分子纳米技术

纳米技术（nanotechnology）

亦称作毫微技术，这是一种通过单个原子或分子来制造物质的科学技术，主要专注于研究那些结构尺寸介于1至100纳米之间的材料的特性和它们的应用领域。纳米科技是一门以众多前沿科技为基石的学科，它汇聚了现代科学的精华，如混沌物理学、量子力学、介观物理学和分子生物学，以及现代技术的精华，包括计算机技术、微电子技术、扫描隧道显微镜技术和核分析技术。这一科学技术的融合，不仅催生了众多新兴科技领域，还将继续引领科技发展的新潮流。

概念分类

从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念：

德雷克斯勒博士于1986年在其著作《创造的机器》中首次提出了分子纳米技术的理念。依据此理念，我们有望将分子组装的机器变得实用，进而能够随意组合各类分子，制造出各式各样的分子结构。

近期，德国的研究团队成功地将分子移动至常规条件下难以触及的领域。在实现这一目标的过程中，他们巧妙地将分子转化为单电场发射装置，而电子的释放正是由电场所驱动的。

2018年6月27日，《Nature》杂志刊载了这一研究成果。德国Peter Grünberg研究中心的研究人员成功操控了平面大分子3,4,9,10-苝四甲酸二酐（PTCDA），使其呈现出垂直状态。这一突破性进展或许将成为分子纳米技术走向现实的关键节点，并有望催生更多革命性的技术。

研究人员将 PTCDA 分子垂直放置于银质薄膜之上（见左图）。在常规条件下，PTCDA 分子更倾向于平行地铺展在银质薄膜表面。（图片源自 Forschungszentrum Jülich）

第二种观念认为，纳米技术代表着微加工技术的最高境界。这指的是利用纳米级别的精度进行“制造”，从而人工构建纳米尺度结构的技术。此类纳米级制造技术，也预示着半导体微型化的进程即将触及顶峰。即便现有技术持续进步，从理论层面分析，最终也将面临发展的极限。原因在于，若电路线条的宽度不断减小，会导致构成电路的绝缘层变得极其薄弱，进而损害其绝缘性能。除此之外，尚存在发热以及晃动等状况。为了应对这些挑战，科研团队正致力于探索新型纳米技术的应用。

第三种观念源自生物学的视角而提出。本质上，生物体在细胞及生物膜内部已经具备了纳米级别的结构。DNA分子计算机以及细胞生物计算机的研发，已成为纳米生物技术领域的关键组成部分。

主要内容

纳米技术是一门融合性极高的综合性学科，其研究领域广泛，涵盖了现代科技的众多领域。具体而言，纳米技术主要包括以下四个核心方面：

1、纳米材料

物质一旦降至纳米级别，即0.1至100纳米的空间范围内，其性质将发生显著变化，展现出独特的特性。这些材料不仅与构成它们的原子、分子性质不同，也与宏观物质特性有所区别，正是这种具有特殊性能的材料，被定义为纳米材料。

这种特性，主要应用于微型电机的生产。一旦技术达到一定阶段，应用于磁悬浮领域，便能生产出速度更迅捷、稳定性更强、能源消耗更低的超高速列车。

纳米结构的巨磁电阻材料

2、纳米动力学

主要涉及微机械和微电机，亦即我们所说的微型电动机械系统（MEMS），这些系统被广泛应用于装备有传动机械的微型传感器与执行器、光纤通信系统、特殊电子设备以及医疗诊断设备等领域。其制造工艺与集成电器设计和生产技术相似。其显著特点在于部件尺寸微小，刻蚀深度通常在数十至数百微米之间，同时宽度误差极小。此工艺适用于生产三相电动机，适用于超高速离心机、陀螺仪等设备。在研究层面，需检测准原子尺度的微小形变和摩擦等。尽管目前尚未达到纳米级别，但仍具备显著的科研与经济价值。

3、纳米生物学

在纳米尺度上探讨细胞内各类细胞器的构造与作用，同时研究细胞内外以及生物体整体的物质、能量和信息交流。当纳米生物学达到一定技术阶段，我们能够利用纳米材料制造出能够识别并吸收癌细胞的纳米生物细胞以及生物医药，从而有效消灭癌细胞。

该研究的相关成果于2019年3月21日成功发表在国际知名期刊《纳米快报》上。

该团队选取噬菌体MS2的衣壳蛋白构建的VNP作为核心模型，率先创立了利用超滤技术来测量VNP的表观临界组装浓度的方法；接着，他们验证了该表观临界组装浓度为基础的包装技术在外源物质封装中的有效性和广泛适用性；此外，他们还进一步确认了此技术能够最大程度地维护外源载荷的稳定性和活性开元ky888棋牌官网版，确保外源载荷在封装过程中不受损害。该技术引入了一种与传统溶液交换方法截然不同的组装控制机制，操作简便，极大地拓宽了蛋白纳米笼作为载体的应用领域，从而将显著推动蛋白纳米笼在纳米技术各个相关领域的应用进程。

针对表观临界组装浓度的包装技术（以MS2 VNP的原理图为例）

4、纳米电子学

涵盖量子效应驱动的纳米级电子元件、纳米级结构的光电特性、纳米电子材料的特性分析，以及原子层面的操控与组装等领域。电子技术发展的新动向促使设备与系统趋向微型化、高效能、低温运行。微型化意味着提升响应速度，而低温运行则意味着降低单个器件的能耗。然而，微型化并非没有极限。纳米技术构成了建造技术的终极边界，其带来的影响将极为深远。

天津师范大学的研究者们，在二维材料石墨烯晶体管以及电子学生物传感器的研究领域，成功实现了创新性的突破。研究者首次提出了一种新型的全固态石墨烯场效应管（FSS-GFET）器件结构，该结构采用了原子层蒸镀沉积技术，在二氧化铪（HfO2）固态上栅结构上加工，以实现对石墨烯敏感沟道的严密封闭和污染阻隔。同时，在石墨烯垂直方向上，还加工了金属浮栅结构开yun体育官网入口登录app，用以承载溶液中的带电微粒，并激发其电场效应。实验证实，该新装置在水溶液铅离子浓度检测中开元棋官方正版下载，其性能与硅半导体IC器件相媲美，传感器性能显著增强，提升了两个数量级以上。尽管课题研究团队并未意图断言FSS-GFET结构即为GFET传感器的最终形态，但这一结构显然为石墨烯电子传感器的实用化开辟了一条切实可行的路径。