纳米技术的知识

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纳米技术的知识范文第1篇

[关键词] 超顺磁性纳米铁颗粒（SPIO）；骨髓间充质干细胞；普鲁士蓝染色

[中图分类号] R457.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2013）05（c）-0028-03

用干细胞移植治疗疾病是当今医学研究的热点之一[1-2]，但移植后如何从受体辨别供体细胞，并观察其在活体内的生存迁徙情况，一直是困扰其临床应用的瓶颈之一[3]。超顺磁性纳米铁粒子（superparamagnetic iron nanoparticle， SPIO）可作为磁共振成像分子探针标记骨髓基质干细胞（bone marrow stem cells，BMSCs）[3]，从而能够检测活体内细胞的迁徙、代谢和生物学行为。本实验以超顺磁性纳米铁粒子标记大鼠BMSCs，检测其对细胞生物学特性的影响并探讨不同浓度SPIO标记大鼠BMSCs的生物学特性和生命状态，为BMSCs的活体内示踪研究提供重要依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以4周龄雌性SD大鼠（体重约120 g，由第四军医大学动物中心提供）为实验动物，主要试剂：DMEM/F12培养基、复合胶原酶NB4、胎牛血清（FBS）、0.25%胰蛋白酶、纳米铁（由哈尔滨医科大学附属第四医院医学影像中心惠赠）、亚铁氰化钾、盐酸。主要仪器：倒置相差显微镜、JEN-M1220型透射电镜。

1.2 SD大鼠BMSCs的分离培养与鉴定

取大鼠双侧胫骨及股骨，用无血清DMEM培养基反复冲洗骨髓腔，将冲洗获得的细胞悬液离心，取细胞沉淀，加入适量含10%胎牛血清的低糖型DMEM/F12培养基，置于5% CO2、37°C培养箱中培养。多次换液传代使BMSCs纯化，取第4代细胞进行爬片，4%多聚甲醛固定后行HE染色，光镜下观察。取培养的第5代细胞，吹打为单细胞悬液接种，进行细胞爬片。磷酸缓冲液（phosphate buffer solution，PBS）洗去培养液，4%多聚甲醛固定15 min，以封闭液（PBS含1%牛血清白蛋白，0.1% Triton）室温下封闭30 min，加入兔抗小鼠CD45，CD105，CD166，CD90抗体4°C过夜后室温30 min，PBS洗涤3次，每遍5 min，然后以CY3联抗兔抗体室温下避光孵育1 h，DAPI室温（1∶500）染核5 min，PBS洗涤3次，每遍5 min，加荧光保护剂，激光共聚焦观察CD45、CD105、CD166、CD90的表达。

1.3 SPIO标记BMSCs的制备与鉴定

1.3.1 SPIO-BMSCs制备

取对数生长期的BMSCs，反复吹打成单细胞悬液。以5×105/mL的密度接种到含有不同浓度SPIO的20%胎牛血清DMEM/F12培养基中孵育。SPIO浓度分别为15、25、50 mg/L，5% CO2、37°C培养48 h。不含SPIO的20%胎牛血清培养基为对照。

1.3.2 SPIO-BMSCs鉴定

1.3.2.1普鲁士蓝染色 用不同浓度SPIO标记的BMSCs制备细胞爬片，4%多聚甲醛固定15 min，PBS洗3次，放入Pearl液（含2%亚铁氰化钾和6%盐酸溶液）中常温孵育30 min，蒸馏水洗涤，显微镜下观察。以未标记细胞作对照。

1.3.2.2 透射电镜检查 标记后BMSCs经0.25%胰蛋白酶消化，1500 r/min离心10 min后弃上清液，向细胞沉淀中加入2.5%戊二醛液固定30 min，再用1%锇酸固定30 min，0.5%醋酸铀4°C染色固定过夜，梯度乙醇脱水，EP812包埋。超薄切片，醋酸铀复染，透射电镜观察。

1.4 SPIO-BMSCs的生物学特性检测

1.4.1 SPIO-BMSCs的存活

分别将15、25、50 mg/L浓度SPIO标记培养的第4代BMSCs单细胞悬液与台蓝染色液以9∶1的比例混匀，静置3 min，光镜下计数，死细胞为蓝色，活细胞不着色，计数200个细胞，计算活细胞百分比。设未标记SPIO的细胞对照组。

1.4.2 SPIO-BMSCs增殖活性

用MTT法绘制生长曲线，将各浓度的SPIO标记前后的细胞悬液接种于96孔板，每孔200 μL，设5个复孔。分别于第1、3、5、7 d取5孔，加入MTT液，在5%CO2、37°C培养4 h后取出，小心吸弃孔内培养上清，每孔加入150 μL DMSO。振荡10 min，用酶标仪在490 nm处侧出吸光度A值。

1.5 统计学方法

采用SPSS 13.0统计软件进行处理。计量资料数据以均数±标准差（x±s）表示，两组间均数比较采用方差分析，两两比较用LSD-t检验。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 细胞生长情况

原代细胞48 h半换液，见大量悬浮细胞，在瓶底可见单个细胞贴壁生长，多为短多角形。个别细胞伪足伸长，4 d全量换液，PBS漂洗，去除大量漂浮的细胞，可见分散的BMSCs成簇生长为集落状，细胞逐渐转变为长梭形，纺锤状，胞核为圆形或椭圆形，胞浆内可见较多的颗粒（图1a）。10 d左右细胞大部分融合，达90%以上，细胞形态均匀，长梭形，排列紧密，呈旋涡状，有一定的方向性。传代后，细胞形态类似纤维状，排列更加整齐（图1b）。

