纳米技术应用于医疗领域已不是什么新鲜事
纳米材料研究者杨国伟揭示显微镜下的微观世界
首席科学家
发明纳米新技术
这种新颖的制备方法极大地推动了亚稳纳米材料的应用,使得制备过程不但变得非常简单,而且还廉价环保杨国伟介绍说,传统的金刚石制备,要用庞大的压力机将石墨粉末进行高温高压的处理,而运用这种新方法,在常温常压下,将一根铅笔芯放在水中,用脉冲激光进行融蚀,在小小的烧杯中就能得到高质量的金刚石纳米晶在此基础上,杨国伟团队建立了一套可定量描述亚稳纳米相成核与相变的热力学理论,该理论被国际同行评价为“世界第一个”由于在“亚稳纳米材料生长的基础研究”方面成果显著,杨国伟团队获得了2011年度国家自然科学奖二等奖
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国家重大科学研究计划项目首席科学家、“长江学者”特聘教授,“南粤百杰培养工程”、“广东省科学技术一等奖”、“国家自然科学奖二等奖”……在杨国伟的身上,有着许多的头衔和荣誉光环, 而他更看重的是科学家这一身份
观尽千姿百态纳米形
显微镜下
break:break-all">致力于纳米研究的杨国伟教授
提起纳米材料的应用,杨国伟的话滔滔不绝,他告诉记者,在大自然中也有不少与纳米技术有关的现象,比如荷叶之所以能“出淤泥而不染”,就是因为荷上有一层纳米级别的超微结构,可以将污水、灰尘“拒之门外”;像能飞檐走壁的壁虎,是因为其脚底遍布着无数的纳米分支结构,可以产生极强的吸附和脱附能力
break:br广州日报集团官网eak-all"> 纳米研究者发现,荷叶上有一层纳米级别的超微结构,可以将污水、灰尘“拒之门外”,所以才能出淤泥而不染
杨国伟认为,做科学要培养一种“感觉”,它并非是凭空而出,而是在做研究的积累上,不自觉间培养萌生的在当下注重应用技术研究领域的大氛围里,杨国伟甘心坐“冷板凳”,潜心从事纳米材料的基础研究,虽然许多研究项目并不能马上带来经济效益,但他仍十余年如一日泡在实验室,即使在闲暇时间里也放不下杨国伟的家人不但支持他的科研工作,还在他的影响下都成为了“科幻迷”,科幻片、科幻小说经常是他们茶余饭后少不了的话题
周末的上午,在中山大学纳米技术研究中心的实验室里,杨国伟教授正将几块不同的载玻片放置在电子广州日报今天版显微镜前,认真地观测着它们的纳米结构透过高分辨率的电子显微镜,他看到了千姿百态的纳米形态:有的长得像青草或者蜂巢,有的像是错落有致的几何形状,有的看上去像是生机勃勃的一群小动物……
研发纳米造影剂
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经过数年的努力,在杨国伟团队和肿瘤医院的合作攻关下,这样的纳米造影剂已经进入了实验状态,他们制备的造影剂功能更加多样,除了有磁性还能“发光”,这将更有利于医生识别肿瘤细胞和良性细胞由于实验效果远远超过传统的造影剂,这种具备双重功能的造影剂已经开始用于核磁共振的生物学研究
铅笔芯可制金刚石纳米晶
识别人体病变细胞
对于杨国伟来说,在人类肉眼看不见的微观世界里,暗藏着各式各样的美和杭州日报报业集团未知秘密他指着一张看起来像管道、由无数个六边形结构连接而成的碳纳米管结构图说,“这是纳米学界热门的研究材料,它的抗拉强度比钢材高出100倍,而重量却只有钢材的六分之一”
亚稳材料是热力学上处于亚稳状态的一类材料,有着比稳定材料更优异的性能提到研究多年的亚稳纳米材料,杨国伟停下谈话,从桌上拿起一支铅笔说:“亚稳,顾名思义就是结构上不太稳定,比如这个笔芯里的石墨是碳的稳定相材料,而金刚石则是碳的亚稳定相材料”杨国伟告诉记者,亚稳材料的制备要比稳定材料困难得多,像制作石墨就很容易,甚至只需将树木烧成灰都可以得到,但要造金刚石需要高温高压的条件,这就困难得多了
