纳米技术的研究
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纳米技术的研究范文第1篇
关键词：无机纳米材料；纳米加工技术；研究
随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法越来越多地引起人们的关注，纳米技术的核心是纳米加工技术。纳米加工技术作为引起一场新的产业革命的科学技术，备受世人瞩目。随着科技的发展，对电子器件小型化的要求越来越强烈，各种器件逐渐由微米向纳米尺度发展。特别是对纳米器件、光学器件、高灵敏度传感器、高密度存储器件以及生物芯片制造等方面的纳米化要求越来越强烈，如何缩小图形尺寸、提高器件的纳米化程度已经成为各国科学家们越来越关心的问题。然而由于传统刻蚀技术的限制使得器件纳米化的发展成为当今电子器件小型化发展的重要制约因素之一。因此，新型纳米加工技术突破传统光刻限制和有机高分子结构的限制，属于多项纳米操纵加工技术的系统工程研究，主要特色为瞄准学科前沿的创新性应用基础研究，具有较强的创新性、前瞻性和原创性，具有广泛的应用前景。
1 国内外研究现状
近年来，为了克服原有光刻技术对图形线宽的限制，人们已探索了许多先进的纳米刻蚀加工方法。AT&T BeII实验室的R・S・Becker等人利用扫描探针显微技术实现了在Ge表面原子级的加工。H・D・Day和D・R・Allee成功地实现了硅表面的纳米结构制备，从而在纳米加工领域开辟了新的天地。近年来，Mirkin研究组和其它几个研究集体利用扫描探针技术成功地制造了有机分子纳米图形与阵列、无机氧化物、金属纳米粒子、高分子溶胶等纳米图形和阵列以及蛋白质阵列。此外，离子束、电子束、极紫外、X射线、深紫外加波前工程、干涉光刻以及原子光刻等技术的出现进一步发展了纳米刻蚀加工技术，为克服光刻的限制，提高图形密度提供了可能。然而这些方法虽然可以实现相对复杂的纳米图形化，但其设备昂贵， 投资成本较大、应用步骤复杂，更主要的在于生产效率低，产品价格高昂，因而难以在要求低成本、高产出的商业中得到广泛的应用，特别是在图形要求相对简单、有序，而密度和灵敏度要求较高的纳米器件中（如：传感器、激光器、平板显示器、高密度存储器件、生物芯片、量子器件等方面）的应用受到了很大的制约。因此，如何发展简单、便宜、适用于大规模生产的表面图案化技术已成为一个涉及众多学科领域的新课题。
当前，美、日两国在纳米光刻领域的研究处于世界领先地位。为了应对纳米技术的挑战，欧洲最近几年开展国家间的大型合作项目技术，纳米光刻技术得到了深入研究和广泛发展。近年来我国对纳米加工方面的研究也进行了大力的扶持，很多科研单位将纳米加工技术列为重点研究项目，并引进了具有0.13和0.09微米生产技术能力的大型芯片企业，为提高我国的纳米加工技术和芯片制造水平，发展信息产业技术，抢占21世纪纳米科学技术的制高点具有不可低估的作用。
2 新型纳米加工技术
纳米加工技术是为了适应微电子及纳米电子技术、微机械电子系统的发展而迅速发展起来的一门加工技术。目前，探索新的纳米加工方法和手段已成为纳米技术领域中的热点。随着纳米加工技术的发展，现已出现了多种纳米加工技术，新型纳米加工技术利用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料制备纳米图形化掩模，结合纳米刻蚀技术实现小于30纳米的图形结构制备。随着纳米结构图形尺寸小于100纳米后，不仅缩小了器件的尺寸，而且由于纳米尺寸效应的影响，纳米器件被赋予了许多新的特性：计算速度更快、存储密度更高、能耗大大减少等。纳米技术的发展也会对生命技术发展产生重大的影响，对环境、能源等很多方面都会产生重大影响，具有重大而深远的意义。
3 新型纳米加工技术的应用
和有机材料相比，无机纳米材料具有尺寸均匀可控，性质稳定、种类多样、易于制备等特点，其粒度尺寸可小于10纳米，甚至可以达到1纳米。同时，利用自组装排布技术也可以获得无机纳米材料的多种纳米图形结构。显然，利用无机纳米材料做掩模有望进一步克服有机高分子结构和尺寸方面的限制，获得尺寸更小，密度更高的纳米图形。同时，利用有机分子的多样性通过功能基团与无机纳米材料结合起来，这样既保留了原来有机分子及无机分子的本质特征，又可能通过这些结合所带来的变化导致新的纳米图形产生，使纳米刻蚀技术向更小的粒度和线宽发展，为提高纳米传感器灵敏度，提高高密度存储器件的记录密度等纳米器件的性能提供新的契机。但从目前来看，大部分研究主要集中在有机图形材料的研究方面，对无机材料，特别是无机-有机复合图形材料的研究还鲜有报导。采用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料结合自组装排布技术以及纳米刻蚀加工技术，有望打破有机图形化材料的限制，获得更为丰富的图形结构。因此，利用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料在基底表面实现纳米图形化模板的制备，并结合纳米刻蚀技术对图形进行转移，不仅可用于纳米材料制作、纳米器件加工、纳米长度测量、纳米物质的物理特性研究等方面，还可用于对DNA链和病毒进行处理等，具有重要的应用前景。
4 新型纳米加工技术前景展望
