LH 知库丨纳米材料应用广泛，如何看待纳米技术创新之路？

“计算机科学的革命为操控数据提供了机会，纳米科学革命为未来操控物质创造了条件。” 【1】

简单地说，纳米技术是一种存在于微观层面的技术。更具体地说，科学家通常将“纳米技术”定义为"通过对大约1至100纳米尺度的物质进行的研究和控制而产生的独特现象使某种创新型应用成为可能的技术。纳米技术的应用是将物理、化学以及生命科学结合在一起而产生的纳米或微米尺度的产品和工艺的过程。由于纳米技术涉及创造具有新的分子特性和功能的材料、设备和系统，因此它被许多人称为“下一次工业革命”。

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自上世纪90年代至今，纳米材料已从实验室探索制备以及表征方法，发掘其物理和化学性质，逐步发展为与能源、电子、环境、生物医药等多领域协作的研究课题，因此纳米材料带来的技术革新具有广泛的应用价值。作为多学科交叉融合而成的前沿型、基础型、平台型技术，纳米技术为物理、材料、化学、能源科学、生命科学、药理学与毒理学、工程学等七大基础学科提供了创新推动力，成为人类最具创新能力的科学研究领域之一以及变革性产业制造技术的重要源泉。

纳米材料如今已经广泛应用于工业制造领域。在传统机械制造业，纳米材料被用作机器零件的表面涂层或润滑剂，以减少磨损、延长机器使用寿命。在航空航天器制造业，质量轻、强度高的纳米结构合金是制造飞机机身以及过滤、抗振、防火零部件的理想材料。在电子信息产业中，纳米技术的应用将有助于克服以强场效应、量子隧穿效应为代表的物理限制和以功耗、散热、传输延迟为代表的技术限制，制造出基于量子效应的新型纳米器件，推动高性价比制备工艺的发展。在轻工业领域，人们日常使用的防晒霜，其主要成分是纳米二氧化钛或氧化锌，而纳米纤维则用于制造防皱、防沾污、抗菌的衣物，以及各类体育用品如网球拍、自行车等。

在生态文明建设、推进节能减排和低碳发展方面，纳米技术作为多学科交叉领域，能够显著促进可替代能源的发展，提高能源使用效率。在石油化工行业，金属、氧化物、碳和其他化合物的纳米颗粒是很好的催化剂，在石油精炼、生物燃料制造等领域有重要应用，可以显著提高燃料的燃烧效率，减少污染和能耗。在清洁能源领域，纳米材料用于研发制造低成本固态太阳能电池，高性能可充电电池（含超级电容器）和温差电池、燃料电池等；高效纳米储能材料、热电转换材料等，是新型能源材料主要发展方向，将对解决日益突出的能源问题起到重要作用。

利用纳米环境技术可以显著减少现有重型污染源对环境的破坏，提高人类生存的环境质量，实现材料、水和空气的良性循环。例如纳米颗粒可通过化学反应有效降解印染、电镀等工业废水的污染物，纳米纤维能够高效吸附空气中的污染物颗粒，缓解汽车尾气、工业废气、家庭装修等造成的大气污染，二硫化钼薄膜能高效实现盐水淡化，多孔纳米材料可以像海绵一样吸收水中的重金属和浮油等有毒物质。

作为医学与健康科技成果转化的重点关注学科，纳米技术在生物医学、药学等生命科学领域有重大应用，对疾病诊断和治疗产生深远影响，具有重要的社会与经济前景。

迄今为止，纳米技术在生物医学方面有很多引人瞩目的成就和富有前景的应用。纳米孔基因测序技术，利用电场驱动DNA单链穿过薄膜上的纳米孔，并记录孔上产生的电流变化，从而识别出单链上的基因编码序列。该技术有望大幅降低基因测序成本并提高测序速度。纳米药物递送技术，较传统药物具有显著优势，它能让药物突破化学、解剖学和生理学方面的阻碍，抵达病变组织，提高药物在病灶位置的聚集量，减少对健康组织的损害。例如，经过精心设计的纳米药物可以经血管渗漏点渗入癌变组织，并在靶点位置积聚，提高癌症靶向治疗的精度。近年来，该领域一个突破性进展是药物缓释纳米机器人的研发。这种全新的智能给药系统将药物装入经过编程并折叠的DNA，让其通过血液循环运输。一旦抵达目标肿瘤，DNA就会展开并释放一种能导致血栓的蛋白质，使癌细胞死亡。这一技术已经在小鼠身上进行了测试，在治疗乳腺癌方面具有积极作用，有望开创纳米医学全新领域。

