读《美国纳米技术创新进展》

本书以新世纪美国纳米技术领域的创新活动为研究对象，从媒体报道和科技成果管理部门搜集和整理资料，博览与之相关的论著，在充分研究原始资料的基础上，抽绎出典型材料，细加考辨，取精用宏，实现同中求异、异中求同，精心设计成美国纳米技术创新进展的分析框架。

纳米技术表现为，采用单个原子或分子来制造物质产品的一种工艺方法。同时，它还研究产品结构大小，在 0. 1 至 100 纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术是现代科技的一项综合产物，它体现着混沌物理、介观物理、量子力学、分子生物学等现代科学思想，体现着计算机技术、微电子技术、光子扫描隧道显微镜技术、核分析技术等现代技术工艺。

又会导致一系列新颖科技成果的诞生，并促使科学技术朝着纵深挺进，形成纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米电子学、纳米光子学、纳米计量学，以及纳米制造技术、纳米加工技术、纳米组装技术等新理论。

到 2003 年 12 月，布什总统签署《 21 世纪纳米研发法案》，掀起美国纳米技术发展的新高潮，使纳米话题在美国备受人们关注，成为基础科学研究和应用技术开发的新热点，纳米产业也成为风险投资的一道热门风景线。

在高投入的刺激下，美国纳米技术新成果大量涌现，成为世界上申请有关纳米技术专利最多的国家，到 2005 年年初，美国已拥有近 8000 个纳米技术专利。这些专利主要集中在半导体材料及芯片、癌症诊断与治疗、光学新材料和生物分子追踪技术等方面。

纳米产品，是指在生产加工过程中，应用了纳米技术或纳米级原材料的制成品。目前，在美国市场上随处可见纳米产品，如纳米刀具、纳米玻璃、纳米布料、纳米染料、纳米黏合剂等。美国有个专门统计纳米技术产品的机构， 2006 年 3 月，开始建立全球首个在线纳米技术产品目录时，产品总数只有 212 种。到 2008 年 4 月 28 日，它发布的已登记纳米消费产品目录，已上升到 609 种。

2010 年以后，美国纳米技术向着更加广阔的纵深拓展，其中表现之一，是纳米产品原料来源更加丰富。此间，美国除了继续开发纳米级银微粒、碳纳米管、纳米级氧化锌、纳米级二氧化钛、纳米级硅、纳米级金微粒等纳米原料外，又动用大量科研力量和资金，集中研制典型纳米材料石墨烯，以及用它为原料生产的产品，并取得长足进展。

2011 年开发出石墨烯晶体管、石墨烯集成电路， 2012 年研制成超强功能石墨烯电容器， 2013 年制造出全石墨烯无缝集成电路架构。

由于碳纳米管具有一些出众的特性，它已成为纳米技术领域最重要的材料之一，但科学界一直对其形成过程不甚了解。该研究小组表示，最常见的碳纳米管生产方法是碳电弧法，也就是用碳电弧将封闭在氦气舱中的石墨加热到 5000 ℃，在一个电极上获得碳纳米管。

用碳电弧法生产碳纳米管的时候，电弧把石墨加热成了液态碳，其表层的液态碳因为急剧冷却变成了玻璃态，而内部的碳因为冷却非常缓慢，而变成了超冷液态碳。当超冷液态碳冷却到某一临界温度时，便开始结晶成为碳纳米管，而碳纳米管结晶会逐渐伸长，刺破外面包裹的玻璃态碳，玻璃态碳就如同针上的水珠一样，黏附在碳纳米管纤维的表面。

纳米金刚石导管的表面由高纯度的金刚石组成，这就使得纳米金刚石导管及其上级电子元件之间产生导电性，它们之间可以有电流通过。加上纳米金刚石导管具有的良好光散发能力，以及它极低的电压要求，使得这种新型材料可以用来制作高科技平面节能电视。

从理论上说，碳纳米管的强度要比钢硬 100 倍。但在实际应用中，科学家们正努力使纳米管达到这一标准。部分原因是因为，目前人们对纳米管到底是如何破裂，以及在什么情况下才会破裂等一系列问题，还不是很清楚。由于纳米管属于单分子结构，约为人类头发丝的八万分之一大小。

在科学家拍摄的并五苯分子照片中， 5 个六边形碳环结构清晰可见，甚至环绕碳环的氢原子也能看到。事实上，并五苯碳环之间的间隙非常狭小，只有 0. 14 纳米，是一粒沙子直径的百万分之一。