新型纳米加工技术在多个领域具有广泛的应用，如生物、医药、机械、电子等领域，其中包括纳米器件（微电子器件、量子器件），纳米材料（低维量子点、量子线材料、光子带宽材料），纳米长度测量标准（可置于显微镜中），光学光栅制作，新型传感器，纳米电子技术，能源领域以及纳米机器人等方面。在纳米刻蚀技术完善后，可以制作纳米级硬件，今后可广泛应用于信息科学和生命科学中。与传统的刻蚀技术相比，以纳米材料为基础的纳米刻蚀加工技术由于利用纳米材料的图形化特性并结合反应离子刻蚀技术，实现纳米图形的刻蚀，因此所需设备简单，操作方便，克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制，因而成为人们近来广泛关注的热点，为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。对改善太阳能电池表面陷光特性，提高光电转换效率，以及对微芯片、纳米传感器、量子器件、高密度存储等高新技术产品向更高密度、更高速度、更高分辨率和超微细化发展，促进国防科技水平和信息科学的进步，以及医学和生命科学的进步，都具有重大而深远的意义。目前，随着纳米加工技术逐渐产业化和日趋成熟，已经得到市场广泛认可和接受，其产业化和市场化的前景是十分可观的。
5 结束语
纳米器件的设计与制造已成为世界上人们关注的热点，成为二十一世纪科学技术进步的发展动机。新型纳米加工技术的发展方向是多种技术的综合应用，以实现各种技术的优势互补。因此开展纳米加工技术和方法的研究，不仅可以获得自主知识产权，而且在未来的科技竞争中占据主动。
参考文献
[1]顾宁，黄岚，张宁，等.制造纳米电子器件的技术途径[J].华北工学院测试技术学报，2000，14（4）：241
[2]付宏刚，刘克松，王江，等.功能纳米结构的组装[J].哈尔滨工业大学学报，2005，37（5）：978
[3]崔铮，陶佳瑞.纳米压印加工技术发展综述[J].世界科技研究与发展，2004，26（1）：7
纳米技术的研究范文第2篇
【关键词】 ，黄帝内经
［摘要］ 《黄帝内经》中论述了两千多年前听音辨人的理论和技术，即通过辨别人声的二十五种变化，施以不同的饮食调理与经络调理，从而达到治未病的目的。21世纪初，在基于纳米水平的细胞声学研究中，已初步证明细胞是可以发出声音的。细胞病变时，最先产生声音的变化，故有可能通过细胞声音的变化，尽早发现疾病。此发现与《黄帝内经》中听音辨人的理论，在生命研究的不同水平上不谋而合。纳米技术有可能进入中医基础理论研究之中，从而实现中医研究的现代化。
［关键词］ 黄帝内经; 二十五音; 纳米技术; 细胞声学
Possibility of applying nanotechnology to research on the basic theory of traditional Chinese medicine
ABSTRACT The ancient theory and technology which are related to preventive treatment of disease by dietetic regulation and coordinating meridian according to 25 tones have been developed in the early 21st century. It is proved in sonocytology by nanotechnology that cells are able to produce noise， and the noise will change at first when the cells have any disorders. This theory is in accordance with the one in Huangdi Neijing. The nanotechnology can be introduced into the basic research of traditional Chinese medicine and may contribute to the modernization of traditional Chinese medicine.
KEY WORDS Huangdi Neijing; twentyfive tones; nanotechnology; sonocytology
1 失传两千多年的《黄帝内经》五脏相音理论
《素问・五脏生成篇第十篇》云：“夫脉之大、小、滑、涩、浮、沉，可以指别；五脏之象，可以类推；五脏相音，可以意识……”。《素问・阴阳应象大论第五篇》云：“善诊者，察色按脉，先别阴阳；审清浊，而知部分；视喘息，听音声，而知所苦……”。《灵枢・顺气一日分为四时第四十四》云：“病变于音者，取之经。”《灵枢・五音五味第六十五》详细论述了通过区分人之声音，依据不同的声音施以不同的饮食及经络调理，以期达到治未病的目的。此文两千多年来鲜有研究者，以至明代张介宾在注释时云：“此或以古文深讳，向无明注，读者不明，录者不慎，而左右上下大少五音之间，极易差错，愈传愈谬，是以义多难解晓。不敢强解，姑存其文，以俟后之君子再正。”［1］
2 当代物理声学的研究
辨别声音是传统中医重要的诊断和治疗方法之一。但是，以耳来分辨声音，对医者的个体要求极高，这可能是《黄帝内经》五脏相音诊疗技术失传的重要原因之一。当今，物理声学对个体声音分辨的技术已十分成熟，因此有条件对《黄帝内经》五脏相音技术重新进行科学的研究。
自2002年起，笔者等［2～7］对五脏相音理论进行了整理发掘，利用现代物理声学、电磁学和计算机等技术来分辨二十五音，同时开展了大量的理论及临床应用技术研究，在临床应用中达到了预期的效果。纳米技术是一项现代高科技，利用这一技术研究传统中医基础理论，尤其是《黄帝内经》中的基础理论问题，可能会令许多人疑惑，但目前已成为一个不争的事实。
3 基于纳米技术的细胞声学
2001年，国际著名的纳米技术研究先驱Gimzewski教授得知，离体的心脏活细胞置于营养液中保存时仍会继续跳动。由此他想：如果细胞持续跳动，就会产生振动，这种振动可能是细胞分子运动产生的推力，这种推力在空气中产生压力波，传导至内耳的鼓膜，就成为人所能听见的声音。这种振动虽然很微小，但用特殊的仪器完全可以将其测出。
