About 納米材料及其應用
納米技術在生物工程上的應用
眾所周知，分子是保持物質(zhì)化學性質(zhì)不變的小單位。生物分子是很好的信息處理材料，每一個生物大分子本身就是一個微型處理器，分子在運動過程中以可預測方式進行狀態(tài)變化，其原理類似于計算機的邏輯開關，利用該特性并結合納米技術，可以此來設計量子計算機。美國南加州大學的Adelman博士等應用基于DNA分子計算技術的生物實驗方法，有效地解決了目前計算機無法解決的問題—“哈密頓路徑問題”，使人們對生物材料的信息處理功能和生物分子的計算技術有了進一步的認識。
雖然分子計算機目前只是處于理想階段，但科學家已經(jīng)考慮應用幾種生物分子制造計算機的組件，其中細菌視紫紅質(zhì)具前景。該生物材料具有特異的熱、光、化學物理特性和很好的穩(wěn)定性，并且，其奇特的光學循環(huán)特性可用于儲存信息，從而起到代替當今計算機信息處理和信息存儲的作用。在整個光循環(huán)過程中，細菌視紫紅質(zhì)經(jīng)歷幾種不同的中間體過程，伴隨相應的物質(zhì)結構變化。Birge等研究了細菌視紫紅質(zhì)分子潛在的并行處理機制和用作三維存儲器的潛能。通過調(diào)諧激光束，將信息并行地寫入細菌視紫紅質(zhì)立方體，并從立方體中讀取信息，并且細菌視紫紅質(zhì)的三維存儲器可提供比二維光學存儲器大得多的存儲空間。
到目前為止，還沒有出現(xiàn)商品化的分子計算機組件?？茖W家們認為：要想提高集成度，制造微型計算機，關鍵在于尋找具有開關功能的微型器件。美國錫拉丘茲大學已經(jīng)利用細菌視紫紅質(zhì)蛋白質(zhì)制作出了光導“與”門，利用發(fā)光門制成蛋白質(zhì)存儲器。此外，他們還利用細菌視紫紅質(zhì)蛋白質(zhì)研制模擬人腦聯(lián)想能力的中心網(wǎng)絡和聯(lián)想式存儲裝置。
納米計算機的問世，將會使當今的信息時代發(fā)生質(zhì)的飛躍。它將突破傳統(tǒng)極限，使單位體積物質(zhì)的儲存和信息處理的能力提高上百萬倍，從而實現(xiàn)電子學上的又革命。
有關納米技術
華人科學家：美國納米技術應用研究四大熱點
正在美國從事納米技術研究的華人青年科學家崔屹博士17日接受新華社記者采訪時表示，美國納米技術的應用研究目前正在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等四大熱點領域快速發(fā)展，其中在芯片和癌癥診斷領域的應用可望在10年內(nèi)出現(xiàn)劃時代的突破。
崔屹說，在癌癥研究領域，利用納米技術制成的傳感器可望使各種癌癥的早期診斷成為現(xiàn)實。目前，崔屹和他的同事已經(jīng)在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)了對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥的早期診斷。納米傳感器靈敏度很高，在進行血液檢測時，當傳感器中預置的某種癌細胞抗體遇到相應的抗原時，傳感器中的電流會發(fā)生變化，通過這種電流變化可以判斷血液中癌細胞的種類和濃度。這一研究成果可望于近期發(fā)表在美國《科學》雜志上。崔屹指出，目前越來越多的風險投資正在涌入這一領域，但這一技術在實用中還有一些技術難題需要解決。他估計，今后可能會有多種納米傳感器集成在一起被置入人體，以用來早期檢測各種疾病。
在半導體芯片領域，如何讓芯片體積更小、速度更快是科學界一直研究的課題。目前用于芯片制造的光刻技術已經(jīng)接近于發(fā)展極限，要想把更多的晶體管集成到一塊芯片上已經(jīng)越來越難。目前，美國納米技術專家們試圖把納米級的半導體材料做成晶體管，從而可以讓一塊芯片上容納更多的晶體管。這種芯片的運算速度可望比傳統(tǒng)的硅芯片提高上千倍。這一研究方向在2001年取得基礎性研究突破后，目前在應用研究中越來越熱。據(jù)崔屹估計，這一技術可望在10年后達到實用化。
此外，納米技術在光學材料和生物分子追蹤兩個領域的應用也是研究熱門。在光學材料研究領域，科學家們試圖改變某些半導體材料的分子結構，用來生產(chǎn)特定的光學器件。比如，一些科學家試圖讓某種半導體材料內(nèi)部具有納米級的線狀結構，這種材料用于顯示器制造領域可以大大提高顯示器的清晰度和顏色逼真度。而在生物分子追蹤領域，科學家把某種納米顆?！罢场痹谏锓肿由?，然后利用納米顆粒的發(fā)光特性研究生物分子的行蹤。這對研究艾滋病病毒等在人體內(nèi)的活動過程十分有益。
崔屹說，美國在納米應用研究領域中享有資金和人才優(yōu)勢，一直走在世界前列，但距離納米技術實用化仍有一段路要走。與美國相比，其他國家則主要處于納米技術的基礎研究階段。
現(xiàn)年27歲的崔屹畢業(yè)于中國科技大學，后在哈佛大學獲納米應用專業(yè)博士，目前在加州大學伯克利分校從事研究工作。過去幾年，崔屹在《自然》和《科學》等權威雜志上發(fā)表多篇研究論文，同時還是2003年美國“米勒”杰出青年科學家獎和2001年美國材料研究學會金獎得主。