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在医疗防护方面，利用静电纺丝技术制造的纳米级直径聚合物细丝，具有滤材孔径小、纤维均一性好等特性，用这种材料制造的纳米口罩经过100次清洗还能保持99%以上的病毒过滤效果。这种材料还可以用于制造防护服、手套等医疗防护用品。纳米技术还应用在病毒检测方面。目前，新冠病毒的临床诊断主要依赖酶联免疫法、化学发光法以及纳米胶体金法。酶联免疫法和化学发光法都可以进行定量检测，但缺点是反应时间较长。纳米胶体金检测法是一种即时检测方法，与前两种检测方法相比，具有快速出具结果、检测场地不受限制以及对操作者专业性要求低等优点，更加适用于“后疫情时期”。在治疗方面，传统抗病毒药物稳定性较差、生物利用度低，且易导致耐药性，经纳米制剂技术改造后的抗病毒药物，能够有效提高药物稳定性、靶向性及生物利用度。相信在不久的将来，纳米抗病毒药物会在防疫抗疫工作中大显身手。

随着国家的大力支持和投入，我国纳米技术得到了快速的发展，在纳米领域前沿基础研究、应用技术与成果转化等方面均取得重要进展，涌现了很多高质量的原创性成果，跻身世界纳米技术大国，整体研究水平已走在世界的前列。未来，随着科研工作者们的不懈努力，医疗领域将出现更多的高精尖纳米技术，纳米技术的日新月异也将不断推动人类健康发展，造福千家万户。

纳米技术领域的风险投资在2010年开始后的很长一段时间一度不温不火，部分原因是互联网泡沫的破裂给投资人带来的创伤仍然存在。很多互联网投资者曾经过早为初创公司提供大量资金，导致泡沫破裂后损失惨重。而后，投资人通常更加谨慎，在看到公司拥有可商业化的产品、经得起考验的专利、不断增长的目标市场、可能的盈利点以及强大的管理团队之后，才会为公司注入大量资金。投资环境导致纳米技术的创业者需要对其优势和劣势进行更严格的自我评估，并用可靠的商业计划打动潜在投资者。

创办以科学技术为核心的企业，取得成功需要2大要素：首先是令人信服的技术；其次是团队能力。罗伯特·兰格 （Robert S. Langer）是美国多家知名生物技术企业的创始人、麻省理工学院（MIT）享有最高荣誉的教授之一，同时也是领航新界美元基金Kendall Capital Partners 的投委会成员之一。兰格教授的生物技术科研之路也曾是困难重重，面对困境，他选择了成立自己的实验室和公司，走出一条“产研结合”之路。兰格教授曾分享过他对未来医学前景的想法，其中包括他在生物医学组织工程、纳米技术等方面的规划。从石油化工博士到生物技术专家，在转型中，兰格教授在导师犹大·福克曼（Judah Folkman）的启发下，其团队实现了纳米颗粒包裹药物靶向递送技术，也正是基于这一研究，兰格团队成功研制了纳米颗粒包覆的mRNA疫苗，实现了纳米技术从实验室到为社会创造价值0到1的突破。

兰格教授认为，创办科技公司需要有3P——平台技术（platform），论文（paper）和专利（patent）。

平台技术通常能通过应用核心技术，开发出不同的系列产品，这样的平台就有必要形成新公司，例如基因泰克（Genentech）就是利用遗传工程和重组DNA技术平台所创办的。尽管单一产品的非平台技术也能成功，但具有平台技术的公司和专利技术更容易找到投资和合作伙伴，拥有平台技术的初创公司比单一产品的公司更容易成功或获得更多机会。

发表论文是学术成就的评判标准之一，为什么对创办公司如此重要？兰格教授认为在一流杂志上发表高质量论文并非做秀，而是通过同行评议，发现或证实重大科技突破，只有同行或竞争对手都表示认可的技术，才具备市场潜力和投资价值。如果没有高质量论文作为技术铺垫，基本很难成就一家伟大的公司。纵观历史，那些对技术保持神秘，不接受同行评议的公司，很难找到持久的科技和商业的合作伙伴。

申请专利是对技术最好的保护也是兰格实验室的标准流程。通常，科学家在发表论文时就会布局专利的申请。最理想的专利是保护范围尽量宽的平台技术专利，这样可以防止竞争对手吃到免费午餐。作为投资者和商业合作伙伴，对专利相当看重，没有IP保护的技术，很难获得资本的青睐。

当今技术变革的步伐在以从未有过的速度前进，极其微小的纳米世界的变化足以催化一场技术革命，对我们日常生活与工业发展带来深远的影响。虽然纳米技术在很多研究领域仍未走出实验室，但领航新界认为以下三个领域已经在影响着我们的未来：材料科学、纳米医学和电子器件工程。随着纳米技术逐步成为多学科渗透的交叉研究领域，未来越来越多的科技创业公司将会以纳米平台型技术为驱动力，找到未来产业发展痛点，从而实现企业与社会价值。