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人类2.0：在硅谷探索科技未来 生机再燃，让“纳米”许你一个未来
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“纳米泡沫之后，质疑和批评声当然不少，不过，我想问批评者的问题很简单：如果纳米技术失败了会怎样？如果目前正在进行的纳米研究都不会发生又会怎样？”
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除了几种已知的纳米新材料带来的广泛应用，目前纳米技术在抗击癌症、治疗脑损伤等方面的进步振奋人心，在我们身体内部工作的纳米机器人已呼之欲出；在信息技术方面，摩尔定律目前已经在接近物理极限，而纳米技术则有望继续这一定律，甚至能帮助制造通用量子计算机……总之，纳米技术的研究寄托着解决我们这个时代多个主要问题的希望。
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2005~2009年出现纳米泡沫，究其原因，在于投资者对纳米技术的应用以及其开发周期较长缺乏认识，资本市场热炒造成了盲目投资，并不代表纳米技术本身虚妄。如果纳米技术失败了，未来的世界会枯燥和无聊很多，而没有人想要一个没有希望和梦想的未来。
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纳米技术下的新医疗
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纳米技术在医学领域的应用主要是什么？雷·库兹韦尔声称纳米技术能“清除癌细胞，备份记忆并延缓衰老”有科学依据吗？
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目前，纳米技术在医疗领域广为称道的变革是“靶向给药”，麻省理工学院著名教授罗伯特·兰格（Robert Langer）可能是这个领域最著名的研究者了，他从1976年开始就一直在这个领域耕耘。如今，很多药物之所以有副作用，是因为它们往往不仅攻击病毒，还攻击所有的健康细胞。“靶向给药”的研究目的是让药物精准得仅针对病患处治疗，更进一步说，兰格教授目前还正在研究注入人体的药物是否能以可控的频率定时释放，从而让药效更持久。他为此研发出了一种纳米聚合物。聚合物是非常灵活、可塑性很强的材料，比如塑料和橡胶。兰格的纳米聚合物可以带着药物穿行于身体之内，它可以检测到何时到达病患处，然后再以适当的频率释放药物。
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此外，詹姆斯·舒瓦兹（James Swartz）在斯坦福的实验室编程了一个纳米粒子，它具备类似病毒的传染效应，从而可以将治疗药物传送到身体内的特定位置。[1]
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这种精准用药的方式当然有助于治疗包括癌症在内的很多疾病。化疗是癌症最常用的一种治疗方式，但它有极大的副作用，因为它在杀死癌细胞的同时，也会伤害身体里快速生长的其他细胞，很多病人在化疗后大量掉头发就是最典型的表现。加拿大多伦多大学沃伦·陈（Warren Chan）的团队创造了一种能让化疗药物仅“瞄准”癌细胞释放的纳米粒子，这些“聪明”的纳米粒子还可以一直停留在血液中，以便能够第一时间发现癌细胞，然后它们可以改变形状、大小甚至结构来攻击癌细胞。[2]
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在早期的癌症检测方面，2014年，印第安纳大学的拉杰什·萨达尔（Rajesh Sardar）设计的纳米传感器可以检测出血液中的microRNA分子浓度的变化，从而为胰腺癌发出早期的警报。[3]
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颇为振奋人心的是，2015年，得克萨斯大学的丹尼尔·西格沃特（Daniel Siegwart）使用合成纳米粒子研发了一种microRNA疗法（RNA，即RibonucleicAcid，核糖核酸，存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体）。MicroRNAs（miRNAs）是在真核生物中发现的一类内源性的具有MicroRNA调控功能的非编码RNA，其大小长20~25个核苷酸）来抑制肝脏肿瘤。将来，同样的技术还可以用于向我们的DNA发布“命令”，比如，关闭对我们的身体造成损害的基因，提供一个新的、完整的基因来取代停止工作的基因。
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在治疗脑部和身体损伤方面，纳米技术也有突出表现。2016年，华盛顿大学医学院的罗里·墨菲（Rory Murphy）和威尔逊·雷（Wilson Ray）与伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校约翰·罗杰斯（John Rogers）团队发表了双方合作的成果：他们用纳米技术制造了无线大脑传感器来监测重度脑损伤的患者。在人体内植入电子装置的技术我们早已能做到，问题是人体容易感染，康复数年的病人甚至还有可能死于体内移植物的感染，替代这种电子移植物的新材料就是可以在体内溶解的化合物。双方制造的纳米传感器正是如此：它们可以在人体中穿行，发挥到传递信息作用后又可以直接被人体吸收，无须再做手术将其取出。[4]
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密歇根大学的马晓龙（Peter Ma）制造的纳米粒子可将一个microRNA分子带到损伤的骨头附近的细胞中，从而将这些细胞变成骨修复机器人。[5]