研究人员在最近完成的试验中采用直径为 8 纳米的硒化铅量子点取得迄今最好的成绩：在紫外线光波的照射下，每个光子能在硒化铅量子点中产生 7 个自由电子。

等离子体振子的传播能量随距离增加呈指数递减。在传输 4 微米后，所测的强度值仅为最初的 1/ 3。虽然这样的传输距离仍比传统的光波导短，但在微型电路内只需要覆盖较小的长度尺度。未来或可将放大器应用于系统之中，以增加传输距离。

但在纳米尺度理解爆炸将使我们更好地控制合成过程，制出更好的爆炸材料。他说：“ 我们想控制高能材料的纳米属性，从而理解其小尺度的物理行为，使材料更安全。也许我们可以设计泰胺等材料的特性，使它对特定刺激因素敏感。如果缺乏这个刺激因素，这个材料就不再表现为爆炸物。”

目前计算机使用的硬盘记录头与硬盘表面，有 5 ～ 6 纳米的距离，“ 记录头” 容易发热，而研究人员一直在寻找控制热力的方法。热力传导和控制是磁力储存领域十分重要的一环，此类应用也将因陈刚研究小组的发现而迅速发展。

从本质上看，量子点也能互相交流。量子点很小，直径不过 5 纳米。作为比较，生物细胞的平均直径约为 1000 纳米。研究人员相信量子点在开发纳米技术中的作用非常重要，因为它们具有通用性和一致性，这排除了材料可能的变化和瑕疵。

当碳纳米管通电时，其附近物体会发热，而纳米管本身却仍然是冷的。研究人员指出，理解这种现象有望带来一种全新的计算机处理器制造方法，它能以更快速度运行却不会过热。

利用一种圆柱形的纳米颗粒将药物持续地输送到动物肺癌组织，而且持续时间是之前所用的球形颗粒的 10 倍。这些发现对药物输送有着重要意义，并且也能帮助科学家更好地了解柱形病毒，例如埃博拉，以及 H5N1 禽流感。

过去，二氧化钛纳米粒子被视为是无毒的，因为它们不会激起化学反应。但席斯特尔研究小组的研究表明，二氧化钛纳米粒子一旦进入体内会在不同器官中累积，导致单链和双链 DNA 断裂，并造成染色体损伤，以及炎症，从而增加患上癌症的风险。

纳米粒子系统克服了抗癌药物开发中的瓶颈问题。他说：“ 我们所做的是努力建设一条管线，在这里你可以测试所有的标靶，然后通过小鼠模型筛选出重要标靶。你可以用 RNA 介入的方法确定想要进入临床试验的标靶的优先顺序，或者开发抵抗它们的药物。”

发现可当医学传感器的纳米级蛋白分子开关。 2004 年 11 月，由约翰· 霍普金斯大学马克· 奥斯特梅耶教授领导的一研究小组，在《化学与生物学》杂志上发表论文称，他们通过对一种早期的模型进行改进，发现了一种用两个不相关的蛋白创造出一个分子开关的新途径。这种分子开关是纳米级的“ 设备”，其中的一种生化成分控制着另外一个的活性。实验证明，这种新开关是早前模型效率的 10 倍，

牙齿釉原蛋白的自行组装能力在指导纳米粒子点连接的过程中发挥了关键作用，纳米粒子点再连成复杂的高度有序化的结构。研究并模拟这一过程能帮助我们用生物分子构建纳米级的矿物材料，为牙科领域和其他应用带来新的纳米技术和生物纳米材料。

2006 年 6 月，美国环境保护局的一个研究小组发现，颗粒极其微细的纳米二氧化钛粒子有可能使脑细胞产生有害的自由基。这意味着，人们必须深入研究纳米材料对生物组织的影响，评估其对环境和健康的威胁。纳米二氧化钛有着抗菌、光催化、抗紫外线等特性，广泛用于制造抗菌材料和防晒化妆品等多种产品，

单个血红细胞可提供足够的膜材料，生产出超过 3000 个纳米海绵，每个直径大约为 85 纳米。因为血红细胞是造孔毒素的主要目标，纳米海绵一旦进入血液，将担任诱饵角色，吸收破坏性蛋白并中和其毒性。纳米海绵由于尺寸极小，它在系统中的数量将大大超过真正的血红细胞。这意味着，纳米海绵有更高的机会与毒素作用并吸收，从而将毒素带离其天然目标。

2004 年 12 月 9 日，由阿肯色大学物理学专家组成的一个研究小组，在《自然》杂志上发表论文称，他们发现微小的纳米盘和纳米棒存在一种新特性：具备增加 1000 多倍记忆存储能力的潜质。

