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美开发新纳米光刻术 医学应用前景广阔

日本用导电高分子薄膜开发出电化学晶体管

中国科学家首次发现氧化铁纳米颗粒模拟酶表明惰性金属材料在纳米尺度具有催化活性

我国科学家最近合成出新型铂纳米材料催化剂

IBM发布纳米技术方面最新两项重大突破

美科学家利用聚合物传递基因

以色列制成低成本太阳能光电池

分子光动力控制释放纳米器件在上海研制成功

新型纳米复合材料高效处理废水

科学家用DNA作为纳米印刷模板

加制成超微导电纳米电线 长度达五万纳米

美开发新纳米光刻术 医学应用前景广阔

美国乔治亚工学院研究人员称，他们已成功开发出一种纳米光刻术。这种新型纳米光刻术不仅速度极快，而且能够用于包括空气和液体等多种工作环境。

据研究人员介绍，新的纳米光刻术被称为热化学纳米光刻术（TCNL），它在电子业、纳米应用流体学和医学等多领域均具有潜在应用前景，能帮助工业界在速度和规模上商业化生产包括纳米电路在内的广范围的纳米图案结构。

研究人员表示，新的工艺实际上相当简单。他们将原子力显微镜的硅材料探针加热，并让它在薄高分子膜上“行走”，从而获得电路图。探针尖的热量导致高分子膜表面发生化学反应，改变了薄膜的化学性质，从原来的“厌”水物质转变成现在的“亲”水物质，因此能与其他分子牢固地粘贴在一起。

新的热化学纳米光刻术速度相当快，每秒钟“刻写”长度超过数毫米。现在广泛采用的蘸笔纳米光刻术（DPN）“刻写”速度仅为每秒钟0.0001毫米（即0.1微米）。利用新工艺，研究人员能够在不同的环境中“刻写”最小宽度仅为12纳米的图案。

除“刻写”尺寸小、速度快和可在多环境中工作外，热化学纳米光刻术的另一个特点是它不像常规纳米光刻术那样，需要其他的化学物质或强电场。此外，采用IBM公司开发的原子力显微镜探针组，热化学纳米光刻术还具有大规模生产的潜能，可让用户同时用上千个针尖独立地“刻写”图案。

乔治亚工学院物理院助理教授爱丽莎·瑞尔朵说：“热化学纳米光刻术属于高速和多功能技术，它帮助我们更进一步迈向商业化所需的光刻速度。由于我们只是加热以改变其化学结构，而不需要将任何材料从原子力显微镜探针转移到高分子膜表面，因此这种方法要比常规方法快得多。” 

日本用导电高分子薄膜开发出电化学晶体管

由日本东北大学多元物质科学研究所教授宫下德治等人组成的研究小组，利用Langmuir-Blodgett（LB）法研制出了数十nm厚的导电高分子（polythiophene，聚噻吩）薄膜，并使用它设计并试制了驱动原理采用电化学氧化还原反应的晶体管。试制出的晶体管在1.2V电压下工作，导通截止比为2000。具有可印刷、可弯曲等特点，有望成为用于实现近年来因有可能从根本解决成本问题而受到业界关注的有机晶体管的候选材料之一。此项成果将在日本第54届高分子讨论会（2005年9月20日～22日，日本山形大学）上发表。

LB法就是指将具有亲水基（Hydrophilic Group）和疏水基（Hydrophobic Group）的分子（两性分子）铺在水面上，然后再移至底板上制作出排列整齐的分子。宫下教授此次使用了丙烯酰胺聚合物。作为亲水基的酰胺基（Amide Group）先铺在水面上，上面再排列着聚合物主链（Polymer Main Chain），而作为疏水基的丙烯基（Acryl Group）（碳元素数为12个）则垂直立于水面（图1）。分子厚度约为1～2nm。宫下等人称其为“高分子纳米薄膜”。

将这种丙烯酰胺聚合物和导电高分子聚噻吩溶于三氯甲烷（chloroform）溶液中，使其在水面展开。当三氯甲烷挥发后，即可形成聚噻吩分布于丙烯基之中的结构分子。对此，宫下描述说“就像是聚噻吩分布在固体人造黄油中一样”。将这种分子膜层叠10层，即可制成厚20nm的导电高分子纳米薄膜。