在学生眼里,杨国伟除了是一位严谨的研究人员,他还是广州日报每日闲情一位喜欢哲学、热爱音乐、常踢足球的老师作为一名高校的教授,杨国伟日常的教学工作,认为最好的研究时间反而是寒假、暑假和节假日,他觉得这些时间段繁杂事务少,可以心无旁骛地专心搞研究,“只有静下心来才能有更多灵感和突破”
break:break-all">碳纳米管
“我们做纳米研究的人有一个共同的梦想,就是希望纳米材料可以凭着其优越的性能应用于人们生活的各个领域中”杨国伟相信不久的将来,纳米材料的应用将会无处不在,从建筑材料、衣服领带的新面料,到微电子元件、光电设备元件,再到废弃物分解等领域不过杨国伟表示,并不是说某个产品材料尺度达到纳米那么小的级别就是纳米产品,虽然纳米材料研究已经超过30年,但目前纳米材料广州日报每日闲情b5还没有真正大规模进入到民众的生活中,他觉得一些广告商宣传的“纳米材料”严格意义上只是“超微颗粒”最近,杨国伟研究团队在研究一种“纳米造影剂”材料在医院进行核磁共振之前,患者需要注射造影剂这种特殊的液体,从而与磁场扫描发生感应,医生便能在电脑前分析病患影像杨国伟在研究中发现,现在通用的造影剂材料尺度比较大,而且功能比较单一,注射一次之后只能看到核磁共振的照片,并且传统的造影剂有毒性,还要做特殊处理他想,如果使用纳米技术制作“造影剂”,是否可以进一步改善造影剂的功能?
上世纪90年代,杨国伟等人开始做激光制备纳米材料的实验,当时广泛的制备方法是利用脉冲激光器把激光打到反应腔里的靶上,然后在基片上生成薄膜广州日报每日闲情26材料有一次,实验室订购的脉冲激光器提前到了,但是另一半装置“反应腔”迟迟没有到货,这让试验一度无法开展在等待的日子里,杨国伟突发奇想,以往脉冲激光制备纳米材料都是在气体的环境中进行,为什么不试试将整个反应系统放在液体环境中?说做就做,他们拿来烧杯,加上水,放入碳材料,反复调试,结果不但顺利地制备出了高质量的金刚石纳米晶,还发现脉冲激光熔蚀反应在液体环境中产生了许多新的物理化学现象,可以用来制备多种亚稳纳米材料
break:break-all">碳纳米管结构图
和众多纳米科学家一样,杨国伟对各类纳米材料的结构情有独钟,他经常沉浸在自己的研究课题里,在实验室一呆就是一整天多年来,他带领团队专注于亚稳纳米浙江日报报业集团材料的研究,并制备了一系列具有潜在应用价值的新材料,比如,用纳米材料制造太阳能电池,转换效率更高,成本也更低,还有将来有望应用到“集成光路”中的纳米激光器、加电发紫光的纳米碳立方体等材料
在从事自己感兴趣的纳米材料研究之前,杨国伟尝试过许多不同的工作,大学毕业后的他曾经在工厂里面打过工,之后又到大学攻读研究生,从事半导体材料研究;硕士毕业后他还曾在军工科研单位等工作,再到清华大学攻读博士,到美国做博士后研究等等,这些复杂的经历,最后坚定了他要从事材料物理和纳米技术研究的决心“不停地尝试不同的职业,是为了看看什么职业更适合自己,以选择最感兴趣的学术研究”杨国伟告诉记者,正因为他对所从事的研究感兴趣今日广州日报,所以当研究上遇到困难时他总是有毅力去解决
文、图/广州日报记者 张映武
纳米微小的程度超出我们的想象,一纳米仅相当于头发丝的六万分之一粗细,一个五号字体的逗号,在纸上的跨度就足有50万纳米纳米材料虽小,应用前景却非常广泛想象一下,巨型计算机可以小到可以被随手放进口袋;纳米机器人可以精准灭杀癌细胞;一滴含有无数纳米机器人的溶液,顷刻间就能啃噬掉难以分解的垃圾……这一切都有可能通过纳米技术来实现,中山大学纳米技术研究中心的杨国伟教授就是众多纳米科研者中的一员
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