納米技術

納米技術(nanotechnology），也稱毫微技術，是研究結構尺寸在1納米至100納米範圍內材料的性質和應用的一種技術。1981年掃描隧道顯微鏡發明后，一門以1到100納米長度為研究對象的科學領域誕生了，它的最終目標是直接以原子或分子來構造具有特定功能的產品。因此，納米技術其實就是一種基於原子、分子層面製造物質的技術。

迄今為止，納米技術先後出現了三種典型的概念：

第一種，是1986年美國科學家德雷克斯勒博士在《創造的機器》一書中提出的分子納米技術。根據這一概念，可以組合實用化的分子機器，任意組合所有種類的原子，製造出任何種類的分子。不過，這種概念的納米技術尚未取得重大突破。

第二種概念把納米技術定位為極限化的微加工技術，即通過納米精度的"加工"來形成納米大小的結構。這種納米級的加工技術，將使半導體微型化達到極限。不過，半導體微型極限化可能會遇到薄膜絕緣效果遭受破壞、發熱和晃動等難題。為了解決這些問題，研究人員正在研究新型的納米技術。

第三種概念是基於生物學角度提出的。生物細胞和生物膜內本來就存在納米級的結構。DNA分子計算機、細胞生物計算機的開發，都將成為納米生物技術的重要內容。

納米技術是一門交叉性很強的綜合學科，研究內容涉及諸多現代科技領域。納米科技主要包括七個學科分支，即納米體系物理學、納米化學、納米材料學、納米生物學、納米電子學、納米加工學和納米力學等。這七個學科相對獨立又相互滲透，均涉及納米材料、納米器件及納米尺度的檢測與表徵。納米科技的學科分支中，納米材料的製備和研究是基石，納米物理學和納米化學是理論基礎，而納米電子學是最重要的內容。

1993年，第一屆國際納米技術大會(INTC)在美國召開，將納米技術劃分為6大分支，即納米物理學、納米生物學、納米化學、納米電子學、納米加工技術和納米計量學，促進了納米技術的發展。由於該技術的特殊性、神奇性和廣泛性，吸引了世界各國的許多優秀科學家紛紛投身其中。納米技術一般指納米級(0.1一100nm)的材料、設計、製造，測量、控制和產品的技術。納米技術主要包括：納米級測量、納米級表層物理力學性能的檢測、納米級加工、納米材料與納米粒子製備、納米生物學、納米組裝等。

納米技術包含下列四個主要方面：

● ● 納米材料

當達到納米尺度，即0.1-100納米範圍時，物質的性能會發生突變，出現特殊性能。這種既不同於原組成的原子、分子，也不同於宏觀物質的特殊性能構成的材料，即為納米材料。嚴格意義上講，如果僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。

過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略了中間領域，而這個領域實際上大量存在於自然界，只是以前沒有認識到這個尺度範圍的特殊性。第一個真正認識到它的性能並引用納米概念的是日本科學家。20世紀70年代，他們用蒸發法製備超微離子，研究發現：一個導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度后，就會失去原來的性質，表現出既不導電、也不導熱。磁性材料也是如此，像鐵鈷合金，把它做成大約20-30納米，磁疇就變成單磁疇，磁性要比原來高出1000倍。80年代中期，人們就開始把這類材料命名為納米材料。

為什麼磁疇變成單磁疇，且磁性提高了1000倍呢？這是因為，磁疇中的單個原子排列並不規則，而單原子中間是一個原子核，外圍是繞其旋轉的電子，這是形成磁性的原因。但是，變成單磁疇后，單個原子排列得很規則，對外顯示了強大磁性。

這一特性，可用於製造微特電機。如果將技術充分得到發展，並用於製造磁懸浮，可以製造出速度更快、更穩定、更節約能源的高速度列車。

2.納米動力學

主要應用對象為微機械和微電機，即所謂的微型電動機械系統（MEMS)。該領域的主要研究對象為有傳動機械的微型感測器和執行器、光纖通訊系統，特種電子設備、醫療和診斷儀器等，常採用一種類似於集成電器設計和製造的新工藝，特點是部件很小，刻蝕深度往往要求在數十至數百微米，且寬度誤差要求很小。這種工藝還可用於製作三相電動機，用於超快速離心機或陀螺儀等。在研究方面還要相應地檢測准原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然微電機和檢測技術目前尚未真正進入納米尺度，但理論上講，達到納米數量級是有可能的，潛在的科學價值和經濟價值十分巨大。

3.納米生物學和納米藥物學

該領域會涉及在雲母表面用納米微粒度的膠體金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，DNA的精細結構等。有了納米技術，便可以用自組裝方法在細胞內放入零件或組件構成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的藥粉，半數也不溶於水；但細化為納米尺度的超微粒子，則可溶於水。

納米生物學發展到一定程度時，可以用納米材料製成具有識別能力生物細胞，並可以吸收癌細胞的生物醫藥，注入人體內，用於定向擊殺癌細胞。

4.納米電子學

包括基於量子效應的納米電子器件、納米結構的光/電性質、納米電子材料的表徵，以及原子操縱和原子組裝等。當前電子技術的發展趨勢要求器件和系統更小、更快、更冷。更快，是指響應速度要快；更冷是指單個器件的功耗要小。但更小並非沒有限度。納米技術將為“更小”提供技術手段，未來的影響將是巨大的。

