纳米时代快步走来（上）

【美国《未来学家》双月刊3—4月号文章】题：纳米技术的到来为什么将比预料的快？（作者　美国明尼苏达州战略与长远规划办公室副主任杰克·厄尔德里奇）
原文提要　我们实现纳米技术目标所需要的工具正在不断加速改进。只要加入来自风险资本家和富于冒险精神的政府的新的融资来源，搀入一些竞争的活力，就有了从一项很小的技术开始进行一场伟大革命的方案。
1959年底，后来获得诺贝尔物理学奖的理查德·费因曼发表了一次传奇式的演讲，他说物理学的定律并不限制人类操纵单个原子和分子的能力。他描述了对未来的憧憬，即利用一项自下而上而不是自上而下的方法构筑物质。我们用不着削木头、熔制金属、制造塑料或者通过用硅蚀刻越来越细的电路来制造最新的电脑芯片，而是可以把原子放在我们恰恰想放到的地方，就像一个马铃薯知道如何从周围的泥土、水和空气中把原子加以安排来创造自身一样。这一憧憬现在就要实现了。
科学家们现已开发出足够灵敏的工具，“来看到我们正在干什么并且在原子水平上进行操作”。毫不夸张地讲，科学家们拥有了用来把玩大自然自己构件的眼睛、胳膊、手和手指。利用这一新获得的知识，科学家们开始认识不同分子如何粘合在一起，细胞如何活动。正是这种认识，将使明天的创业者们得以构筑新的物质，使医生和保健专业人员能够在分子水平上与疾病作斗争。
因此，虽然纳米机器人建造我们的消费用品、清扫我们的动脉和完成其它有用任务的奇妙景象使我们心旷神怡却可能仍然遥远，但是我们依然有充分理由相信，纳米技术的时代将比许多怀疑论者所认为的更快地到来。
头号理由：工具
第一种显微镜与人眼相比是一千倍的改进。比较新的显微镜与第一种相比又强大一千倍，就是说比人眼要强一百万倍。这些新的显微镜正在使由科学家、学生、研究人员与工商企业组成的一个广泛的社区得以在最细小的水平上观察物质。例如，在这一水平上的视觉能力使研究人员得以了解为什么人体不能在一些细胞中侦察到病毒，却能够清除别的病毒。这一知识将有助于找到消灭包括艾滋病病毒在内的一些病毒的疗法。
更加复杂的工具，譬如“扫描探测显微镜”（SPM）于1981年由IBM公司发明，它现在所提供的手段可以更加容易和准确地移动显微镜下的物质。SPM使技术人员能够通过一个超级尖端来施加电压，从而移动原子。
“原子力显微镜”也由IBM公司开发，它探测表面，能够生成单个原子的表面状态图像。科学家们因而可以获得有关物质如何运动和在原子及分子水平上相互作用的新知识。这意味着，他们现在能够把不同的分子彼此连接起来——这些分子在自然状态下本来可能永远也不能相结合。其结果将是创造全新的物质，譬如一种比钢硬一百倍而重量却只有其1/6的物质。
同样，研究人员正在利用光学镊子来研究单个分子的运动，运用“纳米镊子”来抓住和拉动分子。生物结构破天荒地在人类细胞水平上被修改。这对于人类健康和保健产业所具有的涵义是惊人的：如果研究人员能够认识疱疹病毒如何侵入健康的细胞，则解决造成麻烦的病毒问题的方法就一下成为可能。
“纳米操纵器”是由北卡罗来纳大学的科学家们开发的，现在由一家称为第三技术的公司生产和推销。它使研究人员不仅能在三维上看到原子和分子，而且可以通过电脑来移动、推进和探测原子与分子。这一进展能使人们进一步认识新物质的强度、塑料如何熔化、DNA如何产生作用，以及血球在一个白血病患者和一个健康人之间有何种不同。
这仅仅是冰山的一角。在这一知识武装下，科学家们有朝一日将能够制造重量为目前的1/5的波音747大小的喷气式飞机，或者设计在你感到燥热时冷却和感到冷的时候供暖的纤维，或者开发出在癌细胞造成伤害之前察觉并杀死它们的药物。
“物理蒸汽合成”（PVS）以及必要的反应堆和反应室，是帮助推进纳米技术的又一工具。PVS过程将物质加热到很高温度，使其蒸发。这些粒子随后被冷却到不同温度并利用各种气体达到不同压力，以创造独特的纳米粒子。
“分子束取向附生”和“有机金属蒸汽取向附生”则是另外两项可能导致新的和功能强大得多的产品的进展。这些工艺所指的是以原子的精确度来在另外一种物质的表面上均匀和准确地分层堆积物质。产品依据正在被堆积的物质的原子结构而定，具有得到增强的保温、结构或光学特性。无摩擦轴承、防刮擦眼镜、汽车油漆、作用发挥更好的药物以及功率更大的光导纤维电缆，这些仅仅是上述进展所实现的少数开发成果。“超分子化学”也正在我们对分子如何自我组装的认识方面带来惊人的进展。化学家们正在了解如何设计以具体方式相互连接分子，以制造一个较大的系统或产品。
合乎逻辑的是，如果自然界已经琢磨出如何安排煤炭中的原子来制造钻石，那么我们也应当能够这样做。我们应当不仅能够在钻石方面，而且能够在骨骼、骨髓甚至人的心脏方面也这样做。这就是超分子化学的潜力。