目錄

美開發新納米光刻術 醫學應用前景廣闊

日本用導電高分子薄膜開發出電化學晶體管

中國科學家首次發現氧化鐵納米顆粒模擬酶表明惰性金屬材料在納米尺度具有催化活性

我國科學家最近合成出新型鉑納米材料催化劑

IBM發布納米技術方面最新兩項重大突破

美科學家利用聚合物傳遞基因

以色列制成低成本太陽能光電池

分子光動力控制釋放納米器件在上海研制成功

新型納米復合材料高效處理廢水

科學家用DNA作為納米印刷模板

加制成超微導電納米電線 長度達五萬納米

美開發新納米光刻術 醫學應用前景廣闊

美國喬治亞工學院研究人員稱，他們已成功開發出一種納米光刻術。這種新型納米光刻術不僅速度極快，而且能夠用于包括空氣和液體等多種工作環境。

據研究人員介紹，新的納米光刻術被稱為熱化學納米光刻術（TCNL），它在電子業、納米應用流體學和醫學等多領域均具有潛在應用前景，能幫助工業界在速度和規模上商業化生產包括納米電路在內的廣范圍的納米圖案結構。

研究人員表示，新的工藝實際上相當簡單。他們將原子力顯微鏡的硅材料探針加熱，并讓它在薄高分子膜上“行走”，從而獲得電路圖。探針尖的熱量導致高分子膜表面發生化學反應，改變了薄膜的化學性質，從原來的“厭”水物質轉變成現在的“親”水物質，因此能與其他分子牢固地粘貼在一起。

新的熱化學納米光刻術速度相當快，每秒鐘“刻寫”長度超過數毫米。現在廣泛采用的蘸筆納米光刻術（DPN）“刻寫”速度僅為每秒鐘0.0001毫米（即0.1微米）。利用新工藝，研究人員能夠在不同的環境中“刻寫”最小寬度僅為12納米的圖案。

除“刻寫”尺寸小、速度快和可在多環境中工作外，熱化學納米光刻術的另一個特點是它不像常規納米光刻術那樣，需要其他的化學物質或強電場。此外，采用IBM公司開發的原子力顯微鏡探針組，熱化學納米光刻術還具有大規模生產的潛能，可讓用戶同時用上千個針尖獨立地“刻寫”圖案。

喬治亞工學院物理院助理教授愛麗莎·瑞爾朵說：“熱化學納米光刻術屬于高速和多功能技術，它幫助我們更進一步邁向商業化所需的光刻速度。由于我們只是加熱以改變其化學結構，而不需要將任何材料從原子力顯微鏡探針轉移到高分子膜表面，因此這種方法要比常規方法快得多。” 

日本用導電高分子薄膜開發出電化學晶體管

由日本東北大學多元物質科學研究所教授宮下德治等人組成的研究小組，利用Langmuir-Blodgett（LB）法研制出了數十nm厚的導電高分子（polythiophene，聚噻吩）薄膜，并使用它設計并試制了驅動原理采用電化學氧化還原反應的晶體管。試制出的晶體管在1.2V電壓下工作，導通截止比為2000。具有可印刷、可彎曲等特點，有望成為用于實現近年來因有可能從根本解決成本問題而受到業界關注的有機晶體管的候選材料之一。此項成果將在日本第54屆高分子討論會（2005年9月20日～22日，日本山形大學）上發表。

LB法就是指將具有親水基（Hydrophilic Group）和疏水基（Hydrophobic Group）的分子（兩性分子）鋪在水面上，然后再移至底板上制作出排列整齊的分子。宮下教授此次使用了丙烯酰胺聚合物。作為親水基的酰胺基（Amide Group）先鋪在水面上，上面再排列著聚合物主鏈（Polymer Main Chain），而作為疏水基的丙烯基（Acryl Group）（碳元素數為12個）則垂直立于水面（圖1）。分子厚度約為1～2nm。宮下等人稱其為“高分子納米薄膜”。

將這種丙烯酰胺聚合物和導電高分子聚噻吩溶于三氯甲烷（chloroform）溶液中，使其在水面展開。當三氯甲烷揮發后，即可形成聚噻吩分布于丙烯基之中的結構分子。對此，宮下描述說“就像是聚噻吩分布在固體人造黃油中一樣”。將這種分子膜層疊10層，即可制成厚20nm的導電高分子納米薄膜。