納米技術的靈感，來自於已故的美國物理學家理查德·費曼。從石器時代開始，人類從磨尖箭頭到光刻晶元等所有技術，都與一次性地削去或者融合數以億計的原子以便把物質做成有用的形態有關。1959年，理查德.費曼做了一場題為《在底部還有很大空間》的演講，當時任教於加州理工大學的費曼教授向同事們質問道，為什麼我們不可以從另外一個角度出發，從單個的分子甚至原子開始進行組裝，以達到我們的要求？他說：“至少依我看來，物理學的規律不排除一個原子一個原子地製造物品的可能性。”

70年代，科學家開始從不同角度提出有關納米科技的構想，1974年，科學家谷口紀男（Norio Taniguchi）最早使用納米技術一詞描述精密機械加工；

1981年，科學家發明了研究納米的重要工具—掃描隧道顯微鏡，為人們揭示一個可見的原子、分子世界，對納米科技發展產生了積極促進作用；

1990年， IBM公司阿爾馬登研究中心的科學家成功地對單個的原子進行了操縱和重排，納米技術取得了關鍵性的突破。他們使用一種稱為掃描探針的設備，慢慢地逐一移動35個原子，拼成了IBM三個字母。這證明費曼的預言是正確的，幾個字母加起來的長度不超過3納米。不久，科學家不僅能夠操縱單個原子，而且還能夠“噴塗原子”。使用分子束外延長生長技術，科學家們學會了製造超薄特殊晶體薄膜的方法，每次只造出一層分子。現代製造計算機硬碟讀寫頭使用的就是這項技術。著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德· 費曼預言，人類可以用小的機器製作更小的機器，最後將變成根據人類意願，逐個地排列原子，製造產品，這是關於納米技術最早的夢想。

1990年7月，第一屆國際納米科學技術會議在美國巴爾的摩舉辦，標誌著納米科學技術的正式誕生；

1991年，碳納米管被人類發現，它的質量是相同體積鋼的六分之一，強度卻是鋼的10倍，成為納米技術研究的熱點。諾貝爾化學獎得主斯莫利教授認為，納米碳管將是未來最佳纖維的首選材料，也將被廣泛用於超微導線、超微開關以及納米級電子線路等；

1993年，繼1989年美國斯坦福大學搬動原子團“寫”下斯坦福大學英文、1990年美國國際商用機器公司在鎳表面用35個氙原子排出“IBM”之後，中國科學院北京真空物理實驗室自如地操縱原子成功寫出“中國”二字，標誌著中國開始在國際納米科技領域佔有一席之地；

1997年，美國科學家首次成功地實現了用單電子移動單電子，這種技術有望在日後研製速度和存貯容量比現在提高成千上萬倍的量子計算機方面得到應用；

1999年，巴西和美國科學家進行納米碳管實驗時發明了世界上最小的“秤”，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當於一個病毒的重量；此後不久，德國科學家再次研製出了能稱量單個原子重量的秤，打破了美國和巴西科學家聯合創造的紀錄；

1999年，納米技術逐步走向市場，全年基於納米產品的營業額達到500億美元；

2001年，一些國家紛紛制定相關戰略或者計劃，投入巨資搶佔納米技術戰略高地。日本設立納米材料研究中心，把納米技術列入未來5年科技計劃的研發重點；德國專門建立納米技術研究網；美國將納米計劃視為下一次工業革命的核心，美國政府部門將納米科技基礎研究方面的投資從1997年的1.16億美元增加到2001年的4.97億美元。中國也將納米科技列為中國的“973計劃”，進行大力發展，並對相關產業進行大力扶持。

當前納米技術的研究和應用主要在材料和製備、微電子和計算機技術、醫學與健康、航天和航空、環境和能源、生物技術和農產品等方面。用納米材料製作的器材重量更輕、硬度更強、壽命更長、維修費更低、設計更方便。利用納米材料還可以製作出特定性質的材料或自然界不存在的材料，製作出生物材料和仿生材料。

概括一下，納米是一種幾何尺寸的度量單位，1納米等於百萬分之一毫米。納米技術將帶動一場新的技術革命；納米技術可以觀察病人身體中的癌細胞病變及情況，可讓醫生對症下藥；利用納米技術製作的藥物可以阻斷毛細血管，“餓死”癌細胞；如果在衛星上用納米集成器件，衛星將更小，更容易發射。

納米技術和信息科學技術、生命科學技術是當前的科學發展主流，它們的發展將使人類社會、生存環境和科學技術本身變得更美好。不過，納米技術是多科學的綜合，有些目標需要長時間的努力才會實現。

納米級測量技術包括：納米級精度的尺寸和位移的測量，納米級表面形貌的測量，其主要發展方向有兩個。

一是光干涉測量技術，基本思路是利用光的干涉條紋來提高測量的解析度。其具體的測量方法有：雙頻激光干涉測量法、光外差干涉測量法、X射線干涉測量法、F-P標準工具測量法等，可用於長度和位移的精確測量，也可用於表面顯微形貌的測量。

