微小生死圈 探索微观世界的新进展

http://www.sciencehuman.com   科学人 网站 2004-03-19

　　新华网北京3月18日电 人类关注的不仅是宏观世界，也有微观世界。遨游太空，实现飞天梦是可歌可泣的壮举，而对微观世界的认识不断取得累累硕果同样值得大书特书，因为无论是对宇宙的探索，还是微观世界的揭秘,都反映了人类无穷的智慧。就此，此间出版的《环球》杂志在最新一期发表了题为《微小生死圈》文章，现全文转发如下：

　　胶囊型内窥镜

　　孙悟空钻到铁扇公主的肚子里制服了她，是中国古典小说《西游记》里家喻户晓的故事。曾风靡影坛的美国科幻电影《微小生死圈》中，手术医生为了救一位科学家的性命，利用缩小术，乘坐潜水艇，缩小到细菌一样大，钻到脑出血部位，实施治疗，使科学家转危为安。人像小说或电影里那样随心所欲地缩小也许永远是幻想，但人类受幻想的启发，利用自己制造的工具达到幻想的境界却完全可能，日本世界领先的微型器械开发技术就向我们证明了这并非是一个遥远的梦。

　　位于长野市的RF公司，曾生产过电动牙刷照相机和拇指一样大的监视器，去年7月又正式把小型监测照相机推向市场，供大学和科研机构研究使用。但最引人注目的产品是该公司推出的胶囊型内窥镜，直径只有9毫米，长23毫米，内置数码相机，吞到肚子里，发光二极管照亮体内，数码相机进行拍照，最后排泄出来，通过图像解析把人肠胃系统看得一清二楚，和人钻到肚子里没什么两样。为了使胶囊型内窥镜更便于吞咽，负责技术开发的部长原山广一说，研究人员正计划把内窥镜变得更小。

　　奥林巴斯公司的内窥镜占据了世界市场70%的份额，当然在小型化方面也不甘落后。去年4月，他们的内窥镜事业部集中优势兵力组成“CP项目小组”(CP是英语CAPSULE PATTERN的缩写，即“胶囊型”的意思)，对可吞咽的内窥镜紧急攻关。现在已经研究出模型，目标是看到用现在的内窥镜无法看到的小肠。

　　未来的内窥镜什么样？奥林巴斯的目标是，随着内窥镜的不断缩小，可以看到人体内各个部位，而且图像更加清晰，不仅能判断早期肿瘤，而且可以通过颜色分辨出病情发展情况。内窥镜还能对患部进行治疗。给它装上药品，医生遥控到患部，然后从胶囊伸出超小型的触角，把药物敷在患部，如果需要手术的话，胶囊型内窥镜手术装置，还可以切除癌组织。

　　日本已经发明出纳米级胶囊，利用它可以把药物输送到患部，这说明内窥镜缩小还有无穷的可能，正是由于受到这种微细技术发展前景的鼓舞，奥林巴斯负责技术开发的常务董事寺田昌章说，《微小生死圈》在1966年放映时人们还觉得不可思议，现在看来，人类在不远的将来完全可以达到科幻电影的境界。

　　世界上最小的地球仪

　　信息技术产品正从以商业为主转向人本主义。1980年到1990年属于大型计算机时代，强调商业利益的技术开发占主导地位，计算机对大多数人来说还是奢侈品，大多用于政府、银行、公司和科研机构等。1990年以后，电脑进入寻常百姓家，成为日常用品，与此同时，移动电话呈普及之势，网络也迅速发展。2000年以后，强调消费者利益的技术开发比重不断增加，目标是使人们的生活变得更舒适，信息技术产品更有娱乐性。不久的将来，人类就要进入泛网时代，强调消费者需求的技术开发越来越占主导地位。具体说来，主要是通过数字家电的智能化以及和日常生活密切相关的数码相机、手机、汽车、网络等技术的不断提高，无论何时、何人、何地都可尽情享用世界上的信息，并超越空间和语言障碍进行自由自在的交流。泛网时代，生活中的各种设备都与网络融合在一起，功能高度集中，电脑、手机可以当电视、音响、电话、放录机、汽车导航系统等，手机通过网络可遥控智能家电。

