纳米科学技术的发展和未来（一）

纳米生物学与医药　纳米结构检测

纳米科学技术是指在纳米尺度(约在1～100纳米之间)上研究物质的特性和相互作用(包括原子、分子的操纵)，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。这一技术使人类认识和改造物质世界的能力延伸到了原子和分子水平，是当今最重要的新兴科学技术之一，已经引起了科学界和产业界的极大关注。

纳米科技的起源

纳米是长度度量单位，一纳米为十亿分之一米。纳米科技这一初始概念是已故美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主费恩曼(R.Feynman)于1959年在美国加州理工学院作题为“在低部还有很大空间”的讲演中提出的。费恩曼指出：如果人类能够在原子或分子尺度上来加工材料、制备装置，则将会有许多激动人心的新发现。他还强调：人们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。费恩曼憧憬说：试想，如果有一天，人们可以按自己的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇?

与所有的天才假想一样，费恩曼的科学思想起初并未被接受。然而科技的迅猛发展很快证明了费恩曼是正确的。继费恩曼之后，许多科学家又尽情发挥想像力，从不同角度继续编织纳米技术的神奇梦想。

纳米科技的迅速发展是在1980年代末1990年代初。1980年代初，宾尼希(C.Binnig)和罗雷尔(H.Rohrer)等人发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器--扫描隧穿显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)。STM不仅以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。

与此同时，纳米尺度上的多学科交叉迅速形成了一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登研究中心(Almaden Research Center)的科学家使用STM把35个氙原子移动到各自的位置，组成了“IBM”三个字母，这三个字母加起来不到3纳米长。

1990年7月，第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微学大会在美国巴尔的摩同时召开，正式宣告了纳米科技作为一门学科的诞生。其后，《纳米技术》、《纳米生物学》、《纳米粒子研究》等国际性专业期刊也相继问世。至此，纳米科技正式步入科学殿堂，并迅速成为一颗耀眼的新星。

由于纳米科技的多学科交叉性质，纳米科技的研究对象涉及诸多领域，而它的基础研究问题又往往与应用密不可分。根据纳米科技与传统学科领域的结合，人们常将纳米科技分为纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米化学、纳米机械学和纳米加工等。为简便起见，本文分纳米材料、纳米器件、纳米生物和医药、纳米结构表征与检测四类来介绍纳米科技。