研制纳米导线。研制纳米导线是制造大多数纳米器件和装置的关键。纳米导线是一种又长又细的导线,通常直径只有人头发丝的万分之一。研究人员目前可以调控直径5纳米至几百纳米之间的纳米线,而调控的长度可达几百微米。对半导体硅和化学敏感的氧化锡及像氮化镓等发光半导体,都能制成纳米导线。
美国加州大学伯克利分校在改进纳米导线特性方面获得重大进展,并走在世界的前列。2004年2月,美国俄勒冈州健康与科学大学的科学家还研究出一种能精确制备硅基纳米导线的方法,硅基纳米导线能够按照预先设定的位置和方向生成。这是纳米半导体材料研究的重大进展。
纳米线薄膜的应用。美国加州大学用上万亿根直径约50纳米的银纳米线制成约20平方厘米的银纳米线薄膜,并以此为关键元器件,研制出可检测出危险化学制品的新型探测装置,在化学武器和生物武器检测、国家安全和全球安全以及医学测试上具有重要应用价值。
加州大学还研制出了可用于制作小型电子装置元器件的硅纳米线薄膜,并首次发现这种高性能硅纳米线薄膜可紧紧附着在玻璃和塑料表面,可被弯曲或改造成各种形状但不影响其性能,很可能会为更经济、更轻便、功能更强大的下一代电子设备铺平道路,可作为高效计算机芯片的元器件,还可制作彩色光学显示器的发光器件,制造装有显示器和微电脑的隐形眼镜等。这种把纳米导线大规模聚集在一起制成纳米线薄膜的技术,将在纳米科技领域产生重大影响。
3.纳米医学方面
疾病诊断美国科学家利用纳米颗粒极高的传感灵敏效应对疾病进行早期诊断。目前科学家已经在实验室环境下实现了用纳米技术对前列腺癌、直肠癌等多种癌症类型的早期诊断。
美国标准与技术研究院的研究人员近期还开发了一种纳米成像技术,可以大大提高一种重要乳腺癌诊断方法的可靠性。这种方法需要将直径只有15纳米的荧光粒子附着到DNA的特殊部分,随后分析荧光信号的强度以及其他特性。这些粒子称为量子点,具有独特的光电性质,使其比生物医学研究中常用的传统荧光标签更易检测到。研究小组证明量子点释放的信号强度比另外两种传统荧光标签强2~11倍,暴露于光下时稳定性也更好。
病毒追踪利用纳米颗粒追踪病毒在生物体内的活动也是研究的一个热点,这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用,还可以用来检测药物对病毒的作用。美国科学家把某种纳米颗粒“粘”在生物分子上,然后利用纳米颗粒的发光特性研究生物分子的活动情况。比人体细胞小得多的纳米颗粒可以被送进人的组织、器官内,用光线从人体外部向内进行照射,体内的纳米颗粒也会发光,这样就可以达到追踪病毒的效果。
纳米药物美国成立了多个以纳米生物医药为主题的研究机构以及产业发展中心,如以康乃尔大学为主体并联合多所大学、医院、生物技术公司组建的纳米生物技术中心(NBTC)(以纳米生物学和纳米生物工程为研究重点);在生物医药产业集中的新泽西—费城—特拉华地区以宾州大学和DREXEI大学为主体联合各大医药公司成立的纳米科技中心(以纳米给药系统、纳米生物传感器、纳米生物兼容性材料等为研究重点)。
由于生物医药产品的开发周期相对较长,纳米生物医药真正成熟的产品还不多,但前景是非常乐观的。以被认为最有应用前景的化疗药物的例子来看:目前常用的许多化疗药物都有一定的毒性,其在正常组织的累积会引起的较强的毒副作用,使治疗效果受到影响。所以人们制备了一些纳米量级的粒子制剂,如在美国已上市的脂质体两性霉素和隐形脂质体阿霉素,利用正常组织以及病灶部位毛细血管通透性的差异,可以有效地增加药物在病灶位的聚集度,同时明显降低毒副作用。
此外,纳米技术在能源应用也成为新的关注点,纳米储氢技术已成为美国的重点研发项目,注重寻找可能用于储氢的纳米材料纤维,有关实验室已将储氢纤维做到平均直径在35纳米的水平。纳米技术在微电子及信息技术领域应用方面的开发热点包括导电聚合物在信息技术领域的应用、纳米电子元器件FET二极管、用于感应器的电子序列、纳米传感器等。在化学工业上,目前的热点是利用纳米材料提高催化剂的效能,包括用于燃料电池的催化剂等。美国在纳米技术方面的应用还有很多,在此不一一赘述。
纳米技术产业化科学界普遍认为,纳米技术有可能给医学、制造业、材料和信息通信等行业带来革命性的变革。据美国国家科学基金会的预测,未来10年,全球纳米技术市场规模将达到1万亿美元左右。美国国家科学基金会纳米技术高级顾问米哈伊尔·罗科说:“政府的财政支持将确保美国在纳米技术保持全球领先,而纳米科技将使21世纪的美国继续延续高科技的神话。”
