一 前言
近年来，在纳米级微观环境下工作的纳米科学技术正在迅速兴起，它是一种操纵原子、分子或原子团和分子
团使其形成所需要物质的高新科学技术。
纳米(Nanometre)是一种长度单位，1纳米(nm)即1毫微米，等于十亿分之一米(10-9米)。1nm大体上相当于4个
原子的直径或细胞内DNA(脱氧核糖核酸)双螺旋结构的半径，大约是人发的二十万到五十万分之一。 纳米科学
技术(NanoST)是以0.1到100nm的空间尺度范围作为研究与应用的对象，研究其内在规律与特点，并运用这些特
性制造具有特定功能的物品与设备。
纳米科学技术是在20世纪90年代发展起来的。在世界上，美国、日本、德国、英国等处于领先地位，我国的基
础研究也位居世界前列。
当前，纳米科技已成为应用科学，逐渐应用于医学、生物、制药、电子、信息通信、计算机、工程技术、国
防、航天、化工、半导体、材料等领域，并开始渗透到了衣食住行等各个方面，已被世界各国列为21世纪的关
键技术之一。对于纳米医学，包括诊断与治疗，美国还创造了一个新词: Nanodoc(纳米医疗)。
目前，纳米技术产品的全球年产值已达500亿美元，而预计到2010年纳米技术产生的商业价值将达到14400亿
美元，(相当于法国一年的国内生产总值，我国2000年预计的国内生产总值将超过1万亿美元)。
美国政府已确定在2001财政年度的预算中拨款4.95亿美元用于新的“国家纳米技术倡议”。当时的美国总统
克林顿为此倡议在加州理工学院的演讲中提出“领导下一次工业革命”的宏图，指出“纳米科技是美国在下个
世纪保持科技领先的关键”。他说:“试设想一下这些可能性: 材料将10倍于钢的强度而重量只有其数分之一;
国会图书馆内所有的信息可以压缩在一块方糖那样尺寸的器件之中; 当癌变只有几个细胞那样大小时就可以探
测到。”这一段话就简明地说出了纳米科学技术的三个主流方向: 纳米材料学、纳米电子学和纳米医学。
二 纳米医学与医疗器械
近10年来，纳米科技已逐步向医学与医疗器械方面发展，在纳米尺度上进行生命信息的研究，利用扫描隧道
显微镜(Scanning Tunneling Microscopy, STM)获取细胞膜和细胞器表面的结构信息。而利用纳米传感器还可
以取得各种生化反应的化学信息和电化学信息。在此之前，已制成硅微型压力传感器植入人体，用于探测人体
的各种信息。
瑞士科学家进行了生物膜的STM研究，探索某些离子在细胞膜间的运输过程。对裸露的单个分子的STM成像研
究表明，在常规尺度上的生物体一般是不导电的，但是在纳米尺度上，生物大分子是导电的。
纳米科技与微型机械的大量应用中，最具吸引力的应用是在医学和生物学方面，也给医疗器械的发展带来了
广阔的前途。
纳米科技真正有可能使当今以治疗为主的医学模式变成预防为主的模式，并有利于发展家用医疗器械，如家
用早期病情自我诊断系统等。
1. 疏通管腔
美国密歇根大学已制成了心血管插管用的微型压力传感器，插管外径仅为1/2mm，测头直径为1/3mm，可经静
脉直达心脏测量血压与血流。目前的介入治疗技术已可把微细导管或器械送入到人体几乎所有的血管分支、呼
吸道、消化道、尿道或其它特定部位，进行疏通治疗，有效地改善血液循环，治疗急性心肌梗塞等。
法国杜伊斯堡一位工程师发明的人体血管疏通装置，长4mm，直径0.5mm，可以直接由针尖注射进入人体的血
管、尿道、胆囊或肾脏(腔内航线总长可达1500公里)，它依靠微型永久磁铁驱动器前进，由一名医生用遥控器
指挥，既可诊断、也可直接治疗如动脉硬化、胆结石等管腔阻塞类疾病。此外，还可按医生要求直接送到需送
治的器官，以获得更好疗效。当完成工作后，医生可以像抽血那样，再用针头将它从血管中抽出来。
2. 机器人
由几十个到几百个微小传感器、调节器组装成的微型机器人，相当于头发丝的1/50。
1996年7月美国哈佛大学纳米技术中心研制成“超微机器人”，体积是普通跳蚤的1/10，其中用硅材料制成
的涡轮机直径只有7mm。除了能注入血管疏通障碍、血栓外，还可以清除胆固醇、脂肪、毒物和垃圾，摘掉癌细
胞、清理病灶、消除斑痕等; 在外科手术上，则可以利用其微型电机来缝合微细血管、接通切断的神经、进行
眼球与视网膜手术等，可以深入到心、肺、肾等内脏器官进行检查和修补。有一种微型手术刀，粗细只有一根
头发丝的1/100，可以不用开胸而进行心脏手术，也可以进行视网膜手术。
3. 高低温治癌
利用纳米技术，可以在恶性肿瘤只有4个细胞大时就探测出来，及早治疗。微型温度计可以正确地检测体内
癌变部位的温度，识别癌细胞与正常细胞，便于准确地利用43℃高温杀灭癌细胞。美国斯坦福大学还开发了微
型冷冻器，用于冷冻治癌，其毛细管端可插入肿瘤部位，能够在几秒钟内降温到-196℃，而将癌细胞凝固坏死
。
4. 纳米微粒、微滴
2000年10月，德国柏林“沙里特”临床医院利用纳米微粒与磁体治疗癌症。先将一些氧化铁纳米微粒注入患
者的癌瘤里，然后将患者置于可变的磁场中; 受其影响，微粒会升温到45~47℃，足以烧毁瘤细胞，而其附近的
机体组织由于不存在磁性氧化铁微粒，所以不会升温。这种治癌方法已在老鼠身上实验成功，下一步将用于人
体试验。
美国陆军达格维试验场已制成一种只有分子大小的液滴，所谓“纳米”炸弹，只有针尖的五千分之一，其作
用是炸毁危害人类的细菌和病毒。只需调整其中溶剂、豆油、清洁剂和水的比例，就能杀灭致命的炭疽的孢子
、流感病毒和疱疹以及沙门氏菌或李氏菌、大肠肝菌等。
5. 微型电机与泵
采用微机电技术、仿生技术、微细和精密加工技术研制成的电磁型微电机，已应用于新型的自动植入内窥镜
中，可避免传统内镜对软组织的操作。微电机驱动的放置式微形泵，外形尺寸仅4.5mm×6.5mm，最大流量
12.66mL/s，可调节。而形状记忆合金薄膜驱动微型泵，则是利用镍钛制成的合金薄膜材料，它的应变大、驱动
力也大; 硅薄膜材料有良好的弹性恢复力，最大流量可达340mL/s。这些微型泵在医学领域应用前景广阔。
