纳米技术的十年

十年的投资蓬勃发展,纳米技术已成为研究和工业景观。霏欧纳案件调查是否达到了炒作

2010年12月,政客、资助机构代表、风险资本家和研究人员参与纳米技术在华盛顿会晤时,直流,庆祝十年的美国国家纳米技术项目(NNI)资助。周年提供了一个机会反思成就从十年的纳米技术研究和开发和全球投资超过420亿美元(?260亿);并考虑未来的挑战。

纳米技术的兴趣增长在欧洲在1980年代末和1990年代:1986年英国国家纳米技术计划是由国家物理实验室和工业贸易部;欧盟了

3000万(?2600万)纳米技术项目在第四个框架计划(1994 - 1998)。在美国,个人机构建立纳米技术项目在1990年代,但投资分散,回忆Mihail Roco,高级顾问对纳米技术在美国国家科学基金会(NSF)。

1999年美国国家科学基金会创建了一个10年愿景纳米技术。我们有机会讲10分钟科技会议上,克林顿总统的办公室“Roco回忆说。我们提出了一个视觉技术,可以检测和治疗癌症,创建轻质材料,如钢铁,和美国国会图书馆存储在方糖大小的,”他说。“克林顿很感兴趣,”Neal巷回忆,谁是总统科技顾问。NNI成为首要任务在他的1999年预算请求。“他称之为“小倡议”,“回忆道。

但是主动权并不小,它预示着开始十年的重大国际资助的领域。到2008年,美国政府支出人均5.1美元(3.2 ?)专门为纳米技术研究和开发,欧洲人人均消费4.6美元,韩国日本6.0美元和7.3美元。全球风险投资达到约14亿美元。国际投资的增长率下降了一半以上的2009年全球金融危机期间,“Roco的报道,但似乎2010年回到更高的利率。

这些投资取得了哪些成就?纳米技术研究人员和工人的数量参与2008年估计约为400000;发现纳米技术在65000年反映科学引文索引文件和13000项专利。Lux Research的波士顿,我们估计,结合纳米技术产品的价值作为一个关键的组件在2009年约为2540亿美元。市场似乎是每三年翻一倍。“2000年,我们估计产品的价值为1万亿美元,到2015年,“Roco说。即使金融危机我们正在正确的轨道上,”他说。

时代的到来

虽然数字令人印象深刻,随着纳米技术社区遇到世界各地的反思——甚至庆祝——过去十年的成功,这些数据没有被关注的焦点。兴奋革命性的科技仍然中心舞台。同样令人兴奋的是,越来越多的公司的成功将产品基于纳米技术引入一系列不同的市场。

这些新兴领域之一是能源可持续发展,纳米材料正在开发太阳能收集和转换、节能照明、碳捕获和储存,早期作品创建燃料从阳光的人工光合作用系统。波士顿,美国A123系统公司开发了大功率锂离子电池开发的基于纳米材料最初在yet - ming Chiang在波士顿麻省理工学院(MIT)。

NNI融资允许我们从实验室规模,改善材料的性能,目前已经成为一个领先的技术在锂离子电池行业,”蒋说

在一个可充电的锂离子电池阴极的晶体结构变化添加锂离子电池(放电)或删除(充电)。挑战在于工程师材料允许尽快相变发生,防止材料相分离周期,因为这将很快限制电池的力量。A123的电极材料是由粒子的直径小于100纳米,这有助于克服这些问题必威体育 红利账户,2010年3月,p24)。

“传统的锂电池可以在三分钟,出院的蒋介石说。的最高权力电池我们开发,用于一级方程式赛车,可以排放80%的能量在六到八秒。和材料的长期稳定性?的一些电池自2006年以来我们一直在测试仍在15000次,”蒋说。

A123现在拥有超过2000名员工,主要生产锂离子电池混合动力公交车。但是技术远远超出仅仅传输应用程序:“A123的先驱使用锂离子电池,以帮助维持一个可靠、高效的电力系统,”解释了蒋介石。shipping-container-sized电力存储系统,我们生产将使更多地使用可再生能源如风能和太阳能。

更强、更轻、更快

碳纳米管在纳米技术的早期的典范。他们承诺新材料结合惊人的力量和可调的电子性质。直到最近,许多这样的应用程序被昂贵和难以控制的制造方法。

但是研究催化碳气相沉积在J的实验室吗?号B。Nagy at the University of Namur and Jean-Paul Pirard at the University of Li?ge, both in Belgium, led to techniques for creating and dispersing large quantities of high quality multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), and creation of spin-out company Nanocyl.