納米技術在生物工程上的應用
眾所周知，分子是保持物質(zhì)化學性質(zhì)不變的小單位。生物分子是很好的信息處理材料，每一個生物大分子本身就是一個微型處理器，分子在運動過程中以可預測方式進行狀態(tài)變化，其原理類似于計算機的邏輯開關，利用該特性并結合納米技術，可以此來設計量子計算機。美國南加州大學的Adelman博士等應用基于DNA分子計算技術的生物實驗方法，有效地解決了目前計算機無法解決的問題—“哈密頓路徑問題”，使人們對生物材料的信息處理功能和生物分子的計算技術有了進一步的認識。
雖然分子計算機目前只是處于理想階段，但科學家已經(jīng)考慮應用幾種生物分子制造計算機的組件，其中細菌視紫紅質(zhì)具前景。該生物材料具有特異的熱、光、化學物理特性和很好的穩(wěn)定性，并且，其奇特的光學循環(huán)特性可用于儲存信息，從而起到代替當今計算機信息處理和信息存儲的作用。在整個光循環(huán)過程中，細菌視紫紅質(zhì)經(jīng)歷幾種不同的中間體過程，伴隨相應的物質(zhì)結構變化。Birge等研究了細菌視紫紅質(zhì)分子潛在的并行處理機制和用作三維存儲器的潛能。通過調(diào)諧激光束，將信息并行地寫入細菌視紫紅質(zhì)立方體，并從立方體中讀取信息，并且細菌視紫紅質(zhì)的三維存儲器可提供比二維光學存儲器大得多的存儲空間。
到目前為止，還沒有出現(xiàn)商品化的分子計算機組件?？茖W家們認為：要想提高集成度，制造微型計算機，關鍵在于尋找具有開關功能的微型器件。美國錫拉丘茲大學已經(jīng)利用細菌視紫紅質(zhì)蛋白質(zhì)制作出了光導“與”門，利用發(fā)光門制成蛋白質(zhì)存儲器。此外，他們還利用細菌視紫紅質(zhì)蛋白質(zhì)研制模擬人腦聯(lián)想能力的中心網(wǎng)絡和聯(lián)想式存儲裝置。
納米計算機的問世，將會使當今的信息時代發(fā)生質(zhì)的飛躍。它將突破傳統(tǒng)極限，使單位體積物質(zhì)的儲存和信息處理的能力提高上百萬倍，從而實現(xiàn)電子學上的又革命。
有關納米技術
華人科學家：美國納米技術應用研究四大熱點
正在美國從事納米技術研究的華人青年科學家崔屹博士17日接受新華社記者采訪時表示，美國納米技術的應用研究目前正在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等四大熱點領域快速發(fā)展，其中在芯片和癌癥診斷領域的應用可望在10年內(nèi)出現(xiàn)劃時代的突破。
崔屹說，在癌癥研究領域，利用納米技術制成的傳感器可望使各種癌癥的早期診斷成為現(xiàn)實。目前，崔屹和他的同事已經(jīng)在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)了對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥的早期診斷。納米傳感器靈敏度很高，在進行血液檢測時，當傳感器中預置的某種癌細胞抗體遇到相應的抗原時，傳感器中的電流會發(fā)生變化，通過這種電流變化可以判斷血液中癌細胞的種類和濃度。這一研究成果可望于近期發(fā)表在美國《科學》雜志上。崔屹指出，目前越來越多的風險投資正在涌入這一領域，但這一技術在實用中還有一些技術難題需要解決。他估計，今后可能會有多種納米傳感器集成在一起被置入人體，以用來早期檢測各種疾病。
在半導體芯片領域，如何讓芯片體積更小、速度更快是科學界一直研究的課題。目前用于芯片制造的光刻技術已經(jīng)接近于發(fā)展極限，要想把更多的晶體管集成到一塊芯片上已經(jīng)越來越難。目前，美國納米技術專家們試圖把納米級的半導體材料做成晶體管，從而可以讓一塊芯片上容納更多的晶體管。這種芯片的運算速度可望比傳統(tǒng)的硅芯片提高上千倍。這一研究方向在2001年取得基礎性研究突破后，目前在應用研究中越來越熱。據(jù)崔屹估計，這一技術可望在10年后達到實用化。
此外，納米技術在光學材料和生物分子追蹤兩個領域的應用也是研究熱門。在光學材料研究領域，科學家們試圖改變某些半導體材料的分子結構，用來生產(chǎn)特定的光學器件。比如，一些科學家試圖讓某種半導體材料內(nèi)部具有納米級的線狀結構，這種材料用于顯示器制造領域可以大大提高顯示器的清晰度和顏色逼真度。而在生物分子追蹤領域，科學家把某種納米顆?！罢场痹谏锓肿由?，然后利用納米顆粒的發(fā)光特性研究生物分子的行蹤。這對研究艾滋病病毒等在人體內(nèi)的活動過程十分有益。
崔屹說，美國在納米應用研究領域中享有資金和人才優(yōu)勢，一直走在世界前列，但距離納米技術實用化仍有一段路要走。與美國相比，其他國家則主要處于納米技術的基礎研究階段。
現(xiàn)年27歲的崔屹畢業(yè)于中國科技大學，后在哈佛大學獲納米應用專業(yè)博士，目前在加州大學伯克利分校從事研究工作。過去幾年，崔屹在《自然》和《科學》等權威雜志上發(fā)表多篇研究論文，同時還是2003年美國“米勒”杰出青年科學家獎和2001年美國材料研究學會金獎得主。