Gimzewski教授发明的纳米计算机，被吉尼斯纪录确定为世界上最小的计算机。利用他的原子力显微镜（atomic force microscope），可以精确测知单细胞细胞壁上的任何振动，并把它们转换为声音。检测发现：细胞壁以1 000次/s的频率上下波动，波幅平均只有3 nm左右，最高可达7 nm，最小也只有1 nm。1 nm＝1/1 000 000 mm，3 nm相当于15个碳原子叠加在一起。正常状态下，酵母菌细胞的声音始终保持在一个稳定的范围内，相当于音乐的C～D调之间，就像一位中音C的歌手。当用酒精喷洒这些酵母细胞时，它们发出尖叫，振动频率大大升高；当它们垂死时则发出低沉的隆隆声。Gimzewski教授认为这可能是随机的原子运动发出的声音［8］。这些细胞的振动频率在800～1 600 Hz之间，而人的耳朵可以感受20～20 000 Hz的频率，正好可以落入人耳的听觉范围，只不过振幅太小，人无法感觉。Gimzewski教授认为，只需将音量加大，人类就能够听到这些声音。
研究还发现，具有遗传变异的酵母细胞与正常细胞相比，其发出的声音也有轻微的差异。哺乳动物的细胞与酵母细胞的发音也略有不同。因此，科学家们设想，能否根据细胞声音的变化来诊断细胞的病变。Gimzewski教授坦率地承认，他不能肯定这些细胞是否真正地发出声音，它们也可能是吸收了来自其他地方的振动，包括显微镜本身的振动。但是，如果细胞确实发生了振动，这将是一种神奇的、优雅的、新的诊断工具。Gimzewski教授把这一研究领域称为细胞声学（sonocytology）。
4 细胞声学的评价及展望
2004年3月，Gimzewski教授的研究首先发表在Smithsonian杂志上。专家评论认为，这一新信号的发现，将使人类有可能在症状未出现之前，在细胞水平就能“听”出疾病的发生［9］。现代医学是建立在显微镜发明之后才诞生的病理学基础上的一门学科，当时著名的病理学家微耳和（Virchow)宣称，一切疾病都是细胞的疾病。现代医学的最后诊断，还必须依靠病理学。细胞声学的重大意义可能就在于：在细胞还未发生病理学形态改变前，就能提示病变的可能。由此，重温《黄帝内经》中有关声音与疾病的关系，就更令人感到惊奇。
美国Science杂志未发表Gimzewski教授的研究结果之前，德国慕尼黑Ludwig Maximilian大学的Hermann Gaub教授曾说：“Gimzewski教授相信细胞的振动可能有其它来源，必须排除来自细胞外的潜在声源，但‘如果振动源来自细胞内部，这一发现将是革命性的、引人入胜的、难以置信的’”。Gimzewski教授的学生Pelling和Gimzewski教授正在做一系列的测试，以排除在细胞营养液中或由于原子力显微镜探头顶端产生振动源的可能性。美国加利福尼亚大学神经科学和生物物理学家Ratnesh Lal教授在对离体的心脏活细胞进行研究后认为：Gimzewski教授的纳米技术专业是他建立细胞声学的关键。他说：“最终目的是要用这项技术进行诊断和预防疾病，在这个世界上，能够做到这一点的，除Gimzewski教授以外，别无他人。”几个月后，美国Science杂志发表了Gimzewski教授等人的研究论文。
5 别具一格的音乐会
Gimzewski教授的学生Pelling和媒体艺术家Anne Niemetz根据细胞声学的研究结果，在洛杉矶市艺术博物馆举办了一场别开生面、举世无双的音乐会，音乐会的名称为：细胞的黑暗面［10］。进入音乐厅，就如同进入了细胞内部，既有视觉，又有音乐，还可以听见利用原子力显微镜记录下的，经过放大的细胞在各种情况下发出的声音。该音乐会由五个部分组成，以表现整个科学发现的过程：（1）观察；（2）构想来龙去脉的可能方式；（3）通过努力将细胞固有的特性顺应纳入自己特有的整合系统之中，较好地反映细胞情感反应的范围；（4）使它们符合各种环境；（5）细胞所唱的歌必须是原汁原味的，其声响效果未经任何修饰。
6 细胞发声的理论基础
目前最大的困惑可能是：一个单细胞如何具备发声功能，而更令人难以理解的是这种发声功能如何具备临床意义。如果我们能进一步了解细胞的结构，就能充分解答这一问题。
早在1961年，Buckminster Fuller首先提出细胞框架结构理论，认为细胞的结构并无一定尺寸的限制，细胞外层表面可形成完整的张力，具有充分的活力。1969年，Kenneth Snelson在此基础上提出细胞框架有如针形城堡（the needle tower）的理论，即细胞框架由蛋白链组成，它们有的薄、有的厚、有的中空，它们如线、如棒，相互连接在一起，形成一种稳定而柔韧可变的结构［11］。正是由于细胞框架具有完整张力且灵活多变，因此它们行动便捷，可以根据外界环境的变化，如温度、营养物质的浓度、化学物质的改变等种种因素，而改变自己的运动方向，得以生存和繁衍后代。也正是由于这种构造，使细胞表面具有振动的可能，因振动而产生声音，这就是我们在原子力显微镜下所看到的现象。
7 纳米技术进入中医基础理论研究的可能性
Gimzewski教授开创的细胞声学，为我们打开了微观世界中细胞运动的一个场景，并开创了一个新的高科技研究领域：声音与疾病的关系。由此联想到《黄帝内经》中论述的宏观意义上的脏腑的声音、辨色听音察体诊断疾病、以声音区分阴阳二十五人并进行饮食和经络调理以达到治未病的理论，将其与微观的细胞声学理论进行比较，我们发现了两者之间惊人的相似之处。
微观与宏观之间，即从细胞、组织、器官，再到人体，这中间还有许多环节，我们目前还不知道他们之间存在的确切关系，尚有待我们进一步的研究和证实。譬如经络，至今我们仍无法直观确定，只能运用间接手段加以证实。
运用纳米技术研究中医基础理论，将使传统中医基础理论的研究跃入现代科学研究领域的前沿。但愿我们有一天能揭开传统中医的神秘面纱。
［参考文献］
1 张介宾. 类经［M］. 北京: 人民卫生出版社， 1965. 110.
