。他是一位长期从事晶体物理研究的科学家。此时此刻，一个长期思考的问题在他的脑海中跳动：如何研制具有异乎寻常特性的新型材料?
在长期的晶体材料研究中，人们视具有完整空间点阵结构的实体为晶体，是晶体材料的主体；而把空间点阵中的空位、替位原子、间隙原子、相界、位错和晶界看作晶体材料中的缺陷。此时，他想到，如果从逆方向思考问题，把“缺陷”作为主体，研制出一种晶界占有相当大体积比的材料，那么世界将会是怎样?格兰特教授在沙漠中的构想很快变成了现实，经过4年的不懈努力，他领导的研究组终于在1984年研制成功了黑色金属粉末。实验表明，任何金属颗粒，当其尺寸在纳米量级时都呈黑色。纳米固体材料(nanometer sized materials)就这样诞生了。
纳米材料一诞生，即以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注。这是因为纳米材料具有与传统材料明显不同的一些特征。例如，纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍；气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度快几千倍等；纳米级的铜比普通的铜坚固5倍，而且硬度随颗粒尺寸的减小而增大；纳米陶瓷材料具有塑性或称为超塑性等。
效应颜料这是纳米材料最重要最有前途的用途之一，特别是在汽车的涂装业中，使汽车面漆大增光辉，深受配受专家的喜爱。
防护材料由于某些纳米材料透明性好和具有优异的紫外线屏蔽作用。在产品和材料中添加少量(一般不超过含量的2%)的纳米材料，就会大大减弱紫外线对这些产品和材料的损伤作用，使之更加具有耐久性和透明性。因而被广泛用于护肤产品、所装材料、外用面漆、木器保护、天然和人造纤维以及农用塑料薄膜等方面。
精细陶瓷材料使用纳米材料可以在低温、低压下生产质地致密且性能优异的陶瓷。因为这些纳米粒子非常小，很容易压实在一起。此外，这些粒子陶瓷组成的新材料是一种极薄的透明涂料，喷涂在诸如玻璃、塑料、金属、漆器甚至磨光的大理石上，具有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能。涂有这种陶瓷的塑料眼镜片既轻又耐磨，还不易破碎。
催化剂 纳米粒子表面积大、表面活性中心多，为做催化剂提供了必要的条件。目前用纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂，可大大提高反应效率。利用纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，燃烧效率可提高100倍，如用硅载体镍催化剂对丙醛的氧化反应表明，镍粒径在5nm以下，反应选择性发生急剧变化，醛分解反应得到有效控制，生成酒精的转化率急剧增大。
磁性材料纳米粒子属单磁畴区结构的粒子，它的磁化过程完全由旋转磁化进行，即使不磁化也是永久性磁体，因此用它可作永久性磁性材料。磁性纳料粒具有单磁畴结构及矫顽力很高的特征，用它来做磁记录材料可以提高信噪比，改善图象质量。当磁性材料的粒径小于临界半径时，粒子就变得有顺磁性，称之为超顺磁性，这时磁相互作用弱。利用这种超强磁性可作磁流体，磁流体具有液体的流动性和磁体的磁性，它在工业废液处理方面有着广阔的应用前景。
传感材料纳米粒子具有高比表面积、高活性、特殊的物理性质及超微小性等特征，是适合用作传感器材料的最有前途的材料。外界环境的改变会迅速引起纳料粒子表面或界面离子价态和电子运输的变化，利用其电阻的显著变化可做成传感器，其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良。
材料的烧结由于纳米粒子的小尺寸效应及活性大，不论高熔点材料还是复合材料的烧结，都比较容易。具有烧结温度低、烧结时间短，而且可得到烧结性能良好的烧结体。例如普通钨粉耐在3000℃的高温下烧结，而当掺入0.1～0.5%的纳米镍粉时，烧结成形温度可降低到1200℃到1311℃。
医学与生物工程 纳米粒子与生物体有着密切的关系。如构成生命要素之一的核糖核酸蛋白质复合体。其粒度在15～20nm之间，生物体内的多种病毒也是纳米粒子。此外用纳米Si02微粒可进行细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等。研究纳米生物学可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息，特别是细胞内的各种信息。利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，对人体进行全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物。甚至还能吞噬病毒、杀死癌细胞等。
印刷油墨 根据纳米材料粒子大小不同，具有不同的颜色这一特点，可不依靠化学颜料而选择颗粒均匀、体积适当的粒子材料来制得各种颜色的油墨。
能源与环保德国科学家正在设计用纳料材料制作一个高温燃烧器，通过电化学反应过程，不经燃烧就把天然气转化为电能。燃料的利用率要比一般电厂的效率提高20～30%，而且大大减少了二氧化碳的排气量。
微器件 纳米材料，特别是纳米线，可以使芯片集成度提高，电子元件体积缩小，使半导体技术取得突破性进展，大大提高了计算机的容量和运行速度，对微器件制作起决定性的推动作用。纳米材料在使机器微型化及提高机器容量方面的应用前景被很多发达国家看好，有人认为它可能引发新一轮工业革命。
光电材料与光学材料纳米材料由于其特殊的电子结构与光学性能作为非线性光学材料、特异吸光材料、军事航空中用的吸波隐身材料，以及包括太阳能电池在内的储能及能量转换材料等具有很高的应用价值。
增强材料纳米结构的合金具有很高的延展性等，在航空航天工业与汽车工业中是一类很有应用前景的材料；纳米硅作为水泥的添加剂可大大提高其强度；纳米纤维作硫化橡胶的添加剂可增强橡胶并提高其回弹性，纳米管在作纤维增强材料方面也有潜在的应用前景。
纳米滤膜 采用纳米材料发展出分离仅在分子结构上有微小差别的多组分混合物，实现高能分离操作的纳米滤膜。其它还有将纳米材料用作火箭燃料推进剂、H2分离膜、颜料稳定剂及智能涂料、复合磁性材料等。纳料材料由于具有特异的光、电、磁、热、声、力、化学和生物学性能，广泛应用于宇航、国防工业、磁记录设备、计算机工程、环境保护、化工、医药、生物工程和核工业等领域。不仅在高科技领域有不可替代的作用，也为传统产业带来生机和活力。可以预言，纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展，必将对传统的化学工业和其它产业产生重大影响。
纳米技术--21世纪的科学制高点
纳米技术将掀起“技术革命”
本世纪的技术革新，在很大程度上是靠弄清更加微观的现象和据此发展操作技术来支撑的。但是，基于宏观的角度，追求更加微观的世界这种传统的技术开发，在很多领域都将迎来极限。据认为，在半导体世界，基于传统原理的元件到了50纳米就将达到极限。此外，关于被认为是解决环境能源问题王牌之一的光触煤技术，为了摒弃原有的能源转换系统，必须使其效率提高一位数或两位数。如果没有与传统技术根本不同的新发现，就无法登上新的台阶。
