纳米生物技术杂志电子版

1968年毕业于北京大学数学力学系（六年制）。1981年获清华大学工程力学系硕士学位。 1988年获美国哥伦比亚大学工学院生物工程博士学位并继续在哥伦比亚大学医学院生理系完成博士后的深造。1989起年在美国西北大学的生化、细胞和分子生物学系从事细胞生物物理及生物膜研究工作七年。1996年10月赴新加坡国立大学化学和生物分子工程系执教，并在生物工程系兼职。冯教授的专业教学和研究兴趣包括化工容器设计，粘弹性流体力学、细胞及分子生物力学、组织工程， 化疗工程， 癌症纳米技术及纳米医学。他和加州大学圣地亚哥校区钱煦教授开创并定义的化疗工程学是一门新兴的交叉科学。他将纳米医学定义为应用和发展纳米技术以解决医学中的疑难问题， 也就是要在分子层面上诊断和治疗疾病。他在新加坡国立大学的生物工程走廊创建了首间化疗工程实验室。他提出了现代医学中一个重要课题 - 新概念化疗 - 并介绍怎样通过纳米生物技术、特别是纳米粒子技术来实现新概念化疗， 使在家化疗不再是一种梦想。他断言化疗工程学将改变人类制药和服药的方式。冯思慎教授现为国际著名杂志“生物材料” (Biomaterials, 影响因子646，该杂志在Elsevier 出版的两千多种科学杂志中名列前五名) 和“纳米医学”(Nanomedicine，影响因子093，是现有三种纳米医学杂志中最好的) 的副主编, 冯教授也是诸多国际著名杂志如 “国际纳米医学杂志” (International Journal of Nanomedicine)，“国际生物医学纳米技术杂志” (International Journal of Biomedical Nanotechnology) , “国际药物传输与制剂专利杂志” (Recent Patents on Drug Delivery and Formulation), “国际医学工程与信息” (International Journal of Medical Engineering and Informatics), “肝癌评论” (Liver Cancer Review Letters) “中国生物医学工程杂志” (Chinese Journal of Biomedical Engineering) 的编委。冯思慎教授是中国医学科学院生物医学工程研究所与协和医科大学的特聘国际顾问和客座教授，也是山东大学组织工程研究所的特聘客座教授。

纳米技术(nanotechnology)，也称毫微技术，是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等 。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。纳米纤维纳米纤维1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。 纳米技术一般指纳米级(1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括:纳米级测量技术:纳米级表层物理力学性能的检测技术:纳米级加工技术;纳米粒子的制备技术;纳米材料;纳米生物学技术;纳米组装技术等。纳米技术包含下列四个主要方面:1、纳米材料:当物质到纳米尺度以后，大约是在1-100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约20-30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。为什么磁畴变成单磁畴，磁性要比原来提高1000倍呢?这是因为，磁畴中的单个原子排列的并不是很规则，而单原子中间是一个原子核，外则是电子绕其旋转的电子，这是形成磁性的原因。但是，变成单磁畴后，单个原子排列的很规则，对外显示了强大磁性。这一特性，主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候，用于制造磁悬浮，可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。2、纳米动力学:主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。理论上讲:可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。3、纳米生物学和纳米药物学:如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子)，则可溶于水。纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，可以用于定向杀癌细胞。(上面是老钱加注)4、纳米电子学:包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷，更小，是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。历史沿革纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。费曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求?他说:"至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。"70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，1974年，科学家谷口纪男(Norio Taniguchi)最早使用纳米技术一词描述精密机械加工;1981年，科学家发明研究纳米的重要工具--扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用;1990年，理查德·费曼IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够"喷涂原子"。