Nanocyl的碳纳米管是现在发现在塑料、硅胶、和epoxy-based树脂应用程序要求导电性或从静电放电保护,增强机械强度、阻燃性和热导率。

基于“从实验室的开发活动,一个小跨国组织无疑是一个纳米技术公司面临的最大挑战之一,“评论Monique Lempereur Nanocyl的全球商业执行董事。我们只用了5年成为全球领先的专业制造商和工业热合,”她说。

公司从试验工厂在2006年工业生产,并首次就职multi-tonne反应堆——在比利时Sambreville——第二年。Nanocyl最近增加了产能的热合每年超过400吨。

保持安全

然而,在整个社区共享的一些担忧,当我们进入第二个十年的纳米技术。其中之一是环境健康和安全(EHS),特别是EHS法规的影响。

政府和联邦机构在全球范围内达成共识需要巨大的努力在EHS纳米技术。EHS是欧洲的高议程从一开始,目前负责超过5%的欧盟在纳米技术方面的投资,”克里斯托Tokamanis说,nano和融合科学与技术部门负责人在欧盟委员会(European Commission)。美国NNI刚刚发布了一个新的EHS-strategy文档,使其未来十年的主要目标。然而担心设计不良的立法可能会限制发展,和不确定性是绝对有害的。

一个特定的问题是纳米技术的广泛的定义和规定完全基于粒子的大小在一个材料。颜料油漆和清漆总是包含纳米粒子。个人护理产品、肥皂和洗涤剂和食物是自然结构在纳米尺度上,他们都应该监管和贴上标签吗?

公众的担忧

”每个人都会同意,一开始,而严重的安全问题,”肯尼斯·道森说,中心主任生物纳米都柏林大学学院的交互,爱尔兰及欧盟的协调员与nanosafety相关基础设施。”有一个无重点的恐惧与很少的基础科学,”他补充道。公共利益,甚至炒作,围绕着纳米技术在早期与资金计划,帮助和鼓舞了新一代的科学家。但它也导致恐慌“灰色咕”的故事。作为一个科学界我们反应迟钝,”道森承认。“事情已经发生了变化。但这就像会议一个新人,需要很长时间才能克服不好的第一印象。”

”有一个真正需要了解EHS的纳米粒子之间的相互作用和生物学问题,道森说。“你无法控制体内的化学物质,”他解释道,“所以你必须改变自己的属性和限制避免一般毒性的剂量。但我们的身体跟对象在纳米级。这提供了潜在的纳米粒子到特定的地方。如果有针对性的疗法要工作,它必须是在纳米尺度上,”他预测。

朝着这个目标的公司之一是我们公司天蓝色的制药公司,这是发展中包含纳米颗粒治疗癌症药物。公司成立于2006年,由Ram Sasisekahran从麻省理工学院和哈佛医学院的施拉迪亚·森古普塔的双眼,也在波士顿。此外,天蓝色获准生产技术由马克戴维斯在帕萨迪纳市加州理工学院的我们。

天蓝色的理化性质nanopharmaceuticals——如大小、表面电荷和构成,影响其在体内的分布。他们设计的被动目标纳米颗粒进入某些组织,同时降低整体系统性毒性。纳米粒子保持血液,直到他们达到一个区域内漏水的脉管系统的癌症和炎症的特点,此时他们通过这些血管的大毛孔和释放药物的负载。

我们需要更有效和安全的治疗癌症,”桑德拉Glucksmann说,高级副总裁在天蓝色的研究和业务操作。现在的人活得更长,我们希望能够治疗癌症患者多年来没有令人不快的副作用。

