經過１年零４個(ge)月(yue)、近(jin)３００例的人體臨床實驗，由(you)清(qing)華大(da)學材(cai)料系崔福齋教授課(ke)題組研制成功的納米人工(gong)骨日前(qian)獲得國家(jia)食品(pin)(pin)藥(yao)品(pin)(pin)監督管理局的三類(lei)植入產(chan)品(pin)(pin)試生產(chan)注冊(ce)證，成為(wei)我國首個(ge)可(ke)以(yi)在市場上公(gong)開銷售和應(ying)用(yong)的納米醫藥(yao)產(chan)品(pin)(pin)。
納米(mi)人工(gong)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)（ＮＢ系列納米(mi)晶(jing)膠原(yuan)基骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)材(cai)(cai)料(liao)）是(shi)國家“８６３”“９７３”支持的(de)(de)(de)攻關項目(mu)，是(shi)崔福(fu)齋(zhai)教授課題組在對(dui)人骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)痂(jia)和(he)(he)胚胎骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)級結構和(he)(he)生物(wu)礦化過程(cheng)的(de)(de)(de)多年研究基礎上發(fa)明的(de)(de)(de)新(xin)型骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)材(cai)(cai)料(liao)。它(ta)與原(yuan)有傳統人工(gong)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)最大區別在于，修復(fu)后的(de)(de)(de)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)頭和(he)(he)人體(ti)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)完全一(yi)樣，不會在體(ti)內留下(xia)植(zhi)入物(wu)。它(ta)仿照(zhao)人類的(de)(de)(de)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)頭生成的(de)(de)(de)機理，采用自(zi)組裝(zhuang)方(fang)法制(zhi)備納米(mi)晶(jing)羥基磷灰石或膠原(yuan)復(fu)合的(de)(de)(de)生物(wu)硬組織(zhi)修復(fu)材(cai)(cai)料(liao)，使復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)具(ju)有納米(mi)級別的(de)(de)(de)天(tian)然(ran)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)分(fen)(fen)級結構和(he)(he)天(tian)然(ran)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)的(de)(de)(de)多孔結構。
