纳米神器有多酷

　　纳米技术已成为“诺贝尔奖专业户”。近20年来，11项涉纳米的科技成就获得该奖项。纳米技术也与信息技术、生物技术共同构成当今世界高新技术的三大支柱，被公认为最重要、发展最快的科技前沿领域。去年，量子点这一纳米晶体的发现荣获诺贝尔化学奖。而今，量子点及其技术已引入广州转化落地，企业也实现了量产。

　　量子点等纳米技术如何改变我们的生活？纳米作为一个长度单位因何能衍生出如此多的科技？广州在纳米科技领域又有哪些优势？本期《科技周刊》将向大家一一介绍。

　　文/广州日报全媒体记者武威

　　诺奖应用：

　　量子点材料带来全新视觉体验

　　来到广纳珈源（广州）科技有限公司，展台上的玻璃器皿盛放着赤、橙、黄、绿、青、蓝各色溶液，肉眼看来清澈透亮，但其内部却分散着很多直径仅几纳米的量子点颗粒。

　　广纳珈源（广州）科技有限公司相关负责人告诉记者，量子点是一种纳米级别的半导体晶体，它主要由锌、镉、硒、硫等无机物及有机配体组成。

　　原理

　　通过对量子点这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定波长的光，随着量子点尺寸的改变，发光的颜色也会变化。

　　直径较小的量子点发射波长较短的蓝光和绿光。

　　直径5~6纳米的较大量子点会发出波长较长的橙光和红光。

　　因此，通过调节量子点的尺寸就可以控制其发光颜色，科学家们称之为“量子尺寸效应”。

　　由于量子点材料的发光颜色纯净，光转换效率高，量子点材料在高清显示、生物医学检测、太阳能等领域有着广泛的应用前景。

　　应用

　　量子点光扩散板 减少蓝光刺激

　　2013年 量子点材料在显示领域首次商用

　　为了提升显示色域与画质，早在2013年，美国Nanosys与3M公司就采用了量子点胶水，在水氧阻隔膜中制备出量子点光转换膜，首次实现了量子点材料在显示领域的商业应用，但因其制造成本高，产业界推广较慢。这一制备方式已被美国Nanosys公司申请专利。

　　2017年 全球首款商用标准量子点光扩散板开始研发

　　广纳珈源（广州）科技有限公司始于2004年由武汉大学化学院孵化的全国首家量子点公司。当时，公司的量子点技术主要运用于生物医学方向。2017年，国内不少电视供应商希望寻找量子点转光膜国产替代产品，以降低量子点电视成本。团队也开始了相关领域的技术攻关，最终开发出全球首款达到商业应用标准的量子点光转化器件（量子点光扩散板），并已申请国际PCT专利。公司技术负责人告诉记者，2022年9月，在广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院的支持下，公司落户广州，并迅速开启了量子点光转化器件的生产。

　　和普通电视相比，采用量子点光扩散板的产品显示色域高、画质细腻清晰、光线柔和；同时，量子点材料会吸收蓝光，由此可减少电视屏幕发射蓝光对眼睛的刺激，起到护眼的作用。

　　饿死癌细胞：

　　温敏纳米凝胶堵塞肿瘤血供

　　纳米材料不仅能“点亮”癌细胞，还可以利用各种特殊性质杀死癌细胞。

　　广州市的广纳安疗科技有限公司生产了一款温敏纳米凝胶，目前正进行一项针对200例肝癌患者的临床试验。

　　针对肝癌、肾癌等血供丰富的肿瘤，利用栓塞剂堵塞给肿瘤提供营养的血管，是一种十分有效的治疗方式。但目前，市场上的固体栓塞剂流动性差，无法进入末梢小血管；液体栓塞剂流动性虽然好，但很容易被血液冲掉，无法起到封堵作用。此外，传统栓塞治疗往往会导致患者的疼痛加剧——但如今，新型温敏纳米凝胶能解决传统栓塞剂的痛点。

　　原理

　　1.温敏纳米凝胶在常温下是液体状态。在液体中，分散了非常多的纳米凝胶颗粒，并保持亲水状态。

　　2.随着凝胶温度升高到人体体温时，其中的纳米颗粒就会从亲水状态变成疏水状态。纳米凝胶会团聚在一起。

　　3.“宏观上看，当凝胶注射入血管后，会从液体变成固体，像浇铸一样，实现对肿瘤血管的适形栓塞，从而产生良好的栓塞血管功能。”广纳安疗相关负责人李涵说。

　　应用

　　针对肝癌中晚期患者进行临床试验

　　今年1月开始，这款温敏纳米凝胶栓塞剂率先在云南省肿瘤医院针对多名肝癌中晚期患者进行了临床试验，该试验已于今年8月中旬结束。李涵介绍，这些接受温敏纳米凝胶栓塞治疗的患者中，有1位患者的肿瘤直径达9.8厘米，经过纳米凝胶的栓塞治疗之后，肿瘤已完全消失。另有多名患者，肿瘤的体积缩小了50%以上或得到有效控制。此外，这些患者在进行完治疗后，没有出现常规栓塞剂造成的疼痛现象。

　　9月10日，一项针对该款应用纳米技术栓塞剂的全国多中心临床试验已正式开始。李涵表示：“这次我们共在全国选取了10家著名医院开展临床试验。在广州，我们和中山一院以及中山三院进行合作，参与临床研究的人数将扩大至200人（实验组+对照组）。这也是我们为产品上市做的最后准备。”