　　日本的产业技术综合研究所正在开发用手的动作遥控家电的系统。运用这一技术，在室内任何地方伸伸胳膊，用手指一下，就可以打开和关上电器。新系统由多台立体照相机、电子计算机和控制家电的遥控器构成，以各个立体照相机捕捉的图像为基础，用高性能电子计算机合成室内图像，然后从所有图像中用新的软件筛选出人的动作画面。如果想打开和关上某种电器，对着它一伸胳膊，照相机捕捉动作以后，高性能电子计算机通过网络把信号传给遥控器。改变胳膊的动作还能变换电视频道和控制音量，几个人同时动作，遥控多种电器互不妨碍。

　　上述这一切均是以精彩纷呈的半导体技术为基础。如今，半导体变得越来越小，功能越来越强，耗电越来越少。世界第三大半导体公司瑞萨公司有关方面负责人告诉《环球》杂志记者，他们有一种闪存单机片，已经开始使用纳米级细线。

　　最近，日本电信电话公司还利用超微细加工装置制成了世界上最小的地球仪。地球仪由树脂材料制成，直径只有0.06毫米，描绘陆地河流轮廓的线极细，仅为10纳米，相当于地球上的两公里。研究人员使用描绘微小半导体回路的装置，让树脂球横向和纵向转动，用电子束在树脂球表面划出微细的画线。划线前先用激光显微镜精密测量位置，然后用电子显微镜确认轮廓，最后用电子束准确描绘出轮廓来。

　　毫无疑问，这一地球仪还不完美，因为描绘事物轮廓的线虽然只有10纳米，但还是太粗了，小于2公里的河流和山脉等无法在地球仪上表现出来，但利用这种纳米细线技术开发半导体元件，向轻、薄、小和高性能方向发展将会取得质的飞跃。

　　纳米管纸鹤

　　仙鹤在日本是一种吉祥鸟，日本有折叠纸鹤的传统，送一只纸鹤代表祝人吉祥如意。而日本东京都立大学物理研究室研究人员却用纳米管编织成“纸”，叠成一只仙鹤，放在指尖上，十分可爱，这是一种很难的技术，目前在世界上也只有日本人能够折成。

　　这只纳米管纸鹤张开两只翅膀，有3厘米宽，纳米管纸只有百分之几毫米厚。据研究人员说，再折成更大的纳米管仙鹤目前有一定困难。

　　纳米管在电子领域一直被作为新材料而引人注目，日本都立大学物理研究室研究人员利用纳米技术大量合成了直径1.5纳米的纳米管。纳米管中如果残留金属等杂质，一折就断。研究人员把纳米管编织成纸，然后折叠成仙鹤，说明纳米管高度纯洁。

　　纳米管仙鹤很有象征意义，日本在纳米技术研究方面不惜血本，能制作出高度纯洁的纳米管仙鹤说明他们在纳米技术领域又取得了很大进步，也为向纳米领域进军的企业送去了福音。

　　日本企业进军纳米技术是一个重要的趋向，因为这是一种把握未来的技术。很多企业都有自己的纳米战略：有的希望与大学和研究机构联合，无力增加纳米研究经费的企业希望将来搞技术引进，还有一些企业希望政府资助，把纳米研究作为产学官联合项目。日本京都大学国际融合创造中心负责人松重和美说，研究开发纳米技术需要人才和设备，不少企业不具备这样的条件，初期投资金额巨大，很多企业也难以承受，所以希望与大学联合的企业很多，在纳米技术方面产学联合是一种趋势，大学应该早做准备，完善与企业联合的机制。

　　日本的纳米技术实用前景被普遍看好，现在日本已制成世界上最小的纳米温度计和纳米轴承等。随着这一技术的成熟，到2010年，比现在大30倍的大容量光传输系统可以实用；2012年，注射时像被蚊子叮一样没有痛感的注射器能够问世；2014年，造价只有现在十分之一的燃料电池可以普及；2022年，以蛋白质、DNA为元件的计算机能够诞生……

　　资料：

　　1纳米是1米的10亿分之一，人们通过纳米技术可以控制物质的原子和分子，纳米技术将掀起一场新的工业革命。

　　日本企业用于纳米技术的研究资金数额巨大，据一项调查表明，日本99家大型企业2002年纳米研究开发经费为327亿日元(1美元约合105.58日元)，比2001年增加约50%，2003年这99家企业投入达到407亿日元，约增加24%。其中在半导体技术方面领先的电机、精密机械厂家投资最多，成果也最显著。如日立公司投资约100亿日元，主要开发观测微细结构的电子显微镜等器械等，占总研究经费的80%；日立公司已有100多项纳米技术专利。据专家估计，2010年，日本国内的纳米市场为1000亿美元，而到2015年，世界的纳米市场将会达到1万亿美元。(完)

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