目前的磁性存储设备，如大部分计算机中的硬盘，是通过翻转内部磁矩（对应于计算机二进制代码 1 或 0），将信息“ 写入” 铁磁材料。而铁电存储是通过电场把材料的两种电极状态结合起来转化为代码，在计算机上写入和读出数据信息。而最终在效率上，铁电材料有望胜过铁磁材料。铁电材料把信息存储在更小的空间，几乎是从微米下降到纳米。在纳米级别每个粒子都是一个比特。

兰德曼说：“ 大部分合成材料在制作时都需要使用催化剂来加速其反应过程。制造出对特定化学反应高效、高选择性和高特异性的催化剂，能大幅度削减制造成本。理解纳米催化剂的原理是开发高效催化剂的关键。”

根据超导理论，超导体中自旋电子配对形成“ 库伯对” 是超导性的来源。所谓“ 库伯对”，是指美国科学家库伯发现，在晶体中众多可以自由运动的电子总会有一些因适当的晶格形变而束缚在一起，形成相对稳定的一对电子。但科学家早就发现，当超导体放置于强磁场中时，电子“ 库伯对” 会被磁场破坏，电子的自旋也受影响，超导性会被抑制甚至彻底消失。

发现有望启发人们找到更多天然无毒的新导电纳米材料，它比人造材料更容易制造，而且成本更低。未来，人们甚至可以制造出在水中和潮湿环境中使用的电子设备。

金原子“ 笼子” 可以用来束缚其他原子，这个过程称为掺杂。掺杂后的“ 笼子” 可以在其他表面稳定存在。所以这种方法可以在小于纳米的尺度上掺杂，从而影响材料的物理或化学性质。

成功地把金纳米粒子附着于蛋白质，形成蛋白质与金纳米粒子均匀排列的薄层结构。研究人员认为，这种由纳米粒子和蛋白质组成的复合结构将能帮助人们了解蛋白质结构，确定蛋白质功能成分和组合新的蛋白质复合结构。

过去人们成功地实现了独立生成“ 树枝” 状纳米结构，以及核- 壳状（内核和外壳）纳米结构的纳米晶体材料。现在利用生物分子表面活化剂，他们首次合成含有“ 枝杈” 的复合纳米棒。

研究小组几乎为元素周期表中的每种金属都制造出一种结构，配合其他化学过程，孔洞的尺寸可达到 10 纳米至 500 纳米。他们同样制造了填充金属的硅纳米粒子，小到可被人类所摄入和吸收，这有望应用于生物医学领域。此外，威斯纳研究小组还以制造出“ 康奈尔点” 而闻名，它可把染料封装在硅纳米粒子中。因此，溶胶- 凝胶工艺或许也可应用于构建包含光敏染料的太阳能电池中。

发现氢在决定氧化石墨烯的化学特性和结构组成方面发挥着重要作用。研究人员表示，了解氧化石墨烯的特性，以及如何控制它们，对实现这种材料在纳米电子设备、纳米机电系统、传感、复合材料、光学、催化和能量储存等领域的潜在应用十分重要。

用 DNA“ 砖块” 造出 100 多种三维纳米结构。 DNA“ 砖块” 是指构成 DNA 双螺旋链的 4 种碱基：腺嘌呤（ A）、胸腺嘧啶（ T）、胞嘧啶（ C）、鸟嘌呤（ G）， A 只能和 T 配对， C 只能和 G 配对。它们就像“ 乐高” 玩具，可以搭建出各种结构。这种纳米制造技术称为“ DNA- 砖块自组装”，用人造的 DNA 短链像乐高砖块那样搭扣拼装。它充分利用了 DNA 编程的能力，将 DNA 碱基对组合搭配成各式“ 菜谱”，来组成预先设计好的形状。

开发出一种制作纳米结构的新方法，将“ 从上到下” 的喷墨打印和“ 从下到上” 的自组装技术结合在一起，以一种“ 电喷” 打印方式，自动形成三维的超精细结构，所制备的纳米材料，可用在半导体和磁存储工业中。

大自然使用纳米级结构设计原理，构造出高性能的力学材料。随着纳米技术的深入研究，制造出人工珠母贝材料作为高性能装甲材料将不会是梦想。

金这种抗氧化的“ 惰性” 金属便于成型制造计算机互联芯片，而硅则是大部分半导体设备的主要组成金属。

利用一种生物连接器，纳米粒子可以被设计得只对特定的目标加热。生物连接器是用来连接特定类型的细胞的特殊的黏性分子。在生物医学的应用中，少量的金纳米粒子就能用来加热，影响单个的大尺尺度物体，如癌细胞。

