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人类2.0:在硅谷探索科技未来 硅谷声音
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克里斯蒂娜:“纳米革命”后的美丽新世界
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克里斯蒂娜·彼得森是纳米技术领域的知名研究者和领导者,是始于1986年的纳米研究和教育机构“先锋研究所”的主要创始人。彼得森本人还是一名作家和讲师,是《自由未来:纳米技术革命》的主要作者。彼得森多年对纳米技术的热爱里既有个人兴趣,即想让自己和其他人过上健康长寿的生活,也有人类共同的梦想和渴望:清理地球上的环境污染,还天空和大地本来的模样,让人和自然、动物快乐共处。在与彼得森简短的30分钟的对话里,她勾勒了一幅让人心潮澎湃的未来图景。
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纳米技术的三阶段
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纳米技术的发展有三个阶段,首先是新材料。早期应用纳米技术的产品常常出现在汽车等工业体系中,因为已经直接融入到了产品中,消费者几乎察觉不到,所以不会觉得有多么兴奋。现在我们已经听到更让人兴奋的碳纳米管、石墨烯等。如今我们还处于新材料阶段,很快我们就会进入到纳米设备阶段。下一个5~10年里,最让人期待的就是纳米抗癌设备,它们可以精准地定位癌细胞,帮助进行靶向治疗,这种设备已经存在了,只不过还没有被批准使用,因为医疗器械都需要经过严格的测试和政府的审批。
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当足够多的纳米设备出现,我们就会进入系统阶段,也就是诸多纳米装备一起运作的阶段。比如,分子计算机、分子X光射线、分子实验室等,这些纳米级装备可以协调合作,构成一个强大的纳米系统。
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从材料到设备,再到系统,纳米技术最终能给人类带来什么?对我来说,让人类长寿是纳米技术最让人兴奋的应用,但并不是人依然会变老、生病的那种长寿,而是那种长久且快乐的长寿。我们体内天生有一套修复机制(免疫系统)来保障整个系统的正常运行,但随着我们年龄的增长,体内的这套系统会逐渐衰弱。以长寿最大的“杀手”癌细胞来说,人体天生其实就有对癌细胞的自主防御功能,问题是,随着年龄的增长,这些功能会逐渐衰竭,这也是大多数的癌症患者都是老年人的原因。
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因此,我们需要将纳米级的设备乃至系统植体内,首先来鉴定到底是什么问题,是某些DNA出了差错还是有了癌细胞,到底问题出在哪里。然后,我们可以模仿免疫系统的运作方法,研发出“改良版”的一套纳米人工免疫系统,让它不会随着时间的增长而衰弱或退化,能够一直强有力地应对身体出现的各种问题,这正是我和团队成员正在研究的。很多情况下,自然能给我们很多灵感。我们与其绞尽脑汁去创新,不如思考和借鉴大自然的智慧。比如线粒体(mitochondria,一种存在于大多数真核细胞中的由两层膜包被的细胞器,直径在0.5~10微米,为细胞的活动提供能量,有“细胞动力工厂”之称),它是活跃在我们身体内的天然纳米机器,是自然的杰作,我们可以人工创造出类似的系统来。
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纳米技术未来
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回顾纳米技术发展的30年历史,让我兴奋的是,纳米技术真的已经到来了。但让我失望的是,它的步伐还是太慢了。不过,纳米技术无疑是非常昂贵和困难的一个领域,它需要很多研究设备和仪器,需要贵得惊人的材料,还存在诸多安全规范的限制,因此,在纳米领域研究出一些成果相比其他领域需要花的时间也更长,挑战更大。作为一门基础科学,它的研究通常是由政府资助的,比如,美国相关能源部门就在为纳米新材料和新设备的研究提供资金,研发能源生产、发射和分离等。通常大部分研究都是从政府的资助开始,然后进入大学,有一些研究能得到大公司的资助,偶尔也有创业者发起的研究,但并不多见。
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当然,纳米技术到达最先进的研究阶段,即第三个“系统”阶段后,我们就能得到这项技术带来的最大回报。届时,纳米技术将能让我们制作出非常轻,但强度又非常高的太空旅行工具,并可以大大降低到太空的费用,因此,人们将能够到太空旅行或者定居别的星球。纳米技术的长期未来是,人类将非常健康和长寿,而且不少会选择生活在太空中。
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纳米技术另一大应用是清理污染。如今,地球上很多地方空气严重污染,土壤中的化学成分有毒,海洋中遍布垃圾和很多工业污染,这些都需要用纳米技术清理。这也是我们必须做的,我们需要使空气更纯净,海洋更清澈,土壤更健康肥沃,需要将所有的化学物品从不该出现的地方清理干净,还地球本来干净天然的模样。只有这样,所有地球上的动植物才能健康快乐地生存。
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现在,城市中到处都是高楼大厦和汽车,它们把人与自然分隔开,让很多人无论白天和夜晚都处于灯光和喧嚣声中,处于看不见蓝天白云,也享受不到一刻宁静的状态中。最终,运用先进的纳米科技,我们将能把建筑和各种交通运输工具全部建在地下,但依然拥有新鲜的空气和良好的采光,科技将允许我们有能力这样做。而地表上则大多数恢复其原来自然的模样,到处就像原始森林一样充满生机,动物们会再次出现,人们可以随时随地置身流水和花园之中,与可爱的动物们和谐共处。
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珍妮弗·迪翁:隐身术炼成记
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珍妮弗·迪翁是科学家的年轻新秀,作为斯坦福大学材料科学与工程系助理教授,已经拥有以自己名字命名的纳米技术实验室,主要致力于超材料研究,应用范围包括高效太阳能能量转换到生物医学等多个领域。加入斯坦福大学之前,珍妮弗在伯克利国家实验室担任过化学博士后研究员,是美国国家科学基金会(NSF)事业奖、美国空军科研办公室(AFOSR)青年调查员奖等获得者。2011年,她被麻省理工《技术评论》称为35岁以下以变革方式解决重要问题的国际创新者。
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珍妮弗热情又充满活力,采访当天,她穿着牛仔裤,推着自行车走进了斯坦福的办公室,她孩童时代的梦想就是制作出“隐形斗篷”,如今她正在实验室里用纳米技术朝这一目标前进。除了介绍自己的研究方向和进展,她还详细阐述了何为纳米技术,目前为止到底取得了哪些实际研究成果以及未来还有哪些潜在应用。
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纳米技术的主要成果
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一纳米就是一米的十亿分之一,人类的红细胞比纳米大一些,原子又要比纳米小一些。这个长度规模很重要的原因是,当从纳米层面看物质的材料和结构时,就会发现许多不同寻常的、有趣的物理和化学特性和变化。这是对纳米技术最广泛的一个解释。
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