先在玻璃底板上形成作为源极和漏极的金属极，再在它的上面层叠经过调整的导电高分子纳米薄膜。接着再在它的上面撒上由有机溶剂组成的电解液，加上作为栅极的ITO即可形成电化学晶体管。

只要不向栅极施加电压，这种高分子纳米薄膜就是绝缘体（截止状态）。一旦向栅极加压，就会从聚噻吩中释放出电子，形成正电，从而就会便于共轭高分子中的电子发生移动。然后再由电解液提供掺杂物（PF6-），就会使电子产生流动（导通状态）。这就是可切换聚噻吩氧化与还原状态的电化学晶体管。在实验中目前已经得到了栅极电压为1.2V、导通截止比为2000的结果。

据该研究小组称，由于有电解液，因此今后准备首先对不是纯固体这一点进行改进。据称现已从原理上提出了没有电解液也可运行的晶体管。另据宫下表示，在材料方面目前仍处于基本的探讨阶段，今后希望利用近年来受到业界关注的可印刷、可弯曲的TFT（薄膜晶体管）等材料进行元件研究。

在有机电子领域，业界正在探讨使用低分子并五苯的可行性。与此相比，作为高分子来说，由于容易产生耐热性和耐用性，不需结晶工艺，因此操作方便，易形成可弯曲性，因此宫下强调指出高分子材料在有机电子领域中将会成为大有希望的材料。

对于LB法的量产性，相关设备和制作方法近来都取得了显著进步，该小组认为“只要电子业界能认真对待，肯定没问题”。由于此次的成果比十几年前曾流行一时但后来却销声匿迹的LB膜先进，因此宫下表示：“希望在报道中使用高分子纳米薄膜这个说法，而不要说成LB膜。” 

中国科学家首次发现氧化铁纳米颗粒模拟酶表明惰性金属材料在纳米尺度具有催化活性

中国科学院生物物理研究所阎锡蕴研究小组的《氧化铁纳米颗粒具有过氧化物酶活性》一文，日前在9月份出版的《自然.纳米技术》杂志上发表。该刊物同时配发的评论文章《氧化铁纳米颗粒：蕴藏的功能》称：“阎锡蕴、柯沙和同事们首次发现氧化铁纳米颗粒具有类似过氧化物酶的催化活性，并提出了氧化铁纳米颗粒模拟酶的概念。这一发现不仅为惰性金属材料在纳米尺度具有催化活性的学说提供了新的论据，而且拓展了磁性纳米颗粒的应用。虽然如何在生物技术和医疗领域更好地利用纳米材料的催化活性还有待探索，但氧化铁纳米颗粒催化活性的发现，无疑将使人们对此产生更多的关注。”

据评论文章介绍，在纳米医学研究中，氧化铁纳米颗粒作为一种理想材料，可用于疾病诊断、控制药物释放和体内分子成像。氧化铁纳米颗粒通常用于分离和纯化蛋白质、DNA、病毒和细胞。这主要利用氧化铁纳米颗粒的磁性，如果将其表面连接抗体一种能够特异识别生物分子的蛋白质，它便具有靶向识别和磁性分离的双重功能。在医学应用中，传统的检测方法是将纳米颗粒的磁分离作用与酶标记的抗体免疫反应结合起来，后者通过酶催化底物显色显示生物分子的存在并进行定量。

阎锡蕴研究员长期从事肿瘤抗体研究，近年来主持着国家“863”计划“肿瘤抗体药物”课题、国家自然科学基金及中科院方向性研究项目，并参与国家“973”纳米生物学研究项目。她说：“这一发现是典型的学科交叉产物，是免疫学、生物化学和材料学共同合作研究的结果。这一发现在意料之外，但在情理之中。”

据阎锡蕴介绍，她的研究小组最初的试验设计是为了寻找肿瘤细胞新靶标，在磁性纳米颗粒上连接了他们已获得发明专利的“抗体”，希望研制一种新的具有识别抗原和磁性分离双重功能的免疫纳米颗粒，用于肿瘤的诊断和治疗。然而，在鉴定抗体分子是否连接氧化铁纳米颗粒时，研究人员遇到了不能排除的本底噪音。在用尽各种方法排查之后，他们没有得到预期的结果。研究小组由此推测，磁性纳米颗粒可能具有另外一种尚未被发现和证明的性质，这种性质很可能是过氧化物酶的催化活性。