纳米技术就是发现量子效果(在微观世界中，物质作为波来运动的特性)的人工的独特的结构技术。也就是说，它在本质上从一开始就是以量子论支配的世界为前提的。虽然21世纪被称为“光的时代”、“高度信息化时代”和“生物工程时代”等，但是无论哪一个，它的技术的关键都是量子效果。因此，纳米技术有可能引起计算机革命、光革命甚至生物工程革命。
世界关注纳米技术
在21世纪，纳米技术受到了全世界的关注。国家间的竞争已经揭开了战幕。特别是在美国，以全国科学基金会、国防部、 能源部、国家航空和航天局、商务部、国家卫生研究所等为中心，正在进行纳米技术的研究开发，在2000财政年度投入2.7亿美元的资金。此外，在2001财政年度，计划比上一财政年度的投资增加84%，达到4.97亿美元。美国政府把新的国家纳米技术战略作为最优先考虑的战略。
率先提出发展纳米技术的是美国前总统克林顿。去年1月，克林顿在加利福尼亚理工学院发表演说，对积极制定国家纳米技术计划，使之成为下一次产业革命的领头羊表现出强烈愿望。
克林顿在演说中解释说，纳米技术可以制造出把美国国会图书馆的所有信息存进去的方糖大小的存储器、开发出强度比铁大十倍的新材料，飞跃性地实现飞机和火车的轻型化，从而最大限度地实现节能。
美国之所以对纳米技术如此感兴趣，是因为美国希望在这个落在别人后面的领域卷土重来。与此同时，美国还在军事上把纳米技术定为重要技术。
1992年，日本在通产省的主导下，建立了纳米技术的“原子技术项目”。日本国在研究机构和大学的纳米技术研究水平非常高，尤其在纳米电子元件和纳米复合材料等应用领域，更是领先一步。
在欧洲，瑞士制定了“TOPNAN021计划”。IBM公司和巴塞尔大学成功地合成了监测DNA缺陷的机器。它们把材料，设计和生物工程很好地结合在一起。
美国实行国家纳米技术计划
美国从2000年10月1日起实施一项新的国家计划———国家纳米技术计划，并把其作为美国政府当前科技研究与开发的第一优先计划。据报道，美国政府在2001年预算中用于纳米技术研究与开发的经费将高达4.95亿美元，增幅几乎是翻了一番。
纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。它是在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。由于纳米技术将最终使人类能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子，以实现对微观世界的有效控制，所以被认为是对21世纪一系列高新技术的产生和发展有极为重要影响的一门热点学科，被世界各国列为21世纪的关键技术之一，并投入大量的人力物力进行研究开发。
目前，纳米科技主要包括纳米生物学、纳米机械学、纳米电子学、纳米材料学以及原子、分子操纵和纳米制造等很多领域。专家预测，“如果在10到15年内世界上的纳米装配机器出现突破，那么到2020年将出现一个全新的领域———纳米医学”。纳米技术初期的应用将集中于机体外，如诊断和药物生产。虽然纳米技术的早期应用将在体外，但是最有价值的将是体内应用。可能的应用领域包括：沿着血液运行、支持天然免疫系统的程序化免疫机器；激活快速愈合和组织重建的细胞聚集机器；实施遗传手术的细胞修复机器。
美国政府将大力资助纳米技术基础研究
美国政府将宣布一项雄心勃勃的计划，以加速发展美国的纳米技术基础研究。纳米技术主要研究超显微设备的设计与制造，被视作科学和工程学发展前景最为广阔的领域，但迄今为止在商业应用上只取得了十分有限的成绩。
前不久，克林顿在位于帕萨迪纳的加利福尼亚技术学院发表演讲时，强调指出加强物理学与生物学领域的基础研究意义十分重大。他还在演讲中宣布美国国会将通过议案，对“国家纳米技术规划”提供资助，以鼓励这个领域的基础理论研究。
克林顿在演讲中为人们描绘了纳米技术令人鼓舞的应用前景：将美国国会图书馆的所有馆藏缩微到一个只有方糖大小的设备上；用“从下至上”的方式即从原子和分子开始合成新材料；研制出比钢还要强十倍的超轻材料；制造一种运行速率比今天的奔腾III电脑芯片快数百万倍的新一代电脑芯片；将太阳能电池的功率提高两倍；利用基因和药物治疗技术检测和消灭癌细胞；开发出新技术清除水和空气存在的最微小的污染颗粒。
“国家纳米技术规划”将在未来五年的时间内把联邦政府用于资助纳米基础研究的拨款提高两倍。“规划”要求下个财政年度用于资助纳米技术研究的预算必须达到4.97亿美元，其中70％将提供给高等院校从事基础理论研究的科学家。
科学家们普遍认为，纳米技术为一系列科学和技术问题的解决提供了契机，例如去年美国企业和高等院校的研究人员在研制比今天使用硅芯片的电脑体积更小巧、功能更强大的电脑方面取得了长足的进步。其次，纳米技术在生物医学方面也具有极大的应用价值。
目前美国的国家科学基金会、五角大楼、能源部、国家航空和宇宙航行局、商业部和国家卫生研究所都制定有资助纳米技术研究的计划。克林顿政府制定的“国家纳米技术规划”要求这些单位在明年的预算中将这部分款项予以大幅度提高。有消息说国家航空和宇宙航行局的预算将提高400％。从去年开始，美国高校中与纳米技术有关的科研课题申报项目数量出现前所未有的增长，美国政府大幅度提高资助力度与此不无关系。观察人士相信，有了政府部门的大力支持，美国的纳米技术研究必将迎来一个新的发展高峰。
英国科学家制造出纳米电路
据报导，英国科学家最近成功地将纳米级的金粒子通过有机分子形成的细微导线与金电极相连，组装了能承载电流的纳米电路。
新一期英国《自然》杂志上说，他们使用硫醇类分子作为纳米电路中的导线。这种分子呈链状，硫醇基位于分子末端。每个硫醇基都能与一个金原子发生反应，与其稳固地结合。
研究人员采用两端都有硫醇基的分子，一头与长度仅6纳米(1纳米为十亿分之一米)的金微粒相连，一头与金电极相连，最终制成了纳米电路。在每一个纳米金粒子与电极之间，都有数十根硫醇类分子形成的细微导线相连。
研究人员说，将扫描隧道显微镜(STM)的精密金属探针接近纳米电路，可以使电路中产生电流。
法国科学家研制成功实用性纳米新材料
法国科学家正在对一个将成为现代化学的奇迹的新材料进行研究。这种称作纳米碳管(carbon nanotube)的材料直径只有1米的10亿分之几，但是却具有非常显著的电子和机械特性，特别是有很高的强度。科学家们认为它在高技术领域有着广泛的用途。
科学家现在的主要任务是探索这种新材料的实用性。但是由于这种产品很难大量生产，所以使人对它的前途感到难以确定。但是现在法国波尔多大学的科学家们已设计出了一种方法，可以制造出由数以万亿计的纳米碳管组成的带子和纤维，这些带子和纤维可以弯曲而不折断，甚至可以打结。这项工作使纳米碳管的工业生产可能性又进了一步。
这种碳纤维管实际上是石墨层，它既可以是单层的，也可以是多层的，为制造出它，科学家使用催化剂对碳进行了汽化处理。但是问题不仅是加工过程过于昂贵，而且单个的分子很难组织。科学家们解决了排序的问题，科学家们先是将未加工的纳米碳管注入一种表面活性剂中，然后又注入到聚合体溶液的流动气体中，这使得纳米碳管产生了再凝结，并顺网眼成直线成为带状物，干了后就分解成更小一些的纤维。