　　李涵介绍，目前公司已实现年产25万支温敏纳米凝胶栓塞剂的产能，“足够覆盖中国患者的需要”。

　　广州建国际一流纳米产业创新高地

　　拥有纳米产业领域全国唯一的国家级产业创新平台

　　中新广州知识城中国纳米谷打造高精尖纳米技术产业高地

　　如今，广州已集聚了大量纳米科技企业和研发机构。广州依托国家纳米科学中心建立了广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院（简称广纳院）。位于广州的国家纳米智造产业创新中心是纳米产业领域全国唯一的国家级产业创新平台，正是依托广纳院组建的。此外，广州人工智能与数字经济试验区内还建有纳米科技研发核心区、中试孵化区等，将推动全球纳米科技创新成果在广州落地孵化。

　　在产业链发展方面，广州已集聚大量纳米科技企业。位于中新广州知识城的中国纳米谷，着力打造具有全球影响力的高精尖纳米技术产业高地。这里正重点布局一批纳米科技领域的重大产业项目，在纳米仿生材料、基因工程、纳米光电器件、碳纳米器件等新兴前沿领域，培育及孵化一批高科技创新企业。

　　在政策引领方面，《广州市战略性新兴产业发展“十四五”规划》提出，在纳米科技领域，依托广东粤港澳大湾区纳米科技创新研究院等科研机构和纳米智能技术园、纳米生命与健康技术科技园等产业平台，加快建设纳米产业的创新中心、中试基地、试验场景，努力建成中国纳米谷。推动纳米科技在材料、环保、信息、生物等领域的研发与应用。

　　广纳院相关负责人表示，广纳院成立以来，共吸纳院士5人，现有研发人员528人，已转化高科技企业15家，申请并获授权专利224项。

　　中国科学院院士、广纳院首席科学家赵宇亮认为，广州已具备纳米技术产业发展的良好基础，广纳院要通过产业链、创新链、资金链、政策链的合力作用，建设国际一流纳米产业创新高地，助力广州产业发展二次腾飞。

　　纳米特性有助开发新器件新材料

　　物质在纳米尺度下为何会出现独特的物理化学性质？国家纳米智造产业创新中心相关负责人向记者介绍，纳米技术是以纳米科学为基础，研究结构尺度在1~100nm范围内材料的性质及其应用。纳米的尺度效应使得各类物质在纳米态时会产生与宏观状态不一样的物理化学性质。“在纳米尺度下，物质量子效应开始显著，这些效应为新型器件和材料的开发提供了新的可能性。此外，纳米尺度下，材料的表面积比显著增加，这也影响了材料的催化性、吸附性等性质，对化工、能源存储等领域有重要意义。举个例子，比如我们眼前的陶瓷杯，在宏观尺度下，陶瓷非常容易碎，形态也不可能弯曲，但如果陶瓷细化到纳米尺度，成为纳米陶瓷，就可以喷涂在电缆上，起到绝缘作用，而这样的电缆也可以弯曲翻折。这一技术已得到广泛应用——这便是宏观状态下的陶瓷无法实现的效果。”

　　“在当今社会，纳米技术几乎无所不在。”中国科学院院士、广纳院首席科学家赵宇亮向媒体介绍，在过去20年有960个最前沿的科学研究方向，其中89%与纳米科技有关。纳米技术已渗透到人类生活的方方面面。

　　新能源汽车领域

　　电池中的正极、负极、隔膜、电解液如今用的都是纳米材料。赵宇亮介绍：“纳米材料的应用大幅提高了电池能量密度。只有纳米材料，才可以把电池容量尽可能提到理论的水平。也就是说，提到最高的限度。”

　　医疗健康领域

　　纳米药物递送系统可以提高药物的靶向性，减少副作用，治疗癌症等复杂疾病。纳米传感器可用于早期疾病检测和监测，提高诊断的准确性和速度。

　　广纳院正在研发的医用DNA纳米机器人同样有望用于肿瘤治疗。医用DNA纳米机器人可以直接通过静脉注射入体内，借助DNA纳米结构特异性识别功能，待药物到达特定肿瘤位置后，DNA纳米结构便会展开，其内部载带的药物旋即释放出来，使得抗肿瘤药物只针对特定肿瘤细胞产生作用，从而显著降低其毒副作用。

　　能源领域

　　纳米材料在太阳能电池中得到应用，提高能量转换效率，让太阳能发挥更大效益。

　　环境领域

　　纳米过滤和吸附材料用于水和空气净化，纳米催化剂用于降解污染物和绿色化学过程。

　　农业领域

　　纳米肥料和农药的控释系统可提高作物吸收效率，减少环境污染。纳米技术还在食品保鲜中得到应用，延长食品的保质期。

　　安防领域

　　纳米材料可用于提高防护装备的性能，如防弹衣和安全头盔，纳米追踪技术用于提高安全性和防伪能力。

　　智能制造领域

　　纳米精度的3D打印和微纳制造技术可实现复杂结构和功能的制造。纳米传感器在智能制造系统中用于监测和控制生产过程。

　　航空航天领域

　　纳米材料可以减轻航天器的重量，提高燃料效率和载荷能力，纳米防护涂层也可抵御极端环境的影响。