二是掃描探針顯微測量技術(STM)，其基本原理是基於量子力學的隧道效應，它的原理是用極尖的探針(或類似的方法)對被測表面進行掃描，探針和被測表面實際並不接觸，藉助納米級的三維位移定位控制系統測出該表面的三維微觀立體形貌。主要用於測量表面的微觀形貌和尺寸。基於這原理的具體測量方法有：掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等。

顧名思義，所謂納米級加工，是指達到納米級精度的加工技術。

由於原子間的距離為0.1-0.3nm，納米加工的實質就是要切斷原子間的結合，實現原子或分子的去除，切斷原子間結合所需要的能量，必然要求超過該物質的原子間結合能。顯然，用傳統的切削、磨削加工方法進行納米級加工相當困難。

截至2008年，納米加工有了重大突破，如電子束光刻(UGA技術)加工超大規模集成電路時，可實現0.1μm線寬的加工；離子刻蝕可實現微米級和納米級表層材料的去除；掃描隧道顯微技術可實現單個原子的移除、搬遷、增添和原子重組。

納米粒子的製備方法很多，可分為物理方法和化學方法。具體方法如下。

真空冷授法：用真空蒸發、加熱、高頻感應等方法使原料氣化或形成等粒子體，然後驟冷。其特點是，納米粒子純度高、結晶組織好、位度可控，但技術設備要求高。

物理粉碎法：透過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點是，操作簡單、成本低，但產晶純度低，順粒分佈不均勻。

機械球磨法：採用球磨方法，控制適當的條件得到純元素、合金或複合材料的納米粒子。其特點是，操作簡單、成本低，但產品純度低，顆粒分佈不均勻。

氣相沉積法：利用金屬化合物蒸汽的化學反應合成納米材料。其特點是，產品純度高，粒度分佈窄。

沉澱法：把沉澱劑加入到鹽溶液中反應后，將沉澱熱處理得到納米材料。其特點是，簡單易行，但純度低，顆粒半徑大，適合製備載化物。

溶膠凝膠法：金屬化合物經溶液、溶膠、凝膠而固化，再經低阻熱處理而生成納米粒子。其特點是，反應物種多，產物顆粒均一，過程易控制，適於氧化物和II-VI族化合物的製備。

微乳液法：兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經成核，聚結、團聚、熱處理后得納米粒子。其特點是，粒子的單分散和介面性好，II-VI族半導體納米粒子多用此法製備。

水熱合成法：在高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經分離和熱處理得到納米粒子。其特點是，純度高，分散性好，粒度易控制。

自1991年Gleiter等人率先製得納米材料以來，經過10年的發展，納米材料有了長足的進步。如今納米材料種類較多，按其材質可分為：金屬材料、納米陶瓷材料、納米半導體材料、納米複合材料、納米聚合材料等等。

納米材料是超微粒材料，被稱為“21世紀新材料”，具有許多特異性能。

例如用納米級金屬微粉燒結成的材料，強度和硬度大大高於原來的金屬，納米金屬居然由導電體變成絕緣體。一般的陶瓷強度低並且很脆。但納米級微粉燒結成的陶瓷不但強度高並且有良好的韌性。納米材料的熔點會隨超細粉的直徑的減小而降低。例如金的熔點為1064℃，但10nm的金粉熔點降低到940℃，5nm的金粉熔點降低到830℃，因而燒結溫度可以大大降低。納米陶瓷的燒結溫度大大低於原來的陶瓷。納米級的催化劑加入汽油中，可提高內燃機的效率，加入固體燃料可使火箭的速度加快。藥物製成納米微粉后，可以注射到血管內順利進入微血管。

當前常規的成像技術只能檢測到癌症在組織上造成的可見的變化，而這個時候已經有數千的癌細胞生成並可能轉移。而且，即使是已經可以看到腫瘤了，由於腫瘤本身的類別（惡性還是良性）和特徵，要確定有效的治療方法還必須通過活組織檢查。如果對癌性細胞或者癌變前細胞以某種方式進行標記，使用傳統設備即可檢測出來則更有利於癌症的診斷。

要實現這一目標有兩個必要條件：某技術能夠特定識別癌性細胞且能夠讓被識別的癌性細胞可見。納米技術能夠滿足這兩點。例如，在金屬氧化物表面塗覆可特異識別癌性細胞表面超表達的受體的抗體。

由於金屬氧化物在核磁共振成像（MRI）或計算機斷層掃描（CT）下能發出高對比度信號，因此一旦進入體內后，這些金屬氧化物納米顆粒表面的抗體會選擇性地與癌性細胞結合，使檢測儀器有效地識別出癌性細胞。同樣地，金納米粒也可以用於增強在內窺鏡技術中的光散射。納米技術能夠將識別癌症類別及不同發展階段的分子標記可視化，讓醫生能夠通過傳統的成像技術看到原本檢測不到的細胞和分子。