科学家们制造出来的纤维直径大约为1000万分到1亿分之一米。从事这项工作的波林博士说他们的主要目的就是将这种新材料加工成一种具有实用价值的东西，而且他认为他们所使用的方法可以用于工业生产。材料学家鲍曼博士认为法国科学家的工作很有意义，这种新材料可以用于广泛的目的。他还认为有可能设计出一种经济的制造工艺来。但是目前来说，每克提纯的单层纳米碳管价值1000美元，只有能够大量生产，造价下降才有可能促进这种新材料的商业使用。
法将兴建微米纳米技术发明中心
为使法国在欧洲保持其在纳米电子学研究领域的领先地位，法国决定在格勒诺布尔市兴建一个微米纳米技术发明中心，并计划于2004年正式建成运转。
据该中心建设发起人之一，法国原子能委员会电子和信息处理工艺实验室主任让·泰尔姆介绍，发明中心将占地8公顷，建筑面积达6万平方米，建设总投资为8亿法郎，法国政府、格勒诺布尔市及该市所在省、区政府将对这一中心建设予以财政支持。
格勒诺布尔市位于法国东南部，是法国科学研究及机械、电子制造工业的中心，拥有相当数量的高级实验室。
泰尔姆说，格勒诺布尔市集中了法国电子学研究领域的精英，在此兴建微米纳米技术发明中心将大大促进和加快法国纳米电子学的研究和应用。他介绍说，这一中心将集中3000～3500名大学生、研究人员及企业家。除建有多个无尘实验室外，它还将拥有一个微米纳米技术之家，专门负责申请技术专利和帮助研究人员建立起他们自己的创新企业。
纳米技术是指在0．1至100纳米尺度上研究和利用原子和分子结构、特征及其朴素作用的高新技术。纳米电子学是纳米技术的重要组成部分，也是纳米技术发展的主要动力，它的研究方向是立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的概念来构造电子系统，超越传统的极限，实现信息采集和处理能力的革命性突破。
纳米技术将成为日本科研重点
据报道，日本政府日前决定，把纳米技术作为今后日本科研的新重点，从下一年度起将实行"官产学"联合攻关的方法加速开发这一 高技术。
从80年代兴起的纳米技术是对物质的分子和原子等微观结构进行 操作的新材料技术，也是发展信息技术、医疗器械和解决环保等各种 社会和经济问题所必需的基础技术之一。日本在从下一年度开始实行的新5年科技基本计划中，已经把以纳米技术为代表的新材料技术与生 命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。
报道说，日本通产、文部和科技三省厅将在下一年度的预算中列 入总额为330亿日元（约合3.1亿美元）的研究开发经费，在计划于明 年1月设立的物质材料研究机构中建立纳米技术中心。
日本确定加紧发展纳米技术的背景是，美国政府在今年年初把这 一技术列为国家技术战略目标，2001年度的预算为4.97亿美元，比 2000年度增加1倍。
纳米技术的战略地位
和我国纳米技术产业发展的机遇
在千年交替的关键时刻，美国政府推出了促进纳米科技繁荣的报告，明确指出：启动纳米科技促进计划，关系美国在21世纪的竞争实力。美国前总统
克林顿还多次发表演讲，把纳米技术称之为21世纪科技发展的制高点，是新工业革命的主导技术。美国一些权威人士多次撰文分析，评价纳米科技对未来发展知识经济的重要性，认为纳米技术对各个领域的影响力和渗透力可能会超过计算机。纳米技术的发展给社会发展、经济振兴和人们生活质量的提高所带来的利益，将是一般技术无法比拟的，纳米技术在21世纪创造的财富也是难以估计的。
所谓纳米技术是人们在非微观和非宏观的一个纳米尺度的中间领域，是认识自然、改变生产方式、工作方式和生活方式的一种全新的技术，它是联系纳米科学和含有纳米技术产品平台的桥梁，它把人们的技术创新带到一个新的层次、新的空间，大大拓展了人们的创新领域。其实纳米材料早就在自然界存在，例如动物的牙齿、贝壳、鲨鱼皮、荷叶表面、珊瑚礁、陨石等都具有纳米结构，中国古代的颜料、墨、古铜镜的涂层都是纳米材料，然而，他们虽然用了纳米技术，制备了纳米材料，但并不知道纳米材料的重要性，是处于自发阶段，而真正按照自己意志人工合成纳米材料是在20世纪60年代以后。1963年日本科学家久保亮五第一次提出材料颗粒缩小到纳米尺度，性能发生突变。1967年日本科学家上田良二第一次用蒸发法人工制备了纳米尺度的金属颗粒，当时日本科学家把纳米尺度的颗粒均称为超微粒子。真正把纳米作为材料的命名，是德国科学家格莱特教授在1984年第一次制备了尺度由5纳米的晶粒组成的固体，他称之为纳米尺度材料。第一次提出纳米技术的概念是美国科幻小说家伊瑞克－揣克斯勒在1986年提出来的，1990在巴尔基摹正式出版了纳米技术杂志。
纳米材料是纳米技术中最为活跃的重要组成部分，它与纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米摩擦学、纳米测量学、纳米化学和纳米物理学共同构成了纳米科学技术的内涵。纳米技术内涵包含各个领域，就纳米材料学而言，它包括纳米材料的制备技术以及纳米材料向各个高科技和所有传统工业领域渗透应用的技术，特别值得注意的是纳米材料不仅是尺度的概念，更重要的是在这个尺度上出现了在微观、宏观不具备的特性，人们利用这些新的特性可以人工合成自然界不存在的或者自然界存在但人类还没有模仿出来的新材料，并采用全新的纳米技术把这些材料应用于各个领域，促进社会经济发展，提高国防实力和人们的生活质量，这就是为什么各国政府对发展纳米技术予以足够重视的原因。对我国这样一个发展中国家，这是一个千载难逢的机会，近500年历史我们有两次丧失国家快速发展的教训，我国的这次机遇再也不能错过。美国耶鲁大学中国现代史教授乔纳森.斯彭斯在2000年1月《新闻周刊》上发表文章，在分析21世纪中国时曾提到，中国在21世纪魔术般的成为超级先进国家，纳米技术是可选择的重要途径。令人振奋的是，我国在纳米材料和纳米技术领域的技术水平上目前并不落后于发达国家，在一些方面上已处于领先水平。机遇难得，我国政府高瞻远瞩，亦对纳米技术高度重视，这将成为我国科教兴国战略的一个重大决策。
2000年3月，美国政府向全世界公布了纳米技术的启动计划，在这个由美国26名科学家工作半年完成的几万字的报告中，明显地陈述了一个观点，这就是纳米技术将引发21世纪新的工业革命。德国科研技术部在发展纳米技术的报告中也提到，纳米技术是21世纪的主导技术之一。著名的诺贝尔奖获得者罗雷尔教授说，如果说70年代重视微米技术的国家现在已成为发达国家，那么从现在开始重视纳米技术的国家，有可能成为21世纪的先进国家。IBM公司前首席科学家埃马窗说，70年代微米技术引发了新的信息革命，纳米技术很可能成为新信息革命的核心。美国政府和国会的重要文件中，多次把信息技术、生物技术和纳米技术并列称之为21世纪工业革命的主导技术。主导技术的内涵是指它向各个领域渗透的、与各种技术交叉融合的以及对新兴产业示范带动的极强能力。在20世纪末，计算机和信息高速公路的技术向各个领域渗透，对人们的生产方式、工作方式和生活方式产生了深远的影响，堪称为世纪之交新技术的主导。1998年3月，美国总统科技助理Neal Lane在回答国会提问时曾经说，纳米技术对各个领域的影响很可能超过计算机，成为21世纪的主导技术之一。事实证明，纳米技术向信息、生物医药、能源和环境、航空航天、海洋和先进制造技术等高科技领域渗透已崭露头角，纳米技术向国防领域的全方位渗透已初见成效，纳米技术向传统产业的交叉融合已显示出巨大的潜力。纳米技术在传统产业的改造提升，增加高科技含量，提高产品的竞争力方面，正在发挥巨大的作用。纳米技术注入到传统产业，增强了传统产来业的活力，前途方兴未艾。