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此外，纳米技术在医学上的另一种重要应用也正在科罗拉多大学紧张研发中。目前，医学上面临的最紧迫的问题之一是，我们并没有开发出新的抗生素，但细菌在不断进化。如今已知的对抗生素具有耐药性的细菌包括沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等，它们的数量不断增加，每年导致约两百万人感染，仅在美国就导致23 000人的死亡。这些微生物还在不断进化，很快已有的抗生素都会对它们失去作用。而科罗拉多大学的阿纳什·查特吉（Anushree Chatterjee）和普拉桑特·纳格帕尔（Prashant Nagpal）正在研究用新型光敏纳米微粒（light-activated nano-pa rticles）来攻击这些细菌。[6]
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普拉桑特·纳格帕尔是纳米工程背后的“大脑”，他可以在纳米比例上操作物质来得到新的性能。比如，他可以将一些半导体转化成跟金属一样好的导体（可用于提高太阳能电池的能力）；他找到了将红外辐射转化为电能的方法（可能带来新一代太阳能电池板的诞生）；他还发明了“量子分子测序”（quantum molecular sequencing），一种仅用一个分子就可以测序一个人基因组的方法（之前需要一滴血或一块皮肤才能测序）。他的实验室就是多个领域都可以从纳米技术中受益的活生生的例子。
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操作分子的机器人
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医学对纳米技术的应用已经如此深入，接下来我们的身体里是否会有很多维护健康的纳米机器人？
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确实，纳米机器人是纳米技术最让人着迷的一个分支。目前，几种人工（更好的词是合成）纳米电机已经基于不同的推进机制作了测试。德国马克斯—普朗克研究所（Max Planck Institute，MPI）的皮尔·菲舍尔（Peer Fischer）已经造出了能够“游泳”（或者，更形象的词是“划桨”）到血管里的纳米机器人。这些机器人其实使用非常规的物理原则进行移动，有一天，它们就能执行简单的医疗程序。[7]
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目前，每年全世界范围内患丙肝的人数达到1.7亿，而我们至今还没有研发出很好的疫苗。佛罗里达大学的刘晨开发的纳米机器人就可以专门抗击丙肝，它们可以攻击和阻止病毒的复制。具体来说，她的纳米机器人在一种能识别病毒的类DNA化合物的“导航”下运作，能够指示一种酶来破坏病毒的复制机制。[8]
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加州大学圣地亚哥分校的汪少杰（Joseph Wang）、张良方以及他们的学生高伟发明了一种能够自推进的纳米机器人。他们的纳米机器人放置在老鼠的胃部进行实验，能利用胃部消化时产生的气泡作为自推进的动能，然后纳米机器人再前行到需要“卸货”（药物等）的人体部位去。[9]
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为了创造新的材料，我们需要建造新的分子结构。过去，化学家们为此需要在实验室里跟各种装满奇怪的化学物质的瓶瓶罐罐们打交道。曼彻斯特大学的大卫·利（David Leigh）希望能改变这种工作状况。他想建立一个相当于工厂流水线的纳米制造装置。这个“纳米工厂”需要先有能将物体（分子）捡起来并送到其他地方的纳米机器人，也就是说，大卫·利想要制造一个能移动一个分子的机器人。[10]
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不难看出，纳米技术和生物技术之间有很大关系，有德鲁·安迪这样的生物学家认为，某种程度上，生物技术就是纳米技术。确实，生物学研究一度滞留在分子水平，但生物技术正越来越深入到细胞内部，而纳米技术甚至能让生物技术进入到原子以下的领域。纳米粒子可以改变细胞的行为，而不改变细胞的DNA，这对肿瘤细胞尤其有用。
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形象地说，纳米粒子能变成细胞内部的“特洛伊木马”。例如，2016年，密歇根大学霍华德·佩蒂（Howard Petty）的团队创造了一种纳米粒子，它能以造成细胞新陈代谢短路的方式杀死眼部的肿瘤细胞。[11]
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纳米技术和生物技术之间有着深度互动并不奇怪，有时候两者交融出来的应用是出乎意料的。比如，如果你想用纳米技术制造一个能够保存和延续上万年的数据存储装置，只要先看下大自然的发明：DNA。DNA在非常小的空间里存储了大量的信息，在理想的情况下，真的能做到“万年不朽”。可以说，DNA保存良好的化石就是目前这个星球上“发明”出来的最令人惊叹的存储器，且远在计算机之前就出现了。
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以此为鉴，2015年，瑞士苏黎世联邦理工学院（Swiss Federal Institute of Technology，ETH Zurich）的罗伯特·格拉斯（Robert Grass）制造了一个“人工化石”的样本，并且将阿基米德古代数学的经典《机械定理的方法》和《瑞士1291年宪法》编码储存了进去。
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