在人類與癌症的鬥爭中，有一半的勝利是得益於早期的檢測。納米技術使得癌症的診斷更早更準確，並可用於治療監測。納米技術也可以增強甚至完全變革對組織和體液中生物標誌物的篩查。癌症與癌症之間，以及癌細胞與正常細胞之間由於各種分子在表達和分佈上的差異而各不相同。隨著治療技術的進步，對癌症的多個生物標誌物進行同時檢測是確定治療方案時所必須的。

納米顆粒—例如能夠根據它們本身大小發出不同顏色光的量子點—可以實現同時檢測多種標記物的目的。包被有抗體的量子點發出的激發光信號可用於篩查某些類型的癌症。不同顏色的量子點可與各種癌症生物標記物抗體結合，方便腫瘤學家通過所看到的光譜區分癌細胞與健康細胞。

納米尺度下刻蝕技術已達到極限，組裝技術將成為納米科技的重要手段，受到人們很大的重視。

納米組裝技術是通過機械、物理、化學或生物方法，把原子、分子或者分子聚集體進行組裝，形成有功能的結構單元。組裝技術包括分子有序組裝技術，掃描探針原子、分子搬遷技術以及生物組裝技術。分子有序組裝是通過分子之間的物理或化學相互作用，形成有序的二維或三維分子體系。現在，分子有序組裝技術及其應用研究方面取得的最新進展主要是LB膜研究及有關特性的發現。生物大分子走向識別組裝。蛋白質、核酸等生物活性大分子的組裝要求高密度定取向，這對於製備高性能生物微感膜、發展生物分子器件，以及研究生物大分子之間相互作用是十分重要的。在進行lgG生物大分子的組裝過程中，首次利用抗體活性片斷的識別功能進行活性生物大分子的組裝。這一重要的進展使得生物分子的定向組裝產生了新的技術突破。

除以上幾種組裝外，在長鏈聚合物分子上的有序組裝、橋連自組裝技術、有序分子薄膜的應用研究等技術也有進展。採用納米加工技術還可以對材料進行原子量級加工，使加工技術進入一個更加微細的深度。納米結構自組裝技術的發展，將會使納米機械、納米機電系統和納米生物學產生突破性的飛躍。

中國在納米領域的科學發現和產業化研究有一定的優勢。現代同美、日、德等國位於國際第一梯隊的前列。雖然現代中國已經建立了一定數量的納米材料生產基地，納米技術的開發應用也已經興起，並初步實現了產業化。納米要實現大規模、低成本的產業化生產，還有許多的工作要做，只有依賴大量的資金和高科技投入才能換取高額的利潤回報。

納米生物學是以納米尺度研究細胞內部各種細胞器的結構和功能。研究細胞內部，細胞內外之間以及整個生物體的物質、能量和信息交換。納米生物學的研究集中在下列方面。

DNA研究

在DNA形貌觀察、特性研究和基因改造等三個方面已經取得了不少進展。

腦功能研究

工作目標是弄清人類的記憶、思維、語言和學習這些高級神經功能和人腦的信息處理功能。

仿生學研究

這是納米生物學的熱門研究，現在取得了不少成果，是納米技術中有希望獲得突破性巨大成果的部分。

世界上最小的馬達是一種生物馬達—鞭毛馬達，它能像螺旋槳那樣驅動鞭毛旋轉。該馬達通常由10種以上的蛋白質群體組成，其構造如同人工馬達。由相當的定子、轉子、軸承、萬向接頭等部件組成。它的直徑只有3onm，轉速可以高達15r/min，可在1μs內進行右轉或左轉的相互切換。利用外部電場可實現加速或減速。轉動的動力源，是細菌內支撐馬達的薄膜內外的氮氧離子濃度差。實驗證明。細菌體內外的電位差也可驅動鞭毛馬達。現代人們正在探索設計一種能用電位差驅動的人工鞭毛馬達驅動器。

日本三菱公司已開發出一種能模擬人眼處理視覺形象功能的視網膜晶元。該晶元以砷化稼半導體作為片基。每個晶元內含4096個感測元，可望進一步用於機器人。

有人提出製作類似環和桿那樣的分子機械。把它們裝配起來構成計算機的線路單元，單元尺寸僅1nm，可組裝成超小型計算機，僅有數微米大小，就能達到現代常用計算機的同等性能。

在納米結構自組裝複雜微型機電系統製造中，很大的難題是系統中各部件的組裝。系統愈先進、愈複雜，組裝的問題也愈難解決。自然界各種生物、生物體內的蛋白質、DNA、細胞等都是極為複雜的結構。它們的生成、組裝都是自動進行的。如能了解並控制生物大分子的自組裝原理，人類對自然界的認識和改造必然會上升到一個全新的更高的水平。

納米機器人是基於分子水平的生物學原理，設計製造的可對納米空間進行操作的“功能分子器件”，也稱分子機器人；而納米機器人的研發已成為當今科技的前沿熱點。

2005年，不少國家紛紛制定相關戰略或者計劃，投入巨資搶佔納米機器人這種新科技的戰略高地。《機器人時代》月刊曾指出：納米機器人的潛在用途十分廣泛，其中特別重要的就是應用於醫療和軍事領域。