目(mu)前(qian)該材(cai)料已經在北(bei)京(jing)中醫(yi)(yi)(yi)(yi)藥大學東(dong)直(zhi)門醫(yi)(yi)(yi)(yi)院(yuan)(yuan)、江蘇大學醫(yi)(yi)(yi)(yi)學院(yuan)(yuan)附(fu)屬醫(yi)(yi)(yi)(yi)院(yuan)(yuan)、北(bei)京(jing)軍區(qu)總醫(yi)(yi)(yi)(yi)院(yuan)(yuan)、蘇州(zhou)兒(er)童醫(yi)(yi)(yi)(yi)院(yuan)(yuan)、南京(jing)八一醫(yi)(yi)(yi)(yi)院(yuan)(yuan)、廣州(zhou)佛山中醫(yi)(yi)(yi)(yi)院(yuan)(yuan)、山東(dong)省立醫(yi)(yi)(yi)(yi)院(yuan)(yuan)等十幾(ji)所(suo)醫(yi)(yi)(yi)(yi)院(yuan)(yuan)進行了應用(yong)，已經有(you)4所(suo)醫(yi)(yi)(yi)(yi)院(yuan)(yuan)給出了臨床實驗報告，患者滿意度(du)為１００％。
崔福齋教授介紹說，“納米人工(gong)骨(gu)”植入者一般(ban)經過幾個月的時間就可將(jiang)它完(wan)全吸收進人體(ti)，整個過程沒有(you)任何免疫和排(pai)異反(fan)應(ying)。而且這種材(cai)料(liao)的性能使大夫(fu)手術操作方便，與(yu)其他類(lei)型的骨(gu)修復材(cai)料(liao)價格相當。
除了用于腰椎管減壓手術(shu)之后的(de)(de)腰椎固定和骨(gu)(gu)愈(yu)合(he)，納(na)(na)米(mi)人工骨(gu)(gu)的(de)(de)用途(tu)非常廣泛，如由于外傷造(zao)成的(de)(de)骨(gu)(gu)折，由于創傷、感(gan)染造(zao)成的(de)(de)骨(gu)(gu)質缺損、骨(gu)(gu)質不連接或(huo)者是畸形愈(yu)合(he)，還有骨(gu)(gu)腫瘤等(deng)骨(gu)(gu)的(de)(de)病(bing)變，乃至骨(gu)(gu)質疏松(song)，都可以植入(ru)納(na)(na)米(mi)人工骨(gu)(gu)幫助愈(yu)合(he)和提高骨(gu)(gu)的(de)(de)硬度。
據介(jie)紹，目前(qian)，我國每(mei)年僅因骨(gu)(gu)腫瘤切除手術后需要(yao)進行骨(gu)(gu)修復的(de)(de)(de)(de)(de)病例(li)就有２５萬(wan)個左右。采取(qu)何種材料(liao)、以何種方式進行骨(gu)(gu)移(yi)植(zhi)術一直是人(ren)類幾個世(shi)紀以來不斷深(shen)入(ru)研究的(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)課(ke)題。然(ran)而迄(qi)今為(wei)止，臨床上對(dui)大(da)范圍骨(gu)(gu)缺損的(de)(de)(de)(de)(de)醫治仍(reng)是世(shi)界難題。采用自(zi)體骨(gu)(gu)移(yi)植(zhi)難以滿足大(da)段(duan)骨(gu)(gu)移(yi)植(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)，異體骨(gu)(gu)移(yi)植(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)傳播疾病和排(pai)斥反應以及并發癥往往限(xian)制(zhi)了(le)(le)這(zhe)種辦法(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)推廣。而使用各種以金屬、陶瓷或高分子制(zhi)造(zao)的(de)(de)(de)(de)(de)人(ren)工(gong)骨(gu)(gu)替代材料(liao)在生(sheng)物(wu)相容(rong)性、生(sheng)物(wu)活(huo)性、生(sheng)物(wu)可降解性及與(yu)被植(zhi)入(ru)者原有的(de)(de)(de)(de)(de)骨(gu)(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)力學匹配(pei)性等(deng)方面都有各自(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)缺點。納(na)米人(ren)工(gong)骨(gu)(gu)走向市場，對(dui)這(zhe)些問題的(de)(de)(de)(de)(de)探索提(ti)供了(le)(le)一條新的(de)(de)(de)(de)(de)途徑。（周(zhou)襄楠