为了证明这一推断，阎锡蕴研究小组从不同纳米材料研究机构取样，并对不同大小尺寸的氧化铁纳米颗粒材料分别进行研究，试验最终证实了研究小组的推测是正确的。随后，研究小组又利用纳米颗粒模拟酶的这一新特性，设计了多种免疫检测方法，实现了对乙肝病毒表面抗原和肌钙蛋白的检测。并将其与具有蛋白质性质的辣根过氧化物酶进行比较，发现这种纳米颗粒模拟酶具有制备简单、经济、耐高温和耐酸碱等诸多优势。在此基础上，他们研制了多种新型免疫检测模型，拓展了氧化铁纳米颗粒在其他方面的新用途。例如，污水处理和酸雨检测。

阎锡蕴说，由于国家、中科院和中科院生物物理所对于纳米生物学和纳米医学等交叉学科的重视，使她这样从事肿瘤抗体研究的学者有机会参与纳米科学的研究，有机会与物理、化学等领域的专家合作，从而促使她关注纳米材料和纳米技术与生物学的结合点，并有了这项成果。她说，研究人员对研究中出现的看似偶然和不可能的现象，不能轻易放弃，特别是实验结果与预期相左时更应如此。只有进行认真分析，才可能会有意外的发现。这便是科学探索的本质。

               我国科学家最近合成出新型铂纳米材料催化剂

随着电化学制备催化剂方法的诞生，我国科学家最近合成了新型铂纳米材料催化剂，实现了在催化活性、稳定性和效率上的提高，这是我国在铂纳米材料催化剂制备方法上的重大突破。

铂纳米材料是一种能够提高一些重要化学反应效率的催化剂，良好的性能已使其成为催化剂家族的新宠。尽管前景广阔，但由于制备工艺的落后使得用传统方法合成的表面由低指数晶面组成的铂纳米材料的催化效率低、使用寿命短，而铂又属于资源稀缺的贵金属，价格高昂；因此，铂纳米材料催化剂目前难以实现广泛应用。提高催化效率是推广的关键，科学家认为，制备表面为高指数晶面结构的铂纳米材料催化剂能够显著提高催化效率。

厦门大学化学化工学院、固体表面物理化学国家重点实验室孙世刚教授带领的团队经过与美国佐治亚理工学院王中林教授等人的紧密合作，研发出能够控制纳米晶体的表面结构和生长的新型电化学方法，合成了二十四面体铂纳米晶体。

据悉，二十四面体是铂纳米晶体的一种比较罕见的结晶方式，其表面为高指数晶面结构，这种晶体结构能提高催化剂的活性和稳定性，其催化活性是目前商业铂纳米催化剂的2～4倍，能提高催化效率并延长使用寿命。

专家认为，新型制备方法的诞生为铂纳米材料催化剂的研究提供了一种新思路，也显示了其在燃料电池、石油化工、汽车尾气净化等领域的重大应用价值。

IBM发布纳米技术方面最新两项重大突破

【天极yesky沈阳9月10日讯】近日，IBM公司的科学家们在美国《科学》杂志宣布了两项原子尺度的科学突破：第一项是在了解单个原子保持一定的磁方向、从而使其具备适合未来数据存储应用的能力方面所迈出的重要一步;第二项是一个分子内不同原子之间及不同分子彼此之间的一个逻辑开关，它们是分子计算机的潜在构造单元。这两项重大突破为研制原子尺度的结构和装置奠定了基础。

虽然这两项突破性研究成果的最终应用与实践还将有很长的路要走，但它却可以促进IBM公司及其他研究机构的科学家继续推动纳米领域技术的发展，即探索如何利用只有几个原子或分子的超小型部件来制造结构和装置。这样的装置在未来也许可以用作计算机芯片、存储装置和传感器。

美科学家利用聚合物传递基因

新华网华盛顿９月８日电（记者张忠霞）美国麻省理工学院科学家日前报告说，他们利用可降解的聚合物材料取代病毒，作为向人体运送基因的新载体。这一突破将使基因疗法更加安全有效。