每一種新科技的出現，似乎都包涵著無限可能。用不了多久，個頭只有分子大小的神奇納米機器人將源源不斷地進入人類的日常生活。中國著名學者周海中教授在1990年發表的《論機器人》一文中就預言：到21世紀中葉，納米機器人將徹底改變人類的勞動和生活方式。

納米雨衣傘是雨傘與雨衣的結合體，納米雨傘收傘有三折傘和直桿傘兩種收傘形態；簡單說，收傘時有長短兩種選擇。納米雨衣由納米雨傘轉變而成，又不同於一般雨衣，因為納米雨衣可以保證從頭到腳絕對不濕。因為納米材料，這把雨傘可以一甩即干。雨傘轉變為雨衣后，這雨衣也只需穿著時輕輕一跳即可全乾。

2014年8月4日，澳大利亞運用新發明的布料，製成一款具有開創性的T恤衫，不管人們怎樣嘗試著浸濕它，此T恤都能保持良好的防水性能。

這件叫做“騎士”(The Cavalier)的白色T恤是百分之百棉質的。雖然表面看起來平淡無奇，但是其布料運用“疏水”納米技術編織而成，使得這件T恤能夠有效防止大部分液體和污漬的浸入。這種T恤可以用機器清洗，其防水功能最多可承受80次清洗。它的布料有天然自凈功能，任何附著在上面的污漬都能用水擦洗或沖乾淨。

和其他含有化學物質的防水應用不同，T恤仿照的是荷葉的自然疏水特點。此布料的發明對於餐館和咖啡廳來說可能具有革命性的影響。此外，這種布料還可以運用在醫療行業或醫院等地。

和生物技術一樣，納米科技也有很多潛在的環境和安全問題，比如尺寸小是否會避開生物的自然防禦系統，還有是否能生物降解、毒性副作用如何等等。

納米顆粒的危害

包括納米顆粒在內的納米材料本身並不是一種危害。但它的某方面卻是具有危害性的，特別是他們的移動性和增強的反應性。當某些納米粒子的某些方面對生物或環境有害時，人們才面臨一個真正的危害。

要討論納米材料對健康和環境的影響，我們必須區分兩類納米結構：

納米尺寸的粒子被組裝在一個基體、材料或器件上的納米合成物、納米表面結構或納米組份（電子，光學感測器等），被稱為固定納米粒子。與固定納米粒子相對應的是自由納米粒子。這些自由納米粒子可能是納米尺寸的單元素，化合物，或是複雜的混合物，比如在一種元素上鍍上另外一張物質的“鍍膜”納米粒子或叫做“核殼”納米粒子。

現代，公認的觀點是，雖然人們需要關注有固定納米粒子的材料，自由納米粒子也是需要迫切關心的。因為，納米粒子同它們日常的對應物實在是區別太大了，它們的有害效應不能從已知毒性推演而來。這樣討論自由納米粒子的健康和環境影響具有很重要的意義。

更加複雜的是，當討論納米粒子時，我們必須知道含有的納米粒子的粉末或液體幾乎從來不會單分散化，而是具有一定範圍內許多不同尺寸。這會使實驗分析更加複雜，因為大的納米粒子可能和小的有不同的性質。而且，納米粒子具有聚合的趨勢，而聚合的納米粒子具有同單個納米粒子不同的行為。

納米顆粒進入人體有四種途徑：吸入，吞咽，從皮膚吸收或在醫療過程中被有意的注入（或由植入體釋放）。一旦進入人體，它們具有高度的可移動性。在一些個例中，它們甚至能穿越血腦屏障。

納米粒子在器官中的行為是一個急需研究的大課題。基本上，納米顆粒的行為取決於它們的大小、形狀和同周圍組織的相互作用活動性。它們可能引起噬菌細胞（吞咽並消滅外來物質的細胞）的“過載”，從而引發防禦性的發燒和降低機體免疫力。它們可能因為無法降解或降解緩慢，而在器官里集聚。還有一個顧慮是它們同人體中一些生物過程發生反應的潛在危險。由於極大的表面積，暴露在組織和液體中的納米粒子會立即吸附他們遇到的大分子。這樣會影響到例如酶和其他蛋白的調整機制。

主要擔心納米顆粒可能會造成未知的危害。

納米技術的使用也存在社會風險。在儀器的層面，也包括在軍事領域使用納米技術的可能性。例如，在MIT士兵納米技術研究所研究的裝備士兵的植入體或其他手段，同時還有通過納米探測器增強的監視手段。

在結構層面，納米技術的批評家們指出，納米技術打開了一個由產權和公司控制的新世界。他們指出，就像生物技術操控基因的能力伴隨著生命的專利化一樣，納米技術操控分子的技術帶來的是物質的專利化。過去的幾年裡，獲得納米尺度的專利像一股淘金熱。2003年，超過800件納米相關的專利權獲得批准，這個數字每年都在增長。大公司已經壟斷了納米尺度發明與發現的廣泛的專利。例如，NEC和IBM這兩家大公司持有碳納米管這一納米科技基石之一的基礎專利。碳納米管具有廣泛的運用，並被看好對從電子和計算機、到強化材料、到藥物釋放和診斷的許多工業領域都有關鍵的作用。碳納米管很可能成為取代傳統原材料的主要工業交易材料。但是，當它們的用途擴張時，任何想要製造或出售碳納米管的人，不管應用是什麼，都要先向NEC或者IBM購買許可證。