先在玻璃底板上形成作為源極和漏極的金屬極，再在它的上面層疊經過調整的導電高分子納米薄膜。接著再在它的上面撒上由有機溶劑組成的電解液，加上作為柵極的ITO即可形成電化學晶體管。

只要不向柵極施加電壓，這種高分子納米薄膜就是絕緣體（截止狀態）。一旦向柵極加壓，就會從聚噻吩中釋放出電子，形成正電，從而就會便于共軛高分子中的電子發生移動。然后再由電解液提供摻雜物（PF6-），就會使電子產生流動（導通狀態）。這就是可切換聚噻吩氧化與還原狀態的電化學晶體管。在實驗中目前已經得到了柵極電壓為1.2V、導通截止比為2000的結果。

據該研究小組稱，由于有電解液，因此今后準備首先對不是純固體這一點進行改進。據稱現已從原理上提出了沒有電解液也可運行的晶體管。另據宮下表示，在材料方面目前仍處于基本的探討階段，今后希望利用近年來受到業界關注的可印刷、可彎曲的TFT（薄膜晶體管）等材料進行元件研究。

在有機電子領域，業界正在探討使用低分子并五苯的可行性。與此相比，作為高分子來說，由于容易產生耐熱性和耐用性，不需結晶工藝，因此操作方便，易形成可彎曲性，因此宮下強調指出高分子材料在有機電子領域中將會成為大有希望的材料。

對于LB法的量產性，相關設備和制作方法近來都取得了顯著進步，該小組認為“只要電子業界能認真對待，肯定沒問題”。由于此次的成果比十幾年前曾流行一時但后來卻銷聲匿跡的LB膜先進，因此宮下表示：“希望在報道中使用高分子納米薄膜這個說法，而不要說成LB膜。” 

中國科學家首次發現氧化鐵納米顆粒模擬酶表明惰性金屬材料在納米尺度具有催化活性

中國科學院生物物理研究所閻錫蘊研究小組的《氧化鐵納米顆粒具有過氧化物酶活性》一文，日前在9月份出版的《自然.納米技術》雜志上發表。該刊物同時配發的評論文章《氧化鐵納米顆粒：蘊藏的功能》稱：“閻錫蘊、柯沙和同事們首次發現氧化鐵納米顆粒具有類似過氧化物酶的催化活性，并提出了氧化鐵納米顆粒模擬酶的概念。這一發現不僅為惰性金屬材料在納米尺度具有催化活性的學說提供了新的論據，而且拓展了磁性納米顆粒的應用。雖然如何在生物技術和醫療領域更好地利用納米材料的催化活性還有待探索，但氧化鐵納米顆粒催化活性的發現，無疑將使人們對此產生更多的關注。”

據評論文章介紹，在納米醫學研究中，氧化鐵納米顆粒作為一種理想材料，可用于疾病診斷、控制藥物釋放和體內分子成像。氧化鐵納米顆粒通常用于分離和純化蛋白質、DNA、病毒和細胞。這主要利用氧化鐵納米顆粒的磁性，如果將其表面連接抗體一種能夠特異識別生物分子的蛋白質，它便具有靶向識別和磁性分離的雙重功能。在醫學應用中，傳統的檢測方法是將納米顆粒的磁分離作用與酶標記的抗體免疫反應結合起來，后者通過酶催化底物顯色顯示生物分子的存在并進行定量。

閻錫蘊研究員長期從事腫瘤抗體研究，近年來主持著國家“863”計劃“腫瘤抗體藥物”課題、國家自然科學基金及中科院方向性研究項目，并參與國家“973”納米生物學研究項目。她說：“這一發現是典型的學科交叉產物，是免疫學、生物化學和材料學共同合作研究的結果。這一發現在意料之外，但在情理之中。”

據閻錫蘊介紹，她的研究小組最初的試驗設計是為了尋找腫瘤細胞新靶標，在磁性納米顆粒上連接了他們已獲得發明專利的“抗體”，希望研制一種新的具有識別抗原和磁性分離雙重功能的免疫納米顆粒，用于腫瘤的診斷和治療。然而，在鑒定抗體分子是否連接氧化鐵納米顆粒時，研究人員遇到了不能排除的本底噪音。在用盡各種方法排查之后，他們沒有得到預期的結果。研究小組由此推測，磁性納米顆粒可能具有另外一種尚未被發現和證明的性質，這種性質很可能是過氧化物酶的催化活性。