通过金纳米粒子层的相互连接，可以大幅度提高光电太阳能电池的光电转化率。金纳米粒子通过等离子效应能够在薄薄的有机光电层中产生强电磁场，其结果是聚集光能，使其更多地被电池中的光吸收区捕获。

石墨烯只有一层碳原子的厚度，是目前世界上最薄的材料。科学家们发现，在石墨烯内，碳原子像一个细铁丝网围栏一样排列成一层，该层非常纤薄，使得其看起来就是透明的，而且，一盎司（ 28. 350 克）石墨烯足以覆盖 28 个足球场。

石墨烯涂层可能是理想的抗腐蚀涂层，可以应用于很多方面，尤其是需要纤薄涂层的领域，例如，用来包裹连接设备和航空航天设备，以及用于移植设备中的微电子元件等。

在患者身上同时使用纳米粒子和基于 RNA 干扰的疗法是可行的。戴维斯表示，该方法为未来在基因水平上抗击癌症和其他疾病打开了大门。

使用靶向纳米粒子传递小干扰 RNA 在未来将有助于患者疾病的治疗，也使科学家开始考虑，可将似乎不太可能的目标作为新的靶标。临床试验得到的数据也证实把核糖核苷酸还原酶作为靶标的、基于基因的癌症新疗法是大有可为的。

世界各地的研究人员都在探索利用加热的纳米粒子作为潜在的癌症治疗手段。此前的研究也证明，将磁性氧化铁纳米粒子和强劲的交变电流结合可产生足以杀死肿瘤细胞的高温。

尽管实验结果表明，纳米银微粒能够抑制 HIV- 1 细胞，但研究人员表示，还需要进一步实验来观察其长期效果，同时人体试验也在计划中。由于前期实验证实，纳米银微粒能够有效地附着在其他微生物有机体上，因此研究人员也将开展有关银微粒抗其他病毒的实验。

在《纳米医学》杂志上发表研究成果称，他们与香港大学医学院研究人员在合作研究中发现纳米肽蛋白纤维液体能够迅速止血。有关人士认为，这项发现不但会改变外科手术的过程，同时也会对人类的医学发展起到至关重要的作用。

2005 年 12 月，由美国依利诺斯大学材料学系约翰· 罗杰斯教授负责，黄勇教授等人参加的一个研究小组，用纳米刻蚀技术开发出一种可充分伸展的单晶硅，这种附着在橡胶基质上的单晶硅具有波状几何形状，是制造高性能电子元件的优质材料。

研制出的一种新型纳米晶体，这种晶体使用较少能量就可增强光线。据称，通过这种途径可以制造廉价的彩色激光器。

目前，研究小组仅使用一种组建模块，即金纳米粒子。然而，随着利用 DNA 链构建新晶体的技术不断发展，人们可以利用众多不同大小的组建模块，而这些组建模块可以具有不同的成分（如金、银及荧光粒子）及不同的形状（如球体、杆状体、立方体及四面体）。此外，控制每个纳米粒子之间距离的长短也是决定该结构功能的关键。米尔金表示：“ 人们一旦精于此道之后，便可构建任何想要的东西。”

用不同大小的纳米粒子与不同长度的 DNA 链组合，就能形成各种各样的晶体结构。经过混合和加热，组装的粒子从最初的无序状态转变为一种有序状态，每个粒子都按照晶格结构固定在各自的位置。

利用特定的纳米材料作为原子，特定的 DNA 作为黏合剂，经加热之后便可获得所需的晶体。

肾结石是钙物质在肾脏内沉积成块的结果。大约有 12% 的男性和 5% 的女性在 70 岁后会出现肾结石。美国每年用于治疗该病的费用为 50 亿美元。然而，人们至今并不完全清楚导致钙沉积成结石的原因。列斯科研究小组希望通过在分子水平上的研究认识肾结石，弄清产生肾结石现象的真实面目。

发热金纳米粒子自古以来就被用于制作彩色玻璃，现代则被开发用于运送药物、治疗关节炎，以及使用红外光进行医学成像。金纳米粒子还可对红外热进行再辐射，因此也被用于可对邻近细胞进行加热的医学治疗中。

首次实现在保留各自功能的情形下，把半导体和金属纳米粒子结合在一起。研究人员表示，多功能纳米粒子目前的应用重点仍在医疗领域，但其亦可用于能源研究，如太阳能电池等。

美国《国家科学院学报》上发表论文称，他们研制出一种纳米粒子，被称作“ 纳米机器人”，可经过编程关闭基因生产线上产出的疾病相关蛋白质，将细胞水平治疗疾病向前推进了一步。