2 高也陶. 阴阳二十五人的经络调理［M］. 北京: 中医古籍出版社， 2003. 1200.
3 高也陶， 潘慧巍. 磁石美颜祛病养生系统［J］. 中华实用医药杂志， 2003， 3(20): 18771878.
4 高也陶， 潘慧巍， 吴丽莉. 阴阳二十五人的经络调理［J］. 中华医学研究杂志， 2004， 4(1): 18.
5 高也陶， 时善全， 吴丽莉， 等. 循经传感磁疗贴的磁场强度变化研究［J］. 中华医学研究杂志， 2004， 4(6): 500502.
6 高也陶， 石春凤. 《黄帝内经》中阴阳二十五人对应的二十五音［J］. 中华医学研究杂志， 2004， 4(7): 577580.
7 高也陶， 施 鹏， Sheldon XL. 《黄帝内经》阴阳二十五人分型的数学建模［J］. 医学与哲学， 2004， 25(12): 4144.
8 Pelling AE， Sehati S， Gralla EB， et al. Local nanomechanical motion of the cell wall of saccharomyces cerevisiae［J］. Science， 2004， 305(5687): 11471150.
9 Wheeler M. Signal discovery?［J/OL］. Smithsonian， March 2004. smithsonianmag.si.edu/smithsonian/issues04/mar04/phenomena.html.
纳米技术的研究范文第3篇
关键词：光催化氧化；二氧化钛；流态化固定
前言
光催化氧化是指半导体材料吸收外界辐射光能而激发产生导带电子(e-)和价带空穴(h+),与吸附在催化剂表面上的物质发生一系列化学反应的过程[1]。光激活TiO2半导体价带上的光生空穴，具有很强的氧化能力，可夺取水分子的电子生成羟基自由基・OH。而羟基自由基・OH是水中反应活性最强的氧化剂，且对被作用物几乎无选择性，能使水中有机污染物降解为无机物,其中包括脂肪族、芳香族、洗涤剂、染料、农药、除草剂和腐殖质等污染物。光催化技术使许多情况下难以实现的化学反应可在常规条件下顺利进行,特别适用于各种生物难降解有机物废水的处理。
至今为止,大多数光催化技术研究仍局限于半导体微粉的悬浮态光降解和将半导体固定在固定的容器上。但是,由于悬浮相光催化体系存在着回收困难、易聚集及光透率较低，固定在固定容器上的受光面积较小等缺点,严重制约了TiO2光催化剂的产业化。所以制备高活性的负载型TiO2光催化剂已成为人们日益关注的热点[2]。
1、TiO2光催化剂在载体上的固定方法
负载TiO2的方法一般可分为气相法和液相法两类 ,由于气相法所需设备复杂、能耗大、成本高 ,所以目前实验室广泛采用液相法。负载TiO2的液相方法有溶胶-凝胶法、偶联法、水解沉淀法分子吸附沉积法等 ,其中以溶胶凝胶法和偶联法较为常用。
1.1 溶胶―凝胶法
溶胶凝胶法是以钛酸酯或钛盐为原料,通过控制水解速率,制得TiO2溶胶[3]。也可以直接使用商品化的锐钛矿型TiO2溶胶。然后根据载体形状的不同,用旋涂法或浸渍法将TiO2溶胶涂覆上去,经过凝胶、烧结等工序 ,即可制得负载型TiO2光催化剂。该法条件温和、设备简单、工艺可调可控,是目前实验室最常用的方法。但必须指出，这种方法（尤其是在制膜时）也存在一些不足[4]。溶胶－凝胶工艺因原料不同而分为有机途径和无机途径。有机途径是通过有机醇盐（钛酸酯）的水解与缩聚而形成溶胶，这种途径涉及大量的水、有机溶剂和其他有机物，这种途径制备的膜在干燥过程中易龟裂（由大量溶剂蒸发所产生的残余应力引起） 客观上限制着膜的厚度。
1.2 偶联法
偶联法是以硅酸钠、甲基三甲氧基硅烷、环氧树脂等偶联剂与纳米TiO2粉体混匀，然后涂覆到载体上，颗粒载体则直接与TiO2粉体一起加入共搅或加热回流。这种方法主要用于空心玻璃微球、耐火砖颗粒等比表面积较小的颗粒状载体。这种方法可以适用于多种其他方法不能使用的载体，如不能高温灼烧的载体，也是TiO2光催化剂大气净化类涂料开发的基础。但是因为偶联剂多为有机物，长期使用会产生裂痕，甚至剥落。
2、TiO2负载载体的选择
TiO2的密度是3.84kg/m3(锐态型)，TiO2颗粒将沉于水底，起不到光催化剂的作用．为了使TiO2也能悬浮在水体相内，以便充分进行光催化降解反应，则需要将TiO2负载在一种能飘浮在水面的载体上，而这种载体的密度要远小于水，与TiO2附着良好，且不能被TiO2光催化氧化。
因为纳米TiO2在光照下能催化氧化并能分解有机物，故所用载体绝大多数为无机材料。以硅酸类为主，其次有金属、活性炭等。
2.1 玻璃类
因玻璃廉价易得，本身对光有良好的透过性，而且便于设计成各种形状的光反应器。选择玻璃作为载体的是由于玻璃表面十分光滑，在其表面负载透光性好、均一、光催化活性高，但是存在附着牢固、性能较差。徐明霞[5]等研究认为,在玻璃表面上,由于表面力场的存在,覆盖着一定量的表面羟基,这有利于溶液中的Ti4+离子吸附于玻璃表面,水解即可逐渐成长形成TiO2前驱膜。
玻璃类材料载体虽然在近紫外区的透光性能良好，但当光通过由玻璃材料制成的球状或弹簧状载体装填而成的填充床时，光的透过厚度是及其有限的，这是由于光在载体表面的反射、散射和有此带来的载体材料对光的多次吸收造成的。
2.2 金属类
金属类一般价格较贵，而且因金属离子如Fe3+、Cr3+等在热处理时会进入TiO2层，破坏TiO2晶格降低催化活性，因此金属类使用较少。其次金属表面如同玻璃表面，一般捕捉性也较差，所以负载也叫困难。负载后的光催化活性与普通纳钙玻璃上负载后相近。
