提起微細(xì)精密的納米技術(shù)（nanotechnology），*引人注意的莫過于各種未來可能的新奇應(yīng)用，例如四處橫沖直撞的納米機(jī)器人。但這項當(dāng)紅科技領(lǐng)域的首批研究成果其實相當(dāng)平凡：大多是普通物品靜止不動的小碎片。然而，正因為體積微乎其微，于是賦予這些小碎片——“納米粒子”（nanoparticles ）——神奇的新功用。各式各樣的納米粒子，已出現(xiàn)在諸如防曬霜、油漆、噴墨打印紙等產(chǎn)品上。更奇特的納米粒子應(yīng)用在醫(yī)藥上，為敏感的診斷化驗與新奇療法帶來新希望。例如，在脊髓液中找尋某種蛋白質(zhì)可驗出患有阿茲海默癥（俗稱“老年癡呆癥”），或把納米粒子加熱以殺死癌細(xì)胞。有些納米粒子甚至稱不上是走在時代的**。 中世紀(jì)的納米工匠中世紀(jì)的工匠不知不覺地變成納米工藝學(xué)家，因為他們在制作紅玻璃時，把氯化金混入熔化的鐵中。這么做會形成微小的黃金球體，以其獨特的吸光和反光方式，產(chǎn)生濃艷的紅光。納米技術(shù)、納米粒子以及所有其他納米字眼，都衍生自“納米”（nanometer ）一詞，即十億分之一公尺，或一英寸的2 ，500萬分之一。比起牛頓運(yùn)動定律所描述的日常物體，那實在小得太多，但仍大于單一的原子或簡單的分子——受量子力學(xué)支配的粒子。一個納米粒子的寬度從數(shù)納米到數(shù)百納米不等，內(nèi)含數(shù)十個到數(shù)千個原子，并存在于介于量子與牛頓所謂日常物體之間的領(lǐng)域。美國西北大學(xué)納米研究所主任Chad Mirkin說，在那么渺小的狀態(tài)下，“任何物體，不論是什么，性質(zhì)都會改變。而這正是科學(xué)家*感興趣之處?！边@種介于其間的領(lǐng)域也催生一種異于傳統(tǒng)的物理學(xué)：物質(zhì)依照大小改變屬性。在量子層級，一個金原子與其他的金原子的作用毫無二致，一個大到可手握的金塊與另一金塊的化學(xué)與導(dǎo)電性質(zhì)無異。但兩個納米粒子，即使都是純金做的，但若是甲粒子比乙粒子大，就可能展現(xiàn)截然不同的性質(zhì)——不同的熔點、不同的導(dǎo)電性、不同的顏色。柏克萊加州大學(xué)化學(xué)教授Paul Alivisatos說：“這創(chuàng)造出一種控制物質(zhì)屬性的全新方法。一改以往改變物質(zhì)組成成分的方法，現(xiàn)在你可以改變其大小。”Alivisatos研究的是稱為“量子點”（quantum dot ）的納米粒子，由硅、砷化鎵（galliumarsenide）這類半導(dǎo)體所構(gòu)成。這些微小粒子的邊緣影響電子在半導(dǎo)體中的移動，而量子點的形狀和大小可加以裁制，使它散發(fā)出特定顏色的螢光。目前用來照亮蛋白質(zhì)和去氧核糖核酸（DNA）的染料很快就會褪色，但用量子點追蹤活細(xì)胞內(nèi)的生理反應(yīng)則能持續(xù)數(shù)日以上。 身為加州量子點公司（Quantum Dot）共同創(chuàng)辦學(xué)者的Alivisatos說：“量子點像小石頭一樣堅固?！绷孔狱c公司希望把科學(xué)研究轉(zhuǎn)化為有利可圖的商業(yè)。其他納米粒子應(yīng)用則利用一個道理：把物質(zhì)分解成更小的單位，總表面積隨之增加。對有磁性的納米粒子而言，毫無缺損的特色，會導(dǎo)致磁場明顯增強(qiáng)。納米粒子微乎其微，所以其中的原子大多數(shù)都排列成**的晶體狀，毫無缺損。