工作人員在內(nèi)蒙古巴林右旗牧區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試納米凈水器。 　　中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所供圖

提到納米科技的應(yīng)用，人們通常會(huì)想到一些高精尖領(lǐng)域。事實(shí)上，納米科技還與人們的日常生活息息相關(guān)。

5年前，中國(guó)科學(xué)院推出了“變革性納米產(chǎn)業(yè)制造技術(shù)聚焦”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)納米專(zhuān)項(xiàng))，支持科學(xué)家將實(shí)驗(yàn)室小試技術(shù)推向中試，讓更多的納米科技成果走向?qū)嶋H應(yīng)用。如今該專(zhuān)項(xiàng)已取得顯著成效。日前，中科院宣布，經(jīng)過(guò)5年協(xié)同攻關(guān)，納米專(zhuān)項(xiàng)形成了一系列納米核心技術(shù)創(chuàng)新，其中有不少技術(shù)已成功應(yīng)用于健康診療、飲用水處理以及綠色印刷等與百姓生活密切相關(guān)的領(lǐng)域。

可用于健康診療

在癌癥的早期檢測(cè)、預(yù)后判斷和靶向治療伴隨診斷方面，納米專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)的“腫瘤捕手”技術(shù)靈敏度高

納米的名稱(chēng)起源于希臘語(yǔ)，意思是“矮小的”。實(shí)際上，納米和我們所熟悉的米、毫米和微米一樣都是長(zhǎng)度計(jì)量單位。

“1納米等于10的負(fù)9次方米，也就是1米的十億分之一，比單個(gè)細(xì)菌的長(zhǎng)度還要小，肉眼是看不見(jiàn)的”，納米專(zhuān)項(xiàng)首席科學(xué)家王琛研究員說(shuō)，“納米本身僅是計(jì)量長(zhǎng)度而已，真正有價(jià)值的是納米科技，它是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1納米至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。”

研究這么小尺寸的材料用來(lái)做什么呢?

王琛進(jìn)一步解釋說(shuō)：“其實(shí)，許多生命體中存在特殊的微米—納米結(jié)構(gòu)，這樣排布的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生許多優(yōu)異的性能，我們可以利用這種優(yōu)異性便利我們的生活。”

納米科技作為上世紀(jì)末開(kāi)始興起的新興學(xué)科，在我國(guó)得到高度重視。《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中，就將納米科技作為我國(guó)“有望實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的領(lǐng)域之一”。中科院重大科技任務(wù)局副局長(zhǎng)齊濤說(shuō)：“可以說(shuō)，在納米科技領(lǐng)域，我國(guó)是與國(guó)外同步布局的。”

得益于國(guó)家的高度重視和大力投入，納米科技在我國(guó)的發(fā)展不斷加速。一項(xiàng)數(shù)據(jù)表明，1997年，與納米相關(guān)的SCI(科學(xué)引文索引)論文中，只有6%涉及我國(guó)作者，但從2011年開(kāi)始，我國(guó)相關(guān)作者數(shù)量已居世界首位。與此同時(shí)，納米科技也逐漸開(kāi)始滲透到人們生活的諸多方面，并發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。

1996年，科研人員在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，DNA修飾的金納米顆粒溶液可以根據(jù)溫度的變化在藍(lán)紅兩種顏色之間轉(zhuǎn)換，從此開(kāi)始了新一代醫(yī)學(xué)診斷、治療技術(shù)的研究。

此后的研究結(jié)果進(jìn)一步表明，納米科技在重大疾病的診斷和治療方面顯示出很多優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)潛力巨大。例如，納米科技可以用來(lái)做微量標(biāo)志物的檢測(cè)，使疾病能獲得早期診斷;研發(fā)的納米材料可以對(duì)疾病進(jìn)行靶向治療，讓醫(yī)學(xué)診斷和治療向更精準(zhǔn)的方向前進(jìn)等。

在體外診斷方面，納米專(zhuān)項(xiàng)成功研發(fā)出了多項(xiàng)體外診斷關(guān)鍵技術(shù)。其中，納米微流控免疫芯片體外診斷技術(shù)將納米技術(shù)與微流控技術(shù)相結(jié)合，可用于對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，目前有多款產(chǎn)品獲得了國(guó)家醫(yī)療器械注冊(cè)證書(shū)。

國(guó)家納米科學(xué)中心高級(jí)工程師沈海瀅介紹說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)中的炎癥納米微流控免疫檢測(cè)芯片，能夠快速區(qū)分細(xì)菌性感染和病毒性感染，判斷感染所處的階段，為科學(xué)、有效使用抗生素提供依據(jù)，可以在很大程度上避免抗生素濫用。”

在癌癥的早期檢測(cè)、預(yù)后判斷和靶向治療伴隨診斷方面，納米專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)的“腫瘤捕手”技術(shù)靈敏度高，臨床前研究效果顯著。

據(jù)國(guó)家納米科學(xué)中心楊延蓮研究員介紹，除少數(shù)癌癥外，絕大多數(shù)惡性腫瘤出現(xiàn)在人體的上皮組織細(xì)胞，從腫瘤組織脫落的上皮細(xì)胞進(jìn)入外周血循環(huán)成為循環(huán)腫瘤細(xì)胞，是腫瘤檢測(cè)的重要生物標(biāo)志物。這些細(xì)胞的特點(diǎn)是血液中含量極低且微小，而“腫瘤捕手”的核心技術(shù)就是運(yùn)用多肽納米磁珠技術(shù)捕獲這些腫瘤細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)高效捕獲、識(shí)別以及對(duì)腫瘤表面標(biāo)志物分子的精準(zhǔn)檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)早期檢測(cè)、療效預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)。該技術(shù)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓和產(chǎn)業(yè)化落地。

