纳米粒子与我们的生活

把东西变得极小，无所谓好坏；关键在于，这些小东西有什么用途，使用它们是否安全。

登月电梯

纳米是长度单位，1纳米即10亿分之一米，相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。所谓纳米粒子，是指至少一个维度的尺寸小于100纳米的颗粒。科学家告诉我们：无论什么东西，一旦微缩到100纳米以内，就会呈现全新的特性，世间万物皆如此。最典型的是碳纳米管，它是由普通石墨中的一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”；它的内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。它很轻，但很结实；它的密度只是钢的六分之一，但强度却是钢的100倍。用这样既轻柔又结实的材料做防弹背心，是最好不过了。如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量拉断的绳索。如果更进一步用它做成从地球直通月球的电梯，地球人登月赏景就很容易了。

大块物质的物理性质通常与大小无关，但在纳米尺寸上却往往并非如此，一些和尺寸相关的物理性质就会呈现出来。这是为什么呢？一个普通的保龄球，它的绝大多数原子都在球内，只有有限的原子在与空气和木质球道接触的球表面上。这意味着，在球内是相同原子互相之间发生作用，而位于球表面的原子，则是在与其他不同的原子相互作用。当球体较大时，位于球表面的原子数量相对于球内的原子数而言是微不足道的。现在，用我们的想象把这个保龄球逐渐缩小到分子大小；缩得越小，球面与球内原子的数量比率就越高；到了纳米尺寸，构成球的很可能几乎都是位于表面的原子，这些原子就会对球的总体特性产生重大影响。

导电墨水

银纳米粒子的尺寸在1纳米到100纳米之间。由于它的光学及电磁特性与它的大小有特别的关系，银纳米粒子很早就得到了广泛的应用。最近，美国的研究人员用银纳米粒子制造出了导电墨水。他们让银纳米粒子悬浮在纤维素溶液中，以便能够从笔芯里流出来。用这种墨水画出的线条就成了导电性能极佳而且极细的银丝，不仅足以为利用发光二极管的显示装置供电，而且还能制作出更易弯曲和伸展的、跨度较大的微电极，实现信号从一个电路元件到另一个电路元件的传递。这种微电极能经受住反复的弯曲和伸展，而自身性能却基本不会发生改变。这种新型的导电墨水还能用于3D打印，实现用最微弱的接触压力将精细的银线与精巧的装置相连接。

对付癌症

医生们早就知道，随着癌细胞的增长，细胞内的基因和蛋白质会发生变化。这个过程会释放出可探测到的挥发性有机化合物。这就是为什么经过训练的狗可以“嗅”出人体内恶性肿瘤的道理。事实上，纳米粒子也能“闻”出癌症来。两年前，以色列研究人员发明了一种金纳米粒子传感器，它不仅能判断一个人是否患了癌症，而且能分清是肺癌、乳腺癌、前列腺癌还是结肠癌。从中受益的不仅仅是癌症患者，因为它还能确定住院病人是否受到了感染。

对于晚期癌症患者，纳米粒子也一样能够大显神威。美国的研究人员先对患有前列腺癌的狗进行CT扫描，确定其体内肿瘤的位置、大小；然后，给它注射了一种含有放射性金纳米粒子的紫色液体。经临床检测，用金纳米粒子进行治疗是安全的，狗没有发生肿胀、中毒，其肾脏和骨髓也没有变化。虽然，用放射性粒子对付肿瘤并不是什么新思想，但使用金纳米粒子的主意却是全新的。

功与过

几乎每个星期，科学家都会宣布在利用纳米粒子向细胞内输送基因、药物或化学信使方面取得的新突破。不同形状和化学成分的纳米粒子可以根据医生的选择来追踪、瞄准特定细胞并完成各种任务。动物试验表明，纳米粒子的形状能大大影响它实施基因治疗的效果。

人们在夏天使用的防晒霜中含有二氧化钛和氧化锌两种纳米粒子，它们具有很强的反射性，能防止有害的太阳辐射直射皮肤。除了防晒，纳米涂层还能使纸张防水、使服饰防污，甚至还能使各种表面防火、防尘。