高級納米技術，有時被稱為分子製造，用於描述分子尺度上的納米工程系統（納米機器）。無數例子證明，億萬年的進化能夠產生複雜的、隨機優化的生物機器。在納米領域中，我們希望使用仿生學的方法找到製造納米機器的捷徑。然而，K Eric Drexler和其他研究者提出：高級納米技術雖然最初會使用仿生學輔助手段，最終可能會建立在機械工程的原理上。

美國國家科學委員會（National Science Board）於2003年底批准“國家納米科技基礎結構網路計劃”（National Science Board Approves Award for a National Nanotechnology Infrastructure Network，簡稱NNIN），將由美國13所大學共同建構支持全國納米科技與教育的網路體系。該計劃為期5年，於2004年一月開始執行，將提供整體性的全國性使用技能以支持納米尺度科學工程與技術的研究與教育工作。預估5年間至少投資700億美元的研究經費。計劃目的不僅在提供美國研究人員頂尖的實驗儀器與設備，並能訓練出一批專精於最先進納米科技的研究人員。

1.美國發展最新納米細胞製造技術

納米技術可製造出粒子小於人類血管大小的物體，美國國家標準與科技協會（NIST）指出已研究出一種生產一致的，且能夠自行組合的納米細胞（Nanocells）的方法，以應用在封裝壓縮藥物的治療工作上。這種技術當前可被運用在藥物的包裝技術上，可以更精確地確保藥物的用量，未來將運用在癌症化學治療的相關技術上作更進一步的研究。納米計劃是2005年聯邦跨部會研發預算的主軸，達9.8億美元。

2.DNA檢測晶元的進展

2004年一月，美國HP正式對外發表其用來快速進行DNA檢測的納米級晶元。2004年在DNA檢測上采以光學原理為基礎的“基因微晶元法”（DNA microarrays）繁複的檢測步驟，HP團隊改由將此繁複步驟交由電路晶元處理；製作上，DNA檢測晶元的感測元件是一條利用電子束蝕刻法（electron-beam lithography）與反應性離子蝕刻法（reactive-ion etching）所製成粗細約50納米的納米線。然就商業上考量，成果卻過於高昂，因此研究團隊正發展利用較便宜的光學蝕刻法（optical lithography）以製成DNA檢測晶元元件的技術。

3.地下水污染改善之研究

地下水污染是現代被廣泛討論的一項重大議題，現代，美國發表了一種納米微粒（nanoparticles）技術，在此微粒中心為鐵芯（iron）而其外則由多層聚合物加以包覆，其中，內層是由防水性極佳的複合甲基丙烯酸甲脂（poly methl methacrylate;PMMA）包覆，而外層則由親水的sulphonated polystyrene進行包覆。由於親水性外層使納米微粒溶於水，內層防水層則能吸引污染源三氯乙烯（trichloroethylene）。納米微粒中的鐵芯使得三氯乙烯產生分裂，進而使得此項污染源逐漸分裂成無毒的物質。

4.啟動癌症納米科技計劃

為廣泛將納米科技、癌症研究與分子生物醫學相互結合，美國國家癌症中心（NCI）提出了癌症納米科技計劃（Cancer Nanotechnology Plan），並將透過院外計劃、院內計劃與納米科技標準實驗室等三方面進行跨領域工作。計劃設定了六個挑戰。1）預防與控制癌症，發展能投遞抗癌藥物及多重抗癌疫苗的納米級設備。2）早期發現與蛋白質學，發展植入式早期偵測癌症生物標記的設備，並發展能收集大量生物標記進行大量分析的平台性裝置。3）影像診斷，發展可提高解析度到可辨識單獨癌細胞的影像裝置，以及將一個腫瘤內部不同組織來源的細胞加以區分的納米裝置。4）多功能治療設備，開發兼具診斷與治療的納米裝置。5）癌症照護與生活品質提升，開發改善慢性癌症所引發的疼痛、沮喪、噁心等癥狀，並提供理想性投藥裝置。6）跨領域訓練，訓練熟悉癌症生物學與納米科技的新一代研究人員。

1.歐盟的國際納米科學研究政策

歐洲為全球最早開始進行納米科學研究的區域，但由於當時並沒有歐盟加以居中協調與規劃，因此在研究初期因為缺乏資金援助、相關管理上的支援，同時因為面臨專利取得的問題，導致研究人員遭遇許多阻礙，2004年五月，歐盟議會（European Commission；EC）對歐洲地區與國際社會發表一系列有關於納米科技的專案計劃，以宣示歐洲對於提高納米科技競爭力的決心。

