2010美德日三國新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程盤點(diǎn)

2011-01-16 00:34

杭州科技 2011年1期

關(guān)鍵詞：納米材料

美國

新材料

新導(dǎo)體五花八門，“分子紙”顯神通，儲(chǔ)能材料能力強(qiáng)，隱形越來越可能，材料也有“雙重性格”。

1 月，卡內(nèi)基研究所研究人員設(shè)計(jì)出3種高密度的氫與金屬合金材料的計(jì)算機(jī)模型，并發(fā)現(xiàn)在一定壓力和溫度下，這些合金出現(xiàn)了超導(dǎo)性。

3 月，俄亥俄州立大學(xué)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)由4對小于1納米的分子組成的世界最小超導(dǎo)體。該發(fā)現(xiàn)首次為納米級分子超導(dǎo)線的制造提供了依據(jù)。

4 月，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室納米科學(xué)研究中心宣稱研制出一種迄今為止最大、能在水中自組裝的二維聚合物晶體——“分子紙”。該片狀物質(zhì)由擬肽和經(jīng)過改造的聚合物組成，可廣泛應(yīng)用于制造薄膜或者功能性設(shè)備中。

5 月，杜克大學(xué)完善了銅納米導(dǎo)線的制造方法，可取代銀納米材料和銦錫氧化物，用于薄膜太陽能電池及柔性顯示器。同月，萊斯大學(xué)和以色列理工學(xué)院科學(xué)家們用氯磺酸化學(xué)溶液大批量制造出高純度的石墨烯，有望降低炭素復(fù)合材料和觸摸屏的生產(chǎn)成本，并推進(jìn)基于納米技術(shù)的新材料研發(fā)。

7 月，華盛頓州立大學(xué)使用超高壓在鉆石對頂砧（DAC）內(nèi)制造出一種結(jié)構(gòu)非常緊密并能夠存儲(chǔ)巨大能量的物質(zhì)。目前除核能之外，該物質(zhì)存儲(chǔ)的能量密度最大，未來可能用來制造新的能量儲(chǔ)存設(shè)備、電池和具有高度氧化能力的物質(zhì)以及超高溫超導(dǎo)物質(zhì)。

8 月，普渡大學(xué)研制出可增強(qiáng)光線負(fù)折射率的超材料，其中增益介質(zhì)的效率提高了50倍，并可增強(qiáng)入射光線。有助于研發(fā)功能超強(qiáng)的顯微鏡、計(jì)算機(jī)甚至隱形斗篷；波士頓大學(xué)和塔夫斯大學(xué)用絲綢制造出工作在電磁波和紅外線之間的隱身斗篷，雖然在可見光下仍沒有實(shí)現(xiàn)隱形，但絲綢的“生物相容性”使其有望在醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域發(fā)揮出色表現(xiàn)。

11 月，普林斯頓大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一種表面是金屬、內(nèi)部是超導(dǎo)體的拓?fù)涑瑢?dǎo)體晶體材料：極低溫度下，晶體內(nèi)部電阻為零；同時(shí)它的表面為仍有電阻的金屬?！半p重性格”晶體材料有望改變當(dāng)前的信息存儲(chǔ)與處理方式。

生物技術(shù)

生命認(rèn)識(shí)進(jìn)入新階段；DNA損傷可快檢；對付癌癥用“雞尾酒”；貼塊膏藥幫免疫；舊藥新用殺艾滋?。猾@取干細(xì)胞更簡單；醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)有新招；治療手段納米化。

在認(rèn)識(shí)生命方面，美生物學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室制造出了首個(gè)完全由人造基因指令控制的細(xì)菌。人工合成了實(shí)驗(yàn)老鼠的線粒體基因組。利用老鼠細(xì)胞培植出可分解毒素的人造老鼠肝臟，標(biāo)志著“訂制器官”技術(shù)的進(jìn)步；

公布了首個(gè)可植入式人工腎臟的原型；制造出了人造卵巢，這是人類首次制造出一個(gè)三維的身體組織結(jié)構(gòu)，也是首次制造出可完全承擔(dān)人體功能的身體組織。

發(fā)明了可直接用于創(chuàng)面的皮膚“打印機(jī)”，實(shí)現(xiàn)了皮膚組織的人工制造；東弗吉尼亞醫(yī)學(xué)院迎來了由冷凍了將近20年的胚胎孕育而生的男嬰，打破了此前胚胎冷凍13年的紀(jì)錄。

通過開啟過早衰老的老鼠體內(nèi)的一個(gè)端粒酶基因，扭轉(zhuǎn)了老鼠的衰老進(jìn)程，老鼠的器官也得以再生，其萎縮的大腦體積增大，并且恢復(fù)了生育能力。