李江濤）
納米技術是用單個原 子、分子制造物質的科學技術,納米材料從根本上改變了材料的結構,納米材料研究是目前材料科學研究的一個熱點,其相應發展起來的納米技術被會認為是世紀最具有前途的科研領域。
目前其主要運用在:陶瓷領域、微電子學上、生物工程上、在光電領域、在化工領域、在醫學上。
詳細介紹如下：
1、納米技術在陶瓷領域方面的應用
陶瓷材料作為材料 的三大支柱 之一,在日常生活及工業生產 中起著舉 足輕重 的作用。但是,由于傳統陶瓷材料質地較脆,韌性、強度較差,因而使其應用受到 了較大 的限制。隨著納米技術的廣泛 應用,納米陶瓷隨之產生,希望 以此來克服陶瓷材料 的脆性,使陶瓷具有象金屬一樣 的柔韌性和 可加工性。英國材料學家指 出納米 陶瓷是解決 陶瓷脆性 的戰略途徑。所謂納米 陶瓷,是指顯微結構 中的物相具有納米級 尺度 的陶瓷材料、也就是說晶粒尺 寸、晶界寬度、
第二相分布、缺陷尺 寸等都是在 納米 量級 的水平上。要制備納米 陶瓷,這就需要解決粉體尺寸形貌和粒徑分布的控制,團聚體的控制和分散。塊體形態、缺陷、粗糙度 以及成分的控制。
2、納米技術在微 電子學上 的應用
納米電子學是納米技術 的重要組成 部分,其主要思想是基于納米粒子 的量子效應來設計并制備納 米
量子器件,它包括納米有 序無 序陣列體 系、納米微粒 與微孔 固體組 裝體 系、納米超結構組裝體 系。納米 電子學 的最終 目標 是將集成 電路進一步減小,研制出由單原 子或單分 子構成 的在室 溫能使用 的各種器件。目前,利用 納米 電子學已經研制成功各種納米器件。單 電子 晶體管,紅、綠、藍三基色可調諧 的納米發光二極管以及利用納米絲、巨磁阻效應制成 的超微磁場探測器 已經問世。并且,具有奇特性能的碳納米管的研制成功,為納米 電子學 的發展起到了關鍵的作用。碳納米管是 由石墨碳原 子層卷 曲而成,徑 向尺層控制在以下。電子在碳納米管的運 動在徑 向上受 到限制,
表現 出典型 的量子 限制效應,而在軸 向上 則不受任何 限制。以碳 納米管為模 子來制備一維
半導體量子材料,并不是憑空設想,清華大學 的范守善教授利用碳納米管,將氣相反應 限制在納米管內進行,從 而生 長 出半導體納米線。他們將一混合粉體置于石英 管 中的鉗 禍底 部,加熱并通人氣體與在碳納米管 中反應生 長 出封 納米線,其徑 向尺寸為一。另外,在年,他們還制備 出了納米線。年該科研組與美 國斯坦福大學合作,在 國際上首次實現硅襯底上碳 納米管陣列 的 自組織生長,它將大大推進碳納米管在場發射平面顯示方面 的應用。其獨特 的電學性能使碳納米管可用于大規模集成 電路,超導線材等領域。
3、納米技術在生物工程上的應用
眾所周知,分子是保持物質化學性質不變的最小單位。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 的博士等應用基于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一“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 質最具前景。該生物材料具有特異的熱、光、化學物理特性 和很好的穩定性,并且,其奇特 的光學循環特性 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。在整個光循環過程 中,
細菌視紫紅質經歷幾種不 同的中間體過程,伴隨相應 的物質結構變化。等研究 了細菌視紫紅質分潛在的并行處 理機制和用作三維存儲器 的潛能。通過調諧激光束,將信息并行地寫人細菌視紫紅質立體,
并從立方體中讀取信息,并且細菌視紫紅質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。納米計算機 的問世,將會使當今 的信息時代發生質的飛躍。它將突破傳統極 限,
使單位體積物質的儲存和信息處理 的能力提高上百萬倍,從而實現電子學上 的又一次革命。
