納米是非常小的長度單位，隻有“十億分之一米”，相當于人類頭發絲直徑的萬分之一。日常生活中的很多物品、商品早就帶上了“納米”二字。不過，從“納米能量杯”到“納米内褲”，從手機的7nm芯片到科幻電影中的“納米戰甲”，再到現實世界的納米機器人，到底哪些才真正蘊含着納米科技？

未來，納米機器人能進入體内給我們治病嗎？幾納米的芯片能裝下些什麼？納米戰甲隻是科幻編劇的萬能道具嗎？納米這麼“小”，怎麼有那麼多作用？一個長度單位又為何能成為一門學問？

中國之聲、央視頻攜手中國科協青少年科技中心，推出全媒體科普欄目——大師課堂《科學家講科學》。20位院士名家暢談熱點事件，為公衆科普答疑。本期中國科學院院士、國家納米科學中心主任趙宇亮與您一同進入神奇的納米世界。

是時候展示真正的納米技術了！

20世紀80年代，人類通過掃描隧道顯微鏡，第一次正式開啟了對納米尺度世界的科學觀測與研究。

它有多小？1納米是10的-9次方米。如果把直徑為1納米的小球放在乒乓球上，差不多就相當于是把一個乒乓球放在了地球上。

納米技術研究的尺寸對象一般在1納米到100納米之間，“但在具體的研究中也不局限在這個尺度範圍，主要看納米尺度結構或納米物質是否出現新奇的物理特性、化學特性、生物學特性或醫學功能等。”趙宇亮解釋說。

納米世界能有什麼新奇呢？

一些金屬氧化物通常情況下沒有磁性，但在20納米尺度以下就會表現出順磁性。金的熔點約為1064℃，但到了1～2納米，在室溫就會熔化。微粒的尺度不一樣，性能會天差地别，這就是納米尺寸效應。

趙宇亮表示，物質世界從無功能到有功能的過渡臨界發生在納米尺度，同時，生命世界從非生命到有生命的過渡臨界也發生在納米尺度，“所以要調控物質世界。比如獲取物質的新功能，從調控納米尺度上的結構入手最有效，因為導緻物質宏觀功能的源頭在這裡。”

目前，全世界有60多個國家專門成立了國家層面的納米研究計劃，我國也不例外。我國納米科技研究起源于20世紀80年代後期。趙宇亮認為：“目前，在納米科技的基礎研究和應用基礎研究領域，中國是全球最活躍也是最有影響力的國家之一。”

從“納米内褲”到“納米戰甲”，納米到底能幹什麼？

有人可能覺得，納米有什麼稀奇的，自己早就穿上了“納米内褲”，墊上了“納米鞋墊”。曾經，一些不良商家想蹭“納米”熱度，将其作為營銷噱頭，出現了很多名字帶“納米”二字，卻和納米毫無關系的商品，甚至有消費者因此認為納米科技就是騙局。

趙宇亮指出，大約二十年前，出現了五花八門的納米産品，但是其實那時納米技術尚未大規模應用。如今，納米技術真的已經應用到很多方面、很多産品中，“納米”二字反倒不再被用來标榜自己。

在一部已經快成了“人體新器官”的智能手機中，有一百多個零部件都是納米技術和納米材料的産品。手機裡面的計算芯片是用人類迄今最為精細的微納加工技術制造出來的。因此，5nm芯片每平方毫米的面積上就裝有大約1.5億個左右的晶體管，2nm芯片的晶體管密度大約是5nm芯片的2倍。一顆比人類指甲稍大的芯片裡面裝有上百億個晶體管，比地球人口數量還多。

“當它大規模使用的時候，人們可能就不再拿它做噱頭”，趙宇亮相信，納米技術一定會改善，也正在改變我們的生活，尤其是當人類跨入智能社會，納米技術應該是無處不在的。

不掌握納米技術卻熟練運用納米概念的還有一些科幻電影編劇。他們筆下的納米戰甲能在需要時迅速釋放覆蓋全身，必要時也可在局部集中形成“盾牌”“鐵錘”。這個萬能道具能成真嗎？

對此，趙宇亮認為，科幻有一定科學依據但不是科學，它給人類帶來天馬行空的想法，能夠成為技術變革的推動力之一。“在某種意義上來看，它有一定道理，比如我們現在做的随時間變化的材料。”但是，從科幻到現實科技還需要有很多基礎的研究和技術的開發。

納米機器人能治病？

納米科技在原子、分子尺度上研究物質的特性和相互作用，對物質進行精确加工和原子制造，能夠對生命健康和疾病過程進行精準調控。

到目前為止，疾病的診斷和治療是建立在分子間反應基礎上的，人們吃的藥物叫分子藥物。而納米藥物則是單一分子聚集到一起形成一個顆粒，也可以叫顆粒藥物。這個顆粒有一個表面，可以在表面裝上很多不同的藥物，然後可以控制它，讓其一層一層地往外釋放。

而把納米顆粒作為治療藥物的載體，則可以讓它在人體内輸送藥物，而且是像快遞員一樣定點遞送。

除了精準送藥的“快遞員”，未來，納米機器人也可能進入人體，來給人們看病。它是能對納米空間進行操作的“功能分子器件”集合形成的系統。這個“機器人”和通常的機器人形象有着很大差别。一根納米棒、納米管就可以是一個納米機器人。

未來，人們有望利用自組裝納米機器人通過血管直達病竈，進行疾病治療以及自我修複，比如消除體内的腫瘤細胞，進行微創手術等。

看不見的納米世界安全嗎？

納米這麼小，肉眼無法察覺，進入人體内安全嗎？

其實納米顆粒物并不隻是如今納米技術的産物，汽車尾氣、燃燒過程等都會産生大量納米粒子。趙宇亮介紹，據估算，在大街上行走的人每小時通過呼吸空氣吸進的納米粒子大約有1億個。

有關納米材料的生物效應與毒性的研究數據目前還很少。初步的實驗證據提示，即使化學成分相同的物質，它的微米顆粒與納米顆粒也可能具有不同的生物效應，這些生物效應可能有益也可能有害，大量未知問題仍需研究。比如，研究人員發現，納米顆粒進入人體後，人體内的蛋白會自動将其包裹起來，因此，它不會被身體當做外來異物，具有了隐身效應。“會不會産生長期的毒性？這個事情現在正在研究，目前還沒有定論。”趙宇亮介紹。

納米機器人會不會在我們的身體中“失聯”，從而對人體産生副作用或刺激性傷害？目前研究人員傾向于用身體内部的材料來制作納米機器人，這樣便能夠被人體分解掉，可能不會産生太大的負面效應。

不過，趙宇亮也坦言，目前相關研究時間較短，知識積累和技術積累還不是很多。“至少現在還不好說将來它會怎麼樣。但有一點是肯定的，如果要将其用到臨床或人體内，相關問題肯定要做系統研究，有系統方法。”有關納米材料的安全性，現在已形成“納米毒理學”，很多科學家在研究怎樣能夠安全使用納米材料。

▌本文轉自：中央廣電總台中國之聲

來源： 中央廣電總台中國之聲