放疗和化疗已经成为癌症治疗的常规手段，但这两种治疗方法都对人体损害极大。放疗破坏皮肤、口、喉及肠道细胞，能引起人疲劳、恶心、腹泻和永久性脱发。化疗能引起听力丧失，并破坏心脏和肾等器官。

IBM 的研究人员表示，在制造分子级芯片上的高性能传感器时，精确控制纳米电线的排列十分关键。上述排列纳米微粒的方法有朝一日也许能用来追踪某一疾病的细微征兆。

到目前为止，大多数的碳纳米管研究还仅限于小规模的应用。但现在，他们开发出如此长的碳纳米管，这已表明碳纳米管的长度将不再受限制。该成果为碳纳米管用作电力传输线或是作为结构性材料的基础打开了大门。

细微中空的碳纤丝纳米管道虽然直径只有人类一根头发的万分之十，却已经是目前世界上公认的最有用的材料物质。碳纤纳米管道密度为钢铁的六分之一，强度却是它的上百倍，导电性能比铜更好，并且可以取代硅作为半导体芯片。科学家预测，未来应用从可以举起有效负荷的电梯缆绳，到比人类细胞更微小的电脑，这种碳纤纳米管道的用途将更加广泛。

骨组织是骨胶原纤维和羟磷灰石结晶的天然化合物。哈顿研究小组首次演示纳米管，可以仿制骨胶原纤维，作为骨骼中羟磷灰石结晶生长的骨架。

目前正在利用碳纳米管技术研发一种新型的人造皮肤，它不仅能够防水，而且还可以像真实皮肤一样感知冷、热，以及外界施加的压力。

目前，由美国宇航局科学家研制的一种新型人造皮肤，采用垂直碳纳米管层排列在整容手术所使用的橡胶聚合物上，就像是植入一块皮肤一样。碳纳米管通过金丝的串接固定在一起，这些碳纳米管分布在橡胶状的聚合物上。这种结合橡胶聚合物和碳纳米管的人造皮肤能够把接触表面的热量传递至传感器网络，就如同皮肤能够及时获取该信息一样，碳纳米管提高提高聚合物上的压电感应后，传感器能够向机器人大脑产生一种信号。

开发出一种碳纳米管传感器，植入皮肤下后可全年实时监测活体动物体内的分子活动，如炎症反应即产生一氧化氮的过程，或监测血糖或胰岛素水平，而无需再像传统方式那样采取血样。

纳米管晶体管能以极高频率工作，但是当时晶体管之间的接口却采用运行速度较慢的铜器件，结果导致速度瓶颈。他们的研究表明，纳米管突破了铜器件的限制，能够将电信号从一个晶体管传送到另一个晶体管，从而消除了瓶颈。

迄今，最小的晶体管尺寸大约为 100 纳米，而“ Y” 状碳纳米晶体管的尺寸仅为几十纳米。研究人员说，经过改进，该碳纳米晶体管能够缩小到几纳米。这样，用它制造微处理器，将会形成体积更小的计算机部件。

奈特罗公司已经研制出 13 厘米圆形芯片，能储存 10 千兆比特信息。目前，该存储器发明者正在完善生产工艺规程细节，以便今后将新型芯片推向市场。

2004 年 10 月，美国英特尔几名工程师在展示会上表示，芯片制造商们将会继续按照摩尔定律继续发展几年，但是工程师将会大规模改进其设计和产品的部件。其中最重大的改进，便是最终取代芯片的硅导体。目前，硅导体是构造整个电子信息领域的基本部件。预计在 2014 年之前，碳纳米管或硅纳米线会取代硅成为芯片的主要构成。到 2020 年之前，还会有更多更前沿的技术改进。对于英特尔来说，淘汰硅只是迟早的问题。

阿扎尔等人发现，只要在碳纳米管中放置一颗“ 种子”，碳纳米管就能自我组装、自我焊接，随后便制成超大型集成电路。

碳纳米管具有非凡的特性：它们的导电性比金属好，而且比钢铁硬，还能够发光。许多人相信，它们有朝一日将应用于很多器件上，从电脑到轻型飞机等。

研究人员利用该设计方法建成的碳纳米管计算机芯片，包含 178 个晶体管，其中每个晶体管由 10 至 200 个碳纳米管构成。不过，这一设备只是未来碳纳米管电子设备的基本原型，目前只能运行支持计数和排列等简单功能的操作系统。

