完美的分子納米系統(tǒng)可以打造一個(gè)全新的世界

（文章來(lái)源：老胡說(shuō)科學(xué)）

納米科技是科技的一個(gè)分支，涉及到在納米尺度——即1-100納米，對(duì)材料的單個(gè)原子或分子實(shí)施操控。納米有多?。?納米是一米的十億分之一(0.000000001或10^-9)米。組成分子的原子是構(gòu)成物體/材料的基本元素，包括形狀、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)(固體/液體/氣體)。因此，如果我們可以人為地操縱一個(gè)物體的原子，我們就有能力改變或增強(qiáng)該物質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)，從而使我們受益。

理想情況下，我們將在未來(lái)30-40年內(nèi)完善分子納米系統(tǒng)，但這是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，因此可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間1.被動(dòng)納米結(jié)構(gòu)——制造具有超能力的納米材料這是第一階段，主要集中在研究上?？茖W(xué)家能夠操縱分子結(jié)構(gòu)，將普通材料轉(zhuǎn)化為具有“超能力”的材料。不管是制造防水的東西，還是一開(kāi)始很重或很輕的東西，還是比鋼鐵更脆弱更堅(jiān)固的東西——所有這些都能保持它們的功能。

讓我們來(lái)看看一個(gè)很酷的例子，它是一種叫做石墨烯的超級(jí)材料。信不信由你，它就在我們身邊，我們可以從一個(gè)非常普遍的事物中得到它——鉛筆！一支鉛筆芯——是一種被雪松木環(huán)繞的薄石墨圓柱體。石墨烯是一種單碳片層，可由一堆構(gòu)成石墨的碳片衍生而來(lái)。

它實(shí)際上只有一個(gè)原子那么厚，1毫米的石墨是由大約300萬(wàn)層石墨構(gòu)成的，甚至一層薄薄的鉛筆線也是由許多層構(gòu)成的。沒(méi)有比這更“二弟（2D）”的了！事實(shí)上，拿一支鉛筆在紙上畫(huà)一條線，拿一些膠帶把它粘在線的上面，把它剝下來(lái)，然后你就得到了一些未加工的石墨烯，它們沒(méi)有任何用途，但它處理起來(lái)是如此容易，真是不可思議。

石墨烯是一種碳片，其獨(dú)特的平面碳鍵非常強(qiáng)，這使得石墨烯成為超級(jí)材料；原子在納米尺度上表現(xiàn)不同，產(chǎn)生不同的物理性質(zhì)。如果你曾經(jīng)因?yàn)殂U筆芯斷了而覺(jué)得石墨烯并不“結(jié)實(shí)”，但是，當(dāng)你剝離出這種材料的一層并加工它時(shí)，它就變成了地球上最堅(jiān)固和最輕的材料。

它可以用于制造更大容量和快速充電的電池，也可以用于制造用于生物傳感、生物成像和治療用途的生物醫(yī)學(xué)傳感器。這是納米技術(shù)的第二代階段，我們將在未來(lái)3-5年內(nèi)引領(lǐng)這一階段。在這里，納米材料被設(shè)計(jì)成在材料/物體中實(shí)際執(zhí)行功能和任務(wù)。這些納米結(jié)構(gòu)可以完全改變物體的性質(zhì)。

納米級(jí)設(shè)備可以被整合到我們的電腦、電視和智能手機(jī)中，以提高物理耐久性(牢固性和靈活性)和超級(jí)計(jì)算性能！想象一下，你可以折疊起你的4K智能電視，然后帶著它去洗手間——這可以通過(guò)石墨烯實(shí)現(xiàn)！納米醫(yī)學(xué)在治療癌癥等疾病上有很多應(yīng)用。納米機(jī)器人正在被開(kāi)發(fā)用于通過(guò)我們的血液流動(dòng)來(lái)檢測(cè)和殺死癌細(xì)胞——基本上是人工的T細(xì)胞，它們更善于發(fā)現(xiàn)腫瘤的位置，而且不被癌細(xì)胞操縱。