2.2 BMSCs的免疫荧光鉴定

BMSCs经免疫荧光染色，绝大多数细胞呈CD105、CD166、CD90（间质干细胞特征性标志物）阳性，CD45呈阴性。见图2。

2.3 SPIO-BMSCs标记鉴定

2.3.1 普鲁士蓝铁染色

普鲁士蓝染色见细胞染色阳性率>99%，表现为细胞内有大量蓝染颗粒，部分聚集成团，颗粒分布以核周和靠近细胞膜处较为明显（图3）。

2.3.2 透射电镜检查

透射电镜观察标记的细胞胞质内见高电子密度颗粒聚集，主要位于各级溶酶体内（图4）。

2.4 SPIO-BMSCs活性

2.4.1 台蓝染色SPIO-BMSCs活细胞计数

实验组1的SPIO浓度为15 mg/L时，活细胞比率与对照组相比差异无统计学意义（P > 0.05），但在实验组2和实验组3，当SPIO浓度为25、50 mg/L时活细胞比率有所降低（P < 0.05）。见表1。

2.4.2 细胞增殖活性检测

MTT结果显示，SPIO的浓度为15 mg/L时对细胞增殖无明显影响（P > 0.05），而当SPIO的浓度为25、50 mg/L时，细胞增殖受到明显抑制（P < 0.05）。见图4。

3 讨论

骨髓间充质干细胞在体外特定的诱导条件下或体内特定环境下可分化为骨、软骨、脂肪、肌肉、骨髓基质、肌腱及韧带等组织[4]。BMSCs具有定向迁移至损伤部位进行增值、分化、并修复损伤组织的能力[5-7]。骨髓间充质干细胞取材容易，对机体损伤小，且体外培养简单，细胞扩增速度快，由于自体移植无明显的免疫排斥反应，也不涉及伦理道德问题，具有良好的临床应用前景，目前在组织工程、基因工程等研究中成为理想的种子细胞，在临床疾病的治疗过程中，对白血病、神经损伤、癌症的治疗具有很高的医疗价值。

应用外源性BMSCs治疗后如何明确其疗效是目前尚需解决的关键难题之一，SPIO是近年国外开始推广应用的一种标记细胞的对比剂，它利用干细胞吞噬能力，通过简单的体外培养，干细胞就会吞噬目该颗粒，对细胞进行活体的示踪研究，取得了很理想的成果[8]。本实验所用的SPIO是由Fe3O4和Fe2O3组成，是一种不需要转染剂的SPIO。由于化学结构的特殊，即使在较弱的外磁场中也可以产生巨大的磁性，而外磁场撤销后磁性也迅速消失，即所谓超顺磁性[9]。成为目前最常用的MRI监测的负性对比剂，应用于多种细胞的标记，以及标记后体内移植的活体示踪研究。但是对于细胞的毒副作用主要来自于细胞体内铁的含量，如何确定Fe浓度的安全有效范围成为我们研究的重点，一般文献中常用的SPIO标记细胞的浓度，通常在10～50 mg/L。但是有研究指出20 mg/L铁已经达到了标记干细胞所需要浓度的最高限，在此浓度阈值孵育过夜，细胞标记率超过97%。然而Fe的浓度达到50 mg/L，细胞的生物学特性、增殖能力、迁移能力就会受到不同程度的抑制。Ben等[10]研究发现，细胞内过多的游离的铁能使细胞的氧化作用加强，产生过多的氧化产物和羟基自由基，细胞容易受到损伤，增殖活性降低，甚至细胞出现坏死的现象。这与本实验浓度25 mg/L组的台盼蓝活细胞计数及MTT比对照组明显降低，这与高浓度Fe抑制干细胞的增殖，活性降低互相吻合。本实验的初步结果显示浓度为15 mg/L的SPIO标记后的BMSCs生长状态与对照组无差异，能够保持原有的细胞状态，形态均匀，呈长状，排列紧密，传代融合时间与对照组一致，台盼蓝活细胞计数实验及MTT细胞增殖检测都证明了标记后的细胞仍具有良好的生物学活性和正常的增殖能力。I ttrich等[11]研究结果也证实低浓度的Fe不会对细胞生命产生影响。因此，SPIO浓度为15 mg/L可安全高效标记BMSCs，为活体示踪提供较好的技术方法，可用于对BMSCs在体内迁移、分化相关研究的示踪。

[参考文献]

[1] Stamm C，Westphal B，Kleine HD，et al. Autologous bone marrow stem cell transplantation for myocardial regeneration [J]. Lancet，2003，361（9351）：45-46.

[2] 陈长青，陈晨，邓永文，等.大鼠脂肪干细胞磁性标-～57L MRI研究[J].中华医学杂志，2008，7：1671-2897.

[3] Chen Changqing，Chen Chen，Deng Yongen，et al. Magnetic labeling and MR imaging of rat adipose tissue-derived stromal cells [J]. Chinese Journal of Neurosurgical Disease Research，2008，7：1671-2897.

[4] Silva GV，Litovsky S，Assad JA，et al. Mesenchymal stem cells differentiate into an endothelial phenotype，enhance vascular density，and improve heart function in a canine chronic ischemia model [J]. Circulation，2005，111（2）：150-156.

[5] Shabbir A，Zisa D，Suzuki G，et al. Heart failure therapy mediated by the trophie activities of bone marrow mesenchymal stem cells：a non-invasive them peutic regimen [J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol，2009，296（6）：1888-l897.

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[7] Matsubara T，Suardita K，Ishii M，et al. Alveolar bone marrow as a cell source for regenerative medicine：differences between alveolar and lilac bone marrow stromal cells [J]. J Bone Miler Res，2005，20（3）：399-409.

[8] Dunning MD，Lakatos A，Loiz L，et al. Superparamagnetic iron oxtion-labeled Schwann cells and olfactory ensheathing cells can be traced in vivo by magnetic resonance imaging and retain functional properties after transplantation into the CNS [J]. J Neurosci，2004，24：9799.