在DNA研究方面，揭示了單鏈DNA在穿越碳納米管時(shí)發(fā)生的“易位”過程。該研究為實(shí)現(xiàn)高速、低成本的一對一的基因測序，以及完善個(gè)體化治療以治愈更多疾病奠定基礎(chǔ)；將已有30年歷史的彗星化驗(yàn)改造成一項(xiàng)全新的分析技術(shù)，不僅能加快DNA損傷分析進(jìn)程，還能應(yīng)用于流行病學(xué)和藥物篩選等。

找到了開發(fā)DNA自組裝材料的最佳方法，確定用于自組裝的DNA鏈的最佳長度應(yīng)介于10個(gè)堿基到30個(gè)堿基之間。

在治療癌癥方面，研發(fā)出納米級抗癌“雞尾酒療法”，首次將不同作用的納米粒子組合形成納米協(xié)作治療系統(tǒng)；首次證實(shí)，靶向納米粒子可傳輸?shù)侥[瘤中，釋放出雙鏈小干擾核糖核酸，并利用核糖核酸干擾機(jī)制關(guān)閉一個(gè)重要的癌癥基因。在U87的成膠質(zhì)瘤細(xì)胞系上首次完成了腦癌細(xì)胞系全基因組測序。

發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)鐵蛋白與納米粒子結(jié)合可瞄準(zhǔn)并殺死拉莫斯癌細(xì)胞，新發(fā)現(xiàn)將有望發(fā)展出癌癥靶向治療的新策略，并且副作用更??；首次在組織培養(yǎng)皿中將人體正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變成三維癌細(xì)胞組織；研制出可以阻斷與惡性黑色素瘤密切相關(guān)的B-RAF突變的抗癌藥物，科學(xué)家認(rèn)為，此成果堪與發(fā)現(xiàn)青霉素相媲美。

在病毒方面，發(fā)明由數(shù)百個(gè)微型針構(gòu)成“貼布疫苗”。貼在皮膚上，微型針就會(huì)滲透進(jìn)皮膚外層并且溶解，同時(shí)釋放出一定劑量的流感疫苗。

揭示了T細(xì)胞阻斷艾滋病病毒的作用機(jī)理；發(fā)現(xiàn)了兩種可有效中和艾滋病病毒的抗體VRC01和VRC02，能阻止90%以上已知的艾滋病病毒菌株侵襲人體細(xì)胞；發(fā)現(xiàn)胞苷和健澤合用可殺艾滋病病毒。這是人們首次尋找到無毒性副作用對付艾滋病病毒的方法。

在干細(xì)胞研究方面，美國地方法院發(fā)布干細(xì)胞研究臨時(shí)禁令。美國哥倫比亞特區(qū)地方法院8月23日以破壞人類胚胎為由禁止聯(lián)邦資金資助人類胚胎干細(xì)胞研究，在美國社會(huì)引起巨大反響。

將老鼠皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)細(xì)胞，繞開了誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞過程。利用蛋白質(zhì)可讓每千克臍帶血中的干細(xì)胞數(shù)量從20萬激增到6億。

在醫(yī)學(xué)診斷方面，制造出可輕易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行檢測的V形納米晶體管。這種納米級場效應(yīng)傳感器能測量5微米直徑的細(xì)胞，且不會(huì)對細(xì)胞造成任何可見傷害。

發(fā)現(xiàn)無痛的拉曼激光束能探出癌癥初發(fā)跡象，可能很快取代X射線作為一種非侵入式的疾病診斷方式。

借由促卵泡激素受體，發(fā)現(xiàn)了人體多種癌癥通用標(biāo)記，并借助掃描方法可讓多種類型癌癥自動(dòng)“現(xiàn)形”。

信息科學(xué)

iPad出奇制勝；“摩爾定律”重現(xiàn)生機(jī)；人機(jī)相連更緊密；信息存儲(chǔ)技術(shù)猛增；新芯片引領(lǐng)電腦新風(fēng)暴。

1 月，蘋果公司正式發(fā)布第三代移動(dòng)電子產(chǎn)品——平板觸屏電腦iPad，其電子書功能尤其引人注目。

4 月，英特爾公司開發(fā)出通過分析大腦掃描圖像就可探知人們“心思”的新軟件，它將幫助失去語言能力的人，并最終讓人類實(shí)現(xiàn)思維控制電腦。

5 月，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室研制出首個(gè)完整的生物電子系統(tǒng)——由三磷酸腺苷（ATP）驅(qū)動(dòng)和控制的生物納米電子混合晶體管，有望讓義肢與人體神經(jīng)系統(tǒng)直接“連線”。

同月，耶魯大學(xué)研制出一種量子計(jì)算機(jī)所需的信號(hào)放大器，其使用在低溫環(huán)境下工作的超導(dǎo)電路，能傳輸小到一個(gè)光量子所包含的微弱信號(hào)，且產(chǎn)生的“噪聲”小到接近量子計(jì)算機(jī)要求的理想最小值。該成果不僅在固態(tài)量子計(jì)算中有很好的應(yīng)用前景，也把量子度量學(xué)向前推進(jìn)了一大步。