4、納米技術在光 電領域的應用
納米技術 的發展,使微 電子 和光 電子 的結合更加緊密,在光 電信息傳輸、存貯、處理、運算和示
等方面,使光 電器件的性能大大提高。將納米技術用于現有雷達信息處理上,可使其能力提高倍至 幾百倍,甚至 可 以將超高分辨率納米孔徑雷達放到衛星上進行高精度 的對地偵察。但是要獲取高分辨圖年第期廣 東 有云 職 業 技 術 學 吮廣 州 合 云 工 商 高 級 技 工 學 校學報像,就必需先進 的數字信息 處理技術。科 學家們發現,將光調 制器 和光探測器結合在 一 起 的量子 阱 自電光效應器件,將 為實現光學高速數學運算提供可能。美國桑迪亞 國家實驗室 的等發現納米激光器 的微小尺寸可 以使光子被限制在少數幾個狀態上,而低音廊效應則使光 子受 到約束,直 到所 產生 的光波 累積起足夠多 的能量后 透過此結構。其結果是激光器達到極高的工作 效 率,而能量 闌則很低。納米激光器實際上 是一根彎 曲成極 薄 面包 圈的形狀 的光子導線,實驗發現,納米激光器 的大小 和形狀能夠有效控制它發射 出的光子 的量子行 為,從 而影 響激光器 的工作。研究還發現,納米激光器工作時只需約微安的電流。最近科學家們把光子導線縮小到只有五 分之一立方微米體積 內。在這一尺度上,此結構 的光子狀態數少于個,接近 了無能量運行所要求的條件,但是光子 的數 目還 沒有減 少 到這樣 的極 限上。最 近,麻省理工學院的研究人員 把被激發 的鋇原子一個一個地送人激光器 中,每個原子發射一個有用 的光子,其效率之高,令人驚訝。除了能提高效率以外,無能量 閡納米激光器 的運行還可 以得 出速度極快 的激光器。由于 只需要極少的能量就可 以發射激光,這類裝置可以實現瞬開關。已經有一些激光器能夠以快于每秒鐘億次的速度開關,適合用 于光纖通信。由于納米技術 的迅速發展,這種無能量 閡納米激光器 的實現將指 日可待。
5、納米技術在化工領域 的應用
納米粒子作為光催化劑,有著 許多優 點。首先是粒徑小,比表 面積大,光催化效率高。另外,納米粒
子生成 的電子、空穴在 到達表 面之前,大部分不會重新結合。因此,電子、空穴能夠到達表面 的數量 多,則化學反應活性 高。其 次,納米粒子分散在介質 中往往具有透 明性,容易運用光學手段 和方法來觀察界面間的電荷轉移、質子轉移、半導體能級結構與表 面態密度的影響。目前,工業上利用米二氧化欽一三氧化二鐵作光催化‘劑,用于廢水 處理含了一或尹一體系,已經取得 了很好 的效果,用淀溶 出法制備 出的粒徑 約一的 白色球狀欽 酸鋅粉體,表 面積大,化學活性 高,用它作 吸 附脫硫劑,
較 固相燒結法制備的欽 酸鋅粉體效果 明顯提高。
6、納米技術在 醫學上 的應用
隨著納米技術的發展,在 醫學上該技術也開始嶄露 頭腳。研究人員發現,生物體內的蛋 白質復
合體,其線度在一之間,并且生物體內的多種病毒,也是納米粒子。以下 的粒子 比血液 中的紅 血球還要小,因 而可 以在血 管 中 自由流動。如果將超微粒子 注人 到血 液 中,輸送 到人體 的各個部位,
作為監測和診斷疾病的手段。科研人員已經成功利用納米微粒進行 了細胞分離,用金 的納米粒子進行定位病變治療,以減 少 副作用等。另外,利用納米顆粒作為載體 的病毒誘導物已 經取得 了突破性進展,現在已用 于臨床動物實驗,估計不久 的將來 即可服務 于人類。研究 納米技術 在生命醫學上應用
,可 以在納米尺度上 了解生物大分子 的精細結構及其與功能的關系,獲取生命信息。科學家們設想利用納米技術制造 出分子機器人,在血液 中循環,對身體各部位進行檢測、診斷,并實 施特殊治療,疏通腦 血管 中的血栓,清除心臟動 脈脂肪沉 積物,甚 至 可以用其吞 噬病毒,殺死癌細胞。區樣,在不久 的將來,被視為當今疑難病癥 的愛滋病、高血壓、癌癥等都將迎刃 而解,從而將使醫學研究發生一 次革命。總之,納米技術正成為各 國科技界所關 注的焦點,正如錢學森院士所 預言 的那樣“納米左右和納米以下 的結構將是下一 階段科技發展 的特點,會是一次技術革命,從而將是世紀 的又一次產業革命
。 ”