[9] 刘祖黎，杜玉卿，胡道予，等.超小型超顺磁性氧化铁磁共振对比剂的制备及性能研究[J].功能材料，2005，36：350.

[10] Ben HT，van Heeswijk RB，Einstein O，et al. Serial in vivo MR tracking of magnetically labeled neural spheres transplanted in chronic EAE mice [J]. Magn Reson Med，2007，57（1）：164-171.

纳米技术的知识范文第2篇

关键词 纳米技术 可能性 可行性 可接受性

中图分类号 B82—057 文献标识码 A 文章编号 1007—1539（2012）04—0130—05

一

纳米技术被誉为引领21世纪技术革命的核心技术。早在1959年美国物理学家费曼就曾经提出过在分子和原子水平上塑造世界的愿景。20世纪80年代以来，随着STM（隧道扫描显微镜）的发明，人类操纵原子的梦想已经逐渐成为现实。2000年美国率先启动了国家纳米科技计划（NNI），世界各国也都随之将纳米技术的发展作为21世纪赢得科技制高点的关键技术。“纳米热”在世界范围内展开。今天，费曼所预言的可能性一部分已经成为现实。纳米技术正在逐步走向产业化，走进我们的生活。据不完全统计，目前全球市场正式标称的纳米产品已超过1317种。与此同时，为了避免重复过去“先发展后治理”模式所带来的弊端，防止“创造的发动机”（engines of creation）演变成“毁灭的发动机”（engines of destruction），NNI在最初的计划中即将纳米技术的伦理与社会研究纳入了规划，2001年NNI分配给纳米技术社会影响的研究经费在1600—2800万美元之间；2003年3月和10月，在美国的南卡罗莱纳州大学和德国的达姆施塔特技术大学分别召开了由哲学家和伦理学家与自然科学家、工程师共同参与的国际跨学科学术研讨会——“发现纳米尺度”，纳米技术的伦理问题成为这两次会议的主要议题。自此，纳米伦理研究在世界范围内逐渐兴起。

纵观纳米伦理研究（从2003年这一概念的提出到今天）近十年的历史，可以发现，迄今为止的纳米伦理学的讨论主要集中在两个层面，即有关现实问题的描述性、实证性研究和有关未来问题的推测性、概念性研究。一方面，由于纳米技术在现阶段的主要应用领域集中在纳米功能材料，尤其是纳米粉体和液体材料的使用方面，而纳米粉体在生产、存储、运输和使用等环节都有可能对身体和环境构成威胁，因此，在这方面的伦理讨论主要集中于有关纳米粒子的毒性研究、危害和风险的识别、工作场地的选择和风险控制、工人对风险的知情问题以及工人健康的医学保障等。另一方面，纳米技术的目标是在分子和原子层面重塑世界。这就涉及未来世界的图景和我们对世界的理解与基本概念问题。因而这方面的伦理讨论多从对未来世界的大胆推测和想象开始，设想了一系列可能的未来场景，并就其可能的后果进行伦理辩论。如果可能在大脑和机器之间建立直接的交互，当机器被用来阅读人的思想或者特定的精神状态时，就侵犯了人的隐私；如果分子制造在接下来的20—50年里可以实现，我们需要为全球富裕时代和新经济组织做好准备等。

显然，这些讨论——无论是关于现实的还是未来的问题的讨论，都是从后果出发、从可能性出发的。不同的是，有的是从现实的后果出发，有的是从潜在的后果出发。这些讨论对于唤醒人们对纳米技术风险的意识，从纳米技术发展的早期即开展风险管理和治理的同步研究，无疑具有重要的实践意义。然而，和所有的结果主义论证一样，它存在着两个致命的弱点，一方面，它难免陷于功利主义的风险与利益权衡，而在一个价值多元的世界里，人们很难就此达成共识；另一方面，对于纳米技术这样的不确定性技术而言，从结果出发的伦理评价由于其结果的推测性而难免走向乌托邦或敌托邦的幻想。

Nordmann认为，这种“If and then”的纳米伦理研究模式将关注的焦点瞄准未来，让想象的未来压倒真实的现在，通过If暗示一个可能的技术发展开始，并要求及时关注其结果then。在这个句子前半部分看起来不太可能的未来，在第二部分成为不可避免的东西。一个假定的现实取代了这个假想的未来，一个想象的未来淹没了当下。而我们都知道，对于作为“enabling technology”的纳米技术而言，由于其应用层面的开放性，决定了尽管人们可以证明它的现实的必要性，但却不能证明它的充分必要性，更不可能证明其发展的必然性。此外，这种从可能性到可能性的伦理反思推测虽然预设了未来的科学和技术，却没有考虑未来社会规范和伦理也可能发生变化。

毫无疑问，对可能性的畅想是科学研究的起点。在关于纳米技术的可能性世界的描述中，虽然含有或多或少的推测性成分，或者说“未来主义色彩”，但恰恰是这些想象引导着人们的创新，引导着人们去寻找从可能性转变为现实性的条件。同样，关于纳米技术的伦理学也需要对未来可能性后果的想象，以唤醒人们的伦理意识，在纳米技术发展的早期即采取适当的措施，避免重蹈过去“先发展，后治理”的覆辙。但如果简单地用今天的知识、伦理规范和评价尺度去衡量潜在的、未来的技术、未来的技术活动，这样的伦理评价显然缺乏合理性基础，也同样面临着“道德风险”。

二

纳米技术的知识范文第3篇

关键词：纳米技术及其相关产业；概念界定；体系辨识。

当前，“发展纳米技术及其相关产业”这一口号，已被提升到实现中国梦苏州篇章、苏州实施创新引领战略进而华丽转身的重大战略高度，那么什么是纳米技术及其相关产业，搞清楚这一问题，则无论对于苏州的决策者、研究者还是实践者来讲，都具有重要的建设性意义。