默塞德加州大學(xué)教授DavidKelley正著手用奇特的半導(dǎo)體，制作厚度僅四個原子的磁盤，希望把它們堆疊起來，放入太陽能電池。此磁盤的形狀降低粒子之間的空隙，可讓電子更容易在其中游移。因為納米粒子幾乎總是包含**無瑕的晶體結(jié)構(gòu)，Kelley盼望他的納米太陽能電池在吸納光源并轉(zhuǎn)化為電能方面會更有效率。他打算更進(jìn)一步研究這些磁盤的基本性質(zhì)，再試著把研究成果整合起來?！皩脮r，我們就會充分了解，這種太陽能電池未來一、兩年制不制造得出來?！本椭惺兰o(jì)的彩色玻璃而言，黃金納米粒子是直徑約25納米的簡單球體。在那么小的狀況下，黃金不再散發(fā)出金黃色。納米粒子表面上的電子一起蕩來蕩去，吸收藍(lán)色和黃色的光線。但粒子表面會穿透窗戶，反射出波長更長的紅光。同理，彩色玻璃中的白銀納米粒子，發(fā)出淡黃**澤的光。運(yùn)用更先進(jìn)的工具，今天的科學(xué)家可把納米粒子做成各種形狀和大小。較大的黃金球體呈現(xiàn)出綠色或橙色；較小的白銀玉體則是藍(lán)色的。西北大學(xué)的Mirkin就做過三角狀的銀粒子，對角線100納米長，是紅色的?！凹t橙黃綠藍(lán)靛紫，什么顏色都有，”他說。 伊利諾大學(xué)化學(xué)教授陸藝（Yi Lu）利用納米粒子會變色的性質(zhì)，來偵測鉛的危險含量。他把DNA 分子依附在黃金納米粒子上，再與其他特別調(diào)制的DNA成分混合成一團(tuán)，結(jié)果呈現(xiàn)藍(lán)色。若是其中含鉛，會造成相連的DNA 脫落，個別的黃金納米粒子隨之松動，顏色于是由藍(lán)轉(zhuǎn)紅。 醫(yī)學(xué)用途Mirkin另用黃金納米粒子作為連接點，以打造不同類的感測器——用來檢測**。一種常用的診斷化驗技巧，是讓抗體依附在會發(fā)出螢光的分子上。一旦抗體附著在與某種病癥有關(guān)的蛋白質(zhì)上，則螢光分子在紫外線的照射下就會發(fā)光。Mirkin不用螢光分子，改用黃金納米粒子。他把別的分子，通常是少許的DNA（當(dāng)條碼用），加入納米粒子，附著在抗體上。他指出，由于同一納米粒子可附著上多份的抗體與DNA，這種檢測方法遠(yuǎn)比目前使用的螢光分子檢測法來得靈敏、準(zhǔn)確。 Mirkin與他的同事在2月份美國科學(xué)研究院會議紀(jì)錄中發(fā)布論文表示，此法已產(chǎn)生一種檢測方式，借測量脊髓液中與阿茲海默癥相關(guān)的蛋白質(zhì)含量，可發(fā)現(xiàn)是否已罹患此病。“對我而言，那正是此法強(qiáng)而有效的美妙范例，”Mirkin說。他已成立一家公司，稱為Nanosphere，設(shè)法把他開創(chuàng)的技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品上市。納米粒子除了檢測病癥外，也或許能協(xié)助治病。 協(xié)助治病 萊斯大學(xué)電機(jī)暨電腦工程教授Naomi Halas就發(fā)明一種她稱之為“納米殼”（nanoshell）的粒子，是一種中空的金質(zhì)或銀質(zhì)球體，包里住二氧化硅（silica）填充中空形狀讓游移在黃金之中的電子在吸收光能方面特別有效率，而改變殼的厚度后，吸收光線的頻率也隨之改變。這或許可用于癌癥的**過程，用來殺死惡性腫瘤細(xì)胞。把“納米殼”注入腫瘤之中，并以紅外線光照射腫瘤，即可提高其溫度，借此消除腫瘤。為了作示范，Halas的實驗室研究員把“納米殼”注射到未煮過的生雞部位，再以近距離照射紅外線鐳射光。