納米科技,離你我很近

2018年07月25日 08:57作者:來源:人民日報閱讀(393)
  提到納米科技的應用,人們通常會想到一些高精尖領域。事實上,納米科技還與人們的日常生活息息相關。

  5年前,中國科學院推出了“變革性納米產業制造技術聚焦”戰略性先導科技專項(以下簡稱納米專項),支持科學家將實驗室小試技術推向中試,讓更多的納米科技成果走向實際應用。如今該專項已取得顯著成效。日前,中科院宣布,經過5年協同攻關,納米專項形成了一系列納米核心技術創新,其中有不少技術已成功應用于健康診療、飲用水處理以及綠色印刷等與百姓生活密切相關的領域。

  可用于健康診療

  在癌癥的早期檢測、預后判斷和靶向治療伴隨診斷方面,納米專項研發的“腫瘤捕手”技術靈敏度高

  納米的名稱起源于希臘語,意思是“矮小的”。實際上,納米和我們所熟悉的米、毫米和微米一樣都是長度計量單位。

  “1納米等于10的負9次方米,也就是1米的十億分之一,比單個細菌的長度還要小,肉眼是看不見的”,納米專項首席科學家王琛研究員說,“納米本身僅是計量長度而已,真正有價值的是納米科技,它是研究結構尺寸在1納米至100納米范圍內材料的性質和應用的一門科學技術。”

  研究這么小尺寸的材料用來做什么呢?

  王琛進一步解釋說:“其實,許多生命體中存在特殊的微米—納米結構,這樣排布的結構會產生許多優異的性能,我們可以利用這種優異性便利我們的生活。”

  納米科技作為上世紀末開始興起的新興學科,在我國得到高度重視。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)》中,就將納米科技作為我國“有望實現跨越式發展的領域之一”。中科院重大科技任務局副局長齊濤說:“可以說,在納米科技領域,我國是與國外同步布局的。”

  得益于國家的高度重視和大力投入,納米科技在我國的發展不斷加速。一項數據表明,1997年,與納米相關的SCI(科學引文索引)論文中,只有6%涉及我國作者,但從2011年開始,我國相關作者數量已居世界首位。與此同時,納米科技也逐漸開始滲透到人們生活的諸多方面,并發揮著越來越大的作用。

  1996年,科研人員在實驗中發現,DNA修飾的金納米顆粒溶液可以根據溫度的變化在藍紅兩種顏色之間轉換,從此開始了新一代醫學診斷、治療技術的研究。

  此后的研究結果進一步表明,納米科技在重大疾病的診斷和治療方面顯示出很多優勢,應用開發潛力巨大。例如,納米科技可以用來做微量標志物的檢測,使疾病能獲得早期診斷;研發的納米材料可以對疾病進行靶向治療,讓醫學診斷和治療向更精準的方向前進等。

  在體外診斷方面,納米專項成功研發出了多項體外診斷關鍵技術。其中,納米微流控免疫芯片體外診斷技術將納米技術與微流控技術相結合,可用于對多項指標進行聯合檢測,目前有多款產品獲得了國家醫療器械注冊證書。

  國家納米科學中心高級工程師沈海瀅介紹說:“這項技術中的炎癥納米微流控免疫檢測芯片,能夠快速區分細菌性感染和病毒性感染,判斷感染所處的階段,為科學、有效使用抗生素提供依據,可以在很大程度上避免抗生素濫用。”

  在癌癥的早期檢測、預后判斷和靶向治療伴隨診斷方面,納米專項研發的“腫瘤捕手”技術靈敏度高,臨床前研究效果顯著。

  據國家納米科學中心楊延蓮研究員介紹,除少數癌癥外,絕大多數惡性腫瘤出現在人體的上皮組織細胞,從腫瘤組織脫落的上皮細胞進入外周血循環成為循環腫瘤細胞,是腫瘤檢測的重要生物標志物。這些細胞的特點是血液中含量極低且微小,而“腫瘤捕手”的核心技術就是運用多肽納米磁珠技術捕獲這些腫瘤細胞,實現高效捕獲、識別以及對腫瘤表面標志物分子的精準檢測,從而實現早期檢測、療效預測和動態檢測。該技術目前已經實現技術轉讓和產業化落地。