去年，我们在执行一项有关促进苏州市纳米技术及其相关产业发展的重大软科学课题时，首当其冲地遭遇到这一问题。通过文献检索与分析，我们发现，由于纳米技术及其相关产业纷繁复杂，纳米科学技术界尚未对该一问题形成共识；同时，社会科学理论界卷入纳米领域研究较少，可资借鉴的成果太少。然而，这一问题的解决将直接影响到我们研究项目的进一步履行，为此，我们设立了一个研究子课题，本文即是该子课题研究成果，在此抛砖引玉，期望不仅对苏州市，也对国内其他正在促进纳米技术及其相关产业发展的地区起到启迪作用。

一、什么是纳米技术及其相关产业

要搞清楚纳米技术及其相关产业首先要理解纳米与纳米尺度范围，以及纳米尺度范围内物质的质变特性及其意义，本节我们将据此入手，进而界定纳米技术及其相关产业的概念。

1.纳米与纳米尺度范围

纳米（Nanometer，缩写nm）是计量学中的长度单位。1纳米（nm）等于10-3微米（mm），等于 10-6毫米（mm），等于 10-9米。1—100纳米（nm）被纳米学界公认确定为纳米尺度。 通过不同物体相对尺度大小比较（见图1）及纳米尺度范围内常见球形物体大小比较（见图2），可以加深对于纳米及纳米尺度范围概念的理解。

2.纳米尺度范围内物质的质变特性及其意义

科学家发现，当物质小到1 ～100纳米时，由于其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应，物质的很多性能将发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，又不同于单个孤立原子的奇异现象（白春礼，2001）。即在原子、分子及纳米尺度上，物质表现出极其新颖的物理、化学和生物学特性，该特性能被人类学习、掌握、控制和利用，从而使得人类社会现存的一切发生翻天覆地的变化。

3. 国外科学家如何理解与解释纳米技术

看一看国外科学家如何理解与解释纳米技术或许对我们会有很大帮助，以下是国外科学家对于什么是纳米技术的典型解释（转引自彭练矛，2011）：

“The term nanotechnology means different things to different people. It used to cover anything from making microelectromechanical systems （MEMS） to creating designer proteins.”

“Whatever we call it， it should let us

—— Get essentially every atom in the right place.

—— Make almost any structure consistent with the laws of physics and chemistry that we can specify in atomic details.

—— Have manufacturing costs not greatly exceeding the cost of the required raw materials and energy.”

这两段英文的中文翻译如下：纳米技术术语意味着对于不同对象人群的不同事情。它通常涵盖从制造微电子机械系统到创造人造蛋白质的所有事情。然而，不管我们如何称呼，纳米技术的实质应该包括：每一个原子应被安排在合适的位置，任何相应建构应符合原子水平上的物理和化学原理，原材料和能源等相应制造成本应不是太贵。

从以上国外科学家对于什么是纳米技术的典型解释中我们可以发现，纳米技术（nanotechnology）在国外是一个约定俗成的术语，是对纳米领域新生事物科学研究、技术研发和工程应用的统称，纳米技术尚是一个发展中的概念，目前还没有被严格界定。

4. 纳米技术概念

经过上面的铺垫，现在我们可以来探讨界定纳米技术概念。对于什么是纳米技术，麻省理工学院（MIT）的德累克斯勒（Drexler）教授曾作出过一个解释：

“在分子水平上，通过操纵原子来控制物质结构，利用单个原子组建分子系统，据此制备不同类型的纳米器件”（Drexler，1990）。

而在中文语境中，谈到技术往往还牵连到科学与工程，对此，白春礼院士也有一个解释：

“纳米科技是20世纪80年代末、90年代初才发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，是指在纳米尺度上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术”（白春礼，2001）。

白院士所指的纳米科技既包括纳米科学又涵盖纳米技术。实际上，中文语境中的纳米科技常常是纳米科学研究、技术研发和工程应用的统称。指在纳米尺度上研究物质和体系的现象、规律及其相互作用，重新认识自然界，发现新现象和新知识，并通过直接操控原子、分子结构的技术来创造对人类有用的新的物质和产品。

综上所述，可见所谓纳米技术是指涉及到纳米科学研究、材料发展和制备、器件制造以及产品开发生产之所有技术的总和。

5. 纳米技术相关产业概念

知道了什么是纳米技术以后就较易分辨纳米技术相关产业。过去的二、三十年，纳米科学技术的进步，尤其是纳米技术的应用已经和正在对人类社会的经济发展、社会进步和国防安全产生重大影响。然而，这仅仅是开始，纳米科学研究、技术发展和工程应用已经和正在引发一场新的工业革命，证据表明，纳米技术在材料、信息、能源、环境、生命、生物、军事、制造、纺织、染料、涂料、食品等产业领域都具有广泛而重要的应用。而一旦这些产业领域中纳米技术应用产品批量化、商品化和规模化，则自然形成一个个纳米技术相关产业。

二、纳米技术体系范畴

界定了纳米技术及其相关产业概念后，本节与下节我们可以转而讨论纳米技术体系范畴以及纳米技术相关产业体系范畴。

技术来源于科学，是理论知识应用于实践、解决实际问题的方法和手段，因此谈到纳米技术不能不涉及到纳米科学。尽管目前学术界对于纳米科学的内涵和分类尚存在着不同的认识和提法，但对于这一新兴领域多学科交叉特性的认识是一致的。一般而言，纳米科学可以包括纳米材料物理学、纳米材料化学、纳米材料学、纳米测量学、纳米电子学、纳米机械学和纳米生物医学等，由此也产生了按照这一体系分类的纳米技术。