固定后的光催化剂TiO2是固定膜的形式。对于反应器的设计有一定的限制作用。
2.3 吸附剂类
吸附剂类本身为多孔性物质，比表面积较大(通常超过 50m2/g),如硅胶、活性炭、介孔分子筛、沸石等。此类载体一方面可为活性组分(纳米TiO2)提供很大的有效面积并增加其稳定性；另一方面,由于载体自身常呈现酸性或碱性,也会影响催化剂的催化活性[7]。
2.4 陶瓷类
未上釉的陶瓷也是一种多孔性的物质[8]，对超细颗粒的TiO2具有良好的附着性，也可以被选为载体。如蜂窝状陶瓷柱、硅铝陶瓷空心微球、陶瓷纸等。
2.5 有机类载体
由于纳米TiO2在阳光下能光催化氧化降解有机物,所以一般不用有机材料做载体。而某些高分子聚合物,如饱和的碳链聚合物或含氟聚合物,有较强的抗氧化能力[4],所以也可以用于负载纳米TiO2的研究。但由于・OH、・O2-的强氧化性,这些高分子聚合物载体只能在短期内使用。
3、TiO2的流态化固定
TiO2的流态化固定属于固定技术的一种，流态化固定与将催化剂TiO2固定在反应器的内壁有所不同，固定在反应器上的催化剂TiO2可能因为吸附和反应介质的光散射而造成光利用率低以及因质量传递制约而限制了处理能力。流态化固定是将催化剂TiO2固定于易于回收的颗粒载体上，固定后的光催化剂在反应器内与反应液完全混合，形式相似于悬浮态。这样固定的催化剂不仅有着悬浮体系的高的处理效果，同时还能够简单的从反应器中与反应液分离开来。这种固定方法是光催化剂TiO2向工业化应用迈进的至关重要的一步。
4、展望
TiO2的流态化固定化技术是一种应用前景十分美好的水污染处理与净化技术,它的工业化应用必将带来极大的社会经济效益。固定后的催化剂不仅具有良好的光催化活性，而且纳米粒子负载型光催化剂制备简单,用量少,与反应体系容易分离,有利于光催化降解有机废水技术的工业实际应用。
但目前距大规模工业化尚远,需解决的问题有 :1)寻找合适的载体与固载方法来完成对 TiO2的固载,既能提供较强的结合牢固,又能保护甚至提高TiO2的光催化活性。 2)研究载体与光催化剂之间的相互作用,探讨固载过程中各个影响因素对光催化的影响。 3)解决固定化所带来的传质受限问题。4)设计开发出可连续使用的多元多相高效光催化反应器。
参考文献：
[1]高濂，郑珊，张青红.纳米氧化钛光催化材料及应用.化学工业出版社，2002，12
[2]江立文,李耀中,周岳溪,等.负载型TiO2固定相光催化氧化剂固定化技术研究[J].工业水处理,2000,20(9):8-10
[3]徐昌曦，曾凡龙，黄永秋，等.纳米二氧化钛光催化剂的固化技术[J].华工新材料，2003.7（31）：8-12
[4]贺飞，唐怀军，赵文宽，等.纳米TiO2光催化剂负载技术研究[J].环境污染治理技术与设备，2001.4（2）：47-58
[5]鄂磊，徐明霞，汪成建，张玉珍.固载粘结剂对二氧化钛光催化性能的影响[J].硅酸盐学报，2002,10（30）：36-38
纳米技术的研究范文第4篇
【关键词】 三氧化二砷
［摘要］ 目的：应用cDNA芯片技术研究三氧化二砷对多发性骨髓瘤细胞株RPMI 8226的作用。方法：采用包含4 096个人类基因的cDNA表达谱芯片，检测三氧化二砷作用于RPMI 8226细胞24 h前后其基因表达的变化。结果：在mRNA水平上，273个基因的表达发生了明显改变，其中121个基因表达上调，152个基因表达下调。结论：三氧化二砷可引起RPMI 8226细胞株一系列基因表达的改变。ZFYVE16、TXNIP及ALK1基因可能与RPMI 8226细胞的分化与凋亡密切相关。
［关键词］ 三氧化二砷; DNA微阵列; 多发性骨髓瘤
Changes of gene expression profile of multiple myeloma cell line RPMI 8226 treated by arsenic trioxide
ABSTRACT Objective: To compare the changes of gene expression profiles of multiple myeloma cell line RPMI 8226 before and after 24hour intervention of arsenic trioxide. Methods: The responses of the RPMI 8226 cells to arsenic trioxide were determined with cDNA microarray which included 4 096 different human genes. Results: Of these 4 096 genes， the expressions of 273 genes were altered significantly at mRNA level. The expressions of 121 genes were upregulated while the expressions of 152 genes were downregulated. Conclusion: The effect of arsenic trioxide on RPMI 8226 cells is related to changing the expression levels of a number of genes. ZFYVE16， ALK1 and TXNIP genes may play important roles in apoptosis and differentiation of RPMI 8226 cells.