同月，杜克大學(xué)成功研制出可自組裝的DNA分子開關(guān)，有望作為下一代計(jì)算機(jī)芯片的基本組件。當(dāng)在其上添加不同光敏分子時(shí)，即可制造出無數(shù)個(gè)同樣的細(xì)小器件，并顯示出獨(dú)特的“可編程”特性。利用這種技術(shù)，將來或只需一天就可完成現(xiàn)在全球每月生產(chǎn)出的芯片量。

同月，科學(xué)家研發(fā)出結(jié)合兩種硬盤寫入方式的新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，它可將目前硬盤的存儲(chǔ)密度由每平方英寸數(shù)百吉字節(jié)提升至1太字節(jié)甚至最高提升到10太位，可用于光刻、生物傳感器和納米操控等領(lǐng)域。

8 月，科學(xué)家展示了世界上首臺(tái)塑料計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備。該設(shè)備利用電子自旋來讀寫數(shù)據(jù)，能在更小的空間存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)，處理程序更快且更節(jié)能，有助于當(dāng)前計(jì)算機(jī)向未來全聚自旋電子計(jì)算機(jī)過渡。

9 月，英特爾公司推出全球首款集傳統(tǒng)微處理器、圖形處理器于一身的“沙橋”微處理架構(gòu)。沙橋芯片上集成有10億個(gè)晶體管，只要數(shù)秒就可完成上一代芯片數(shù)分鐘才能執(zhí)行的任務(wù)，電池壽命長且能耗少。

能源環(huán)保

利用病毒分離水產(chǎn)生氫，新型氣化方法和新型的氣化反應(yīng)器大幅提高生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化效率；鈾氮化合物或?yàn)樾潞巳剂希柲芨咝Ю糜行路ā?/p>

4 月，麻省理工學(xué)院利用病毒將氫從水中分離出來，在將水變成氫燃料的漫漫征程中邁出關(guān)鍵一步。

7 月，洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室利用光能對疊氮化鈾進(jìn)行了光解作用處理，首次成功獲得一種罕見的鈾氮（U-N）分子合成物。這種高密度、高穩(wěn)定性和高熱導(dǎo)性鈾氮物質(zhì)有望成為未來先進(jìn)的反應(yīng)堆核燃料。

8 月，斯坦福大學(xué)開發(fā)出“光子增強(qiáng)熱離子發(fā)射”太陽能轉(zhuǎn)換新工藝，效率比現(xiàn)有方法高出兩倍多，其發(fā)電成本將有可能與石油相抗衡。

9 月，麻省理工學(xué)院研發(fā)出了僅幾納米大小、能模擬植物光合作用機(jī)制而自我組裝、自我修復(fù)的“迷你”型太陽能電池，其理論光電轉(zhuǎn)換效率接近100%。目前該研究還處于“搖籃”中。

能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出一種可吸收光線并將其大面積轉(zhuǎn)化成為電能的新型透明薄膜，可用于開發(fā)透明太陽能電池板，制成可發(fā)電窗戶。

德國

新材料

研制出可用來制造柔性顯示器的有機(jī)分子和硅納米諧振器；改變硅材料的導(dǎo)熱性能；開發(fā)出適用于大型車輛的熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

2 月，德國漢堡大學(xué)成功對單個(gè)原子間磁耦合特性進(jìn)行了直接測量，其結(jié)果和于利希研究中心超級計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果一致，很有希望作為量子計(jì)算機(jī)的模型系統(tǒng)投入使用。

3 月，德國維爾茨堡大學(xué)研制出一種新的有機(jī)分子，暴露在空氣中20個(gè)月后仍能正常工作，可以用來制造高性能有機(jī)薄膜半導(dǎo)體，如可變形彎曲的“柔性顯示器”。

4 月，德國伊爾姆瑙理工大學(xué)研制出硅納米諧振器。這一發(fā)明可進(jìn)一步提高納米級微觀結(jié)構(gòu)成像的分辨率，對醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究具有重要意義。

6 月，德國萊布尼茨固態(tài)與材料研究所對非晶體銅鋯合金進(jìn)行改造，可以改變“金屬玻璃”較脆且無法承受拉伸負(fù)荷的缺點(diǎn)。

7 月，一個(gè)德法聯(lián)合研究小組通過在硅材料中嵌入鍺納米晶體，有效地阻止了熱傳導(dǎo)，從而將硅的導(dǎo)熱系數(shù)降至低于1瓦/米·開爾文，開創(chuàng)了硅材料用于溫差發(fā)電的新應(yīng)用。

9 月，德國弗勞恩霍夫化工技術(shù)研究所開發(fā)出一種適用于大型車輛的熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料生產(chǎn)方法，以此生產(chǎn)的材料重量比鋁輕，成本都比熱固性結(jié)構(gòu)材料低，且在汽車碰撞時(shí)的抗沖性能遠(yuǎn)比現(xiàn)有材料要好，可吸收碰撞時(shí)的沖力，而不會(huì)碎裂。