我国制定的改革开放和可持续发展战略，已实现了我国经济的腾飞，使我国国内生产总值仅次于美国、日本、德国、法国、英国，位居世界第六位，这对一个基础薄弱的发展中国家是难能可贵的。在21世纪前20年这个挑战和机遇并存的年代里，如果我们能够审时度势，抓住机遇，在若干领域实现跨跃式发展，对我国十分重要。当前以纳米技术、信息技术和生物技术为核心的新的工业革命悄然兴起，各国几乎站在同一起跑线上，在这技术更新转折的关键时期，为我国若干领域实现跨跃式发展提供了极好的机遇，我们再也不能坐失良机。
我国是发展中国家，改革开放以后，国民经济保持了持续、快速发展，引起世界瞩目。但是，我们国家基础薄弱，主要依靠传统产业，高科技产业近年来虽然发展很快，但对我国GDP的贡献比例还很小，与发达国家相比还有很大的差距。我国的国情决定了我国发展纳米技术的总体思路与美国、日本和欧洲不同，要有中国自己的特点，要走出符合我国情况的新路子，发展纳米科技，这就是以纳米技术为契机，解决当前国民经济发展和支撑产业中亟待解决的问题。纳米技术首先向传统产业切入，调整产品结构，注入高科技含量，为实现我国传统产业升级，促进GDP的增长做出贡献。同时寻找机遇，向高科技产业渗透，特别重视在环境、能源、医药和国防领域应用纳米技术，培育新兴纳米产业，逐步形成产业链，使这些产业的起点就定位在21世纪该领域的技术制高点上，为实现我国上述领域跨跃式发展奠定基础。信息、宇航、
第3个回答 2006-10-19
纳米生物学是纳米科技和生物学结合的产物，是纳米科技的一个核心领域。纳米科技的核心思想是在原子分子水平进行产品设计和制造，其最终目标是实现人工分子机器的制造。由于生物体系中的生物大分子恰恰是自然界中现成存在的分子机器，通过对生物大分子的研究和利用，将会有助于纳米科技本身的发展，因此纳米生物学体现了纳米科技的核心思想和最终目标。纳米生物学的研究主要分为两个方面的内容，第一，利用新兴的纳米技术解决生物学和医学方面的重要科学问题和关键技术难题；第二，借鉴生物学原理和生物分子材料进行人工分子器件、纳米传感器、纳米计算机和分子机器的设计与制造，即"分子仿生"。当前，纳米生物学主要以纳米尺度探测和操纵技术以及微电子集成技术为基础，开展生物医学和物理学、微电子学以及计算机科学的交叉研究，代表了21世纪科学技术发展的新趋势。
纳米科技是研究1-100纳米尺寸间物体的结构，形状和功能状态的科学。用纳米科技的手段来研究生物体能够给予我们更多的启示，使我们更加清楚进一步看清生命的本质。因为如果从更加微观的世界里来重新对整个生命过程进行认识然后再与宏观所表现出的生命现象结合在一起，生命的基本过程，疾病的发生等生命现象就将被我们所解析，并将给予我们以启示，使我们制造出纳米级的药物、替代物等（我们称之为纳米分子机器或纳米机器人等）来战胜疾病。正是由于许多科学家们认识到了这一点，所以他们采用纳米科学技术在生物学、医学等生命科学领域进行了各个方面的研究和探索。归纳起来，目前纳米生物学和纳米生物技术的研究主要包括如下的领域：
1、 适合生物医学应用的新的纳米工具和方法研究
纳米科学技术研究的尺度在1-100纳米之间，在这个尺度上研究生物体系的方法目前存在很大的空缺，所以首先最重要的是发展新的方法和工具用于纳米尺度上生物系统的研究。大家知道，原来几乎所有的体内生化过程都是从整体效果上测量出来的。我们原先认为生化过程是一个很有序的过程。而目前通过单分子动力学的研究使我们了解到生物体内的过程包含了许多的动力学途径和转变过程，这些复杂的过程可用单分子研究的方法来观察，从而了解其分布情况和不同分子的时间轨道。
对单分子的研究需要发展有选择地修饰、分离、操纵、分析和控制纳米体系的方法，并需要提高检测和分析单分子、单细胞和单个细胞成分的方法。NMR（核磁共振）技术、激光镊技术、荧光技术、扫描探针技术是目前常用的研究单分子的主要工具。
2．改善已有的纳米材料和研制新的纳米材料来满足生物医学的需要
组织工程是发展具有生物活性的人工替代物来恢复、维持或提高组织的功能。人工替代物的材料一般是"惰性"的，不会引发宿主强烈的免疫排斥反应，随着对材料-生物体相互作用机理研究的深入，这一概念已发展到材料应该是具有生物活性的，并可诱导宿主的有利反应，比如可以诱导宿主组织的再生等。由于细胞表面的许多蛋白和结构都在纳米尺度，因此新兴的纳米生物材料在这方面起了很大的作用。利用纳米生物材料可对人工替代物骨架的内部结构与表面性能进行优化，可使种植的细胞感受细胞周围不同的环境变化来调节其生化反应，取得与正常细胞相类似的功能。已经发现，不同的纳米结构对细胞的生长有不同的影响，但是其机理仍然不清楚。目前组织工程学方面的研究和应用主要包括在人造皮肤、骨、软骨和血管等方面，纳米生物材料的应用分别赋与它们许多新的不同特点。
人造血管在临床上的应用已经有一段时间了，但是蛋白质和细胞会在其上附着和沉积而影响血液流动的问题一直没有很好的解决。将人造血管表面涂上一层纳米材料层后就可大大改善和克服粘连沉积的问题。人造骨和人造软骨在体内起支架作用，用含有纳米材料制作的软骨和骨不但具支架作用且与周围组织有更好的相溶性和功能性。在口腔学和整形外科中，纳米生物材料的应用同样有意想不到的效果。纳米生物材料的牙科植入物比普通牙科植入物有更好的耐磨性且它的收缩性也小一些，这样可用于增强骨植入物与周围的连接,进而提高植入物的成活率。由于纳米生物材料的表面积特别大，它可加速伤口的愈合，这在创伤外科与整形外科中都是很有用途的。
量子点最近被用于细胞内的检测。相比于传统的荧光分子，量子点有三个主要的优点。量子点的发光波长可以简单地通过调节其直径的大小而改变，这对应用非常重要。另外，量子点的发光波长比较窄，效率较高。更为重要的是，量子点没有光漂白效应。这三个优点使量子点具有巨大的应用潜力。目前关键的问题在于如何对量子点表面进行有效的生化修饰。
3．生物器件和生物传感器的研究
有机系统和无机系统的融合的研究是必须的，它的研究导致了BIOTRONICS和与生物相容的纳米制造过程的发展。生物分子器件如ATP酶分子马达就是一个实际的例子。它的研究涉及了许多方面其中包括对有机和无机表面的研究、表面相互附着的研究、分子识别的研究。经过精心设计的ATP酶分子马达利用ATP作为燃料在推动ATP酶的可动亚单位运动的同时带动一金属杆转动，其最终结果是实现了将生物燃料ATP转化为机械能量。
对DNA分子器件的研究也正在取得突破。最近的一些研究表明，裸DNA可能具有一定的导电性，虽然目前还没有定论，但是，利用DNA分子作为基本的器件单元的思路导致了许多新的结果。"DNA马达"、"DNA纳米镊子"以及新颖的各种基于DNA的计算机雏形都在实验室中诞生了。
一种基于微悬臂的生化传感器技术可以快速地分析环境中的生化气体物质。这种传感器可以组成阵列并且可以集成。其目标是做成可以象手表一样携带的便携式传感器，用于反恐怖检测和战争。另外，也可利用集成的微悬臂纳米传感器来探测溶液中的生物分子、病毒和细菌，这方面的研究正在飞速发展。
4．分子体系仿生学的研究
