编者按:纳米科学(nanoscience)是利用纳米技术,研究物质组成或特性的应用科学。简单的说,它就是一门用单个原子、分子当积木,堆成物质的技术。值得一提的是,纳米科学技术已经让许多科幻小说中的“伪科技”变成了现实。
俄罗斯作家鲍里斯·志特科夫(Boris Zhitkov)于1931年发表了短篇小说《微手》(Microhands),该小说描述了一种能够进行复杂手术的微型手。虽然该小说发表于约100年前,但这个故事为现代纳米科技研究奠定了一定的基础。
纳米科学可以研究大小为十亿分之一米的分子,独特的微结构意味着它们可以变得非常活泼,从而被用作催化剂。纳米科学正在进入医疗保健治疗领域,用到的媒介物比一粒尘埃还小。那些曾经被认为是科幻小说的东西即将成为现实。
愈合分子
事实上,伤口快速愈合是许多动作科幻小说中的一个关键环节。小说中有很多手持式愈合工具,类似于《星际迷航》(Star Trek)中的皮肤再生器——复制皮肤细胞进行再生。
在纳米级别,来自美国的研究团队已经开发了凝胶纳米颗粒,它针对靶向特异性酶FL2——能够减缓皮肤细胞修复伤口的速率。降低这种酶的水平,就能够增加伤口的愈合率。
然而,减慢酶FL2表达所需的沉默RNA(Silencing RNA,SiRNA)分子通常会在人体内快速降解。因此,该团队将这些SiRNA分子放置在纳米尺寸的凝胶壳内,帮助其在转运到细胞的过程中受到充分的保护。以这种方式治疗的伤口愈合速度是平常的两倍,并且不影响正常的组织再生。
自我修复术
电影《终结者2:审判日》(Terminator 2)塑造了一个邪恶的机器人,可以修复自己,几秒钟内完成“愈合”。幸运的是,现实是不可思议的——科学家发明了类似的修复术。
化学家们设计了一种能够自我修复的碳纤维聚合物,当受到外部压力后,这种聚合物会破裂,使环氧树脂从材料中渗出,并和催化剂混合,形成具有高达108%愈合效率的强塑料。该愈合技术针对的不是破裂的血管,而是释放的树脂。有了该技术,意味着我们不必再担心摔坏手机屏幕了。此外,它也可以修复飞机飞行时产生的微小裂缝,甚至可以密封子弹孔。
竞速微型车
1966年,电影《梦幻之旅》(Fantastic Voyage)讲述了5个医生的身体被缩小到几百万分之一的大小,然后被注射到一名生命垂危的科学家的体内进行手术,完成治疗后从眼睛逃出的故事。虽然现在我们不能将微小的人体注入其他人体内,但是科学家已经创造出了可以在特定方向上行驶的纳米车。
2011年,科学家本·费林加(Ben Feringa)构建了一个四轮纳米车,底盘由碳链构成,并“装配”了4个分子马达。这辆纳米车的轮子尺寸仅为60个原子的大小,宽度比一级方程式赛车的宽度小666,666,666倍,人们很难想象如何能驾驶这辆微型车,更不用说赛车了。但在今年举办的第一届纳米微车竞赛上,参赛的团队将在一个个精心设计的原子跑道上进行比赛,额外的原子将被放置在表面上作为赛车障碍物。
神奇的食物
英国罗尔德·达尔(Roald Dahl)的《查理和巧克力工厂》(Charlie and the Chocolate Factory)生动地描述了古怪的口味和并提及了创造性的糖果,让读者垂涎不已。虽然在现实中还没有替代一日三餐的神奇口香糖,也没有喝了能让人飞翔的汽水,但是食品制造商一直在研究如何使用分子技术改变食物的口味和质地。
纳米技术用于食品行业已有多年历史,乳化剂在蛋黄酱中的应用就是典型的例子。目前科学家正在研究的是,如何利用纳米技术增强食物的营养以及食品的卖相。澳大利亚面包店Tip-Top正在使用纳米胶囊向面包中添加omega-3油。这些包裹着omega-3油的胶囊只能在胃酸中溶解,这样人们既能得到omega-3的营养又不会觉得面包有异味。雀巢(Nestle)和联合利华(Unilever)等公司也在研究纳米胶囊以改善其食物的品质。
虽然纳米技术还不能做到科幻小说所承诺的一切,但它正在改变着我们的世界。科学家们正在努力地研究,以尽早发挥纳米科学的巨大潜力。
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