纳米技术是一把双刃剑?

近日，美国化学学会在一份研究报告中指出：纳米技术领域的重要原料———发现于1985年的碳巴基球———会对鱼的大脑产生大范围的破坏，这是研究人员首次找到纳米微粒可能给水生物种造成毒副作用的证据，从而对人造纳米材料可能带来的健康和环境危害提出了质疑。此项研究在美国挑起了新一轮纳米技术利弊之争。 　　从上世纪90年代初起，纳米科技得到迅速发展，目前已广泛应用于电子光学、医药、生物半导体、信息通讯等领域。美国科学院已将信息、生物、纳米作为科研三大支柱，我国在纳米技术研究方面也处于世界领先地位。越来越多的国家开始增加在该领域研究的投资，并在这个孕育着巨大商机的领域中抢夺先机。 　　纳米技术太神奇 　　纳米材料与纳米科技问世至今已有20多年的历史了。1990年的一天，在美国麻省理工学院举办的科技展览会开幕之前，当与会的科学家们进入展览大厅时，忽然间被一个小东西所吸引———只见这个仅有跳蚤般大小的东西从眼前光滑的地板上一溜滑过去，科学家们在展览会工作人员的协助下，才捉住这个不速之客———纳米机器人。令人惊奇的是，就是这么个小不点儿，竟然五脏俱全：其“身体”由许多齿轮等零件、涡轮机和微型电脑组成，零部件小得竟如空气中飘浮的尘埃，需要借助电子显微镜方可看清其真面目。就在这一年，美国成功地举行了首届纳米科学技术大会，正式创办《纳米技术》杂志。这一切向全世界宣告：纳米技术、纳米机械诞生了! 　　纳米是一个长度计量单位，是1米的10亿分之一，大约是10个原子并列的宽度。纳米科技就是一门以0.1—100纳米这样的尺寸为研究对象的前沿学科，它以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界，它的最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。 　　当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就被称为纳米材料。纳米材料会表现出常规粗晶粒材料所不具备的差异特性和反常特性。比如，原本物质不可能具有的性能，小颗粒具有了；本来不导电的物质，导电了；本来不发光的，发光了；本来不具有磁性的，具有磁性了，变化是很神奇的。 　　科学家正是利用这种神奇的变化再结合自己的创造力，做出了很多非常有用的东西。比如，把氧化硅粉碎到纳米状态，再烧结成陶瓷，纳米陶瓷是有塑性的，摔不碎，做餐具非常适合。添加了氧化锌纳米颗粒的防晒剂会变得更加轻薄透明柔滑。经过纳米材料处理后的裤子，棉纤维表面会形成一层由数十亿绒毛构成的气垫，不仅抗皱而且防污。柯达公司开发了一种数码相机，这种数码相机的显示屏更加明亮而且省电，因为这种显示屏采用了一种基于碳的新型分子。 　　去年，纳米研究成果更是层出不穷，其中最引人注目的是以色列研究人员利用生物的自组装技术和碳纳米管电子特性，首次在DNA上制造出纳米晶体管，证明生物技术可以制造无机物器件。 　　现在，有越来越多的纳米科技成果走进百姓生活。比如，一种在普通塑料树脂中掺入了纳米级稀土粉末的“转光农膜”被用作蔬菜大篷的顶。有了这层透明屋顶，太阳光中的部分紫外线、红绿光就能转换成植物光合作用所需的红光和蓝光。多了些许能量，农作物自然长得又快又壮。还有一种“纳米鼻”，能检测出糖尿病人呼气中特有的丙酮气体。只要呼气中含有百万分之一的丙酮，“纳米鼻”立刻会“报警”。可以设想，有了这个好帮手，糖尿病的早期诊断、大面积普查和家庭自检就不成问题了。纳米技术安全问题然而，在为纳米研究热潮喝彩的同时，纳米物质应用的安全性也成为那些对纳米研究持谨慎态度的研究人员所关注的问题。纳米技术研究因此成为人类历史上首次能够在技术成熟并形成产业之前，就有机会清楚地了解其对环境和人类健康影响的一项新课题。 　　尽管对于纳米材料安全性的研究还处在非常早期的阶段，但纳米研究已不断遇到警示性“黄灯”。 　　据1月9日《自然》杂志网络版介绍，美国纽约罗切斯特大学研究人员在实验鼠身上完成的实验显示，直径为35纳米的碳纳米粒子被老鼠呼吸进身体后，能够迅速出现在大脑中处理嗅觉的区域即嗅球内，并不断堆积起来。