基因疗法是指人为地将新基因植入患者细胞中，对抗癌症等顽疾。医学界一直认为基因疗法极具应用价值，但目前基因疗法大多应用病毒作为载体传递基因，因而存在多种潜在危险因素，阻碍了基因疗法的进一步应用。目前，国际上许多研究小组都在致力于开发非病毒材料的基因载体。

麻省理工学院科研小组在最新一期《高级材料》杂志上介绍说，他们将目光集中在人工合成的非病毒材料上，筛选出了三种有“基因载体”潜质的β氨基酯聚合物。

这三种聚合物混合在一起，会自发地与脱氧核糖核酸（ＤＮＡ）分子聚合形成纳米粒子。这种“聚合物－ＤＮＡ”纳米粒子类似一种人造病毒，注入人体的目标组织内部或附近后，能够把基因成功运到目的地。

为了让聚合物更加高效地运送基因，研究人员还通过化学途径，在聚合物分子长链末端“动手脚”，去掉几个原子，换上一些不同种类的小分子，此举进一步提高了聚合物分子的基因运输能力。

研发人员说，聚合物材料比病毒安全，不会引发排异反应，完成任务后还可自行降解。以实验鼠为对象的动物实验已经证实，聚合物作为基因载体十分安全。研究人员希望接下来能够进行人体临床测试。

以色列制成低成本太阳能光电池

本报特拉维夫9月6日电 以色列巴依兰大学纳米技术专家研发出一种新型低成本光电池，其光电转换率与传统硅光电池相当，但造价可降低40%。

这种光电池是利用纳米技术设计的，由分布于塑料板上的海绵状微型纳米点矩阵组成，安装于导电玻璃上的金属线构成其基础部分。为了增强吸收阳光的能力，研究人员向半导体材料里注入了有机染料。

巴依兰大学纳米技术研究所主任扎班教授表示，最初他们开发的光电池板由很小的光电池矩阵组成，每个光电池片只有1平方厘米，由于光电池片比较小，片与片之间的空间多，阳光照在上面无法转换成电能，因此转换效率比较低。针对这种情况，他们将每个光电池片的面积增大到100平方厘米后，光电池矩阵捕获阳光的能力明显增强。

扎班教授称，在太阳能研发中，造价是一个重要因素。要使太阳能电池被广泛接受，必须使其生产成本低于传统的化石燃料，同时基础设施造价也要让发展中国家能够接受。他们的这项研究成果能有效地降低光电池成本，为太阳能电池占领更广阔的市场开辟了道路。此外，他也在研究减少太阳能电池中铂的使用，以进一步降低造价。

目前，耶路撒冷一家太阳能公司正与巴依兰大学合作，推进这种太阳能光电池的商业化。他们希望，今后5年能使这种光电池成功进入市场。

分子光动力控制释放纳米器件在上海研制成功

最近，中科院上海硅酸盐研究所成功构筑了分子光动力控制释放纳米器件，该纳米器件有望在医学诊断、药物输送、化学过程控制与检测等方面获得应用。该工作为上海硅酸盐研究所研究员祝迎春与日本AIST研究结构研究员Fujiwara Masahiro共同协作完成，研究工作作为“Hot Paper”发表在国际著名杂志德国《应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed，2007， 46， 2241－2244，2006年影响因子10.232)上，并已申报专利一项。

分子材料由于尺寸微小，分子运动在宏观环境下通常难以产生有效的作用，但在纳米尺度的微器件上，如在纳米孔的微小空间内，分子运动足以主导纳米空间内的物理和化学过程。偶氮类化合物能够发生快速、稳定、连续可逆的光异构化运动，如果将其分子的一端固定，该分子的另一端将围绕N-N键发生旋转－翻转运动。在紫外光作用下，偶氮化合物反式结构异构吸收紫外光转化为顺式结构，可见光或加热条件下则由顺势结构变为反式结构，在紫外－可见光的同时作用下，偶氮分子将发生连续的旋转－翻转运动。研究人员合成了偶氮苯类化合物N-(3-triethoxysilyl)propyl-4-phenylazobenzamide，并通过－Si－O－键将该分子的一端固定于介孔壁，介孔内的偶氮分子在紫外－可见光的作用下，通过调节光源能够有效控制介孔内胆固醇分子的释放速率，并实现了胆固醇的快速释放。通过在介孔口部进一步组装具有光控开关分子，构筑了具有光控开关功能、光动力控释功能的纳米存储器件。