一个研究小组，用碳纳米管开发出一种过滤网，能够把水和油这两种物质快速、利落地分离开来。

2004 年 8 月，美国俄克拉何马州立大学的一个研究小组在《自然· 材料学》杂志上报告称，他们发现用一层碳纳米管、一层聚合物层层交叠出的“ 夹心饼干式碳纳米管” 具有超强硬度，可与工程中使用的超硬陶瓷材料媲美。

壁虎能在光滑的墙面行走自如，这是因为壁虎的脚底有数十万根极其微小的细毛。壁虎“ 飞檐走壁” 时，就是靠这些细毛与物体表面分子产生的黏合作用，在停下时可强劲黏合，抬腿欲走时可轻松分开。因此制造出像壁虎脚底一样，具有神奇黏合力的材料，一直是某些专家的夙愿。现在，美国研究人员利用碳纳米管研制出的这种黏合材料，终于比壁虎脚底还要“ 黏”。

在《科学》杂志上发表研究成果称，他们用碳纳米管制造出新型螺旋纱纤维，其扭曲能力比过去已知的材料高 1000 倍，可利用其制造出比头发丝还细小的微电机。

在过去，生物学家们一直使用传统的金刚石或玻璃刀，用这种刀对冰冻的细胞样品进行切割，但是由于其切割角度很大，所以会造成细胞样品弯曲，甚至在切割后破裂。而碳纳米管强度非常高，并且比金刚石细，所以是对细胞样品进行精细切割工具的理想材料。更好的是，研究人员还可以使用这些纳米小刀对细胞和组织进行三维成像，用于电子断层扫描。这要求样品薄于 300 纳米。

热力学第二定律称，熵随着时间而增加，但是，在量子力学中，时间并不是单向的，无论你前后移动都不会增加熵。

2005 年 1 月，有关媒体报道，由美国南加利福尼亚大学迈克尔· 麦瑞克教授及其同事组成的一个研究小组成功地在多孔氧化铝聚合物表面制造出纳米金网络，借此定义出纳米图案，把测量机械张力的精度推展到次微米等级。

为纳米汽车装上发动机，使它能以光为燃料开动。于是，产生了世界上第一款装有内部发动机的纳米级汽车。

研究人员说，这辆汽车宽 3 纳米、长 4 纳米，和 DNA 链的宽度相同，但比 DNA 短。两万辆这样的纳米汽车首尾相连，相当于人头发丝的直径。研究人员预测，有了这种发动机，汽车每分钟能跑 2 纳米远。

飞索半导体公司表示，他们将采用这个技术在 2006 年年底之前，用 90 纳米工艺制造 512M、 1G、 2G 的闪存芯片， 2007 年将采用 65 纳米的工艺生产 1G、 2G、 4G、 8G 和 16G 芯片。

在《自然· 纳米技术》杂志上发表论文称，他们发明了一种分子传感器，这种基于纳米颗粒的探测器能找到特定蛋白。它们能探测出多种病态细胞产生的蛋白质，在未来将可望被用于医疗诊断。

这一染料技术是目前“ 纳米技术” 的最新应用之一。而纳米技术是当今科学应用的热门话题，从抗污染、抗褶皱的衣料，到增加电脑的内存等领域，都有该技术的应用。

2005 年 8 月 30 日，美国麻省理工学院一个研究小组在《自然》杂志网站发布消息称，他们发明了一种纳米涂料，能使各种玻璃不起雾，同时又能大幅度降低反光率。

2005 年 7 月，由加利福尼亚大学洛杉矶分校教授杰弗里· 青克领导的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》上发表论文称，他们制造出世界第一个纳米阀门。这个阀门可以控制分子的进出，研究人员设想将来用它向细胞内输送单个药物分子。

利用纳米和生物技术开发一种能够检测细菌、病毒和其他有害物质的试纸。一旦开发工作全部结束，今后，人们只需用该试纸擦一下被检测的物品，就能知道其上是否带有细菌等有害物，并将它们识别出来。

2006 年 3 月，由美国伊利诺斯州大学材料科学系史蒂夫· 格冉尼克教授领导，他的研究生张亮方为主要成员的一个研究小组，在刊物上发表研究成果称，他们创造性地利用油脂和纳米粒子混合，以新方法研制出纳米级胶囊。纳米级胶囊可用于制造新药和农业方面需要的新材料。

为推广纳米印刷技术，周郁 5 年前在普林斯顿市成立奈诺尼斯公司，专门生产纳米印刷设备。目前该公司客户来自日本、中国台湾、韩国、美国及欧洲等世界各地，其中不乏知名的跨国企业。