对于纳米技术的产业化,美国企业界表现得十分谨慎,但对于纳米科技的发展前景深信不疑。实际上,不少企业已经开始涉及纳米技术。
有统计资料显示,财富500强中从事制造业的企业几乎都涉足了纳米技术。
由于普遍看好纳米技术前景,纳米科技风险投资在美国已开始形成热潮,美国纳米科技风险企业如雨后春笋般涌现。目前在美国,就已有300多家公司宣称专门从事该领域的研究。华尔街的赚钱机器已翘首以待纳米公司掀起第一轮狂潮,挂牌上市已近在眼前。
美国政府并不直接扶持设立纳米风险公司。在纳米技术产业化问题上,美国政府寄希望于一些研发实力较强的州(如加利福尼亚州、宾夕法尼亚州、德克萨斯州、科罗拉多州等)的非赢利团体与纳米技术相关的联盟机构。当设立在相应地区内的风险企业将大学及国家研究所进行的基础研究用于产业目的时,联盟机构将提供支援。从这里也可以看出政府方面想利用高科技带动地区经济发展的意图。另外,大学及国家研究所的研究人员本身直接从事纳米风险企业经营的情况也不在少数。
2003年9月,美国联邦政府与加利福尼亚州政府斥巨资在洛杉矶地区成立了一个“纳米科技成果转移中心”,以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。参与该中心研究工作的机构包括:
加州大学洛杉矶分校、圣巴巴拉分校、里弗赛德分校和洛斯阿拉莫斯国家实验室以及波音、杜邦、摩托罗拉等10家大企业。这个中心在上述三个分校设有三个研究分支。该中心的主要工作有两项:一是进行纳米技术的基础研究,二是与大企业合作,使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米技术的方方面面,包括纳米计算、纳米通信、纳米机械和纳米电路等。
美国联邦政府与加州政府将按照2∶1的比例对这个中心拨款,该中心前三年的研究经费为2000万美元。加州政府已表示,加州最多可以为其提供1亿美元研究经费。中心获得巨额研究经费之后,不仅能够建造世界一流的纳米科研设备,还将吸引世界各地的纳米科技人才来此从事研究工作。
这个设想最初是在美国国家科研项目管理部门的一次讨论会上提出的。管理者们认为,美国大公司自身的纳米技术基础研究不足,导致美国纳米技术领域的开发应用缺乏动力,因此决定尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心,希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合。
我们有理由相信,类似的纳米技术转移中心还将在美国的其他州不断涌现。随着纳米技术的不断成熟,美国将在不远的将来掀起纳米技术产业化的浪潮。
四、对我国纳米科技发展的思考
纵观美国在纳米科技发展方面的宏观政策和立法,以及基础研究、应用研究及产业化的发展状况,我们不难发现目前世界各国在纳米科技上的角逐将会越来越激烈。为抢占新一轮科技浪潮的制高点,我国目前正加大对纳米技术研发的投入,成立了国家纳米科学中心,采取了一系列措施整合我国纳米科技研究队伍,制定了2010年前我国纳米科技发展的目标。这些年来我国纳米科技成果不断,在纳米材料及其应用、隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究与国际水平较为接近,在某些领域内达到了世界先进水平,而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家还有明显差距。
新世纪来临,我国政府为科技发展制定了三大战略,即人才战略、专利战略和标准战略。在纳米科技的研发方面,我们要想赶超西方发达国家,也必须在这三个方面加以努力:
1.积极培养纳米科技和产业化人才
纳米技术作为一个正处于原始创新发展阶段的前沿科技领域,其发展的关键在于人才。据统计,我国目前从事纳米技术的研究人员不足5000人,而我国至少需要1万名复合型纳米科研人员。到2010年,国内对纳米人才的需求量将增长十倍。
我国应注重纳米科技人才的培养,首先要做好纳米科技的教育和科普工作,在各个层次的教学中开设有关纳米技术的课程,激发和培养青年人对纳米技术的兴趣,吸引一流人才从事纳米科技的工作,并培养和造就一批具有较高水平的师资队伍。