然而，白春礼院士（2001）认为这种与传统学科紧密联系的分类方式无法简单便捷地勾勒出纳米科技的大致轮廓，而且各类别之间又有交叉和重叠。因此，他建议将纳米科学研究分为“纳米材料”、“纳米器件”和“纳米检测和表征”三大领域， “其中纳米材料是纳米科技的基础； 纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志； 纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础”（白春礼，2003）。据此，纳米技术体系又可主要由上述三大范畴来表达。

我们认为上述与传统学科紧密联系的分类及三个大类的简单分类都有各自的道理和应用价值，前一个分类便于整合发展纳米学科知识和实施教育培训，而后一个分类则更多地聚焦到纳米科学技术当前关键发展领域，重点特出、应用性强。若与纳米技术相关产业相联系，则我们更倾向于并将更多地采纳和应用后一个分类。

无独有偶，日本专利局《专利申请技术动向调查报告》中提供了一个与应用实际联系密切的纳米技术分类（见图3，该图由DRM咨询公司补充修改而完成），该分类基本遵循上述三个大类分类范畴，并采用图式标识了各主要应用领域中的发展状况，恰好为三大类纳米技术分类体系作了一个生动的注解，虽然尚未达到完整完善的程度，但已有很大的参考价值。

沿着三大类纳米技术分类思路继续往下走，可以得到图4所示纳米技术分类体系。其中一级状态子目录包括“纳米检测和表征技术”、“纳米材料制备技术”和“纳米器件制造技术”。而每个一级目录又可进一步产生二级目录，如纳米检测和表征技术可分为“扫描探针显微技术”和“原子级和超精密加工技术”；纳米材料制备技术可分为“化学制备技术”、“物理制备技术”和“综合制备技术”；纳米器件制造技术可分为“LIGA制造技术”、“超精密机械加工技术”、“特种加工技术”、“注塑成形加工技术”和“机械组装技术”等。需要说明的是，这一分类只是大体上勾勒了纳米技术发展现状，提供了一个整体认识把握的粗略框架。现实纳米世界中的实际情况则更为纷繁复杂，不仅存在着旁支末叶，也可以进一步细分和再细分。

三、纳米技术相关产业体系范畴

应用上述“纳米材料”、“纳米器件”和“纳米检测和表征”三大范畴的纳米技术分类思想，可以推导出纳米技术相关产业体系范畴，如图5所示：

如图5所示，首先，纳米技术相关产业可以被界定为纳米材料产业、纳米器件产业和纳米检测仪器设备产业，其中纳米材料是纳米技术相关产业得以生存发展的原始基础，没有纳米材料则一切无从谈起；纳米器件系纳米材料进一步加工组合后的产物，是延伸发展各种纳米技术应用产品的基础；而纳米检测仪器和设备则是发展纳米材料、器件及其延伸产品的必不可少的硬件手段，缺乏这些手段，事情就无法进行。

上述三者一方面构成了纳米技术相关产业生存发展的基础，另一方面，正是基于这种基础性和不可替代性，它们各自能够发展成三个供需旺盛的分支产业，并在每个分支产业下面各自生成若干数量不等的子产业。

此外，鉴于纳米材料和纳米器件能够被应用到各个新兴和传统产业领域，创造出各种各样新颖独特、质量上乘、性能优异的新产品，因此，在上述三个分支产业以外，又可辨识出纳米材料应用和纳米器件应用两个分支产业。当然，这两个分支产业下面更能各自生成若干数量不等的子产业。

若从事情发生的先后次序来看， 纳米科学技术研究发展的需要首先造就了纳米检测仪器设备产业和纳米材料产业。结合纳米检测手段和纳米材料的研究创造了纳米器件， 纳米器件（如纳米传感器）的推广应用催生了纳米器件产业。接着，纳米材料和器件在各个领域的广泛应用开发出许多新颖产品和更新换代产品，从而发展出形形的纳米产品产业，并进一步促进纳米材料、器件和检测仪器设备产业的发展。这就是纳米技术相关产业相伴共生、互促共长的内在逻辑。

在现实生活中， 纳米材料产业和纳米检测仪器设备产业已经形成一定规模，发展相对成熟。处于纳米技术高端的纳米器件产业（电子/光电子器件、量子器件、以及微/纳机电系统）目前尚处在发展成长过程中，这是纳米大国共同关注、竞相角逐的领域，也是进一步发展的方向，其中属于MEMS/NEMS范畴的微纳传感器分支产业已经初具规模。同时，纳米材料和器件的应用已经渗透进入许多不同的经济和社会领域，例如，电子和信息、生物与医药、环境保护等，从而增殖衍生出发展状况各异、纷繁复杂的纳米技术产品和产业。

当然，换一个角度，如果忽略纳米技术居中扮演的角色，这一复杂逻辑体系中各个分支仍可分属于自己的母体产业，例如，纳米材料产业可归属于材料产业，纳米检测仪器设备产业可归属于仪器设备产业等等，由此也揭示了纳米技术相关产业所具有的双重产业属性。

四、结 语

以上我们通过运用相关文献资料， 进行抽丝剥茧式的逻辑分析，界定了纳米技术及其相关产业的概念， 进而揭示了纳米技术及其纳米技术相关产业的体系范畴，从而为从社会科学角度研究促进纳米技术及其相关产业发展（譬如制定技术/产业发展路线图）奠定了有关客体对象的认知基础。

当前，纳米技术与信息技术和生物技术一起并列为世界三大高技术前沿热点领域，而纳米技术又在促进信息技术和生物技术发展中扮演了重要角色，正在悄然引发着新一轮工业革命，成为国际高科技及其产业竞争的制高点。期待我们这一抛砖引玉的工作能为苏州/中国抢占这一制高点作出些微贡献。