由于水分吸收不了多少紅外線光，所以那束鐳射光穿透大部分的雞肉，未產(chǎn)生什么作用。但那個納米殼則吸收光能，隨后便發(fā)布熱量，以致注射部位開始冒煙并著火。（實際**時，會用強(qiáng)度大幅減弱的光來殺死癌細(xì)胞，但不至于把肉給烤熟了。）Halas與一位同事——萊斯大學(xué)生物工程教授Jennifer West ——共同創(chuàng)立Nanospectra Biosciences公司。 把一些藥品縮小到納米粒子般的大小，也可能有助于改善藥效。 內(nèi)華達(dá)州的Altair Nanotechnologies已發(fā)展出二氧碳化鑭（lanthanum dioxycarbonate）的粒子，可能用來**腎臟病患。這種化合物——預(yù)定以RenaZorb為商標(biāo)名稱——可與磷酸鹽（因腎功能障礙未能予以**而逐漸堆積的體內(nèi)廢物）黏結(jié)，預(yù)防磷酸鹽侵入人體組織。在此處，微小的優(yōu)點顯現(xiàn)在表面積方面。取等量的材質(zhì)，小粒子的表面積較大，讓少量的藥也能吸收到大量的磷酸鹽。如這種來，病患每餐只需服用一錠RenaZorb，不像其他同類藥品每餐必須吞服兩、三顆，Altair**執(zhí)行官AlanGotcher說。 環(huán)境清潔派得上用場表面積增加也使得納米粒子適用于某些類型的環(huán)境清潔用途。早在納米粒子一詞廣泛使用之前，理海大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)教授張偉賢（Wei-xianZhang）就已投入鐵納米粒子的研究，至今長達(dá)將近十年之久。張偉賢記得以前在早期的科學(xué)論文中稱之為原子“叢”（clusters），但該科學(xué)刊物的編輯覺得描述得不夠貼切，所以他后來把措詞改為“納米級粒子”（nanoscaleparticles ）。 鐵在**三氯乙烯（trichloroethylene ）之類的污染物方面很有效。三氯乙烯簡稱TCE，是一種致癌物，可溶解于飲用水中。一旦鐵生銹變成氧化鐵，就會發(fā)布電子，若電子游離后接觸到TCE 的分子，便會起化學(xué)反應(yīng)，把TCE破壞成無害的碎片。 目前的作法是挖一條溝，倒入大量的鐵粉。但在特倫頓與北卡羅來納州的環(huán)境污染地點作小規(guī)模試驗后，得到水中TCE污染度陡降90% 以上的結(jié)果。張偉賢說，1 磅重的鐵納米粒子，可把1 萬磅到3 萬磅的水給清乾凈。不過，納米粒子也可能潛在未知的危險。已有人擔(dān)心，因為納米粒子實在太微小，可能穿透人體的**系統(tǒng)、侵入細(xì)胞。去年一項研究宣稱，水中一種特殊的、足球狀的碳分子（稱為buckyballs）造成魚腦受損。但并非所有的納米粒子都被視為同樣有害。氧化鋅（Zincoxide）長久來一直是化粧品的成分之一。而目前在防曬霜里用來避免產(chǎn)品形成白糊狀的氧化鋅粒子，也不被視為構(gòu)成危險。張偉賢說，鐵納米粒子終會自然而然生銹，變成氧化鐵粒子。他說：“我有相當(dāng)?shù)陌盐?，那不會產(chǎn)生什么影響。大多數(shù)的鐵粒子會附著在泥土上，緩緩氧化，然后融入土壤中?！辈贿^，他同意，在廣泛應(yīng)用鐵納米粒子之前，仍需要進(jìn)一步做實驗驗證那項假設(shè)。未來，納米粒子也可望成為復(fù)雜構(gòu)造物的架構(gòu)元素，例如用來打造納米導(dǎo)線和分子電子裝置。專家預(yù)期，有些粒子可植入可移動的零件，或許有朝一日，科學(xué)家就會開發(fā)出橫沖直撞的納米機(jī)器人。