 研究表明，通过化学方法能够将功能分子与纳米结构组装为一体，实现纳米器件的多功能化；通过光化学反应机理，在紫外－可见光的作用下控制纳米装置的各个部件，从而完成特定的功能。该工作对探索纳米科技新的研究方法与实验技术，建立新的纳米体系，探讨纳米材料与器件的多种可能应用具有一定的意义。

新型纳米复合材料高效处理废水

一项利用新型纳米复合矿物材料处理含砷、含甲苯废水的先进实用技术，日前在天津研制成功。实验测试结果显示，该技术投加剂量少，接触时间短，吸附干扰小，有害及有机污染物去除效率高。经处理后的水体可达标排放或回收利用。

天津城市建设学院王银叶教授等自主研发的这种矿物材料，由纳米分子筛改性硅化合物复合制成，具有多孔、质轻、比表面积大、吸附性强的特点，特别适用于处理砷、氟共存的废水，可达到同时除砷除氟的效果。

据了解，该材料不仅无毒、无害，使用后可再生循环利用，而且原料来源广泛，工艺流程简单，适合产业化生产。

                                   科学家用DNA作为纳米印刷模板

DNA是纳米技术中最常使用的建筑模块，通常被用来控制建造有序的纳米结构。在很大程度上，人们认为DNA有望成为自下而上制造微型电子线路的基本模块。

现在，一组来自美国Brigham  Young大学的科学家们把DNA自组织技术同微制造印刷术结合起来，制造纳米通道、纳米线和纳米沟等结构。这项发现为目前光学印刷术所达不到的尺寸下的纳米加工开辟了新的路径。他们的成果发表在最新一期的《Small》上。

研究人员Adam  Woolley和Héctor  Becerril发明了一种利用DNA为模板来定义基底图案的方法。他们把DNA在基底上排列整齐，再在上面沉积一层金属膜。DNA分子起纳米蜡纸的作用，这样来在基底上定义一些小于10纳米的图案。由于金属膜以一定角度沉积，DNA分子的投影来定义基底上图案的尺度，因此这种方法被研究人员称为“DNA投影纳米印刷术”。

此后研究人员使用半导体工业中常用的活性气体等离子体对图案表面进行各向异性刻蚀，在基底上得到了高纵宽比的沟槽。这些沟槽可以在顶端密封，来形成连续的纳米通道；或者可以被化学功能化，作为沉积金属纳米线的模板。这些模板沟槽和制造出的纳米线横截面只有30纳米，并能被裁剪成小于10纳米。沟槽的确切尺寸可以通过改变沉积角度和沉积厚度来控制。

研究人员相信能够用表面对齐的DNA分子来实现复杂图案到基底的转换。Wooley说：“这项技术的特点是能利用DNA形成图案，而并不需要DNA保持其核酸结构不变。”他认为DNA投影纳米印刷术能够应用在纳米流体通道和化学传感器领域。

加制成超微导电纳米电线 长度达五万纳米

加拿大阿尔伯塔大学化学系教授、国家纳米技术研究所负责人朱丽安?布里亚克率领的一个研究小组，在硅芯片上成功开发出了一种能够制造超微导电纳米电线的技术，利用该技术可以制造出长度是其宽度5000倍的纳米电线。该成果发表在最新出版的《自然纳米技术》杂志上。

据布里亚克教授介绍，在实际应用中，需要微细的电线来进行连接，他们找到了使用分子制作电线的方式，这些分子能以自行排列成线的形式成为导线。然后使用这些分子作为模板，用金属进行填充，就得到了想要的电线。

研究人员使用自己开发的自排列工艺，制成了25根平行的铂纳米电线，每条电线的宽度只有10纳米，长度可以达到50000纳米，相当于人的头发丝宽度。

布里亚克表示，所谓的自排列工艺，就好比DNA的双螺旋结构，它也是一种自排列。在自排列中，分子可以相互识别，相互约定，形成一种结构。所使用的分子也非常简单，就是聚合体。布里亚克表示，这种电线可以满足连接超小电子元器件的要求。该工艺可以提高计算机速度和存储能力，同时也可以降低成本。