為了證明這一推斷，閻錫蘊研究小組從不同納米材料研究機構取樣，并對不同大小尺寸的氧化鐵納米顆粒材料分別進行研究，試驗最終證實了研究小組的推測是正確的。隨后，研究小組又利用納米顆粒模擬酶的這一新特性，設計了多種免疫檢測方法，實現了對乙肝病毒表面抗原和肌鈣蛋白的檢測。并將其與具有蛋白質性質的辣根過氧化物酶進行比較，發現這種納米顆粒模擬酶具有制備簡單、經濟、耐高溫和耐酸堿等諸多優勢。在此基礎上，他們研制了多種新型免疫檢測模型，拓展了氧化鐵納米顆粒在其他方面的新用途。例如，污水處理和酸雨檢測。

閻錫蘊說，由于國家、中科院和中科院生物物理所對于納米生物學和納米醫學等交叉學科的重視，使她這樣從事腫瘤抗體研究的學者有機會參與納米科學的研究，有機會與物理、化學等領域的專家合作，從而促使她關注納米材料和納米技術與生物學的結合點，并有了這項成果。她說，研究人員對研究中出現的看似偶然和不可能的現象，不能輕易放棄，特別是實驗結果與預期相左時更應如此。只有進行認真分析，才可能會有意外的發現。這便是科學探索的本質。

               我國科學家最近合成出新型鉑納米材料催化劑

隨著電化學制備催化劑方法的誕生，我國科學家最近合成了新型鉑納米材料催化劑，實現了在催化活性、穩定性和效率上的提高，這是我國在鉑納米材料催化劑制備方法上的重大突破。

鉑納米材料是一種能夠提高一些重要化學反應效率的催化劑，良好的性能已使其成為催化劑家族的新寵。盡管前景廣闊，但由于制備工藝的落后使得用傳統方法合成的表面由低指數晶面組成的鉑納米材料的催化效率低、使用壽命短，而鉑又屬于資源稀缺的貴金屬，價格高昂；因此，鉑納米材料催化劑目前難以實現廣泛應用。提高催化效率是推廣的關鍵，科學家認為，制備表面為高指數晶面結構的鉑納米材料催化劑能夠顯著提高催化效率。

廈門大學化學化工學院、固體表面物理化學國家重點實驗室孫世剛教授帶領的團隊經過與美國佐治亞理工學院王中林教授等人的緊密合作，研發出能夠控制納米晶體的表面結構和生長的新型電化學方法，合成了二十四面體鉑納米晶體。

據悉，二十四面體是鉑納米晶體的一種比較罕見的結晶方式，其表面為高指數晶面結構，這種晶體結構能提高催化劑的活性和穩定性，其催化活性是目前商業鉑納米催化劑的2～4倍，能提高催化效率并延長使用壽命。

專家認為，新型制備方法的誕生為鉑納米材料催化劑的研究提供了一種新思路，也顯示了其在燃料電池、石油化工、汽車尾氣凈化等領域的重大應用價值。

IBM發布納米技術方面最新兩項重大突破

【天極yesky沈陽9月10日訊】近日，IBM公司的科學家們在美國《科學》雜志宣布了兩項原子尺度的科學突破：第一項是在了解單個原子保持一定的磁方向、從而使其具備適合未來數據存儲應用的能力方面所邁出的重要一步;第二項是一個分子內不同原子之間及不同分子彼此之間的一個邏輯開關，它們是分子計算機的潛在構造單元。這兩項重大突破為研制原子尺度的結構和裝置奠定了基礎。

雖然這兩項突破性研究成果的最終應用與實踐還將有很長的路要走，但它卻可以促進IBM公司及其他研究機構的科學家繼續推動納米領域技術的發展，即探索如何利用只有幾個原子或分子的超小型部件來制造結構和裝置。這樣的裝置在未來也許可以用作計算機芯片、存儲裝置和傳感器。

美科學家利用聚合物傳遞基因

新華網華盛頓９月８日電（記者張忠霞）美國麻省理工學院科學家日前報告說，他們利用可降解的聚合物材料取代病毒，作為向人體運送基因的新載體。這一突破將使基因療法更加安全有效。