参考文献

赵康等。《苏州市纳米技术及其相关产业发展战略研究总论》， 古吴轩出版社，2012。

杨辉。《纳米科学技术概论》（未发表PPT课件），2010。

白春礼。纳米科技及其发展前景。《科学通报》，2001/2。

白春礼。全面理解纳米科技内涵，促进纳米科技在我国的健康发展。《微纳电子技术》，2003/1。

彭练矛。《纳米科技和纳米电子学》（未发表PPT课件），2011。

基金项目：苏州市2012年度重大软科学课题，项目编号：SR201201。

作者简介：赵康（1950 –），男，江苏苏州人，博士，教授，博导，主要研究方向为公共管理、咨询学、专业社会学。顾茜茜与陈加丰均为赵的博士研究生，赵迪凡为项目研究助理。

What Is Nanotechnology and Its Related Industries

——Concept Defination and System Identification

ZHAO Kang GU Xixi CHEN Jiafeng ZHAO Difan

（School of Politics and Public Adminstration， Soochow University， Suzhou 215021， China）

纳米技术的知识范文第4篇

陶瓷可以做成刀具，只要在烧制过程中加入纳米材料；打针可以不痛也不出血，药物反而更容易被人体吸收，只要使用无痛纳米微针；液晶显示器可以显示效果更好，只要用纳米微球作液晶板间的“支架”；使用纳米技术，一分钟就能分辨出地沟油；使用纳米技术，中巴车充电三十分钟就能从苏州开到南京……拥有纳米技术，即使没有刘谦，也能见证奇迹。

事实上，纳米技术由来已久。1990年，第一届国际纳米科学技术会议召开，这是纳米技术诞生的重要标志。在此后多年中，纳米技术只是扮演了一个冷冰冰的科学名词。如今，其已经悄然蜕变，并走进了人们的衣食住行。更值得欣慰的是，将来纳米技术还能被广泛应用于七大新兴产业的上游高端环节，引领新兴产业发展，推动战略性新兴产业发展。

据了解，纳米技术理念最早由诺贝尔物理学奖获得者费曼提出。作为一个长度单位，纳米是十亿分之一米。因为在1～100纳米的尺度内，物质特性发生许多不同于宏观世界的物理和化学变化，而正是这些特性，注定纳米技术必将对产业带来颠覆性的革命。

细数纳米技术对世界产生的深远影响：除了大量原创性成果不断涌现，近十项重大突破性技术荣获诺贝尔奖，材料、能源、微电子、生物技术等众多产业领域发生了深刻的变革，产业规模迅速壮大。美国市场研究人员预测，到2014年，全世界纳米技术产业市场规模将到达2.6万亿美元，相当于IT和通信两大行业的总和。

苏州纳米技术产业发展首席顾问，中科院院长、国家纳米领域首席科学家白春礼院士曾这样预测纳米技术产业的未来：会像今天的计算机技术一样普及。他指出，纳米技术是对21世纪一系列高新技术有重要影响的关键技术，将引发人类社会的新一轮产业革命。纳米技术及应用国家工程研究中心主任助理何丹农也曾指出，纳米技术与信息技术、生物技术共同成为21世纪社会发展的三大支柱，它是当今世界大国争夺的战略制高点。

如此，在全球范围内，世界主要国家都把推动新一轮产业革命的纳米技术产业列入国家重大战略性产业并不意外。而各国都在加快布局，抢占纳米技术的战略制高点。韩国、美国、日本、欧盟、俄罗斯等世界主要国家都将纳米技术产业作为国家重大战略性产业，纷纷制定国家层面的发展战略和计划，重视政府资金投入，强化产业国际合作与交流。

韩国最为突出。据了解，韩国正大力发展纳米生物科技、纳米能源、纳米材料技术、纳米环境等产业。韩国甚至还为纳米产业的发展制定了特别法，过去十年财政投入超过20亿美元。此外，韩国政府还整合教育部、科技部等相关政府部门，实施2020计划，渗透新市场，加快纳米产业化。美国也不例外。美国也从2000年开始实施《国家纳米技术计划》，近几年在纳米技术领域的研发投入都保持在每年近20亿美元的规模。

2005年，欧盟制定《欧洲纳米技术发展战略》，欧盟成员国德国、法国、芬兰等分别制定了本国纳米技术发展计划，欧盟及主要成员国已累计投入超过140亿美元。俄罗斯从2001年开始重点推动纳米技术产业，2007年专门成立国有“俄罗斯纳米技术集团”推动产业化发展。此外，埃及、印度、泰国、沙特、南非等国也不甘落后，加大研发投入和产业化促进力度。全球形成争夺纳米科技制高点的竞争态势。

在纳米技术领域，中国也不落人后。中国从20世纪80年代起就一直高度重视纳米技术，作为较早开展纳米技术研究的国家之一，2001年就成立国家纳米科技指导协调委员会，同年7月科技部等五部委《国家纳米科技发展纲要（2001～2010）》。

科技部技术研究司司长张先恩指出，上世纪80年代初，中国纳米领域的量几乎为零，进入21世纪以来，呈曲线上升的趋势。直至去年，中国的量占全世界总量的20%，同时论文的引用次数也在增长，其中中科院的论文的引用次数位居全国首位。

数据显示，2001～2009年，中国用于纳米科技的研发经费超过26亿元人民币。“973”计划、“863”计划设立纳米技术专项，吸引了包括国家杰青、中科院百人、教育部长江学者在内的约342名高端人才从事纳米技术研究，在基础研究方向取得众多原创性技术成果；清华大学等50所大学和中科院的36个研究所从事纳米技术研究；2009年，我国发表纳米科技SCI-E论文总数首次超越美国，跃居世界第一，专利申请量世界第二；先后建设“国家纳米技术科学中心”和“纳米技术及应用国家工程研究中心”等国家纳米科技研发载体。

