​钻石不发光,还能用来治疗癌症

2017-05-02作者:郭子政, 云国宏, 编著编辑:谢爽

通过纳米金,我们看到了纳米材料的性质有多少不同。那么,坚硬而更加稳定的钻石呢?钻石也可以变成纳米级的材料吗?这种纳米技术又有什么样的难度呢?

 

钻石就是因为炫目的光芒,才得以成为永恒爱情的象征,但纳米材料小到一定尺度,就不反射可见光了,所以,你可以想见,纳米钻石可不会像你手上戴的钻石那么耀眼(图1-4)。

 

图1-4 钻石和纳米钻石


“纳米钻石”的概念最早起源于科学家在太空陨石中发现的钻石结晶体。这些钻石结晶体的平均直径只有3纳米,所以,只有用电子显微镜观察才能发现。科学家们猜测,这些钻石可能是在太阳系外的太空中由于超新星爆发而形成的。质量大的恒星在走到生命尽头的时候,会产生超新星爆发,并在飞散的气体中传导强烈的冲击波。就是在这样激烈的环境中,气体中的碳原子由于压力的作用,才结合成了纳米钻石。虽然这个猜想不容易证实,但形成纳米钻石需要高温高压的条件是确定无疑的,这就为人工合成纳米钻石提供了思路。

 

比如,根据这些条件人们发明了爆炸法(detonation method)。首先将石墨等碳材料包裹在TNT炸药外,然后利用废弃的矿坑实施爆炸。伴随着一声巨响,冲击波在高温高压的瞬间将松散的碳原子紧紧压缩成一团。再将没能成就为钻石的石墨、非晶相的碳清除掉,留给我们的就是坚硬但没有炫丽光芒如同尘埃一般的纳米钻石。

 

这时候,即便你在其中翻翻捡捡,也肯定认不出来哪些是钻石。所有东西都是黑乎乎的,跟灰尘一样,即使确认出钻石,又不能打造成爱情信物,它还有什么用处呢?实际上,纳米钻石具有优异的物理及化学特性,如高传热、高硬度、耐酸碱等特性,另外它的光谱特性也非比寻常。这些特性使得它在生物医学应用上大有用武之地。

 

美国科学家的研究证明,纳米钻石颗粒可以作为药物导弹被用来向癌细胞传输化疗药物。与当前使用的药物传输系统不同的是,这种新型的纳米钻石颗粒药物传输系统不会产生副作用。一系列的基因研究已经证实,首先,纳米钻石颗粒不会引起细胞炎症,因为一旦药物被释放出来,所留下的就仅仅是钻石微粒而已。同时,纳米钻石颗粒在水中的溶解度也赋予了它在临床应用方面的新优势,而且它还可以用来治疗结核病或者病毒感染。看,这么小又不发光的钻石,作用可比戒指大多了。


 

纳米材料的特性,给了科学家更多、更宽广的空间来使用这些材料。当我们说到“纳米技术”的时候,要不就是使用了某种具体的纳米材料,要不就是在纳米尺度上发展出来的技术。不管是哪一种,都是具体而微的。如果你听到某些产品把纳米技术宣传得神乎其神,你可以多问一个问题:用了什么材料,什么特性?或者是什么技术?

 

举例来说,用于生物体,特别是人体的材料一般要求比较苛刻,首先它要具有生物相容性,另外当然还要无毒。一般认为纳米钻石、碳管这类碳组成的纳米材料具有比较好的生物兼容性。而且它们是无毒的,这就保证了临床医学的安全性。研究人员还发现,纳米钻石颗粒能够帮助大多数正常的细胞抵御化疗药物,使它们不致被杀死,因为这种纳米钻石颗粒集群只有在抵达目标细胞时才会缓慢释放药物,而它们所传输的药物,几乎是普通传输系统所能传输药物的5倍多。

 

除了在生物技术上的应用,现在和将来日常生活中用到纳米技术的时候也很多,而且可能超出你的想象。比如洗衣服,我们现在用的洗涤剂已经很先进了,经常可以听到“去除99%的污渍”,但有些污渍还是难以在较低温度下去除,为此我们有时候要把洗衣机的水温调到60~90摄氏度,这不仅烦琐而且格外耗能。

 

英国研究人员在最新的《应用材料与界面》杂志上报告说,纳米钻石可以帮助松动附着在服装材料表面的污渍,添加少量纳米钻石就可以提高洗涤剂的性能,在常温甚至低温下也可以去除顽固污渍。这听起来很奢侈啊,谁要用钻石来洗衣服啊?谁又洗得起呢?其实这里所说的纳米级别的钻石并不像你在珠宝店里看到的那么贵。研究人员说,纳米钻石目前价格约为每克30英镑(1英镑约合9.87元人民币),如果大规模投放市场可能降至5英镑以下。研究人员相信,将来消费者如果使用添加了纳米钻石的洗涤剂,每次洗衣成本仅增加约5便士(1英镑等于100便士),但却可以使低温洗衣更有效了。


 

除了使用黑色的纳米金来制作隐身飞机这种高大上的项目之外,科学家们也根据不同的纳米材料的特性,发展了许多能在衣食住行上发挥独特作用的纳米技术。比如广告里的“纳米冰箱”其实就是在主要部件中添加了纳米材料,加了纳米材料的内胆可以长效抗菌(持续15~20年),门封条能防霉防污,且质地柔软、手感细腻,门把手既抗菌又耐磨,等等。目前纳米材料的应用已经非常成熟,在冰箱的主要部件中添加或使用纳米材料并没有什么稀奇。所以不管是国防,还是家纺,你可能已经不自知地进入了纳米时代。

 

作为普通消费者,要想生活得更安心,更有技术含量,多了解一点纳米材料和纳米技术当然是必要的。你越了解它,你就越可以用成熟的心态来选择合适的日用品,大可不必被虚假广告诱惑,或者因为华丽的词汇而茫然。而且,纳米世界的神奇之处还不只是纳米金和纳米钻石而已,了解得越多,你就越有机会享受到纳米时代的便利。


内容来源:书问

作者郭子政, 云国宏, 编著
出版清华大学出版社
定价45元
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