通过进一步地了解自然生物体的设计、代谢过程、分子单元的组装与去组装，纳米级组装的临时结构与它们的功能之间的相互关系，希望合成可模仿生物体系的分子并在某种性能上和某些方面优于其生物结构本身。通过对骨、肌肉、脑、分子马达和受体的识别、代谢、自组装和模板的了解，希望将其应用到制造廉价的纳米结构机器人和纳米器件上。美国宇航局研制的一种纳米机器人是以人的内耳与大脑之间起声音传输作用的毛绒状联系物为设计基础，由细微的纳米级碳管制成，可使人们听到单个细菌流动的声音。
5．基因治疗和其他蛋白质/药物传递用的纳米体系
在临床实践中基因治疗主要关键问题是如何将所需的基因段引入机体细胞内与已有的基因融合为一体发挥本身的作用而不遭受机体免疫系统的攻击。将所需基因片段携带入细胞内的方法大多采取病毒这一载体,但是病毒本身会带来一些问题,临床上有用药后短期内造成病人死亡的例子。纳米医学将为基因治疗提供新的解决问题方法.给基因治疗带来了极大的希望。它是利用安全可靠的纳米载体来解决基因治疗的关键问题。如使用纳米材料物质DENTRIMER可以克服这一缺点。DENTRIMER是呈树状结构的多聚物,大小在纳米尺寸间,可以携带DNA安全通过机体的防卫系统到达靶细胞内。 DENTRIMER和其他POLYMER的不同是它的纳米结构，可根据人为意愿来确定它的合成次数以决定它的准确大小。它的表面可以象钩子一样抓住有机药物和DNA等，可使DENTRIMER的大小正好可引起细胞的胞饮作用而使其进入细胞。一旦进入细胞，DNA就会被释放出来与细胞的基因融合在一起。对于基因治疗来说,虽然此项研究尚处于研究早期,但结果显示这种合成的纳米生物材料可能是更加安全的病毒载体替代物。
目前,美国公司已经有商业化的多聚纳米微球药物传递系统出售，可根据临床需要携带上不同的药物用于治疗不同的疾病。它是由纳米生物材料制成的、粒径为纳米级的小球，小球可根据需要变换大小，提供适当的表面修饰以携带不同种的药物。此纳米微球传递系统能够可控制地将药物传递到所感染的组织器官中并且有缓释的作用，持续释放药物几天到几个星期。此微球可用于不同的疾病治疗，在微球的表面可修饰上不同的功能基团。如将特异性的肿瘤抗体修饰在微球可使微球有更好的趋向性，将所携带的药物直接浓聚在肿瘤组织上，这一系统解决了肿瘤治疗的一大难题，可在有效治疗肿瘤的同时，大大减低对正常组织的毒副作用。
纳米技术给生物医学中的传统难题带来了新的解决方案，有可能在未来产生一场革命。但是，纳米技术在生物医学上的应用不象它在信息技术方面的应用那样自然，这需要彻底打破学科之间的壁垒，进行深入的交叉研究。
纳米生物技术的发展和未来潜力引起了社会各界的高度重视。美国前总统克林顿在不久前接受美国"科学"杂志记者的采访时，就科学技术如何改变世界谈了自己的看法,其中涉及到纳米科技，突出强调了纳米生物学研究的重要性："如果把人类基因组的排序和导致各种癌症的遗传变异的识别能力同纳米技术的潜能结合起来，将有可能使各种癌症得到治愈。这在以前是人类无法想象的事情。......我相信，在今后10年至20年，基因技术与纳米技术相结合，其应用潜力将十分惊人。"日本相关部门也对纳米科技的认识进行了全面的考量。在日本，虽然有人指出了纳米技术的重要性并且得到重视，但纳米技术研究仍处于纳米材料的研究阶段。2000年8月，大阪大学产业科学研究所教授川合知二拜访了当时的科技厅长官大岛理森，说明了"日本的纳米科学和纳米技术战略"及其重要性。因此，日本重新认识到：纳米技术的运用领域广泛，不仅可以在电子和信息技术领域运用，而且可以在生命科学、生物技术和环保等领域运用，它是21世纪不可缺少的基础科学技术。
2000年9月，在德国就召开了三次有关纳米生物学的国际会议。在2000年9月明司特市召开的首届纳米生物技术的国际会议上，着重讨论了单分子成象和操纵、纳米传感器、纳米机器人、生物芯片等纳米生物学的前沿领域。这次会议的一个显著特征是不仅科学家关心，金融家、企业家和政府官员业积极组织和参与。明司特市长亲自担任组委会主任，体现了政府职能在高科技前沿领域的转变和延伸。
2000年6月，美国NIH专门组织了"纳米科技与生物医学"的研讨会，具体讨论了当前纳米生物学的发展状况和应用前景，包括基本技术和方法、疾病早期检测、纳米仿生、组织工程中的关键纳米技术、人机通讯中的纳米技术、纳米药物传递和治疗等等前沿领域，得出了"纳米科技将导致新的生物学和生物工程"的结论。2001年又陆续在美国、欧洲和日本召开了许多不同层次的纳米生物学和纳米生物技术的国际研讨会。
美国在2000年还专门成立了以纳米生物学和纳米生物工程为主体的国家级研究中心??设在康乃尔大学的"纳米生物工程研究中心"，由若干大学、国家实验室和公司共同组建。美国宾州的费城地区成立了地区的纳米科技中心，专门致力于纳米生物技术的研发。欧洲有自己专门的纳米生物技术计划。在日本的国家纳米计划中，纳米生物技术也是一个鼓励发展的重要领域。
我国早在90年代初已经有单位开始开展纳米生物学的研究，目前在中国科学院、北京大学、清华大学、中国科技大学、复旦大学、上海交通大学、武汉大学、二军大、上海第二医学院等单位正在从不同角度开展这方面的研究。国家基金委"9·5"重大交叉研究项目有一项涉及纳米生物学领域，中科院"9·5"重大项目中，也有一项专门支持了纳米生物学的研究。可以说我国已经具备了一定的基础，但是尚未进行专门的组织，也未形成专门的机构。
2001年863计划中，有一项生物纳米技术的专题。在上海市的纳米专项计划中，纳米生物医药是五个主要支持领域之一。
国内产业界也非常关心纳米技术在健康和农业等方面的应用，虽然目前的投入主要集中在较为低层次的技术上，还未涉及到纳米生物学的关键技术方面，但是也显示了较为广阔的前景。
第4个回答 2006-10-22
纳米科技已在国际间形成研究开发的热潮，世界各国将发展纳米科技作为国家科技发展战略目标的一部分，纷纷投入巨资用于纳米科技和材料的研究开发。纳米材料是纳米科技的重要组成部分，日益受到各国的重视。各国（地区）制定了相应的发展战略和计划，指导和推进纳米科技和纳米材料的发展，将支持纳米技术和材料领域的研究开发作为21世纪技术创新的主要驱动器，纳米科技和材料展现了其广阔的发展前景和趋势。
各国纳米科技／材料发展战略计划和重点研究领域
当前世界上已有30多个国家从事纳米科技的研究开发活动，各国对纳米科技的投资增长加快，已从1997年的4．32亿美元增加至2002年的21．74亿美元， 2002年世界各国（地区）政府投资纳米科技领域的经费比1997年增加了503％（见表1）。从表1可以看出，2000年以来，各国（地区）政府投入纳米科技的研究开发经费增长速度加快。美国、日本和西欧是纳米科技投资的大国（地区），其他国家和地区对纳米科技投资总额还不及美国和日本单个国家的投资多。
美国自2000年2月提出“国家纳米技术计划”（NNI），纳米科技研究开发经费从2001财年的4．22亿美元增至2004财年的8．49亿美元（见表2）。2000 年NNI实施计划确定了5个重点发展的战略领域（见表3），近几年来这5个战略研究领域所包含的研究内容有调整。2003财年重大挑战项目涉及的重点研究领域：
1） “设计”组装更强、更轻、更硬并具有自修复和安全性的纳米材料：10倍于当前工业、运输和建筑用钢材强度的碳和陶瓷结构材料；强度3倍于目前遇100摄氏度高温就融化的汽车工业用材料的聚合物材料、多功能智能材料；
2）纳米电子学、纳米光电子学和纳米磁学：提高计算机运行速度并使芯片的存储效率提高百万倍；使电子的存储量增加到数千太比特�将单位表面积的存储量提高1千倍；增加数百倍的带宽改变通信方式；