KEY WORDS arsenic trioxide; DNA microarray; multiple myeloma
多发性骨髓瘤（multiple myeloma， MM）是一种浆细胞恶性增殖性疾病。由于MM瘤细胞的增殖比例很低及多药耐药的形成，目前临床治疗该病仍十分困难，迄今为止尚无根治的方法。最近的临床资料显示，三氧化二砷对MM有一定的治疗效果，且无严重的毒副作用［1，2］。为探寻三氧化二砷治疗MM的作用机制，本实验应用DNA微阵列技术研究三氧化二砷作用于MM细胞株后对其基因网络的调控作用。
1 材料与方法
1.1 材料 （1）三氧化二砷，购自中国药品公司，样品溶于RPMI 1640培养基（美国Gibco公司产品），灭菌分装备用，存储浓度为35 mg/L，使用时稀释为工作浓度2 μmol/L。（2）RPMI 8226细胞，为人类MM细胞株，由西安交通大学第一医院血液中心提供。
1.2 细胞培养 取RPMI 8226细胞按1×105/ml浓度分别接种于含及不含2 μmol/L三氧化二砷的新鲜RPMI 1640培养基中（内含10%小牛血清、1 mmol/L谷氨酰胺、1 mmol/L丙酮酸、100 U/ml青霉素、100 U/ml链霉素），于37 ℃、5% CO2培养箱中培养24 h后收集细胞。
1.3 总RNA的提取 按照TRIzol Reagent（美国Gibco公司产品）说明书进行操作，提取RPMI 8226细胞总RNA，采用Oligotex mRNA Midi Kit（荷兰QIAGEN公司产品）纯化mRNA，应用RNA电泳及分光光度仪测定光密度（optic density， OD）值，计算OD260/OD280值以鉴定mRNA质量。
1.4 探针标记 按美国Biostar公司芯片杂交试剂盒说明书操作。分别等量混合未使用三氧化二砷干预的RPMI 8226细胞总RNA及已使用三氧化二砷干预24 h后的RPMI 8226细胞总RNA，各提取50 μg逆转录合成cDNA。采用荧光染料Cy3dCTP标记未使用三氧化二砷干预的RPMI 8226细胞cDNA，Cy5dCTP标记已使用三氧化二砷干预24 h后的RPMI 8226细胞cDNA，S200纯化柱纯化cDNA。
1.5 DNA微阵列制备 DNA微阵列包含4 096个基因cDNA（上海博星基因芯片有限公司提供，型号BiostarH40s），包括癌基因、抑癌基因、细胞信号转导基因、凋亡相关基因及阴性对照等。采用通用引物进行多聚酶链反应（polymerase chain reaction， PCR）扩增。使用美国Cartesian公司的Cartesian点样仪及美国Telechem公司的硅烷化玻片进行点样。玻片经水合、干燥、紫外线交联后，分别采用2 g/L十二烷基硫酸钠（sodium dodecylsulfate， SDS）、水和2 g/L硼氢化钠溶液处理10 min，晾干备用。
1.6 杂交及洗涤 DNA微阵列在95 ℃水浴中变性2 min，混合探针在95 ℃水浴中变性30 s，将混合探针加于DNA微阵列上，42℃杂交16～18 h，按顺序使用2×氯化钠/柠檬酸钠（sodium chloride / sodium citrate， SSC）缓冲液加2 g/L SDS、0.1×SSC加2 g/L SDS、0.1×SSC洗涤10 min后，室温晾干。
1.7 MM基因表达谱检测与分析 采用Scan Array 4000扫描仪（美国General Scanning公司产品）扫描DNA微阵列，GenePix Pro 3.0软件分析Cy3和Cy5这两种荧光信号的强度和比值。经两种波长扫描获得的强度值分别代表Cy3和Cy5的数值，计算每个点Cy3/Cy5的比值。
2 结果
2.1 DNA微阵列的质量标准控制 BiostarH40s表达谱DNA微阵列的质量标准：有96个管家基因（阳性对照）和20个内参基因必须为阳性，16个植物基因（阴性对照）和16个点样液（空白对照）必须为阴性。本实验结果完全符合上述条件，说明实验无污染且检测体系正常。
2.2 差异表达基因 先将所有数据的前景值与背景值相减，得出Cy3、Cy5标记的强度值，将所有＜200的强度值用200取代。根据总数为n的有效基因（select值＝1，Cy3、Cy5标记的强度值皆＞200，或者其中1项＞800）Cy5/Cy3比值的自然对数值［InRi＝In（Cy5/Cy3）］，以Ri值在0.1～10的有效基因作为均一化依据，计算这些基因Cy5/Cy3比值自然对数的平均值，即均一化（normalization）系数。将所有数据项的Cy3标记强度值乘均一化系数，得出调整后的Cy3。计算所有基因Cy5/Cy3的比值，列出比值＞2或＜0.5的数据，从中筛选出具有相同Gene ID的数据，在与两种探针杂交时皆表现出一定的差异，且上下调趋势一致。
根据以上筛选标准，RPMI 8226细胞在三氧化二砷处理前后Cy5/Cy3的比值＞2或＜0.5，且同一基因两个重复点表达均有相同变化的共有273个，其中表达上调的基因有121个，表达下调的基因有152个。见表1、2，图1、2。
表1 三氧化二砷干预后RPMI 8226表达上调基因（略）
Table 1 Upregulated genes in RPMI 8226 cell samples after arsenic trioxide intervention
表2 三氧化二砷干预后RPMI 8226表达下调基因（略）
Table 2 Downregulated genes in RPMI 8226 cell samples after arsenic trioxide intervention
图1 Cy5、Cy3荧光标记三氧化二砷干预和未干预RPMI 8226细胞样品叠加图（略）
Figure 1 Superposition maps of Cy5 and Cy3labeled RPMI 8226 cell samples treated with and without arsenic trioxide
On one spot， if Cy3 signal was much stronger than Cy5 signal， it showed green (i.e. downregulation); if Cy5 signal was much stronger than Cy3 signal， it showed red (i.e. upregulation); if the intensities of Cy3 and Cy5 signals were similar， it showed yellow.
图2 三氧化二砷干预与未干预RPMI 8226细胞样品Cy5/Cy3比值散点图（略）
Figure 2 Scatter diagram of Cy5/Cy3 ratios in RPMI 8226 cell samples treated with and without arsenic trioxide
Xaxis and Yaxis represented the fluorescence intensities of Cy3 and Cy5 respectively. Each point in the scatter diagram represented the hybridization signal of corresponding gene in DNA microarray. The red point meant that the Cy5/Cy3 ratio was within the range of 0.5 to 2.0 (with no significant difference in gene expression). The yellow point meant that the Cy5/Cy3 ratio was beyond the range of 0.5 to 2.0 (with significant difference in gene expression).
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3 讨论
本研究应用cDNA表达谱芯片技术检测三氧化二砷未干预及干预24 h后RPMI 8226细胞的基因表达差异，探寻三氧化二砷治疗MM的机制。实验结果显示，在4 096个已知基因中差异表达基因273个，其中上调基因121个，下调基因152个，这些基因的功能涉及细胞生命活动的各个方面，如信号转导、蛋白质合成、免疫、代谢、DNA合成及细胞周期等，其中有些基因的功能不详。由于MM基因的表达受网络式调控，各个基因之间的表达是互相影响的，因此三氧化二砷干预后各基因的表达既有上调，又有下调。