实施纳米科技人才战略,要坚持引进与自培的方针。引进纳米科技发展所需要的高技术人才,这是最直接、最有效的方式。因此,还要加大对研究成果和研究水平宣传的力度,吸引国外一流人才参与国内的研究,为我国的纳米科技发展服务。
此外,还要鼓励跨学科研究,吸引多学科专家参与纳米科技的研究与开发,培养和引进既懂科技、又懂经营和管理的复合型人才,为纳米科技的产业化提供力量。
2.注重提高纳米专利申请的技术含量
根据有关统计,近年来我国纳米技术专利申请数大幅上升,已排世界第3位,占申请总数的12%,仅次于美国的32%和日本的21%,取得了可喜的成绩。
但我国纳米技术专利的申请领域,主要集中于纳米材料方面,而在纳米电子学及纳米医药学方面相对较少。在纳米材料领域,我国专利质量和国外相比也有一定差距,尤其是纳米技术在电子信息与生物这些技术含量高的领域的应用严重不足。国外侧重纳米有机物材料的应用,而且主要应用在催化剂、光学器件、半导体和导电材料、磁性材料和显示器等高技术含量的电子信息领域,而目前我国只是在纳米涂料、纳米橡胶等民品这些技术含量不高的领域上有所应用,技术含量相对较低。
3.尽快制定纳米技术标准,加快纳米科技的产业化步伐
目前,我国纳米技术产品在社会上出现了一些混乱状况,核心问题是没有技术标准,国家有关部门对此应给予充分的重视,尽快制定纳米技术的产品和检测标准,这是未来纳米技术市场化的重要步骤。制定纳米技术标准不仅仅是科研单位的事情,应该鼓励科研单位同产业界结合,共同来制定纳米产品标准和检测标准。
纳米技术产业化要以企业为主体,鼓励和引导地方政府、企业积极参与和支持纳米技术的开发,鼓励风险投资的介入,鼓励地方经济结合本地区的优势发展纳米技术,加强研究机构和企业界的合作,通过全社会的共同努力,让科技优势变为经济优势,实现我国在21世纪纳米研发的良性循环。
4.应当注重纳米科技对社会影响方面的研究
美国在提出NNI计划的同时就开始思考纳米科技对社会的影响,并将其作为国家纳米计划的一个重要研究课题,并将成立纳米技术防备中心,以加强纳米技术对社会、伦理、环境、教育、法律和劳动力等方面的影响的研究。美国国会目前也在讨论纳米技术管制法案。美国还让社会科学家和人文学者(如伦理道德哲学家)参与纳米技术远景的设计,这将有助于使社会效益达到最大,并减少引发公众纠纷的可能性。
与西方发达国家相比,我国在此方面的研究应该说还很薄弱,但随着纳米科技的不断发展,这个问题将越来越突出,因此应当尽早着手展开这方面的研究。
美国构建科技中介服务体系的经验
科技中介服务业起源于欧美,已有100多年的历史,但是在我国还是一个年轻的产业。我国的科技中介服务业是20世纪80年代随着改革开放的逐步深入,特别是高新技术产业的兴起而产生和发展起来的。目前,我国的科技中介服务体系建设还处于起步阶段,这就决定了研究和借鉴发达国家特别是美国科技中介服务体系建设的经验具有十分重要的意义。
一、美国科技中介服务体系的构成
美国的科技中介服务业极其发达,科技中介服务机构种类繁多,组织形式多样,专业化程度高,活动能力强,其执行主体主要包括以下五类。
1.官方组织:如美国小企业管理局(SBA)。美国小企业管理局的职能是实行各种担保和贷款计划,帮助企业获得资金。如贷款担保计划、小额贷款计划和504贷款计划等;设立小企业发展中心(SBDC),如退休工商领袖服务团(SCORE)和商务信息中心(BIC),为中小企业提供信息咨询和技术服务,帮助中小企业获得政府采购合同等。
官方科技中介服务组织最突出的是小企业发展中心。小企业发展中心得到政府和各方面高度重视和支持,更被确定为非赢利性机构,运行经费来自联邦政府、州政府和其他收入,其中50%的经费来自联邦政府,目前全国已有57个州中心和950个分中心,形成了庞大的全国性网络,成为促进美国科技成果产业化和经济持续增长的重要社会力量。
2.半官方性质的联盟和协会组织
这类中介机构由政府和民间合作组建,工作重点是帮助新兴高科技企业争取资金、改进管理、寻找商业合作伙伴和推动科技发明尽快进入市场。他们还参与政府科技经济发展规划、措施的策划,负责政府部分科技项目的评审管理工作,如旧金山湾区科技联盟(BARTA)就负责加州的技术投资合作项目的评审推荐工作。