纳米科学概念、历史和特点

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1、纳米药物研究方法赵明讲师（北京大学药学院化学生物学系）第一章绪论什么是科学?拉丁语Scientia(Scire-学或者知)其广义是指学问或者知识。科学是关于自然现象的有条理的知识，是表达自然现象的各类概念间关系的理性的研究。WillianCecilDampier,AHistoryofscienceanditsRelationshipswithphilosophyandreligion(1958）纳米科学纳米科学是一个新的科学领域，这个领域中存在许多科学概念。从以往的科学理论象物理学和化学中继承来的概念：密度、比表面积、电导率、

2、光化学量子产率等等纳米科学出现之后才有的观念：自组装、纳米管、纳米角、碳纳米管海绵、纳米尺、纳米秤等等。纳米科学要研究这些科学概念之间的关系，并且要通过这些关系阐述纳米现象的本质。鸟—飞得很高、看得很远、观察得全面，把不同的问题、概念、思想和方法联系在一起，整合型的。青蛙—只去关注某一个具体的问题的细节，每次只去解决一个问题，分析型的，实证的。17世纪初两位哲学家提出的不同的方法论鸟—“我思故我在”RenéDescartes青蛙—“一切应该基于亲眼所见之事实”FrancisBacon鸟和青蛙都很伟大。FreemanDyson，

3、BirdsandFrogs,AMSNoticesoftheVOL.56,Number2，212（2009）两类纳米科学家的不同的方法论——鸟与青蛙1.纳米科学和技术概念的提出及其历史发展沿革RichardPhillipsFeynman（1918-1988，由于在量子电动力学领域的成就获得1965年度诺贝尔物理学奖）,1959年12月29日在美国加州技术研究院物理学会年会上发表了题为“There’sPlentyofRoomattheBottom”的经典演讲，提出了纳米科学的问题。关于bottom一词的解释底部？微小世界？物质尺

4、度范围：1-100nmFeynman教授的观点——什么是纳米科学？“我将描述一个几乎是无人问津的领域，但是从原理上讲却有数量庞大的工作有待完成。这个领域不完全象那些不能告诉我们物理学原理的其他的领域（例如：奇怪的粒子是什么？），它更类似于固体物理学，带给我们对于很多复杂情形中的奇怪现象的兴趣。更进一步说，重点在于这个领域将有大量的技术应用。这个问题就是在小尺度操纵和控制物体。”Feynman教授提出的12个纳米科学问题1)为什么我们不能在针尖上写出24卷的布列颠百科全书?2)我们怎样才能写得这样小?3)小尺度的信息4)更好的电

5、子显微镜5)神奇的生物学体系6)小型化的计算机7)通过蒸发实现小型化8)润滑油问题9)一百只微小的手10)重排原子11)在微小世界中的原子12)高中学校的比赛纳米技术的概念1974年日本东京大学的NorioTaniguchi教授在其论文“纳米技术的基本概念”中首次给出纳米技术的概念：纳米技术主要包含通过单个原子及分子处理材料的分离、合成和变形。扫描隧道显微镜（STM）1981年，瑞士苏黎士的IBM实验室研制了隧道扫描显微镜（STM），1986年的诺贝尔物理学奖授予GerdBinnig与HeinrichRohrer,奖励他们设计

6、隧道扫描显微镜的成就。1983年，L.E.Brus在J.Chem.Physics发表了CdS量子点的工作。Brus获得2008年度Kavli奖。1986年，原子力显微镜（AMF）出现，原子力显微镜原理是通过悬臂受力的测量反映探针尖端原子与测定样品表面原子的相互作用，AMF比STM优越之处在于样品毋须具有导电性质，有助于生物和药物结构的研究。1985年，合成Fullerenes，三位科学家RichardE.Smalley，Rick，RobertCurl因此获得1996年度诺贝尔化学奖。1986年MIT的K.Eric.Drexle

7、r博士在其著作<<创造的工程>>中提出自组装概念。1989年美国加州大学Lawrence-Berkeley实验室首次用STM观察到小牛胸腺DNA右手双螺旋结构。1990年,Nature发表了DonEigler等在位于美国加州Almaden的IBM公司研究实验室使用扫描电镜用35个Xe原子在镍金属(110)晶面排列出IBM公司的logo的工作,可以在小尺度根据人的意志操控原子并制造出微小的结构。1990年7月在美国Baltimore召开首届国际纳米科学技术会议（Nano’I），讨论纳米科学前沿领域的进展（纳米材料学、纳米电子学、

8、纳米生物学、纳米机械学等），决定出版三种杂志：NanostructuredMaterials，Nanobiology，nanotechnology。碳纳米材料1991年合成碳纳米管，2008年的Kavli纳米科学奖授予日本科学家SumioIijima，奖励他在合成碳纳米管（c