纳米技术的前景更得到产业界的认可。众多世界500强企业看好纳米技术产业的战略前景。美国IBM公司持续20几年推进纳米技术研发，在多个领域拥有突破性的优势。2010年4月，韩国三星公司开始建设“三星纳米城”，全面推进纳米级超精密半导体产业。日本的索尼公司积极布局纳米科技，在半导体显示及存储领域已经取得优势地位。

毋庸置疑，发展纳米技术与相关产业，对提升国家及区域竞争力的巨大战略意义。然而，与物联网等相关产业类似，纳米技术问世也已有20余年时间，但现在，技术产业化过程并不理想。“纳米技术成果产业化之路走得并不顺畅。”业内人士告诉记者。

科技部万钢部长（国家纳米科技指导协调委员会主任）在总结过去十年中国纳米科学领域取得的成果时指出，中国已迈入纳米大国行列，但还不是纳米强国。这主要表现为产业化水平低，无规模企业广泛参与，不能有效推进协调纳米技术资源。亟待从产业发展角度对国家纳米技术产业进行整体规划，形成良好的技术成果产业化机制。

在联想之星副总裁梁青看来，这正是纳米技术产业化面临的最大问题。“没有设备、没有原料、没有应用，一切都要从新开始。这也是我们在投资过程中面临的最头痛的问题。材料做出来了，但还得等6年才能实现部件销售，应用时间更长。因为周期长，投资额也很大。”

他告诉记者，“纳米技术是变革性的，不是改良性的。其产业化周期很长，需要产业链上下游的协调与配合。正常情况下，要先做出材料，再做出配件，再做出应用。但现实的情景是，很多部件企业会认为，上游材料没有大规模生产前，不敢冒然采用，而材料大规模生产至少要两三年，部件大规模生产也要两三年，应用同样如此。它们之间的矛盾很明显。”

然而，在纳米技术产业，国外并没有成功经验可以借鉴。梁青指出，“因为，在纳米技术领域，中国并不落后。但国外有更多的钱，更好的投资环境，企业不是那么急功近利，而国内中小企业功利性比较强。现在，很多地方政府和学研机构对科技成果产业化也有疑虑。国家科技经费投资研发出某项技术，后被企业以某种方式获取的状况时有发生。当然，更应该看到，技术如果一直放在研究所里就不值钱。”

不久前的一项调查结果显示，日本80家大企业中，有大约40%的企业设置了专门机构，已经或者即将着手发展这一高新科技。三菱、伊藤忠和丸红等综合商社已经或计划同美国的风险企业设立合资公司，把纳米技术列为新的发展项目。富士通公司设立了纳米技术研究中心，住友电工公司也组织了纳米技术研究班子。

在日本，企业界是发展纳米技术的主力军。与之不同，中国在纳米技术产业化过程中，并未实现“以企业为主体”。尽管从纳米领域的专利方面看，中科院申请的数量已经位居世界排名的首位，但是与其他国家相比，中国的专利大都是研究机构在申请，而在国外企业却占主导，“这也说明中国纳米企业科研的进展还有很大的努力空间。”张先恩说。

何丹农认为，在纳米技术成果集成方面，要始终坚持把市场需求作为出发点和归宿点，选择具有市场前景的技术和成果。由于纳米技术的跨学科性、实验和技术上的局限性、技术的成熟度不够、研究成本高周期长等问题，仅靠一个工业部门或者研究机构将无法加快推动纳米技术产业化进程，所以，急需采用合理的产业化与投融资模式。

梁青认为，在纳米技术产业并没有规模化的企业，而这制约了产业化的进程。“事实上，只有像联想、3M等大型企业才会考虑三五年后的事情，一般的中小企业无暇，也没有实力去考虑长远。所以，它们就宁愿等着，反正没有威胁，它并不着急。而最着急的是新创立的企业，但它们也是干着急。很多纳米产业投资进去后，都出现越来越难熬的状况。”

当然，资本的助力对纳米技术产业化来说也必不可少，然而，现在资本市场偏好投资中后期项目，而不愿意投资早期项目？而这对于更多处在孵化阶段的纳米技术产业的融资环境更是雪上加霜。梁青说，“很多项目就是在从科技部到发改委的阶段，中间有一个断层，没有人管。但是，对国家来说，如果不做纳米技术，可能会丧失未来。”

他建议，“能不能让政府投资，材料、部件、应用等三个层面的企业一起干。在遵循市场规律的同时，给予足够的扶持政策，消除企业对规模化生产的疑虑。这等于把一个串行动作，变成一个并行的。如果能做到这一点，产业就能非常快地推进，长远对行业是有好处的。”

纳米技术的知识范文第5篇

纳米技术让芯片越来越小

清华大学计算机系教授黄连生在接受记者采访时表示，在纳米技术的应用中，最为显著的例子就是其在电脑等电子产品芯片中的应用。

很多人都能够感受到的一个事实是：很多电子产品的体积越来越小，我们使用越来越方便，功能越来越强大，但是其价格却越来越低。纳米科技就在其中发挥了至关重要的作用。

晶体管的发展和演变就是最为生动的写照。晶体管是一种半导体器件，是规范操作电脑、手机和所有其他现代电子电路的基本构建块。但是晶体管的大小对电子产品的使用也非常关键。专家表示，电子产品的先进程度、便携程度与CPU（中央处理器）的“制作工艺”具有很大的关系，在生产CPU过程中，集成电路的精细度越高，生产工艺越先进，在同样的材料中可以制造更多的电子元件，同样功能的电子元件可以做得更小，连接线也越细， CPU的功耗也越小。