DNA 微阵列是一种用于诊断和了解遗传疾病、病毒性疾病和某些癌症的纳米器件。通常用硅或玻璃芯片制成，上面印有近 50 万个微型点。每个点都是由多个具有已知序列的 DNA 分子组成。也就是说，每张芯片上包含一个人的遗传密码。科学家利用 DNA 微阵列就可以发现和分析一个人的 DNA 或信使 RNA 的遗传密码。这样，就可以及早诊断出肝癌，或预测出一对夫妇生出患有遗传疾病的孩子的概率。

DNA 是纳米技术中最常使用的建筑模块，通常被用来控制建造有序的纳米结构。人们认为，在很大程度上 DNA 有望成为自下而上制造微型电子线路的基本模块。

目前，使用的大多数纳米材料合成方法都非常复杂，需要特殊的设备，而且生成的纳米材料也很少。微波照射法使用的是传统的微波技术，此外它还需要在实验室环境中用一些特殊的化学药品和溶剂才能制出纳米材料。

目前，有些纳米学家正专注于制造由金属纳米线组成的导电网格，这样的网格具有卓越的输电性能、成本低廉且非常容易处理，可广泛应用于下一代触摸屏、视频显示器、发光二极管及薄膜太阳能电池等领域。

据了解，目前的癌症检测技术需把血液样本送到大型专业实验室，确认结果约需一天时间。王善祥研究小组的磁纳米检测速度更快、检测器件更小，方便携带。

研究人员表示，纳米技术可以让药物直接作用于发病的细胞。这些小仪器将在身体内移动，为身体内发病的细胞自动提供药物，有效地进行诊断和治疗工作，有时还可以免除手术。

据报道，这种含有纳米技术的电池板是硅谷纳米太阳能公司研制生产的。这种新式电池与越来越多欧洲消费者安装在自家屋顶上发电的太阳能电池不同，它可像印刷报纸一样，“ 印” 在铝箔上，弹性好，重量轻。纳米太阳能公司预计，用这种电池板发电能像用煤发电一样便宜。

晶体管是一种设置电流开关状态的装置，就像花园水管上用来控制水流开关的阀门一样。亚利桑那州大学的物理学家正计划制造出尺寸在 1 纳米，即十亿分之一米的微型晶体管。

信，纳米发电机在生物医学、军事、无线通信和无线传感等方面都将有广泛的重要应用。他说：“ 这一发明可以整合纳米器件，实现真正意义上的纳米系统。它可以收集机械能，比如人体运动、肌肉收缩、血液流动等所产生的能量；震动能，比如声波和超声波产生的能量；流体能量，比如体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量，并将这些能量转化转化为电能提供给纳米器件。这一纳米发电机所产生的电能足够供给纳米器件或系统所需，从而让纳米器件或纳米机器人实现能量自供。”

目前，芯片越小，设备越贵。拉亚恩表示，如果人工 DNA 纳米架构能够批量生产，那么，芯片制造商完全可以摒弃上亿美元的复杂制造工具，转而使用不足 100 万美元的、基于 DNA 的溶解和加热设备。

纳米计算机依靠的是量子规律支配的部件，因此需要新的构架。纳米逻辑器件必须能够处理单个电子，并且具有三维架构。超立方体的独特结构，使其能适合平行计算的需要。

推出可保存数据 10 亿年的存储芯片。 2009 年 6 月 10 日，美国加利福尼亚大学、劳伦斯伯克利国家实验室组成的一研究小组，在《纳米通信》杂志上发表研究报告说，他们研制出一种新的计算机内存芯片，其数据存储量要比常规硅芯片高数千倍，且预估寿命将超过 10 亿年。

研究人员表示，无论是古老的彩色玻璃制作工艺，还是如今先进的等离子体光学领域，它们都需要依靠纳米级大小的金属离子共振。当光线照射到这样的粒子时，会在金属的表面激发出一种被称为“ 表面等离子体波” 的电磁场，并且会引起电子呈波状振动，最终产生彩色玻璃上鲜艳的色调。

用碳纳米管开发出光吸收率最高的材料。 2008 年 1 月，美国《纳米通信》杂志网站报道，由美国莱斯大学的阿贾扬等组成的一个研究小组，开发出一种纳米材料，它对可见光的吸收率超过 99. 9%，是目前已知的颜色最黑的材料。

研究人员表示，已用纳米技术制造出数个基于激子的晶体管，这些晶体管有望成为新型计算机的基本模块，他们所装配出的电路，也成为世界上第一个使用激子的运算装置。

研究人员表示，这是到目前为止所能实现的最好的超级镜头，是高解析光学成像领域取得的重大进展。该技术，可用以提高生物医学成像和光刻技术的能力。目前研究人员已掌握了量产此种超材料纳米镜头的能力。

