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纳米科技在我们生活中有什么用途?

作者:888扑克手机版 发布时间:2020-08-09 12:32 点击数:

  提到纳米科技的应用,人们通常会想到一些高精尖领域。事实上,纳米科技还与人们的日常生活息息相关。

  5年前,中国科学院推出了“变革性纳米产业制造技术聚焦”战略性先导科技专项(以下简称纳米专项),支持科学家将实验室小试技术推向中试,让更多的纳米科技成果走向实际应用。如今该专项已取得显著成效。日前,中科院宣布,经过5年协同攻关,纳米专项形成了一系列纳米核心技术创新,其中有不少技术已成功应用于健康诊疗、饮用水处理以及绿色印刷等与百姓生活密切相关的领域。

  在癌症的早期检测、预后判断和靶向治疗伴随诊断方面,纳米专项研发的“肿瘤捕手”技术灵敏度高

  纳米的名称起源于希腊语,意思是“矮小的”。实际上,纳米和我们所熟悉的米、毫米和微米一样都是长度计量单位。

  “1纳米等于10的负9次方米,也就是1米的十亿分之一,比单个细菌的长度还要小,肉眼是看不见的”,纳米专项首席科学家王琛研究员说,“纳米本身仅是计量长度而已,真正有价值的是纳米科技,它是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一门科学技术。”

  王琛进一步解释说:“其实,许多生命体中存在特殊的微米—纳米结构,这样排布的结构会产生许多优异的性能,我们可以利用这种优异性便利我们的生活。”

  纳米科技作为上世纪末开始兴起的新兴学科,在我国得到高度重视。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》中,就将纳米科技作为我国“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齐涛说:“可以说,在纳米科技领域,我国是与国外同步布局的。”

  得益于国家的高度重视和大力投入,纳米科技在我国的发展不断加速。一项数据表明,1997年,与纳米相关的SCI(科学引文索引)论文中,只有6%涉及我国作者,但从2011年开始,我国相关作者数量已居世界首位。与此同时,纳米科技也逐渐开始渗透到人们生活的诸多方面,并发挥着越来越大的作用。

  1996年,科研人员在实验中发现,DNA修饰的金纳米颗粒溶液可以根据温度的变化在蓝红两种颜色之间转换,从此开始了新一代医学诊断、治疗技术的研究。

  此后的研究结果进一步表明,纳米科技在重大疾病的诊断和治疗方面显示出很多优势,应用开发潜力巨大。例如,纳米科技可以用来做微量标志物的检测,使疾病能获得早期诊断;研发的纳米材料可以对疾病进行靶向治疗,让医学诊断和治疗向更精准的方向前进等。

  在体外诊断方面,纳米专项成功研发出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,可用于对多项指标进行联合检测,目前有多款产品获得了国家医疗器械注册证书。

  国家纳米科学中心高级工程师沈海滢介绍说:“这项技术中的炎症纳米微流控免疫检测芯片,能够快速区分细菌性感染和病毒性感染,判断感染所处的阶段,为科学、有效使用抗生素提供依据,可以在很大程度上避免抗生素滥用。”

  在癌症的早期检测、预后判断和靶向治疗伴随诊断方面,纳米专项研发的“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杨延莲研究员介绍,除少数癌症外,绝大多数恶性肿瘤出现在人体的上皮组织细胞,从肿瘤组织脱落的上皮细胞进入外周血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中含量极低且微小,而“肿瘤捕手”的核心技术就是运用多肽纳米磁珠技术捕获这些肿瘤细胞,实现高效捕获、识别以及对肿瘤表面标志物分子的精准检测,从而实现早期检测、疗效预测和动态检测。该技术目前已经实现技术转让和产业化落地。

  在药物研发方面,纳米专项完成了多项纳米药物制剂的初期研发工作,部分样品已进入临床审批环节。其中1个纳米新药环胞素眼用乳剂现已完成临床试验,多个针对肿瘤类重大恶性疾病的纳米制剂获得临床批件。

  在传统的饮用水处理方式下,部分低浓度、高毒性有机或无机微污染物会有明显残留,长期饮用会对人体造成严重伤害。因此,饮用水中微污染物的处理是饮用水安全领域最富有挑战性的前沿课题之一。富有活力的纳米材料具备常规材料无法比拟的高吸附及催化效率等优势,为解决这些难题提供了新的方法。

  生活在内蒙古部分牧区的牧民,祖祖辈辈一直深受饮用水污染之害。“过去,这些牧民饮用水来源主要是未经处理的地下水。然而,这些牧区地下水中普遍存在着氟、砷、微量有机物、细菌等污染物超标的问题,导致地方病发生。”王琛说。

  水质问题已经成为当地牧民区域性贫困及因病致贫、返贫的重要因素之一。面对这种状况,当地政府和群众都十分着急。直到纳米专项的介入,情况有了转机。

  “纳米材料在氟、砷、重金属离子及微量有机污染物等的去除方面具有优势。”王琛说,纳米专项针对牧民分散的居住条件及饮用水污染状况,研发了分散式的饮用水净化系统,净化后水质全部达到国家城市饮用水标准。

  在使用方面,这种纳米净水系统的成本很低。“只需要一年换1—2次核心滤芯,就能长效、经济地保障牧民的饮水安全。”王琛说。

  据介绍,在纳米专项帮助下,截至2017年底,已有1200户牧民受益于纳米净水技术,喝上了干净安全的饮用水。

  不用感光冲洗,也不产生废水废液,报纸、书籍的版样就可以打印出来;电脑、手机的线路板不用刻蚀,同样也可以轻松打印出来……这些看似“不可能完成的难题”已被纳米绿色印刷技术攻克。

  纳米绿色印刷的核心理念就是将纳米材料和印刷技术相结合,实现印刷产业的绿色化、功能化、立体化和器件化。

  在纳米绿色印刷方面,纳米专项的成就十分显著。研究人员突破国际上通行的感光制版技术思路,研发了纳米绿色印刷制版技术,并形成了包括“绿色版材、绿色制版、绿色油墨”在内的完整的绿色印刷产业链技术。

  中国科学院化学研究所研究员宋延林介绍说,传统印刷制版的原理是感光成像、化学显影,而纳米绿色印刷制版技术是利用纳米材料制作出特殊的版材和墨水,“打印时可使印版表面呈现出亲水的空白区和亲墨的图文区,这样就可以直接印刷了。”

  纳米专项绿色制版、绿色版基与绿色油墨技术的突破,彻底解决了传统印刷产业中制版曝光冲洗、版基电解氧化和油墨毒害溶剂VOC的排放,并具备环保和成本方面的优势。

  “传统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、工艺繁琐,从而造成大量材料浪费和废液排放”,宋延林说,“而纳米绿色印刷技术用纳米涂层取代原来电解氧化的过程,用纳米材料打印制版代替曝光成像,用水性墨代替溶剂性墨,可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以后,全国每年可减排上万吨有机溶剂、数百万吨废液废水,节约数百吨银和数万吨铜等金属。

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