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。现代制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。 著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生;1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等;1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团"写"下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用35个氙原子排出"IBM"之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出" 中国"二字，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地;1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在2017年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机;1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的"秤"，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量;此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录;到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元;2001年，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的16亿美元增加到2001年的97亿美元。中国也将纳米科技列为中国的"973计划"进行大力的发展与其相关产业的大力扶持。应用领域当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料，制作出生物材料和仿生材料。1、纳米是一种几何尺寸的度量单位，1纳米=百万分之一毫米。2、纳米技术带动了技术革命。3、利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管，"饿死"癌细胞。4、如果在卫星上用纳米集成器件，卫星将更小，更容易发射。5、纳米技术是多科学综合，有些目标需要长时间的努力才会实现。6、纳米技术和信息科学技术、生命科学技术是当前的科学发展主流，它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。7、纳米技术可以观察病人身体中的癌细胞病变及情况，可让医生对症下药。测量技术纳米级测量技术包括:纳米级精度的尺寸和位移的测量，纳米级表面形貌的测量。纳米级测量技术主要有两个发展方向。一是光干涉测量技术，它是利用光的干涉条纹来提高测量的分辨率，其测量方法有:双频激光干涉测量法、光外差干涉测量法、X射线干涉测量法、F一P标准工具测量法等，可用于长度和位移的精确测量，也可用于表面显微形貌的测量。二是扫描探针显微测量技术(STM)，其基本原理是基于量子力学的隧道效应，它的原理是用极尖的探针(或类似的方法)对被测表面进行扫描(探针和被测表面实际并不接触)，借助纳米级的三维位移定位控制系统测出该表面的三维微观立体形貌。主要用于测量表面的微观形貌和尺寸。生物技术纳米生物学是以纳米尺度研究细胞内部各种细胞器的结构和功能。研究细胞内部，细胞内外之间以及整个生物体的物质、能量和信息交换。纳米生物学的研究集中在下列方面。DNA研究在形貌观察、特性研究和基因改造三个方面有不少进展。脑功能的研究工作目标是弄清人类的记忆、思维，语言和学习这些高级神经功能和人脑的信息处理功能。仿生学的研究这是纳米生物学的热门研究内容。现在取得不少成果。是纳米技术中有希望获得突破性巨大成果的部分。世界上最小的马达是一种生物马达-鞭毛马达。能象螺旋桨那样旋转驱动鞭毛旋转纳米陶瓷纳米陶瓷。该马达通常由10种以上的蛋白质群体组成，其构造如同人工马达。由相当的定子、转子、轴承、万向接头等组成。它的直径只有3onm，转速可以高达15r/min，可在1μs内进行右转或左转的相互切换。利用外部电场可实现加速或减速。转动的动力源，是细菌内支撑马达的薄膜内外的氮氧离子浓度差。实验证明。细菌体内外的电位差也可驱动鞭毛马达。现代人们正在探索设计一种能用电位差驭动的人工鞭毛马达驱动器。日本三菱公司已开发出一种能模拟人眼处理视觉形象功能的视网膜芯片。该芯片以砷化稼半导体作为片基。每个芯片内含4096个传感元。可望进一步用于机器人。有人提出制作类似环和杆那样的分子机械。把它们装配起来构成计算机的线路单元，单元尺寸仅Inm，可组装成超小型计算机，仅有数微米大小，就能达到现代常用计算机的同等性能。在纳米结构自组装复杂徽型机电系统制造中，很大的难题是系统中各部件的组装。系统愈先进、愈复杂，组装的问题也愈难解决。自然界各种生物、生物体内的蛋白质、DNA、细胞等都是极为复杂的结构。它们的生成、组装都是自动进行的。如能了解并控制生物大分子的自组装原理，人类对自然界的认识和改造必然会上升到一个全新的更高的水平。