B细胞易位基因1（Bcell translocation gene 1， BTG1）是p53的上调基因，属于抗增殖基因，主要调节细胞增殖和分化［3］。此基因首先在B细胞慢性淋巴细胞白血病中被发现，其mRNA长度1.8 kb。有实验表明，BTG1蛋白通过与HOXB9（homeobox protein HoxB9）及蛋白质精氨酸N甲基转移酶1（protein arginine methyltransferase 1， PRMT1）结合，调节其转录活性［4，5］和血管增殖［6］，从而抑制肿瘤细胞的增殖。BTG1蛋白可被无所不在的蛋白酶系统降解，该降解过程又可被特定的蛋白酶抑制剂所终止。本研究结果显示，三氧化二砷干预RPMI 8226细胞24 h后，其BTG1的表达明显上调，推测可能与三氧化二砷抑制相关蛋白酶有关，提示BTG1在RPMI 8226细胞凋亡及分化过程中起重要作用。ZFYVE16基因位于染色体5p15.2q14.3，编码endofin蛋白质，此蛋白质广泛存在于细胞的早期核内体，通过其FYVE功能区与核内体相联系，调节细胞膜的物质交换［7］。Endofin的过度表达可引起核内体网格蛋白（clathrin）增多，导致高频率的核内体融合，这种作用是经由TOM1基因实现的［8，9］。三氧化二砷干预24 h后，RPMI 8226细胞ZFYVE16基因上调，是否由于这种基因的上调导致了RPMI 8226细胞的凋亡，至今仍不清楚；另一个上调的基因是TP53BP1，编码53BP1，可与野生型p53结合以诱导p53依赖蛋白的表达，在信号转导中提高p53的活性［10］。
本实验中，多个与信号转导相关基因的表达下调。如活化素受体样激酶（activin receptorlike kinase 1， ALK1）基因是转化生长因子β（transforming growth factorβ， TGFβ）受体家族成员，主要表达于内皮细胞，诱导Smad1/5磷酸化而使内皮细胞发生增殖和迁移［11］，促进肿瘤生长。肿瘤血管生成时，ALK1表达增高。本研究结果显示，三氧化二砷干预24 h后，ALK1基因表达明显下调，提示三氧化二砷可抑制肿瘤血管的增殖。YES1是一种肉瘤病毒基因，位于染色体18p11.32，编码与细胞膜相关的酪氨酸蛋白激酶，在肿瘤细胞中过度表达［12］，经三氧化二砷作用后其表达水平降低。本实验中，TXNIP（thioredoxininteracting protein）基因表达的下降最为显著。TXNIP编码TXNIP蛋白质，参与组成TXN通路，此通路存在于细胞的多个部位（包括细胞质和线粒体），TXNIP可与TXN紧密结合，抑制其通过尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate， NADPH）氧化作用减少巯基群的能力［13］。经三氧化二砷干预后，TXNIP基因表达的降低可导致巯基群减少，从而降低线粒体内跨膜电位并激活caspase3酶，开放线粒体膜通透性转运孔，释放线粒体内活性氧及细胞色素C，激活半胱天冬氨酸酶，从而诱导MM细胞的凋亡［14］。
总之，本实验中发现的差异基因，为进一步研究三氧化二砷治疗MM的分子机制提供了具体的线索，尤其是ZFYVE16、TXNIP及ALK1基因表达的改变可能在RPMI 8226细胞的分化及凋亡中起到非常重要的作用，值得进一步研究。
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纳米技术的研究范文第5篇
1、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划
由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义，世界各国（地区）纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器，相继制定了发展战略和计划，以指导和推进本国纳米科技的发展。目前，世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划，但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。
（1）发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机，美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划（NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。之后，日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针，积极推进从基础性到实用性的研发，同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略，目前，已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施：增加研发投入，形成势头；加强研发基础设施；从质和量方面扩大人才资源；重视工业创新，将知识转化为产品和服务；考虑社会因素，趋利避险。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
（2）新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响，韩国、中国台湾等新兴工业化经济体，为了保持竞争优势，也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》，2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》，随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升前沿技术和基础技术的水平；到2010年10年计划结束时，韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平，进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始，相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》，这些计划以人才和核心设施建设为基础，以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标，意在引领台湾知识经济的发展，建立产业竞争优势。
（3）发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头，也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》，并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图，确定中国在目前和中长期的研发任务，以便在国家层面上进行指导与协调，集中力量、发挥优势，争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术，南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略，可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度，加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
2、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮，现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家，都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金，而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称，在过去10年里，世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明，全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内，联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元，2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是，根据《21世纪纳米技术研究开发法》，在2005～2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元，而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究，近年来纳米科技投入迅速增长，从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元，而2004年还将增长20%。