其中一種治療方法正在研發(fā)中，準(zhǔn)備在人體上進(jìn)行測(cè)試。這些納米機(jī)器人裝備有一種叫做凝血酶的酶，可以幫助血液凝結(jié)。在那里，他們將攜帶一個(gè)DNA適配體在血液中流動(dòng)。它們的目標(biāo)是一種叫做核苷的蛋白質(zhì)，大量的核苷只存在于腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞的表面，而健康細(xì)胞的表面是找不到的。在定位并結(jié)合到腫瘤血管表面后，納米機(jī)器人會(huì)打開(kāi)并釋放凝血酶。這將導(dǎo)致供應(yīng)腫瘤生長(zhǎng)的血管凝結(jié)，切斷血液供應(yīng)，殺死腫瘤組織。

我們正在接近托尼·斯塔克的水平，第三代和第四代是大多數(shù)人在談?wù)摷{米技術(shù)時(shí)想到的。這一階段包括納米工廠的自組裝(一種可以一個(gè)原子一個(gè)原子地制造產(chǎn)品的機(jī)器)，它與其他納米顆粒和機(jī)器一起工作，為特定的任務(wù)和功能創(chuàng)建復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)。

夠瘋狂的是，我們已經(jīng)稍微接觸到了如此先進(jìn)的納米技術(shù)的表面。2018年，麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一種材料，它可以與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生長(zhǎng)、增強(qiáng)甚至自我修復(fù)。如果用這種材料制造的物體表面出現(xiàn)劃痕或裂紋，受影響的區(qū)域就會(huì)增長(zhǎng)，以填補(bǔ)缺口并修復(fù)損傷，而不需要我們采取任何外部行動(dòng)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這一過(guò)程遵循了與植物生長(zhǎng)有關(guān)的類似原理，即植物將空氣中的二氧化碳吸收到生長(zhǎng)組織中。

在頂部，一個(gè)裂縫在材料中產(chǎn)生，它是由水凝膠(深綠色)和嵌入其中的植物性葉綠體(淺綠色)組成的。在底部，在有光的情況下，水凝膠材料與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，擴(kuò)大并填補(bǔ)空隙，修復(fù)損傷。開(kāi)發(fā)一種合成材料，不僅可以避免使用化石燃料，而且可以消耗空氣中的二氧化碳，對(duì)環(huán)境和氣候有明顯的好處！它還處于非常早期的階段，但是想象一下這種材料在整個(gè)建筑中的應(yīng)用：地震、海嘯、龍卷風(fēng)。

在第四代，我們將完全控制納米系統(tǒng)，這將使我們能夠制造復(fù)雜的系統(tǒng)，可以應(yīng)用到任何行業(yè)。毫無(wú)疑問(wèn)，它將改變?nèi)祟?，隨著事情對(duì)我們來(lái)說(shuō)變得越來(lái)越容易，我們甚至可以期待在接下來(lái)的幾個(gè)世紀(jì)里看到進(jìn)化的生物變化——因?yàn)槲覀冊(cè)谌粘Ｉ钪械幕顒?dòng)將明顯減少。這是如此遙遠(yuǎn)的未來(lái)，它仍然可以被認(rèn)為是科幻小說(shuō)。像這樣的高水平納米技術(shù)的例子目前只存在于兩個(gè)地方我們的大腦和電影!

為了讓大家對(duì)我們所討論的內(nèi)容有一個(gè)大致的了解，請(qǐng)?jiān)试S我分享一點(diǎn)我的想象。在未來(lái)的100年里，當(dāng)我們完善納米系統(tǒng)的時(shí)候，我們應(yīng)該能夠用聲音呼喚工具/物品，并讓它們被空氣中的納米粒子聽(tīng)到，從那里，它們將自己形成你想要的任何工具的形狀！

當(dāng)然，我想知道為什么我們甚至需要工具，當(dāng)一切都可以自我修復(fù)的時(shí)候。但是，也許是一個(gè)勺子和一個(gè)碗來(lái)吃你的麥片粥，一旦你吃完就會(huì)根據(jù)指令蒸發(fā)掉，洗碗將成為一個(gè)古老的概念。在未來(lái)的10-15年，我認(rèn)為手機(jī)充電器和加油站將只是歷史課上的話題，使用高效的納米材料，具有超導(dǎo)性和再生性能，誰(shuí)需要充電？對(duì)未來(lái)的人們來(lái)說(shuō)，它們就像我們看到的燃燒煤炭來(lái)驅(qū)動(dòng)輪船和火車一樣古老!
（責(zé)任編輯：fqj）