完美的分子納米系統(tǒng)可以打造一個全新的世界

（文章來源：老胡說科學(xué)）

納米科技是科技的一個分支，涉及到在納米尺度——即1-100納米，對材料的單個原子或分子實施操控。納米有多小？1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物體的原子，我們就有能力改變或增強該物質(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30-40年內(nèi)完善分子納米系統(tǒng)，但這是一個漸進的過程，因此可能需要更長的時間1.被動納米結(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，還是一開始很重或很輕的東西，還是比鋼鐵更脆弱更堅固的東西——所有這些都能保持它們的功能。

讓我們來看看一個很酷的例子，它是一種叫做石墨烯的超級材料。信不信由你，它就在我們身邊，我們可以從一個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。

它實際上只有一個原子那么厚，1毫米的石墨是由大約300萬層石墨構(gòu)成的，甚至一層薄薄的鉛筆線也是由許多層構(gòu)成的。沒有比這更“二弟（2D）”的了！事實上，拿一支鉛筆在紙上畫一條線，拿一些膠帶把它粘在線的上面，把它剝下來，然后你就得到了一些未加工的石墨烯，它們沒有任何用途，但它處理起來是如此容易，真是不可思議。

石墨烯是一種碳片，其獨特的平面碳鍵非常強，這使得石墨烯成為超級材料；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)因為鉛筆芯斷了而覺得石墨烯并不“結(jié)實”，但是，當(dāng)你剝離出這種材料的一層并加工它時，它就變成了地球上最堅固和最輕的材料。

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3-5年內(nèi)引領(lǐng)這一階段。在這里，納米材料被設(shè)計成在材料/物體中實際執(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)。

納米級設(shè)備可以被整合到我們的電腦、電視和智能手機中，以提高物理耐久性(牢固性和靈活性)和超級計算性能！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——這可以通過石墨烯實現(xiàn)！納米醫(yī)學(xué)在治療癌癥等疾病上有很多應(yīng)用。納米機器人正在被開發(fā)用于通過我們的血液流動來檢測和殺死癌細(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)備在人體上進行測試。這些納米機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DNA適配體在血液中流動。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，納米機器人會打開并釋放凝血酶。這將導(dǎo)致供應(yīng)腫瘤生長的血管凝結(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)時想到的。這一階段包括納米工廠的自組裝(一種可以一個原子一個原子地制造產(chǎn)品的機器)，它與其他納米顆粒和機器一起工作，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)工程師們設(shè)計了一種材料，它可以與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生長、增強甚至自我修復(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)域就會增長，以填補缺口并修復(fù)損傷，而不需要我們采取任何外部行動。簡單地說，這一過程遵循了與植物生長有關(guān)的類似原理，即植物將空氣中的二氧化碳吸收到生長組織中。

在頂部，一個裂縫在材料中產(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)，擴大并填補空隙，修復(fù)損傷。開發(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)。毫無疑問，它將改變?nèi)祟?，隨著事情對我們來說變得越來越容易，我們甚至可以期待在接下來的幾個世紀(jì)里看到進化的生物變化——因為我們在日常生活中的活動將明顯減少。這是如此遙遠的未來，它仍然可以被認(rèn)為是科幻小說。像這樣的高水平納米技術(shù)的例子目前只存在于兩個地方我們的大腦和電影!

為了讓大家對我們所討論的內(nèi)容有一個大致的了解，請允許我分享一點我的想象。在未來的100年里，當(dāng)我們完善納米系統(tǒng)的時候，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)的時候。但是，也許是一個勺子和一個碗來吃你的麥片粥，一旦你吃完就會根據(jù)指令蒸發(fā)掉，洗碗將成為一個古老的概念。在未來的10-15年，我認(rèn)為手機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，誰需要充電？對未來的人們來說，它們就像我們看到的燃燒煤炭來驅(qū)動輪船和火車一樣古老!
（責(zé)任編輯：fqj）