大约在 15 年前，半导体开始进入次微米，即小于微米的时代，之后更有深次微米，比微米小很多的时代。到了2001 年，晶体管尺寸甚至已经小于 0.1微米，也就是小于 100 纳米，晶体管的制造迈入了纳米电子时代。

“未来的集成电路及晶体管大部分都会由纳米技术做成。”中芯国际的一位专家对记者表示。

纳米技术推动电子产品普及

由于芯片中的晶体管越小，CPU内部就可以集成更多的晶体管，使处理器实现更多的功能和更高的性能，让相同面积的芯片制造原材料上可以制造出更多的CPU产品，这直接降低了CPU的产品成本，从而最终降低CPU的销售价格使电子产品的使用越来越广泛。

中芯国际的工程师也表示，消费者也为芯片的小型化提供了动力。随着信息化和智能化的不断深入，例如便携式电子产品广泛使用，使用者要求电子产品的性能越来越高、功耗越来越小。未来，随着手机的功能越来越强悍，其对纳米技术的要求也会越来越高。

当然，在电子产品芯片的研发中，纳米技术的进展也没有停下脚步。目前，全球最大的半导体芯片制造商英特尔公司生产的计算机芯片产品使用的技术尺度最小已经达到14纳米。而另一信息巨头IBM在2012年下半年就已经成功利用碳纳米材料，在单个芯片上集成了上万个9纳米制作工艺的晶体管。此外，英特尔宣称其对10纳米，7纳米，5纳米应用技术的研究也将于2015年开始。

据专家估计，到2020年，当芯片制造的工艺达到5纳米时，一个指甲盖大小的芯片上也许容纳的就是整个电脑系统上所有的集成电路了。

当然，我国的部分电子企业也已经进入到了纳米时代。中芯国际是世界领先的集成电路芯片代工企业之一，也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业，其主要业务是根据客户本身或第三者的集成电路设计为客户制造集成电路芯片。该公司公关部总监夏鹰在接受记者采访时表示，目前该公司也批量生产多种纳米尺度的芯片，能够提供 90纳米、65纳米、45纳米、40纳米等纳米尺度的芯片制造工艺，其28纳米的工艺到年底就可以面向客户进行验证，20纳米、14纳米规格的研发也在筹划之中。

让兵马俑永葆本色

当然，在其他一些领域，近些年来也有一些纳米科技的应用。北京化工大学材料科学与工程学院教授苑会林表示，多种多样的物质都可以从纳米的尺度进行研究，目前国内外已经研发并投入到实际应用中的纳米材料也是种类繁多，并涌现出一些典型的案例。

2001年4月， 西北大学纳米材料研究所所长祖庸教授对外宣称， 西北大学最新的纳米实验室成果可望使已2000多年历史的秦兵马俑告别霉菌侵扰，可使秦兵马俑永葆本色，这则消息引起了海内外的关注。

1974年出土的秦兵马俑是20世纪世界上最重要的考古发现之一。但是，由于陪葬坑内的温度和湿度有利于霉菌的生长，出土时色彩鲜艳的陶俑，受“生存环境”变化的影响和霉菌侵扰，表面颜色很快褪色。目前人们看到的兵马俑大多都已“ 锈迹斑斑”，呈陶土色，远看灰蒙蒙的。有文物保护专家表示，现在在秦俑身上发现的霉菌共多达40多种，这些霉菌已经成为兵马俑的“癌症”。考古探测表明，在西安秦兵马俑陪葬坑内共有8000多个陶俑，然而目前出土的仅有1000多个。为了不使更多的秦俑患上“绝症”，考古部门不得不放慢了对秦俑发掘的速度。

然而祖庸教授说西北大学的最新研究发现，利用溶胶与凝胶相结合的方法把新研制的纳米材料制成一种透明的胶体，涂在文物表面，可以形成一种“无机膜”，使文物完全与外界隔离，得到长期保护。毫无疑问，祖庸教授所的纳米科研成果有望给形势危急的兵马俑保护问题带来福音。

纳米涂层带来的防护

北京举办奥运会用的“鸟巢”受到举世关注，很多人不知道的是“鸟巢”顶棚铺上了一层特殊的纳米防护涂层，这个涂层可耐700摄氏度高温，从而解决了烟花燃放时焰火掉落灼穿顶棚膜的顾虑。而北京奥运会中使用的上百万平方米奥运锦旗和国旗也使用纺织品专用纳米防护液进行了相应处理。这种防护液能有效阻止污染液体的渗透，不仅能延长锦旗和国旗的使用寿命，还能有效的保持锦旗和国旗的清洁度和鲜艳色泽。

北京中科纳新印刷技术有限公司企划部总监纪艺琼在接受记者采访时表示，该公司基于纳米材料的新一代制版技术是一项具有自主知识产权的非感光、无污染、低成本的绿色印刷制版新技术。若能普及使用，将是印刷制版领域的革命，将大大减少以上污染的排放，并产生巨大的经济效益和社会效益。不过她也告诉记者，该技术的成熟和完善还需要一个过程。

最近几年，有关纳米发电也成了很多人探讨的热门话题。国家发改委能源研究所研究员姜克俊对记者表示，纳米发电目前算是一个比较新奇的技术，能不能大规模的应用，还是要看技术水平发展到什么状态，虽然其在将来应该可以满足日常的能源需求，但实现起来应该比较困难。

姜克俊说，目前的纳米发电依旧处在小规模阶段，比如鞋底摩擦给手机充电这种小输出率的技术，而如果仅仅是在小规模的阶段，其实并没有很强的竞争力，因为我们还有太阳能、光伏、薄膜电池等这些发电技术，它们的转换率可能要更高一些。