  在藥物研發方面,納米專項完成了多項納米藥物制劑的初期研發工作,部分樣品已進入臨床審批環節。其中1個納米新藥環胞素眼用乳劑現已完成臨床試驗,多個針對腫瘤類重大惡性疾病的納米制劑獲得臨床批件。

  可用于飲用水處理

  納米材料在氟、砷、重金屬離子及微量有機污染物等的去除方面具有優勢

  在傳統的飲用水處理方式下,部分低濃度、高毒性有機或無機微污染物會有明顯殘留,長期飲用會對人體造成嚴重傷害。因此,飲用水中微污染物的處理是飲用水安全領域最富有挑戰性的前沿課題之一。富有活力的納米材料具備常規材料無法比擬的高吸附及催化效率等優勢,為解決這些難題提供了新的方法。

  生活在內蒙古部分牧區的牧民,祖祖輩輩一直深受飲用水污染之害。“過去,這些牧民飲用水來源主要是未經處理的地下水。然而,這些牧區地下水中普遍存在著氟、砷、微量有機物、細菌等污染物超標的問題,導致地方病發生。”王琛說。

  水質問題已經成為當地牧民區域性貧困及因病致貧、返貧的重要因素之一。面對這種狀況,當地政府和群眾都十分著急。直到納米專項的介入,情況有了轉機。

  “納米材料在氟、砷、重金屬離子及微量有機污染物等的去除方面具有優勢。”王琛說,納米專項針對牧民分散的居住條件及飲用水污染狀況,研發了分散式的飲用水凈化系統,凈化后水質全部達到國家城市飲用水標準。

  在使用方面,這種納米凈水系統的成本很低。“只需要一年換1—2次核心濾芯,就能長效、經濟地保障牧民的飲水安全。”王琛說。

  據介紹,在納米專項幫助下,截至2017年底,已有1200戶牧民受益于納米凈水技術,喝上了干凈安全的飲用水。

  可用于綠色印刷

  實現印刷產業的綠色化、功能化、立體化和器件化

  不用感光沖洗,也不產生廢水廢液,報紙、書籍的版樣就可以打印出來;電腦、手機的線路板不用刻蝕,同樣也可以輕松打印出來……這些看似“不可能完成的難題”已被納米綠色印刷技術攻克。

  納米綠色印刷的核心理念就是將納米材料和印刷技術相結合,實現印刷產業的綠色化、功能化、立體化和器件化。

  在納米綠色印刷方面,納米專項的成就十分顯著。研究人員突破國際上通行的感光制版技術思路,研發了納米綠色印刷制版技術,并形成了包括“綠色版材、綠色制版、綠色油墨”在內的完整的綠色印刷產業鏈技術。

  中國科學院化學研究所研究員宋延林介紹說,傳統印刷制版的原理是感光成像、化學顯影,而納米綠色印刷制版技術是利用納米材料制作出特殊的版材和墨水,“打印時可使印版表面呈現出親水的空白區和親墨的圖文區,這樣就可以直接印刷了。”

  納米專項綠色制版、綠色版基與綠色油墨技術的突破,徹底解決了傳統印刷產業中制版曝光沖洗、版基電解氧化和油墨毒害溶劑VOC的排放,并具備環保和成本方面的優勢。

  “傳統印刷制版技術是基于曝光成像原理,采用曝光、顯影、沖洗的技術路線,需要暗室操作、工藝繁瑣,從而造成大量材料浪費和廢液排放”,宋延林說,“而納米綠色印刷技術用納米涂層取代原來電解氧化的過程,用納米材料打印制版代替曝光成像,用水性墨代替溶劑性墨,可從源頭上解決印刷產業鏈中80%以上的污染。”

  據測算,納米綠色印刷技術全面推廣以后,全國每年可減排上萬噸有機溶劑、數百萬噸廢液廢水,節約數百噸銀和數萬噸銅等金屬。
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