衍生产品机器人纳米机器人是根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的"功能分子器件"，也称分子机器人;而纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点。2005年，不少国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米机器人这种新科技的战略高地。《机器人时代》月刊日前指出:纳米机器人潜在用途十分广泛，其中特别重要的就是应用于医疗和军事领域。每一种新科技的出现，似乎都包涵着无限可能。用不了多久，个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。中国著名学者周海中教授在1990年发表的《论机器人》一文中就预言:到21世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。雨衣伞纳米雨衣伞（转换图）纳米雨衣伞是雨伞与雨衣的结合体，纳米雨伞收伞有三折伞和直杆伞的收伞形态(简单说，收伞时有长短两种选择)。纳米雨衣可由纳米雨伞转变而成，纳米雨衣又不同于一般的雨衣，因为纳米雨衣可以保证从头到脚绝对不湿。因为纳米材料，所以这雨伞可以一甩即干，雨伞转变为雨衣后，这雨衣也只需穿着时轻轻一跳也即可全干。防水材料2014年8月4日，澳大利亚运用新发明的布料，制成一款具有开创性的T恤衫，不管人们怎样尝试着浸湿它，此T恤都能保持良好的防水性能。这件叫做"骑士"(The Cavalier)的白色T恤是百分之百棉质的。虽然表面看起来平淡无奇，但是其布料运用"疏水"纳米技术应用编织而成，使得这件T恤能够有效防止大部分液体和污渍的浸入。这种T恤可以用机器清洗，其防水功能最多可承受80次清洗。它的布料有天然自净功能，任何附着在上的污渍都能用水擦洗或冲干净。和其他含有化学物质的防水应用不同，T恤仿照的是荷叶的自然疏水特点。此布料的发明对于餐馆和咖啡厅来说可能具有革命性的影响。此外，这种布料还可以运用在医疗行业或医院等地。发展趋势高级纳米技术，有时被称为分子制造，用于描述分子尺度上的纳米工程系统(纳米机器)。无数例子证明，亿万年的进化能够产生复杂的、随机优化的生物机器。在纳米领域中，我们希望使用仿生学的方法找到制造纳米机器的捷径。然而，K Eric Drexler和其他研究者提出:高级纳米技术虽然最初会使用仿生学辅助手段，最终可能会建立在机械工程的原理上。美国美国国家科学委员会(National Science Board)于西元2003年底批准"国家纳米科技基础结构网络计划"(National Science Board Approves Award for a National Nanotechnology Infrastructure Network，简称NNIN)，将由美国13所大学共同建构支持全国纳米科技与教育的网络体系。该计划为期5年，于公元2004年一月开始执行，将提供整体性的全国性使用技能以支持纳米尺度科学工程与技术的研究与教育工作。预估5年间至少投资700亿美元的研究经费。计划目的不仅在提供美国研究人员顶尖的实验仪器与设备，并能训练出一批专精于最先进纳米科技的研究人员。美国发展最新纳米细胞制造技术纳米技术可制造出粒子小于人类血管大小的物体，美国国家标准与科技协会(NIST)指出已研究出一种生产一致的，且能够自行组合的纳米细胞(Nanocells)的方法，以应用在封装压缩药物的治疗工作上。这种技术当前可被运用在药物的包装技术上，可以更精确地确保药物的用量，未来将运用在癌症化学治疗的相关技术上作更进一步的研究。纳米计划是公元2005年联邦跨部会研发预算的主轴，达8亿美元。DNA检测芯片的进展公元2004年一月，美国HP正式对外发表其用来快速进行DNA检测的纳米级芯片。2004年在DNA检测上采以光学原理为基础的"基因微芯片法"(DNA microarrays)繁复的检测步骤，HP团队改由将此繁复步骤交由电路芯片处理;制作上，DNA检测芯片的传感元件是一条利用电子束蚀刻法(electron-beam lithography)与反应性离子蚀刻法(reactive-ion etching)所制成粗细约50纳米的纳米线。然就商业上考量，成果却过于高昂，因此研究团队正发展利用较便宜的光学蚀刻法(optical lithography)以制成DNA检测芯片元件的技术。地下水污染改善之研究地下水污染是现代被广泛讨论的一项重大议题，现代，美国发表了一种纳米微粒(nanoparticles)技术，在此微粒中心为铁芯(iron)而其外则由多层聚合物加以包覆，其中，内层是由防水性极佳的复合甲基丙烯酸甲脂(poly methl methacrylate;PMMA)包覆，而外层则由亲水的sulphonated polystyrene进行包覆。由于亲水性外层使纳米微粒溶于水，内层防水层则能吸引污染源三氯乙烯(trichloroethylene)。纳米微粒中的铁芯使得三氯乙烯产生分裂，进而使得此项污染源逐渐分裂成无毒的物质。启动癌症纳米科技计划为广泛将纳米科技、癌症研究与分子生物医学相互结合，美国国家癌症中心(NCI)提出了癌症纳米科技计划(Cancer Nanotechnology Plan)，并将透过院外计划、院内计划与纳米科技标准实验室等三方面进行跨领域工作。计划设定了六个挑战:预防与控制癌症:发展能投递抗癌药物及多重抗癌疫苗的纳米级设备。早期发现与蛋白质学:发展植入式早期侦测癌症生物标记的设备，并发展能收集大量生物标记进行大量分析的平台性装置。影像诊断:发展可提高分辨率到可辨识单独癌细胞的影像装置，以及将一个肿瘤内部不同组织来源的细胞加以区分的纳米装置。多功能治疗设备:开发兼具诊断与治疗的纳米装置。癌症照护与生活品质提升:开发改善慢性癌症所引发的疼痛、沮丧、恶心等症状，并提供理想性投药装置。跨领域训练:训练熟悉癌症生物学与纳米科技的新一代研究人员。欧盟