納米技術作為一種最具有市場應用潛力的新興科學技術，其潛在的重要性毋庸置疑，一些發達國家都投入大量的資金進行研究工作。如美國最早成立了納米研究中心，日本文教科部把納米技術，列為材料科學的四大重點研究開發項目之一。在德國，以漢堡大學和美因茨大學為納米技術研究中心，政府每年出資6500萬美元支持微系統的研究。在國內，許多科研院所、高等院校也組織科研力量，開展納米技術的研究工作，并取得了一定的研究成果，主要如下：
定向納米碳管陣列的合成，由中國科學院物理研究所解思深研究員等完成。他們利用化學氣相法高效制備出孔徑約20納米，長度約100微米的碳納米管。并由此制備出納米管陣列，其面積達3毫米×3毫米，碳納米管之間間距為100微米。
氮化鎵納米棒的制備，由清華大學范守善教授等完成。他們首次利用碳納米管制備出直徑3~40納米、長度達微米量級的半導體氮化鎵一維納米棒，并提出碳納米管限制反應的概念。并與美國斯坦福大學戴宏杰教授合作，在國際上首次實現硅襯底上碳納米管陣列的自組織生長。
準一維納米絲和納米電纜，由中國科學院固體物理研究所張立德研究員等完成。他們利用碳熱還原、溶膠-凝膠軟化學法并結合納米液滴外延等新技術，首次合成了碳化鉭納米絲外包絕緣體SiO2納米電纜。
用催化熱解法制成納米金剛石，由山東大學的錢逸泰等完成。他們用催化熱解法使四氯化碳和鈉反應，以此制備出了金剛石納米粉。
但是，同國外發達國家的先進技術相比，我們還有很大的差距。德國科學技術部曾經對納米技術未來市場潛力作過預測：他們認為到2000年，納米結構器件市場容量將達到6375億美元，納米粉體、納米復合陶瓷以及其它納米復合材料市場容量將達到5457億美元，納米加工技術市場容量將達到442億美元，納米材料的評價技術市場容量將達到27.2億美元。并預測市場的突破口可能在信息、通訊、環境和醫藥等領域。
總之，納米技術正成為各國科技界所關注的焦點，正如錢學森院士所預言的那樣：納米左右和納米以下的結構將是下一階段科技發展的特點，會是一次技術革命，從而將是21世紀的又一次產業革命。
2011年10月19日歐盟委員會通過了對納米材料的定義，之后又對這一定義進行了解釋。根據歐盟委員會的定義，納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀或團塊狀天然或人工材料，這一基本顆粒的一個或多個三維尺寸在1納米至100納米之間，并且這一基本顆粒的總數量在整個材料的所有顆粒總數中占50%以上。
1納米等于十億分之一米。在納米尺度上，一些材料具有很多特殊功能。納米材料已在人們的工作和生活中得到廣泛應用。
在歐盟委員會通過的納米材料定義中，為什么限定基本顆粒大小在1納米至100納米之間？歐盟委員會認為，已知的大多數納米材料的基本組成顆粒都在這一范圍內，當然超出這一范圍的材料也有可能具有納米材料的特點。這一規定是為了使標準明確。
為什么要求納米材料的基本顆粒總數量在整個材料的所有顆粒總數中占50%以上？歐盟委員會認為，納米顆粒比例過低會淹沒整個材料的納米特性，50%是一個比較合適的比例。另外，用納米顆粒的數量比例而不是用質量比例作為納米材料的衡量標準，更能體現納米材料的特點。因為一些納米材料密度很低，在質量比例較小的情況下已經能顯現出明顯的納米材料特點。
為什么納米材料包括天然材料？歐盟委員會認為，納米材料應按照基本組成顆粒的大小來定義，不管它是天然的還是人造的。實際上一些天然材料也具有人造納米材料的特點。
為什么把具有納米結構的材料排除在納米材料之外？歐盟委員會認為，盡管這種材料也具有納米材料的特點，但還無法對納米結構進行明確定義，因而不具有可操作性。
為什么含納米材料的產品不是納米材料？歐盟委員會認為，納米材料是原材料或者原材料的混合物，當它與其他材料制成產品后，已經與其他材料形成新的材料，因而制得的產品就不再是納米材料了。
不過，歐盟(meng)委員會也承認，這(zhe)一定(ding)義還有不完善之處，并因此決定(ding)在(zai)2014年(nian)根據(ju)科技的發(fa)展和定(ding)義的實際實施情(qing)況(kuang)修訂這(zhe)一定(ding)義。（轉自新華網）
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