在《纳米快报》杂志上发表论文称，他们研制出迄今最薄的有效可见光捕光器。这种纳米器的厚度仅为普通纸的千分之一，最新设备有望降低太阳能电池的成本并提高其光电转化效率。

一个研究小组，开发出世界上迄今最精密的纳米级时钟。这台时钟可始终如一地产生紫外光脉冲，其持续时间为几毫沙秒。这一成果可望在化学、物理学和天文学领域的超精密测量中，成为重要的测试工具。

研究人员又为石墨找到了一个大用场：他们把石墨制成新的电子元件，使它可能成为新一代纳米级电子元件基础材料。

据研究人员介绍，这种超级纸中最主要的成分是纳米级的氧化钛纤维。它的性质稳定，可耐受高温和酸碱的腐蚀。这种纳米纤维不仅物理和化学特性出类拔萃，而且用来制造纸张不需要特别的条件，其晾晒过程与制造普通纸时没有任何差异。

这种纳米铟材料还具有导电性能。这一特性也使得它能够成为未来光伏电池（太阳能电池）、医疗器械，以及生物科技成像产品的绝佳原材料。

报道称，用“ 巴克纸” 这种复合纳米材料可生产更轻、更节能的飞机和汽车、效能更强大的计算机、清晰度更好的电视等多种产品，从而有可能引发材料学和制造业的一场革命。

量子点的概念是在 20 世纪 80 年代提出的，是一种半导体纳米结构，带隙取决于大小和形状，可用于研制计算机、发光二极管、太阳能电池、激光器，以及医疗成像设备。

石墨烯的导电、导热性能极强，远超硅和其他传统的半导体材料，而由硅制成的晶体管的大小正接近极限，科学家们认为，纳米尺度的碳材料，可能是硅的最佳替代品，石墨烯未来有望取代硅成为电子元件材料。

石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的二维晶体，只有一层碳原子的厚度，是迄今最薄也最坚硬的材料，其导电、导热性能超强，远远超过硅和其他传统的半导体材料。很多人认为，石墨烯可能取代硅成为未来的电子元件材料，在超级计算机、触摸屏和光子传感器等多个领域“ 大显身手”。

研究小组表示，迄今他们只进行制造新型太阳能电池的第一步，即用纳米蚀刻技术在硅片上生产了具有图案的表面，并借助俘获的光线证实了它的效能提升，下一步则需要增加组件以生产真实的光伏电池，并证明它的能效可与传统太阳能电池相媲美。现今最佳的商用硅基太阳能电池的转化效率为 24%，而研究小组期望新途径能够实现约为 20% 的能量转换效率，但这仍需进一步的实验进行检验。

纳米粒子可作为诊断、监控、治疗疾病的应用基础工具而出现，如基因测试设备、基因标记等。开发出一种具有精确选择性的纳米粒子载体，令其只进入疾病细胞，瞄准其中特定的疾病进行攻击而不伤害健康细胞，是细胞疗法领域的最大特色。

研究人员表示，拥有在纳米尺度观察植物细胞表面的能力并结合化学成分分析，可以大大提高人们对细胞壁分子结构的理解。同时，高分辨率的结构模型对将生物质转化为液体燃料至关重要，可以加快人类利用木质纤维素生产生物燃料的进程。

传统治疗癌症肿瘤的疗法，如化学疗法，在杀死变异细胞的同时，也会杀死健康细胞。接受治疗的患者也会变得虚弱，感到恶心、出现头发脱落现象，并且容易被感染。而这种包含在药物中的纳米细胞，是一种更有效的癌症治疗方法。它能寻找并消灭癌变细胞，而不伤害正常、健康细胞。

研究人员说，我们已经开发出一台机器人，可以把治癌药物送入肿瘤细胞和不正常的细胞中，而且这种被称为纳米推进器的机器人，是第一种根据感光运动的“ 纳米机器人”，可在细胞内杀死癌症细胞。该装置由二氧化硅纳米粒子制成，其内部导管是由特殊的化学物质偶氮苯构成，抗癌药物可以装载在这种导管中到达病灶。而化学物质偶氮苯具有非常奇特的感光性能。

研究人员指出，这些纳米电缆不但可以用来接收神经细胞的讯号，还可以向这些细胞发出信号。所以这项技术，将来还可以被用来治疗帕金森病等疾病。

美国空军在纳米技术领域研究所覆盖的范围主要包括：多谱段探测器阵列、芯片级光网络、空间紧凑型能源、纳米动力学、纳米材料学等方面。目前，美国空军科学研究局正在接受对纳米技术未来研发方向的白皮书及初步建议。