基因療法是指人為地將新基因植入患者細胞中，對抗癌癥等頑疾。醫學界一直認為基因療法極具應用價值，但目前基因療法大多應用病毒作為載體傳遞基因，因而存在多種潛在危險因素，阻礙了基因療法的進一步應用。目前，國際上許多研究小組都在致力于開發非病毒材料的基因載體。

麻省理工學院科研小組在最新一期《高級材料》雜志上介紹說，他們將目光集中在人工合成的非病毒材料上，篩選出了三種有“基因載體”潛質的β氨基酯聚合物。

這三種聚合物混合在一起，會自發地與脫氧核糖核酸（ＤＮＡ）分子聚合形成納米粒子。這種“聚合物－ＤＮＡ”納米粒子類似一種人造病毒，注入人體的目標組織內部或附近后，能夠把基因成功運到目的地。

為了讓聚合物更加高效地運送基因，研究人員還通過化學途徑，在聚合物分子長鏈末端“動手腳”，去掉幾個原子，換上一些不同種類的小分子，此舉進一步提高了聚合物分子的基因運輸能力。

研發人員說，聚合物材料比病毒安全，不會引發排異反應，完成任務后還可自行降解。以實驗鼠為對象的動物實驗已經證實，聚合物作為基因載體十分安全。研究人員希望接下來能夠進行人體臨床測試。

以色列制成低成本太陽能光電池

本報特拉維夫9月6日電 以色列巴依蘭大學納米技術專家研發出一種新型低成本光電池，其光電轉換率與傳統硅光電池相當，但造價可降低40%。

這種光電池是利用納米技術設計的，由分布于塑料板上的海綿狀微型納米點矩陣組成，安裝于導電玻璃上的金屬線構成其基礎部分。為了增強吸收陽光的能力，研究人員向半導體材料里注入了有機染料。

巴依蘭大學納米技術研究所主任扎班教授表示，最初他們開發的光電池板由很小的光電池矩陣組成，每個光電池片只有1平方厘米，由于光電池片比較小，片與片之間的空間多，陽光照在上面無法轉換成電能，因此轉換效率比較低。針對這種情況，他們將每個光電池片的面積增大到100平方厘米后，光電池矩陣捕獲陽光的能力明顯增強。

扎班教授稱，在太陽能研發中，造價是一個重要因素。要使太陽能電池被廣泛接受，必須使其生產成本低于傳統的化石燃料，同時基礎設施造價也要讓發展中國家能夠接受。他們的這項研究成果能有效地降低光電池成本，為太陽能電池占領更廣闊的市場開辟了道路。此外，他也在研究減少太陽能電池中鉑的使用，以進一步降低造價。

目前，耶路撒冷一家太陽能公司正與巴依蘭大學合作，推進這種太陽能光電池的商業化。他們希望，今后5年能使這種光電池成功進入市場。

分子光動力控制釋放納米器件在上海研制成功

最近，中科院上海硅酸鹽研究所成功構筑了分子光動力控制釋放納米器件，該納米器件有望在醫學診斷、藥物輸送、化學過程控制與檢測等方面獲得應用。該工作為上海硅酸鹽研究所研究員祝迎春與日本AIST研究結構研究員Fujiwara Masahiro共同協作完成，研究工作作為“Hot Paper”發表在國際著名雜志德國《應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed，2007， 46， 2241－2244，2006年影響因子10.232)上，并已申報專利一項。

分子材料由于尺寸微小，分子運動在宏觀環境下通常難以產生有效的作用，但在納米尺度的微器件上，如在納米孔的微小空間內，分子運動足以主導納米空間內的物理和化學過程。偶氮類化合物能夠發生快速、穩定、連續可逆的光異構化運動，如果將其分子的一端固定，該分子的另一端將圍繞N-N鍵發生旋轉－翻轉運動。在紫外光作用下，偶氮化合物反式結構異構吸收紫外光轉化為順式結構，可見光或加熱條件下則由順勢結構變為反式結構，在紫外－可見光的同時作用下，偶氮分子將發生連續的旋轉－翻轉運動。研究人員合成了偶氮苯類化合物N-(3-triethoxysilyl)propyl-4-phenylazobenzamide，并通過－Si－O－鍵將該分子的一端固定于介孔壁，介孔內的偶氮分子在紫外－可見光的作用下，通過調節光源能夠有效控制介孔內膽固醇分子的釋放速率，并實現了膽固醇的快速釋放。通過在介孔口部進一步組裝具有光控開關分子，構筑了具有光控開關功能、光動力控釋功能的納米存儲器件。