3）在卫生保健方面，通过诊断和治疗器件减少卫生保健的昂贵费用并增强其有效性；利用基因的快速排序和细胞内传感器进行诊断和治疗；探测早期癌细胞并传递药物；研究能使人工器官的排斥率降低50％、探测早期疾病的生物传感器；研制最大限度减少人体组织损害的小型医疗器件；
4）在纳米尺度加工和环境保护方面，清除水中小于300纳米和空气中小于50纳米的污染微粒，以促进环境和水的清洁；
5）提高能源转换和存储效率，使太阳能电池的能效提高1倍；
6）研制探索太阳系外层空间的低功率（lowpower）微型空间飞行器；
7）研究纳米生物器件，以减轻人类因治疗产生的痛苦：快速有效的生物化学探测器；保护健康、修复受损组织的纳米电子／机械／化学器件；
8）在经济与安全运输方面，引入新型材料、电子学、能源和环境等方面的概念；
9）在国家安全方面，密切注视纳米电子学、多功能材料和纳米生物器件的重大挑战。
2003财年能源部新增3个有关纳米材料特性方面的基础研究项目：
●在纳米材料的合成和处理方面，基本了解涉及材料变形和断裂的纳米加工，利用定模技术有序排列纳米粒子以合成纳米材料。利用统一尺寸和形状的纳米材料来合成更大尺寸的纳米材料；
●在凝聚态物理方面的纳米材料研究，重点了解怎样使宏观分子平衡构造并自组织成为更大的纳米结构材料；
●从事了解纳米材料的特性在转化和控制催化变化的过程中所扮演的角色等方面的基础研究。
2004财年NNI支持的5个重点发展战略领域仍然与2003年相同（见表3）。重点强调支持在原子和分子水平上操纵物质的长期研究，充分发挥创造力以构造如分子和人体细胞大小的先进新器件，从而进一步改进应用于信息技术的电子器件；研究开发应用于制造、国防、运输、空间和环境等方面的高性能低维护材料（lower－maintenance materials）；加速纳米技术在生物技术、卫生保健和农业等方面的应用。研究开发重点领域：生物－化学－辐射－爆炸探测和保护�CBRE 方面的纳米技术创新解决方法；纳米制造研究；纳米生物系统；纳米标准仪器开发；教育和培训适应未来产业发展需要的新一代工人；扩大参与纳米技术革命的产业阵容。
日本政府在第二个“科学技术基本计划”（2001－2006年）中，将纳米技术和材料与生命科学、信息通信、环境保护等作为国家的科技重点发展战略的重中之重领域。该计划在2001年投入纳米科技的研究经费达142亿日元，比2000年度增加了88亿日元。该计划确定的纳米技术与材料重点研究领域：纳米物质与材料及其在电子、电磁、光学上的应用；纳米物质与材料及其在结构材料中的应用；纳米信息元件；纳米科技在医疗、生命科学、能源科学及环境科学方面的应用；有关表面和界面控制的物质及材料；纳米计量和标准技术；纳米加工、合成和工程技术；纳米技术的计算、理论和模拟技术；形成安全空间的材料技术等。
日本通产省2001年制定了“纳米材料计划”（NMP），每年经费3500万美元，为期7年（2001－2007年），由政府部门、政府研究机构、大学和产业界联合研究，旨在为产业界建立集研究开发新的纳米功能材料和教育功能于一体的纳米技术材料研究开发平台（见表4）。通产省2001年还制定并实施了“下一代半导体技术开发计划”，开发50－70纳米的下一代半导体处理基础技术，政府每年投资6000万美元。
日本“先进技术的探索研究”计划涉及了许多有关纳米粒子、纳米结构、纳米生物学和纳米电子学等方面的探索性研究。项目研究期限定为5年，均由政府出资，5年间政府对项目的平均资助金额为1600万美元。每个项目通常由15－25名科学家和技术人员组成，分为3个研究小组。该计划鼓励国内外的产业界、大学和研究机构合作研究。该计划已完成了许多项目，主要在研项目。
日本文部科学省发布了2003年的科技预算，其中纳米技术和材料的预算总计为1491亿日元（见表6）。日本内阁府综合科学技术会议于2003年7月14日召开了“纳米技术及材料研究开发推动项目”第6次会议，确定了研究开发的重点领域：“纳米药物传输系统”、“纳米医疗设备”以及“创新性纳米结构材料” 。这些项目由内阁府牵头、多个政府部门联合推动，于2004年实施。
欧洲共同体力争在纳米科技方面的国际地位，一方面积极创建欧洲新的纳米技术产业，另一方面，力促现有产业部门提高纳米技术能力。欧洲共同体在第6个框架计划（2002－2006年）中，将纳米技术和纳米科学作为7个重点发展的战略领域之一，经费为12亿美元，确定了具体的战略目标和重点研究领域：
一、纳米技术和纳米科学
将长期的跨学科研究转向了解新现象、掌握新工艺和开发研究工具：将重点研究分子和介观尺度现象；自组织材料和结构；分子和生物分子力学与马达；集成开发无机、有机、生物材料和工艺的跨学科研究的新方法。
纳米生物技术：其目标是支持一体化的生物和非生物体的研究，有广泛应用的纳米生物技术，如能用于加工、医学和环境分析系统的纳米生物技术。重点研究领域涉及芯片实验室（lab－on －chip），生物实体的界面，纳米粒子表面修复，先进的药物传递方式和纳米电子学；生物分子或复合物的处理、操纵和探测，生物实体的电子探测，微流体，促进和控制在酶作用基础上的细胞生长。
创造材料和部件的纳米工程技术：通过控制纳米结构，开发超高性能的新的功能和结构材料，包括开发材料的生产技术和加工技术。重点研究纳米结构合金和复合材料，先进的功能聚合物材料， 纳米结构的功能材料。
开发操作和控制器件及仪器：开发分辨率为10纳米的新一代的纳米测量和分析仪器。重点研究领域涉及各种先进的纳米测量技术；突破探索物质自组织特性的技术、方法或手段和开发纳米机械。
纳米技术在卫生、化学、能源、光学和环境中的应用。重点研究计算模拟，先进的生产技术；开发能改性的创新材料。
二、智能多功能材料
高知识含量、具有新功能和改性的新材料将是技术创新、器件和系统的关键。
开发基础知识：目标是了解与材料有关的复杂的物理－化学和生物现象，掌握和处理有助于试验、理论和模拟工具的智能材料。重点研究领域：设计和开发已定义特性的新结构材料；开发超分子和微观分子工程，重点是新型的高复杂性分子及其复合物的合成、探索和潜在的应用。
技术与生产的结合：以知识为基础的多功能材料和生物材料的运输和加工：目标是生产能构造更大结构的新型的多功能“智能”材料。重点研究领域：新材料；自修复的工程材料；包括表面技术和工程技术的跨技术。
对材料开发的工程支持：目标是在知识生产和知识使用之间架起一座桥梁，克服欧洲共同体的产业在材料和生产一体化方面的弱点。通过开发新工具，使新材料能够在稳定竞争的环境下生产。重点研究领域：优化材料设计，加工和工具；材料试验；使材料成为更大的结构，考虑生物兼容性与经济效益。
三、新型的生产工艺和器件
新生产的概念包含更灵活、集成度更高、更安全和更清洁，这将依赖组织创新和技术的发展。
欧洲委员会在“纳米技术信息器件倡议”5年计划（1999－2003年）中确定了3个目标：设计出超越互补金属氧化物半导体硅兼容器件性能的器件；在化学、电子学、光电子、生物学和力学等学科的基础上，设计原子或分子尺度的新型器件和系统，利用分子的特性解决专门的计算问题。欧洲科学基金会提出了于2003年开始实施的“自组织纳米结构”5年计划，将分子自组织、与力学机制相联系的软物质或超分子研究、自组织纳米结构的功能和制备列为第一阶段的研究重点。