纳米技术最有争议、大概也最鲜为人知的，是对农作物的影响。纳米粒子可用于杀虫剂和肥料，但有研究表明，它们也有可能给庄稼带来灾难性的后果。例如，对大豆的研究表明，氧化锌会在植物组织里累积，以至于植物的根和根瘤能吸收和储存高度浓缩的纳米粒子。造成的后果是，即使在施氮水平很高的情况下，植物仍无法固氮，而这对大豆来说是致命的。

不是“永动机”

纳米器件具有功耗小、反应灵敏等大尺寸器件所不具有的优势。在层出不穷的纳米器件中，最引人注目的是具有高电压输出的纳米发电机和自驱动纳米器件。

纳米发电机可以收集各种废弃的能量，例如，人体的活动、肌肉的收缩、血液的流动、声波和超声波等等，并将这些能量转化为电能。目前，由美国科学家发明的氧化锌纳米发电机，可输出迄今为止最高的电压——2.4伏特。你可别小看了这不起眼的2.4伏特，它虽然不可能驱动一座城市，但已经足以为你的手机和其他手持电子设备充电了。

提高纳米发电机的输出电压和功率的最终目标，是实现纳米器件的自驱动化；也就是说，你不需要像使用家用电器那样，专门为纳米器件配备外接电源或电池；它们会自动寻找和收集各种废弃的能量，并将它们转化为电能，来满足自己的需要。曾有中学生问，能实现自驱动化的纳米器件不就是一台小小的“永动机”吗？你认为呢？聪明的你能说说为什么吗？

纳米机器人

在纳米生物学中，对老百姓生活最具影响力的是纳米机器人。已经问世的第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗；还可用来进行人体器官的修复及整容手术；甚至能从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行。科学家正在研制的第二代纳米机器人，是直接用原子或分子装配而成的具有特定功能的纳米尺度的分子装置。未来的第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以与人对话的装置。

用不了多久，个头只有分子大小的纳米机器人将源源不断地进入人们的日常生活。它们将直接利用分子甚至单个原子为人类提供各种食物，制造货真价实的钻石，甚至筑路、建房、造舰艇；为了及时完成各种复杂的任务，它们还能复制出更多的纳米机器人；要它们停止工作只需启动事先设定的程序。这并非天方夜谭，而是在本世纪中叶前后就可以实现的目标。

纳米飞船

曾经到过月球的人类，计划在本世纪20年代登陆火星。似乎每个地球人都相信，这是有可能实现的。但人类如果想亲自拜访太阳系外的任一恒星系，则几乎是不可能的。因为离我们最近的一颗恒星，距离地球约4.2光年。这意味着从地球发射的一束光，需要经过4.2年时间的长途跋涉才能到达那里。如果宇宙飞船的速度不能达到光速，那么，在一个人的有生之年拜访另一颗恒星的目标，肯定是不可能实现的。以目前已经飞离太阳系的“旅行者”号探测器为例，它的飞行速度大约是每小时64000千米，仅相当于光速的0.00006%。试想一下，以这样的速度飞到那颗最近的恒星得多少年？

但是，好奇的人类不会因此而放弃对星际空间的探索。一个可行的办法，是利用飞行速度可以达到接近光速的微型飞船。正如你所知道的，在大型强子对撞机中，质子的速度之所以能达到接近光速，一是由于质子非常小非常轻，二是由于对它们不断加速。根据同样的道理，科学家正在研制利用纳米粒子作为燃料的推进器，并把它们直接雕刻在极薄的硅片上。这种拥有好几万个加速器的推进器，面积小于一张普通的邮票，可以将它“粘贴”在缝衣针大小的微型飞船上，所以人们又称这种微型飞船为纳米飞船。由于太空中没有摩擦力，携带微型探测仪器的纳米飞船经过一次加速，就可以在数年的时间里持续加速，最终达到接近光速的速度，飞往其他恒星。但至少在目前，这种纳米粒子推进器在距离地球更近的地方有着更多的实际应用。