歐盟將其計劃分為五個主要區域：研究與發展（R&D）、基礎建設（infrastructure）、教育與訓練（education and training）、創新（innovation）以及社會層面（societal dimension）。

根據預估，如歐盟計劃能順利推展，在2010年前將可望為歐洲創造上百億歐元的經濟營收。歐盟議會也強調提高社會大眾對於納米科技的認知，也同樣屬於整體納米發展計劃的一部分。另外，公眾健康、安全、環保問題及消費者保護也同樣被包含在此項議題之中。現在，納米科學及納米科技仍屬於新興的R&D領域，其所必須解決與進行研究的對象都存在於原子與分子的階層中。納米科學在未來幾年內的應用是眾所矚目，且必將對所有的科技產生重大影響。在未來，納米科技的研發工作也將對人體保健、食物、環保研究、資訊科學、安全、新興材料科學及能源儲存等領域產生重大的改變。2004～2006年歐盟所進行的第六期架構計劃（FP6）中，納米科技與新興材料研發的經費約為歐元13億，而歐盟議會也有意提高經費並延長研究時程（由2007～2013年）。同時為凝聚與加強所有歐盟會員國在納米科學方面的研究，因此在規劃上歐盟議會也有意召集民間與其他單位的專家凝聚共識，以強化整體歐盟在此方面研究領域的力量。

2.創新接繼中心

在1995年由歐盟委員會成立“創新接繼中心”（Innovation Relay Centers, IRCs）。這個的組織和美國國家科技移轉中心具相同功能。區域性的創新接繼中心總數近70個，支援至少位於30個國家的相關科技移轉中心。創新接繼中心的目的，是將有問題的公司和能提出解決方法的公司結合在一起。歐洲多數的納米科技公司都可受到創新接濟中心或區域創新和科技移轉策略計劃的援助。

歐洲納米科技計劃接受金援的方式和美國大致相同，有些是屬於國家型計劃。歐洲有多個跨國研發機構，以泛歐工業研發網路為例，其專門提供無條件研發補助，目的將研發成果發展為產品。透過泛歐工業研發網路提供的資金補助的國家包括奧地利、挪威和英國。其他在比利時、德國、斯洛伐尼亞、冰島和以色列還包括貸款和免償型補助。多數情況下，補助金額不超過計劃完成的所需總金額的七成，剩餘部分多仰賴地方政府和其他有意願者贊助。

1.日本理研的納米科學研究現況

日本理化學研究所（RIKEN，簡稱理研）系一跨學門的研究組織，該所各部門分佈在日本的7個區域。RIKEN的主要基地－和光園區，設置發現研究中心（DRI）、新領域研究系統（FRS）及頭腦科學中心（BSI）等3研究中心。RIKEN進行的研究可區分為三類：DRI主要進行小型但具備長程觀點的培育研究計劃；FRS同樣執行小型計劃，但以由上而下的方式，進行較具動態的中程及中等規模的計劃；至於研究中心則是進行以目標為導向的中至長程的大型計劃。RIKEN在2003會計年度下半年（2003年十月至2004年三月）的研究預算共4.748億美元，全年預算超過9億美元。

1986年起RIKEN開始從事納米科學之研究，但正式的納米科學計劃則是自2002年開始，初期選定有18項的納米科學計劃，並陸續分別在各研究中心進行。

2.日本提高納米科技預算與產業合作

日本科學與科技政策顧問委員會（Council for Science and Technology Policy）消息指出，日本在2004年會計年度（由4月1日起）中，納米科技預算成長3.1個百分比，達到8.8億美元。同時，兩個主要負責日本納米科技研發計劃的政府部會，其預算也都有成長。負責推銷即將完成的研發工作的日本經濟產業省（Ministry of Economy Trade and Industry, METI），預算由2003年的0.97億美元提升到2004年的1.1億美元。納米科技與相關原料研究被指定為四個最高優先項目之一，其他領域包括資訊與通訊、生命科學與環境研究。

日本的預算是經由日本大藏省（Finance Ministry）批准，再由日本國會（Japanese Diet）制定為法律。日本文部科學省（Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, MEXT）的納米科技研發經費，則由2.3億美元成長到2.4億元，將著重在基礎原料研究與新藥物研究計劃上。

1.韓國的納米科技策略

韓國政府已深切體認到納米科技為本世紀科技發展的戰略制高點，整合納米技術與資訊、生物、材料、能源、環境、軍事、航太領域之高新科技，並將創造出跨學門研究發新境界。韓國政府也理解到此新興科技也將是創造新產業與高科技產品的驅動力，納米科學與技術的突破性進展更將為人類能力、社會產出、國家生產力、經濟成長與生命品質帶來巨幅的改善。

韓國已宣示在2001至2010年十年間投入韓幣2,391兆元（約20億美元）於納米科技的研發，政府投入在納米科技的經費，2002年與2000年比較，成長約400%。納米國家計劃的主要目標之一為在某些競爭性領域取得世界第一併發展產業成長的利基市場，韓國同時明確的把發展重點聚焦於諸如兆元級積體電子元件等核心關鍵技術。