英国政府在《科学研究重点》中，确定了2001－2004年的科学研究战略和研究重点，其中的材料科学（研究经费为444，000，000英镑）和基础技术（研究经费为2100英镑）两个领域涉及纳米材料和纳米技术的研究重点：促进前瞻性的材料模拟研究；促进纳米技术的研究，促进跨机构管理的跨学科纳米技术研究合作中心（IRCs）的发展。英国工程与物质科学研究委员会在材料科学发展5年计划（1994－1999年）中投资700万美元左右，其中约100万美元专用于纳米粒子的研究，这项计划于2000年继续资助纳米材料领域的研究。英国政府2003年投资纳米技术的经费约为3000万英镑。
英国政府的纳米技术应用分委员会咨询专家组调查了上百个科学家和发明者后，在2002年6月题为“英国纳米技术发展战略”的报告中勾画了英国纳米技术发展战略（见表7），选定了认为英国具有研究优势和产业发展机会的6个纳米技术领域：电子与通信；药品传递系统；生物组织工程、药物植入和器件；纳米材料，尤其是生物医学和功能界面纳米材料；纳米仪器、工具和度量；传感器和致动器（actuators）。
法国政府目前主要资助3个纳米科技项目：“法国微纳米技术网络”（1000万欧元）；“纳米结构材料”（230万欧元）；“独立纳米对象”（1200万欧元）。
德国联邦教育与研究部和德国联邦经济部资助6个纳米技术能力中心，每年投资6500万德国马克，资助的领域主要是：超薄功能薄膜；纳米结构在光电子领域的应用；新型纳米结构的开发；超精细表面测量；纳米结构的分析方法。
2002年德国联邦教育与研究部发布了提升纳米研究能力的新战略，将纳米技术的研究经费从 1998年的2760万欧元增至2002年的8850欧元，4年增长了200％。重点研究领域涉及增强用于纳米技术研究的基础设施的安全性；重建集成和创新型研究机构；将纳米技术商业化；促进创新企业的建立；增强SMEs的作用，评估与其他国家合作的机会；缩短相关的专利或授权的期限；促进下一代科技研究和发展相关的科技法律。资助下一代的材料研究的经费达7500万欧元，其中包括资助纳米结构材料。
英、法、德国等欧盟国家除本国政府支持的纳米科技研究外，还要参加上述欧盟在第6个框架计划中的有关纳米材料等方面的项目。
韩国政府在2002－2006年“科学技术发展基本计划”中，将纳米技术与生物技术、信息技术和航空航天技术等作为国家科技发展的重点战略领域。2000年制定的“纳米生物技术发展10年计划”，重点研究开发纳米诊断器件、纳米治疗系统和纳米生物仿生器件。 “2001－2010年太比特纳米器件计划”确定了太比特纳米电子学、自旋电子学、分子电子学和核心技术为研究重点领域。政府投资该计划的经费总计为1．42亿美元。科学技术部积极鼓励私营企业设立纳米技术专项投资金作为匹配经费。“2002年度纳米技术开发行动计划”，预算为2031亿韩元，比2001年的1052亿韩元增加了93．1％。旨在开发纳米核心技术，新建国家纳米制造研究中心（250亿韩元），以及信息技术和纳米技术融合中心。到2010年，使韩国将拥有13000名纳米技术领域的专家并跻身纳米技术领域世界10强之列。
澳大利亚在2003财年将纳米材料与生物材料作为重点战略研究领域，主要研究通过原子和分子的纳米自组织形成块材。
中国台湾自1999年开始，相继制定了“纳米材料尖端研究计划”（1999年）； “纳米科技研究计划”（2001－2005），5年预计投入的经费每年达上亿元新台币。中国台湾计划从2002－2007年在纳米技术相关领域中投资总额为6亿美元的预算，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。
世界纳米科技／材料的发展
各国（地区）通过实施纳米科技计划，纳米材料和技术水平有很大发展。
在纳米材料方面，仅以近两年世界部分研究成果为例，纳米科技／材料的发展是显而易见的。美国IBM和康耐尔大学于2002年相继开发出碳纳米晶体管。威斯康星州立大学研制出存储密度是目前光盘100万倍的原子级的硅记忆材料。
麻省理工学院和美国陆军合作建立的纳米技术研究所研制了具有防水性和灭菌作用的纳米涂层。美国依利诺斯州西北大学Stupp领导的材料研究小组首次设计并制备出了骨状纳米纤维（Science，23，11，2002）；美国加州伯克利大学化学系的Joshua Goldberger领导的研究小组，与美国劳伦斯国家实验室的科学家合作，利用外延镀膜新技术，首次成功地合成了具有单晶结构的氮化镓�GaN 纳米管，这种新技术也可以应用于合成其它材料的单晶纳米管。氮化镓�GaN 纳米管还可应用于纳米毛细现象电泳、生物化学纳米流体感应，以及纳米尺度的电子与光电元件等方面（ Nature 422� 599 2003）。
俄国莫斯科大学化学系首次研制出氧化铝纳米管。俄科学院电化学研究所成功研制出具有良好杀菌和环保性能的新型纳米涂料。
日本产业综合研究所开发出利用碳纳米管在常温下工作的单电子半导体。名古屋大学在此基础上开发出可控制电传导性的碳纳米管。日本东芝研究开发中心利用碳氢化合物催化分解法，在氧化锌（ZnO2）多孔介质材料中覆上一层作为催化剂的铁铝系复合氧化物，而制备出在其表面能形成每平方毫米约4万根纳米纤维、直径为5～8纳米、5层左右的多层高密度填充碳纳米纤维。研究该材料的目的是为研制以吸附氢气等燃料的储氢能量材料。日立研究所利用纳米技术，将软磁金属与高电阻陶瓷通过机械力的作用，使混合物质在固态下达到原子级的相互混合，以便在软磁金属纳米晶粒的周围形成高电阻陶瓷结构。软磁金属的纳米晶粒之间通过高电阻隔断而形成高电阻，可降低高频段上由于涡电流而引起的损耗，从而成功地合成了高频电磁波吸收纳米材料。通过这种方法制备的电磁波吸收纳米材料能将电磁波吸收材料的厚度减小约50％，有望作为涂层电磁波吸收材料投入实际应用。日本国家物质材料研究所的Yoshio Bando领导的研究小组，成功研制出了在内径约 20～60 纳米的氧化镁单晶结构纳米管内填充了液态金属镓�gallium 的纳米复合材料温度计，该温度计利用氧化镁耐高温和在高温下结构稳定的物理特性，使纳米温度计的温度测量范围大幅度增加，估计其测量温度可达摄氏1000度（App． Phys． Lett． 83 999 ，2003），该测量温度比Yoshio Bando所在的研究小组于2002年研究的碳纳米管温度计的测量温度摄氏50－500度要高得多（Nature 415 599 ，2002）。
法国国家科研中心图卢兹结构研究和材料制造中心与丹麦阿尔霍斯大学天文物理学系合作，联合设计出一种能在铜表面自动聚集原子线功能的纳米“模具”分子，为未来单分子电路分子元器件的电子相互连接打开了通道。
纳米科技在医学应用、纳米电子学、纳米加工、纳米器件等方面也有新进展和新突破。本文就不在此列举了。