他们相信碳纳米粒子是同“捕捉”香味并将信号传送给嗅球的大脑细胞一道进入大脑的。 　　美国赖斯大学生物和环境纳米技术中心主任维基·考尔文引用了两条需要重视纳米材料的理由：一是纳米材料甚小，他们可能会进入人体中那些大颗粒材料所不能抵达的区域，如正常细胞；二是在纳米量级，材料的性质会有不同的表现。目前研究人员还不知道如何将纳米材料从人体中清除，也不知道它们会不会在人体中降解或堆积。 　　以鱼为对象的研究已经初步显示碳巴基球会损害脂细胞———脑部组织最普遍的形式。碳巴基球是人造纳米材料，人们一直在研究其在高级电脑处理器、润滑剂、燃料电池和药物传输系统等方面的作用。但美国化学学会近日的一份研究报告指出，碳巴基球会对鱼的大脑产生大范围的破坏，会改变黑鲈鱼幼苗的肝脏细胞的基因。 　　纽约罗切斯特大学的研究者还发现，大多数在含有直径为20纳米的“特氟龙”塑料（聚四氟乙烯）颗粒的空气中生活15分钟的实验鼠会在随后4小时内死亡，而暴露在含直径120纳米颗粒的空气中的对照组则安然无恙。 　　是福是祸，10年以后回答你 　　在经济发展日益全球化的今天，科技发展与我们每个人息息相关，我们每个人都有权利、有义务去了解科技发展的新动态，明白它们对于我们自身有什么利弊。然而，纳米技术对环境和健康有没有影响，到目前为止人们还是知之甚少。 　　一些激进的环保组织呼吁在各种新型纳米材料对环境影响进行充分评估之前，不要把纳米材料应用于商品。绿色和平组织还警告说，目前世界各国在实验室中竞相开发的各种纳米材料，最终可能形成一系列难以生物降解的新型污染物。 　　应当说，绿色和平组织的担忧并非全无道理。石油化工业的产品塑料以及塑料薄膜曾经被认为是能够改善人类生活的新材料，而塑料制品对于环境的影响则是在塑料制品大规模生产并普及应用多年以后才被人类充分认识。现在我们很难评估治理白色污染所需的代价。 　　很多科学家认为对纳米材料环境影响的研究还刚起步，至少还要10年才能回答公众“我们该怎么办”的问题。中国科学院生态环境研究中心的郝郑平研究员也持这样的观点。郝郑平认为，现在关键是要对纳米颗粒与环境，特别是生物系统相互作用的科学原理进行探讨。这需要相当长的时间。著名学者方舟子博士也认为，“科学界在展望新技术的前景时，不要过分乐观，设想得过于美好，要让公众了解到可能的障碍和问题。”看来，树立这样的观念是应该的：及早关注纳米材料的环境影响，将对我们更加有利。（供稿/王京） 　　相关链接 　　市场潜力预测 　　专业机构预测，今后10年纳米技术在电子工业中的应用规模将达到3000亿美元。美国国家科学基金（NSF）预计到2015年时，纳米技术在全球创造的价值将达10000亿美元。2003年美国国会通过的预算方案决定在未来3年中投资23.6亿美元，用于纳米技术的研究与开发；欧盟在2002年至2006年间为纳米技术研究拨款13亿欧元。我国科技部也提出了2010年前我国纳米科技的发展重点，近几年来政府对纳米科研的投入每年上升100％，社会投入达30亿元人民币。 　　在亚洲的研究机构 　　据美国《技术评论》杂志报道，目前在纳米技术研发上居领先地位的亚洲研究机构有：中国科学院长春应用化学研究所，该所主要研发基于分子水平的生物分析和诊断用快速稳定传感器；日本东京NEC公司，该公司主要研发基于碳纳米管的燃料电池；韩国先进科学技术研究所，该所主要研发探测有毒物质的传感器和芯片；新加坡生物工程和纳米技术研究所，该所主要研发生物传感器，医学移植器官和灵敏的诊断用生物芯片。 　　纳米技术两大瓶颈 　　一是怎样采用有效的方法把材料由大颗粒粉碎到纳米级的颗粒，目前虽有电弧法、等离子法等多种方法，但是效果不好。另一问题是，即使得到了纳米级的颗粒，但在应用过程中颗粒是否还是以纳米形式存在。因纳米颗粒的表面有很强的活性，颗粒和颗粒之间很容易就黏结到了一起，变成了大颗粒，从而失去了纳米的特性。这两大问题制约着纳米技术的发展，是关键所在，目前还没有完全得到解决。