“2002年執行納米技術發展計劃”與“納米結構材料技術發展”、“納米微機電與製造技術發展”等兩項新領域研究計劃同步開始實施，再加上納米科技領域研究計劃在未來6~9年內每年將投入2千萬美元，在眾多政府研究機構林立的Daejoen科學城。韓國高等科技研究院（KAIST）於2001年設立納米製造中心，在未來6~9年內投入1.65億美元，政府調整“2003年納米科技發展行動計劃”，包括：納米科技發展促進法案，其目的二：一為建構堅固的納米科技核心研究基礎，二為激勵成熟納米科技的產業化，韓國政府也將配置3.8億美元（全國納米科技經費的19%）於國家納米產業化計劃，其中包括產業研發基金與創投基金。

根據2002年韓國專利局報道，納米科技專利應用數目無論在國內或國外都呈現大幅成長，新興納米科技也在過去數年間呈現可觀地成長，另外根據韓國商工能源部（MOCIE）的統計，2002年納米科技新創公司也如雨後春筍紛紛搶搭納米科技列車。

2.韓國預測國際市場對納米紡織品的需求將快速增加

韓國產業資源部預測，今後9年國際市場對納米紡織品的需求將會出現迅速增長的趨勢，交易額可望達到近400億美元。韓國產業資源部委託韓國纖維產業聯合會從2004年八月份開始的三個月內，對國際市場對納米紡織品的需求和貿易趨勢進行研究分析。

韓國產業資源部分析認為，國際市場對納米紡織品的需求金額以150億美元為基準，今後每年將遞增10.7%，到2007年和2012年，國際市場對納米紡織品的需求金額將分別達到240億美元和397億元。到2012年，國際市場對用於製藥、電子和生命科學的超高效能過濾納米紡織品的需求金額將達到96億美元，對用於防生化武器和體育娛樂的納米紡織品的需求金額將達到26億美元，對用於儲存能源的納米紡織品的需求金額將達到205億美元。

韓國對納米紡織品的需求金額為19億美元，占國際市場需求總額的12.1%。到2012年，韓國對納米紡織品的需求金額將達到72億美元，占當時國際市場需求總額的18.1%。

3.韓國在納米科技的發展幾乎完全集中在微電子產業

透過由韓國科技部（Ministry of Science and Technology）贊助的兆位水平納米設備發展計劃（Tera-Level Nanodevices Initiatives），韓國的大學和產業都專註於發展下一世代微電子設備，包括具有兆位元（terabit）容量的內存設備和具有兆赫茲（terahertz）資料處理速度的元件。

韓國最大企業財團之一的三星設有一個先進科技研究所（Advanced Institute of Technology），從事微電子科技的研究和商業化發展。

1.“中國實驗室國家認可委員會”是負責實驗室和檢查機構認可及相關工作的認可機構，為規範納米產品市場、推動制定相關納米材料及產品的標準，“國家納米科學中心”和“中國實驗室國家認可委員會”會商多次，聯合成立“納米技術專門委員會”，掛靠在“國家納米科學中心”。

2. 中國政府透過中國科學院主導眾多納米科技研發計劃，多數強調半導體製造技術和發展以納米科技為基礎的電子元件，另一是利用納米材料保存考古文物。

已成功發展出的產品包括新式冷氣機，其特點為利用創新的納米材質。另估計約有兩百家企業積極從事納米科技產品的商業化。

滑鐵盧大學是全世界第一所設立以納米科技工程為主科的大學。在2005年開始收生並在2010年開設納米科技工程碩士班。在2012年，將會有一座量子納米中心。多倫多大學也擁有以納米科技工程為副科的科學工程的大學。圭爾夫大學則已設立了納米科學專業。

台灣自1996年以來，國科會、經濟部、台灣地區教育事務主管部門等部會已支持許多個別計劃從事有關於納米科技的研發，較九十年代的如台灣地區教育事務主管部門的卓越計劃、國科會納米材料尖端研究計劃、經濟部技術處納米技術環境建構及其產業應用評估計劃等等。為了有效地運用資源，並整合產官學研的智慧與力量，以提升國際競爭力；自2000年起，國科會即開始規劃推動納米科技計劃。

2000年12月“台灣地區行政機構科技顧問會議”與2001年一月第六次“全國科學技術會議”（全國科技會議）之結論，均指出納米科技為台灣未來產業發展重點領域方向，國科會遂於2002年十一月廿一日成立工作小組辦公室，負責國家型計劃之規劃，“納米國家型科技計劃工作小組”之成員由國科會、台灣地區行政機構科技顧問組、中研院、台灣地區教育事務主管部門、工研院、經濟部、台灣地區行政機構原子能委員會及台灣地區行政機構環境保護署等單位共二十五位代表組成。

國科會並於2002年一月十五日召開第一五五次委員會議，討論“納米國家型科技計劃”構想；於2002年六月第一五七次委員會議中通過納米國家型科技計劃審議，自2003年一月正式開始推動，並決定自2003年至2008年間，投入經費新台幣231.9億元於納米科技發展；並於同年九月一日正式成立納米國家型計劃辦公室，執行整體計劃之領導、策劃與管考。