天蓝色的nanopharmaceuticals CRLX101,目前阶段活动花絮与晚期癌症病人的临床研究。CRLX101是纳米颗粒组成的活跃分子喜树碱,附加的共聚物聚(乙二醇)糖基环糊精戒指。在1970年代早期,喜树碱是评估在临床试验中,但是失败了,因为它的毒性,“Glucksmann解释道。”,将喜树碱纳入针对纳米颗粒,CRLX101能够杀死肿瘤细胞,同时最小化与化疗相关的副作用通常治疗,”她说。

纳米技术在医学上的潜力超越药物和基因传递。NNI峰会,杰夫城堡,项目负责人,美国国立卫生研究院(NIH)谈到了美国国立卫生研究院纳米倡议。我们学习细胞在纳米级别机器操作,然后使用这些设计原则来操作和重新设计生物,“城堡解释道。”例如,正在研究纳米材料作为骨修复的自组装支架和神经组织再生,”他说。的纳米孔设备被追究的DNA单分子测序没有荧光标签。这可以显著降低基因组测序的成本和个性化的病人治疗。”

人民的力量

城堡承认训练纳米医学研究人员仍然是一个挑战。我们需要多学科理解纳米技术和医学的人,”他说。他希望新NIH纳米药物开发中心不仅会产生研究的结果,也是人们形成新的公司。对纳米技术的大公司是相当保守,”他指出。通过小型初创企业最商业化的发生。”

Nano主任Jeremy Baumberg博士训练中心剑桥大学的英国,表示同意。“纳米科学和纳米技术领域中,学生需要更广泛的技能比更传统的研究领域,”他说。剑桥是世界各地的几所大学之一,旨在培养多学科21世纪纳米技术学家们。第一年,博士生不知道他们会研究,或者在哪个部门。他们所做的实际工作在任何地方——从透射电子显微镜对纳米颗粒增长,制造设备和克隆DNA和参加讲座课程在许多学科。我们把他们完全在他们的舒适地带。我们也强调创新在一系列高科技创业课程,”他解释说。

“我喜欢做这样的博士,“Baumberg兴奋地说。这是我们能做的最重要的事情之一在英国科学,但它是昂贵的。工程和物理科学研究委员会已将多? 2亿一个非常困难的时候,他们应该鼓掌的倡议,”他补充道。

展望未来

所以,随着美国NNI十周年庆典结束,继续困扰着和世界金融危机在2009年,持续增长的前景是什么纳米技术的研究和资金?

的气候科学和技术投资将被认为是在美国变得更加困难,”雷蒙德Garant说,美国化学学会的公共政策主管。的,即使是最值得项目的资金被测量的共识,国家债务必须大幅减少。但有一些希望。的两党支持的美国竞争法案墨迹未干,荆棘成为法律在一月初是一个好迹象,仍有领导人致力于科技创新的投资,”他补充道。

Mihail Roco是充满希望的。我们在国会强有力的支持。他们认为纳米技术是一种可能性维持美国的高薪工作。即使其他领域受到削减,我不认为纳米技术资金将减少目前的预算,”他说。NNI制定了雄心勃勃的计划在接下来的十年包括签名倡议在纳米电子学nanomanufacturing和纳米技术在太阳能收集和转换。

在欧共体,Tokamanis有点担心。政府投资的纳米技术已经见顶。它不会因为来自其他优先级的竞争进一步增长,”他预测。然而,三分之二的欧洲投资目前在纳米技术研发来自政府,只有三分之一的产业。最重要的是我们能做的就是减少工业投资壁垒。

我们需要欧洲集中注意力,不能分心或不安全问题,”道森说。“欧洲人对这些问题在所有领域更为谨慎,但他们可以真正先锋新技术的引入,安全,”他说。如果我们简单地退后,别人会为我们介绍这些技术。我们最终会购买我们的产品,并没有影响如何做事。”

霏欧纳是一个基于科学作家在佛蒙特州,美国。

进一步的阅读

• 纳米技术研究方向为社会需求在2020年(C M Roco,墨金和M Hersam, eds),激飞2010
• 纳米技术在欧洲Commissio
• 英国研究理事会纳米科学计划