在欧洲，根据第六个框架计划，欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元，有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计，欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国，甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右；另外，地方政府也将支出2.4亿～3.6亿美元。中国台湾计划从2002～2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元，而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言，欧盟25国为2.4欧元，美国为3.7欧元，日本为6.2欧元。按照计划，美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元，日本2004年增加到8欧元，因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是：欧盟为0.01%，美国为0.01%，日本为0.02%。
另外，据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称，很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元，占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元，占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元，占17%。由于投资的快速增长，纳米技术的创新时代必将到来。
3、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言，美国虽具有一定的优势，但现在尚无确定的赢家和输家。
（1）在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果，2000—2002年，共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引（SCI）》收录。纳米研究论文数量逐年增长，且增长幅度较大，2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，3年累计论文数超过10000篇，几乎占全部论文产出的30%。日本（12.76%）、德国（11.28%）、中国（10.64%）和法国（7.89%）位居其后，它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇，是纳米研究最活跃的国家，也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出，2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点，到2002年已经超过德国，位居世界第三位，与日本接近。
在上述5国之后，英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多，各国3年累计论文总数都超过了1000篇，且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外，如果欧盟各国作为一个整体，其论文量则超过36%，高于美国的29.46%。（2）在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计：美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国（1454项），其次是日本（368项）和德国（118项）。由于专利数据来源美国专利商标局，所以美国的专利数量非常多，所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多，所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大，在论文数最多的20个国家和地区中，专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明，很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力，但比较侧重于基础研究，而实用化能力较弱。
（3）就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用，目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断，而且，已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年，美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合，实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标；利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果，未来5～10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点，纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究，期望突破传统的极限，让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒，并按照一定规则排列这些颗粒，使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面，目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大，某些方面处于世界领先水平，但尚未脱离基础和应用研究阶段，距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上，日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1／10，两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路，是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地，如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机，解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过，这些研究大都处于探索阶段，成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
4、纳米技术产业化步伐加快
目前，纳米技术产业化尚处于初期阶段，但展示了巨大的商业前景。据统计：2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元，2010年将达到14400亿美元。为此，各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化，都在加紧采取措施，促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为，美国大公司自身的纳米技术基础研究不足，导致美国在该领域的开发应用缺乏动力，因此，尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项：一是进行纳米技术基础研究；二是与大企业合作，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
欧盟于2003年建立纳米技术工业平台，推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出：建立纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化学家能够协同作战，把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域，生产出更清洁、更安全、更持久和更“聪明”的产品，同时减少能源消耗和垃圾。欧盟希望通过建立纳米技术工业平台和增加纳米技术研究投资使其在纳米技术方面尽快赶上美国。