中国通过“国家攻关计划”、“863计划”、“973计划”的实施，纳米材料和纳米技术已取得较为突出的成果，并引起了国际上的关注。例如，在纳电子方面，成功地研制出波导型单电子器件晶体管和对电荷超敏感的库仑计；实现6纳米宽的半导体量子线台面和6纳米宽的线条金属栅，制备出间隔仅为10纳米的多种“纳米电极对”；用GMR效应进行高灵敏度传感器和硬盘磁头原型的研制工作。在纳米材料方面，中科院化学研究所有机固体重点实验室与北京大学人工微结构及介观物理国家重点实验室共同合作，利用C60粉末直接构筑C60纳米管。所获得的C60纳米管是由C60晶体在500℃下生长而成，它保留了C60分子的结构和性质，同时作为新的聚集态结构又具有准一维纳米材料的特点（J．Am．Chem．Soc，2002年11月13日）。研制出了碳纳米管准一维纳米材料及其阵列体系、非水热合成纳米材料；纳米铜金属的超延展性、块体金属合金、纳米复相陶瓷、巨磁电阻、磁热效应、介孔组装体系的光学特性、纳米生物骨修复材料、二元协同纳米界面材料等领域的研究，在国际上有一定的影响。在纳米器件的构筑与自组装、超高密度信息存储、纳米分子电子器件等方面也取得了许多有意义和有影响的成果。
纳米技术／材料的 未来发展趋势
从科技发展史来看，新技术的发展往往需要新材料的支持。如果没有1970年制成的使光强度几乎不衰减的光导纤维，可能不会有现代的光通信；如果没有高纯度大直径的硅单晶，很难想象集成电路、先进的计算机及通信设备的高速发展。纳米材料是受纳米尺度控制、具有新特性和行为的纳米尺度材料。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，纳米材料是构建两维和三维复杂功能纳米体系的单元，在此基础上可产生许多纳米新器件和功能器件。许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。纳米材料和技术对许多领域都将产生极大的冲击和影响。从文献计量的角度来看，纳米技术涉及的研究领域达87个之多。
从世界范围来看，纳米科学和技术在各国（地区）政府的大力支持、各界的努力研究开发下不断得到发展，将有许多纳米新材料、新特性和新应用不断发现，纳米科技／材料的发展已展现了诱人的前景。如上所述，纳米技术／材料涉及的研究领域和对科技经济及社会的影响很广，其未来发展方向涉及多个方面，本文在此重点表明纳米材料的未来发展趋势。
●纳米材料及其性能向着更加优质的方向发展，从而将有更多性能优越价格低廉的纳米粉末、纳米粒子和纳米复合材料得到更加广泛的应用。如纳米粒子可以被用于创造新的光学薄膜和创造具有光、磁特性的新功能材料。磁性纳米粒子和量子点将可用于生产10倍于目前芯片存储容量、数百千兆赫速度的超小光盘驱动器。
●在纳米材料与加工方面，将通过控制纳米晶体、纳米薄膜、纳米粒子和碳纳米管等创造新的功能结构材料；开发超轻、超强结构材料；开发长寿命材料、支撑能量转换的材料和具有新功能的电子材料；了解涉及材料变形和断裂的纳米工艺，利用仿制技术有序排列纳米粒子合成纳米材料；
●纳米材料将成为化学和能源转化工艺方面具有高度选择性和有效性的催化剂。这不仅对能源和化学生产非常重要，而且对能源转换和环境保护极具经济价值；
●纳米材料的发展将对生物医学领域，如对植入性和弥补性生物兼容材料、诊断器件、治疗学等产生很大影响，纳米材料将有更多的机会用于药物传递系统。新型的生物兼容性纳米材料和纳米机械元件将创造更多的植入性新材料、人造器官新材料和纳米新元件。
●开发基于天然纤维材料和具有环境兼容性、保证人类健康和安全的纳米聚合物纤维新材料：开发利用细菌精细纤维制造的纳米生态材料；用于食品等工业的小麦生物聚合物（淀粉）复合材料；将纳米粒子与生物可降解的聚合物结合，提高聚合物的物理和化学特性；开发来自糖的纳米晶增强剂以净化废品；开发用于聚合物复合材料的局部化学改性的植物纤维素纳米粒子；开发利用谷壳（rice husk）生产纳米结构的纳米硅炭化物；开发通过表面分离的自组织植物纤维素薄膜。
总之，纳米技术／材料将向着与信息技术、现代生命科学和认知科学融合的方向发展，它们的融合将促进所有科技经济领域的创新和新发现在医药方面的应用
21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。
微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。
纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质特别是酶，从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，研究分子生物器件，利用纳米传感器，可以获取细胞内的生物信息，从而了解机体状态，深化人们对生理及病理的解释。
回答者：panwengqin - 总监 八级 10-19 08:55
纳米技术在农业上的应用
赵 根
（丽水市农科所快繁中心 浙江 丽水 323000）
摘要：本文了介绍了纳米技术，以及目前运用较为广泛的光触媒，论述了光触媒的消毒杀菌、促进光合作用、调节生长激素等机理，全面阐述了纳米技术在植物种子处理上、纳米生物农药上、植物叶面肥上、瓜果蔬菜的保鲜上、水培植物营养液消毒杀菌上，以及纳米技术在植物非试管快繁中等等上面的运用。
关键词：纳米技术;农业;光触媒;光合作用;杀菌
自从扫描显微镜发明后，便诞生了一门以0．1至100纳米这样的尺度为研究对象的前沿科学，这就是纳米科技。从2O世纪90年代初起，纳米科技得到迅速发展，新名词、新慨念不断涌现，像纳米电子学、钠米材料学、钠米机械学、钠米生物学等等。纳米技术已经部分应用于家电、轻工、电子行业、纺织、电力、建材等等，像合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱，可折叠的PVC磁性冰箱门封不发霉，用的是抗菌涂料，里面的果盘都采用纳米技术，但纳米技术在农业领域的切入点非常小，仍然有大部分空白领域有待研究，纳米技术适合我国农业的发展，可以使部分领域产生彻底的变革，具有广阔的应用前景。
1．认识纳米技术
所谓纳米是一种长度单位，1纳米相当于10亿分之一米，大约相当于一个中等原子直径的十几倍，自从扫描隧道显微镜问世后，世界上就产生一门以0.1至100纳米这样尺度研究对象的前沿学科，这就是“纳米科技”。他以空前的分辨率，为人类揭示了一个可见的原子、分子世界，在0.1至100纳米空间尺度内，人们直接操纵原子、分子、对材料进行加工，制造具有特定功能的产品，纳米科技有着不可限量的潜力。
2．光触媒
光触媒[Photocatalyst]是光 [Photo=Light] + 触媒(催化剂)[catalyst]的合成词。光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，光触媒是一种光催化剂，催化剂是用于降低化学反应所需的能量，促使化学反应加快速度，但其本身却不因化学反应而产生变化的物质。光触媒顾名思义即是以光的能量来作为化学反应能量来源，利用二氧化钛作为催化剂，加速氧化还原反应，使吸附在表面的氧气及水分子激发成极具活性的氢氧基OH-及负氧离子O2-，这些氧化力极强的自由基几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质及部分无机物质，使其迅速氧化分解为稳定且无害物质（水、二氧化碳），以达到净化空气的功用。光触媒是以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，是目前国际上治理室内环境污染的最理想材料。高品质的纳米级光触媒在微弱的光线下也能做反应，若在紫外线的照射下光触媒的活性会加强。
光触媒的功能： 1.抗菌、杀菌：破坏大肠杆菌、金