 研究表明，通過化學方法能夠將功能分子與納米結構組裝為一體，實現納米器件的多功能化；通過光化學反應機理，在紫外－可見光的作用下控制納米裝置的各個部件，從而完成特定的功能。該工作對探索納米科技新的研究方法與實驗技術，建立新的納米體系，探討納米材料與器件的多種可能應用具有一定的意義。

新型納米復合材料高效處理廢水

一項利用新型納米復合礦物材料處理含砷、含甲苯廢水的先進實用技術，日前在天津研制成功。實驗測試結果顯示，該技術投加劑量少，接觸時間短，吸附干擾小，有害及有機污染物去除效率高。經處理后的水體可達標排放或回收利用。

天津城市建設學院王銀葉教授等自主研發的這種礦物材料，由納米分子篩改性硅化合物復合制成，具有多孔、質輕、比表面積大、吸附性強的特點，特別適用于處理砷、氟共存的廢水，可達到同時除砷除氟的效果。

據了解，該材料不僅無毒、無害，使用后可再生循環利用，而且原料來源廣泛，工藝流程簡單，適合產業化生產。

                                   科學家用DNA作為納米印刷模板

DNA是納米技術中最常使用的建筑模塊，通常被用來控制建造有序的納米結構。在很大程度上，人們認為DNA有望成為自下而上制造微型電子線路的基本模塊。

現在，一組來自美國Brigham  Young大學的科學家們把DNA自組織技術同微制造印刷術結合起來，制造納米通道、納米線和納米溝等結構。這項發現為目前光學印刷術所達不到的尺寸下的納米加工開辟了新的路徑。他們的成果發表在最新一期的《Small》上。

研究人員Adam  Woolley和Héctor  Becerril發明了一種利用DNA為模板來定義基底圖案的方法。他們把DNA在基底上排列整齊，再在上面沉積一層金屬膜。DNA分子起納米蠟紙的作用，這樣來在基底上定義一些小于10納米的圖案。由于金屬膜以一定角度沉積，DNA分子的投影來定義基底上圖案的尺度，因此這種方法被研究人員稱為“DNA投影納米印刷術”。

此后研究人員使用半導體工業中常用的活性氣體等離子體對圖案表面進行各向異性刻蝕，在基底上得到了高縱寬比的溝槽。這些溝槽可以在頂端密封，來形成連續的納米通道；或者可以被化學功能化，作為沉積金屬納米線的模板。這些模板溝槽和制造出的納米線橫截面只有30納米，并能被裁剪成小于10納米。溝槽的確切尺寸可以通過改變沉積角度和沉積厚度來控制。

研究人員相信能夠用表面對齊的DNA分子來實現復雜圖案到基底的轉換。Wooley說：“這項技術的特點是能利用DNA形成圖案，而并不需要DNA保持其核酸結構不變。”他認為DNA投影納米印刷術能夠應用在納米流體通道和化學傳感器領域。

加制成超微導電納米電線 長度達五萬納米

加拿大阿爾伯塔大學化學系教授、國家納米技術研究所負責人朱麗安?布里亞克率領的一個研究小組，在硅芯片上成功開發出了一種能夠制造超微導電納米電線的技術，利用該技術可以制造出長度是其寬度5000倍的納米電線。該成果發表在最新出版的《自然納米技術》雜志上。

據布里亞克教授介紹，在實際應用中，需要微細的電線來進行連接，他們找到了使用分子制作電線的方式，這些分子能以自行排列成線的形式成為導線。然后使用這些分子作為模板，用金屬進行填充，就得到了想要的電線。

研究人員使用自己開發的自排列工藝，制成了25根平行的鉑納米電線，每條電線的寬度只有10納米，長度可以達到50000納米，相當于人的頭發絲寬度。

布里亞克表示，所謂的自排列工藝，就好比DNA的雙螺旋結構，它也是一種自排列。在自排列中，分子可以相互識別，相互約定，形成一種結構。所使用的分子也非常簡單，就是聚合體。布里亞克表示，這種電線可以滿足連接超小電子元器件的要求。該工藝可以提高計算機速度和存儲能力，同時也可以降低成本。