什麼是奈米技術?它的用途和範例
我們解釋什麼是奈米技術、它的用途和範例。此外,在醫學、生物技術等領域也有應用。
奈米技術創造了在分子層面上工作的「機器」。
什麼是奈米技術?
從廣義上講,奈米技術是在原子或分子尺度(即奈米尺度)上操縱和製造材料和製品。這是一個非常廣泛的研究和應用領域,仍在不斷鞏固。
奈米技術涉及亞原子物質以及有機化學、分子生物學、半導體、微加工和表面科學等科學學科的具體知識。
簡而言之,奈米技術始於建造微型機器的想法,進而生產出具有獨特且特定分子結構的新型材料。
然而,許多這些「機器」的性質與我們日常生活中使用的機器並不相似,但很可能由基因「重新編程」的病毒和其他生物技術手段組成。因此,這項技術是無限的可能性來源,當然也存在危險。
此外,透過奈米技術,已經建構了奈米材料,它們是自然界中不存在的元素 ,具有驚人的特性。它們是透過對現有材料的分子進行修飾而產生的。
因此,一個巨大的研究領域已經開啟,幾乎有無限的應用,這些應用仍在定義和實驗中。奈米技術有望帶來新的工業和科學技術革命。
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奈米科技的歷史
1959年,奈米技術和奈米科學的可能性首次被討論。第一個提到它們的是諾貝爾物理學獎得主(1965年)、美國人理查德·費曼(Richard Feynman,1918-1988)在加州理工學院(美國加利福尼亞州)的演講中,他在演講中提出了透過直接操縱原子進行合成的理論。
然而,「奈米技術」一詞是由日本人谷口則夫(Norio Taniguchi,1912-1999)於1974年創造的。從那時起,許多人夢想或理論化了這種先進機器和材料的可能性。
例如,美國工程師金·埃里克·德雷克斯勒(Kim Eric Drexler,1955-)參與了該術語和此類研究的普及,在很大程度上促成了20 世紀80 年代納米技術研究領域的正式開始。這也響應了當時顯微鏡技術的進步和 1985 年富勒烯的發現。
從2000年開始,奈米材料開始工業化應用。作為回應,世界各國政府開始投入巨額資金進行奈米技術的研究與發展。
不久之後,它在生物化學、醫學和基因工程領域的應用就變得顯而易見。如今,即使在所謂的第三世界國家,它也是最具有效性和需求的科學領域之一。
奈米科技有什麼用途?
從根本上來說,奈米技術是一種原子或分子尺度的材料工程。這意味著它允許在無限小的尺度(1 到 100 奈米之間)操縱物質,即大致介於DNA分子(2 nm) 和支原體屬細菌(200 nm) 的大小之間。
因此,奈米技術的用途實際上是無限的:從幹預生物的化學成分,從而對微觀生物的 DNA進行修改和「編程」以執行某些生化任務,到製造新型材料和技術。 ,稱為奈米材料。
奈米科技應用
奈米技術生產與農業合作的農藥或肥料。
奈米技術目前的一些應用與:
紡織工業。 創造智慧織物,能夠在晶片或其他電子儀器中預先編程行為,從而能夠自清潔、防污或能夠改變顏色和溫度。
農業設計。 製備可以改良土壤的殺蟲劑、殺蟲劑和受控生化肥料,以及用於檢測地下水、養分濃度等的奈米感測器。
對牲畜的支持。 透過疫苗和藥物的奈米粒子製造來照顧牲畜的健康,或能夠警報疾病、寄生蟲等存在的奈米感測器。
食品工業。 在這一領域,開發了從食品感測器(即可以檢查食品活力的元件)到專門為減緩食品自然分解過程而設計的奈米包裝。
奈米藥物。 這是第一代採用奈米系統設計的藥理產品,能夠高效、特異性地分配藥物活性化合物,獲得更好、更快的結果,並最大限度地減少附帶損害。
另一方面,業界將以下領域視為未來的研究領域:
奈米資訊學。 透過奈米系統設計具有巨大功率和速度的電腦系統。
奈米熱學。 應用奈米機器高效快速調節局部溫度。
奈米能源。 它們很可能高效、安全且對環境影響較小,作為 21 世紀開始的能源危機的解決方案。
環境解決方案。 例如奈米技術危險廢棄物處理或垃圾處理系統。
奈米科技的例子
目前奈米技術應用於人類問題的幾個例子如下:
殺菌黑矽。澳洲和西班牙科學家宣布創造出一種被稱為「黑矽」的材料,其分子成分除了降低有效性外,還可以在不需要添加產品的情況下防止多種革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的增生。
使用機器人進行奈米手術。瑞士蘇黎世聯邦理工學院實驗室正準備測試其第一個磁導微型機器人,稱為OctoMag,預計能夠在不打開患者身體的情況下進行顯微手術,只需使用小針將其註射到體內即可。類似的微型幫浦模型也在美國進行了測試,必要時可將藥物釋放到眼睛中。
奈米科技在醫學上的應用
奈米疫苗可以幫助免疫系統對抗疾病。
至少可以說,奈米技術對醫學進步的承諾是令人驚訝的。上面我們給了幾個例子,但仍有許多東西有待發現,例如:
奈米科技延緩老化。有一天,我們可以使用奈米顆粒在分子層面上對抗衰老,並進一步延長我們的預期壽命,延緩衰老。
奈米疫苗。基於將奈米系統引入人體的疾病保護系統,這將有助於免疫系統對抗所有類型的新疾病。
基因重編程。使用奈米機器人可以修改我們的 DNA,並逐漸消除攜帶先天性疾病、缺陷和其他疾病的基因。這將總體上改善該物種的生活品質。當然,這也需要在某種程度上重新思考科學的道德法則。
奈米技術和生物技術
生物技術是應用技術解決生物問題的方法。由於奈米科學的引入,它達到了一個全新的水平。
透過 DNA 奈米技術幹預對生物進行編程或重新編程的可能性可以讓我們引導生命走向更方便的道路。然而,生物技術和奈米技術的結合將涉及重大的倫理和生物風險。
人類非常清楚當試圖扮演上帝時會發生什麼事。例如,生產更多的乳牛和肉牛、抗蟲作物等,必須始終與反思我們在世界自然秩序中的地位並行不悖。
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