在藥物研發(fā)方面，納米專(zhuān)項(xiàng)完成了多項(xiàng)納米藥物制劑的初期研發(fā)工作，部分樣品已進(jìn)入臨床審批環(huán)節(jié)。其中1個(gè)納米新藥環(huán)胞素眼用乳劑現(xiàn)已完成臨床試驗(yàn)，多個(gè)針對(duì)腫瘤類(lèi)重大惡性疾病的納米制劑獲得臨床批件。

可用于飲用水處理

納米材料在氟、砷、重金屬離子及微量有機(jī)污染物等的去除方面具有優(yōu)勢(shì)

在傳統(tǒng)的飲用水處理方式下，部分低濃度、高毒性有機(jī)或無(wú)機(jī)微污染物會(huì)有明顯殘留，長(zhǎng)期飲用會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重傷害。因此，飲用水中微污染物的處理是飲用水安全領(lǐng)域最富有挑戰(zhàn)性的前沿課題之一。富有活力的納米材料具備常規(guī)材料無(wú)法比擬的高吸附及催化效率等優(yōu)勢(shì)，為解決這些難題提供了新的方法。

生活在內(nèi)蒙古部分牧區(qū)的牧民，祖祖輩輩一直深受飲用水污染之害。“過(guò)去，這些牧民飲用水來(lái)源主要是未經(jīng)處理的地下水。然而，這些牧區(qū)地下水中普遍存在著氟、砷、微量有機(jī)物、細(xì)菌等污染物超標(biāo)的問(wèn)題，導(dǎo)致地方病發(fā)生。”王琛說(shuō)。

水質(zhì)問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)?shù)啬撩駞^(qū)域性貧困及因病致貧、返貧的重要因素之一。面對(duì)這種狀況，當(dāng)?shù)卣腿罕姸际种薄Ｖ钡郊{米專(zhuān)項(xiàng)的介入，情況有了轉(zhuǎn)機(jī)。

“納米材料在氟、砷、重金屬離子及微量有機(jī)污染物等的去除方面具有優(yōu)勢(shì)。”王琛說(shuō)，納米專(zhuān)項(xiàng)針對(duì)牧民分散的居住條件及飲用水污染狀況，研發(fā)了分散式的飲用水凈化系統(tǒng)，凈化后水質(zhì)全部達(dá)到國(guó)家城市飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

在使用方面，這種納米凈水系統(tǒng)的成本很低。“只需要一年換1—2次核心濾芯，就能長(zhǎng)效、經(jīng)濟(jì)地保障牧民的飲水安全。”王琛說(shuō)。

據(jù)介紹，在納米專(zhuān)項(xiàng)幫助下，截至2017年底，已有1200戶牧民受益于納米凈水技術(shù)，喝上了干凈安全的飲用水。

可用于綠色印刷

實(shí)現(xiàn)印刷產(chǎn)業(yè)的綠色化、功能化、立體化和器件化

不用感光沖洗，也不產(chǎn)生廢水廢液，報(bào)紙、書(shū)籍的版樣就可以打印出來(lái);電腦、手機(jī)的線路板不用刻蝕，同樣也可以輕松打印出來(lái)……這些看似“不可能完成的難題”已被納米綠色印刷技術(shù)攻克。

納米綠色印刷的核心理念就是將納米材料和印刷技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)印刷產(chǎn)業(yè)的綠色化、功能化、立體化和器件化。

在納米綠色印刷方面，納米專(zhuān)項(xiàng)的成就十分顯著。研究人員突破國(guó)際上通行的感光制版技術(shù)思路，研發(fā)了納米綠色印刷制版技術(shù)，并形成了包括“綠色版材、綠色制版、綠色油墨”在內(nèi)的完整的綠色印刷產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)。

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員宋延林介紹說(shuō)，傳統(tǒng)印刷制版的原理是感光成像、化學(xué)顯影，而納米綠色印刷制版技術(shù)是利用納米材料制作出特殊的版材和墨水，“打印時(shí)可使印版表面呈現(xiàn)出親水的空白區(qū)和親墨的圖文區(qū)，這樣就可以直接印刷了。”

納米專(zhuān)項(xiàng)綠色制版、綠色版基與綠色油墨技術(shù)的突破，徹底解決了傳統(tǒng)印刷產(chǎn)業(yè)中制版曝光沖洗、版基電解氧化和油墨毒害溶劑VOC的排放，并具備環(huán)保和成本方面的優(yōu)勢(shì)。

“傳統(tǒng)印刷制版技術(shù)是基于曝光成像原理，采用曝光、顯影、沖洗的技術(shù)路線，需要暗室操作、工藝繁瑣，從而造成大量材料浪費(fèi)和廢液排放”，宋延林說(shuō)，“而納米綠色印刷技術(shù)用納米涂層取代原來(lái)電解氧化的過(guò)程，用納米材料打印制版代替曝光成像，用水性墨代替溶劑性墨，可從源頭上解決印刷產(chǎn)業(yè)鏈中80%以上的污染。”

據(jù)測(cè)算，納米綠色印刷技術(shù)全面推廣以后，全國(guó)每年可減排上萬(wàn)噸有機(jī)溶劑、數(shù)百萬(wàn)噸廢液廢水，節(jié)約數(shù)百?lài)嶃y和數(shù)萬(wàn)噸銅等金屬。