【文章內(nèi)容簡介】 十億分之一米。大約相當(dāng)于頭發(fā)粗細(xì)的八萬分之一。 21世紀(jì)，信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)和納米科學(xué)技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流。人們普遍認(rèn)為，納米技術(shù)是信息和生命科學(xué)技術(shù)能夠進(jìn)一步發(fā)展的共同基礎(chǔ)。納米技術(shù)所帶動的技術(shù)革命及其對人類的影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子技術(shù)。 90年代起，各國科學(xué)家紛紛投入一場 “ 納米戰(zhàn) ” ：在 100納米尺度的空間內(nèi)，研究電子、原子和分子運(yùn)動規(guī)律和特性。而 納米材料 則是由許多的原子分子構(gòu)成的具有納米結(jié)構(gòu)特征的物質(zhì)。納米粒子就是納米尺寸大小的微小顆粒。這種納米粒子表面積很大，每克達(dá)幾百至幾千平方米。表面具有很大的能量，具有常規(guī)材料根本不可能出現(xiàn)的多種新的功能和特性。 ? 納米材料中包含了若干個原子、分子，使得人們可以在原子層面上進(jìn)行材料和器件的設(shè)計和制備。幾十個原子、分子或成千個原子、分子 組合 在一起時，表現(xiàn)出既不同于單個原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)，如它的熔點(diǎn)、磁性、電容性、導(dǎo)電性、發(fā)光性和顏色及水溶性都有重大變化。 納米技術(shù) 是在納米尺度內(nèi) ， 通過對物質(zhì)反應(yīng) 、 傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來實現(xiàn)創(chuàng)造新的材料 、器件和充分利用它們的特殊的性能 ， 并且探索在納米尺度內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動的新現(xiàn)象和新規(guī)律 。 由于顆粒極度細(xì)化 ， 晶界所占體積百分?jǐn)?shù)增加 ， 使得材料的某些性能發(fā)生截然不同的變化 ， 例如 ， 以前給人極脆印象的陶瓷 ， 納米化居然可以用來加工制造發(fā)動機(jī)零件 ， 在醫(yī)學(xué)上被用于骨科及齒科材料 . 納米技術(shù)的基本涵義： 是指在微觀環(huán)境下，即在納米尺寸范圍內(nèi)，人類將認(rèn)識和改造自然的能力延伸到原子、分子水平，通過直接操縱和安排原子、分子，原子團(tuán)或分子團(tuán)，使其重新排列、組合，創(chuàng)造出新的物質(zhì)或物品的高新技術(shù)。 納米材料的主要特點(diǎn)是什么 ？ 呈現(xiàn)出與常規(guī)材料完全不同的性質(zhì)，納米鐵具有極強(qiáng)的磁性、不導(dǎo)電材料變成導(dǎo)電、特殊的遠(yuǎn)紅外線輻射、強(qiáng)的紫外反射、強(qiáng)吸附性、強(qiáng)催化作用等等。 晶粒尺寸的減小將對力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響，使材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大大提高。在人工器官制造、 臨床應(yīng)用 等方面，納米陶瓷材料比傳統(tǒng)陶瓷材料有更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。納米碳材料的應(yīng)用，使碳質(zhì)人工器官、人工骨、人工齒、人工肌腱的強(qiáng)度、硬度、韌度等多方面性能顯著提高。利用納米碳材料的高效吸附性，可將它用于血液的凈化，清除某些特定的病毒或成分。 目前盡管已對納米材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了大量的研究，但在基礎(chǔ)理論及應(yīng)用開發(fā)等方面尚有大量的問題待探討。但其所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能預(yù)示它在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域尤其是在生物材料和人工器官、介入性治療、藥物載體、血液凈化、生物大分子分離等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。 納米技術(shù)已經(jīng)滲透到：材料與制造、醫(yī)學(xué)與健康、環(huán)境與能源、納米電子學(xué)與計算機(jī)技術(shù)、航空航天探測等領(lǐng)域。 美國科學(xué)基金會發(fā)表了 400頁的報告，來說明納米技術(shù)對人類社會帶來的影響。報告指出：在十到十五年間，整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和一半以上的制藥工業(yè)，將依賴于納米技術(shù)。 2022年美國克林頓政府提出了一個國家納米技術(shù)創(chuàng)新計劃， 2022撥款達(dá)為 。 ? 生物系統(tǒng)建模與仿真 生物系統(tǒng)建模 是對生物的細(xì)胞、器官和整體各個層次的行為、參數(shù)及其關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型的工作，最終希望用數(shù)學(xué)的形式表達(dá)出來。建模的目的是為了更好地了解生物系統(tǒng)的行為及規(guī)律，為生物控制奠定基礎(chǔ)。 生物系統(tǒng)的仿真 是用電子計算機(jī)求解生物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以分析和預(yù)測各種條件下生物系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制和狀態(tài)的工作。 生物體是十分復(fù)雜的系統(tǒng)，即使最簡單的紅細(xì)胞也包含著約 2022種代謝反應(yīng)，而大腦的復(fù)雜性就更是無法比擬的了。因此研究這種復(fù)雜的生物系統(tǒng)就需要十分復(fù)雜的實驗，而對于某些條件下的生物系統(tǒng)研究，其實驗往往難以進(jìn)行。生物系統(tǒng)建模與仿真可以將生物系統(tǒng)簡化為數(shù)學(xué)模型并對此模型進(jìn)行計算機(jī)分析，從而代替實際的復(fù)雜、長期、昂貴及至無法實現(xiàn)的實驗，大大提高研究效率和定量性，并可研究人為施加控制條件以影響生物系統(tǒng)運(yùn)行過程。 生物系統(tǒng)建模與仿真可用于鑒別人體參數(shù)的異常以進(jìn)行疾病診斷、糖尿病等疾病的預(yù)報、血壓等參數(shù)的自適應(yīng)控制。此外，在醫(yī)療儀器的研制和生物學(xué)、生理學(xué)、仿生學(xué)等學(xué)科的發(fā)展中，生物系統(tǒng)建模與仿真也具有很大價值。 生物系統(tǒng)控制是人為地外加控制條件來影響生物系統(tǒng)的生命過程，以達(dá)到某種特定的目的。如我們研究血壓、 PH、體溫與心率的關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，為研制 按需型心臟起搏器 提供理論基礎(chǔ)。建立流行病模型，為人們制定疾病的防疫措施提供理論依據(jù)。 ? 物理因子在治療中的應(yīng)用及其生物效應(yīng) 應(yīng)用電、磁、輻射、超聲等物理能量作為治療疾病或緩解病痛是藥物和手術(shù)治療以外的重要的治療手段。研究電、磁、輻射、超聲等物理能量作用和機(jī)理，并確定其有效劑量和安全標(biāo)準(zhǔn)，從而發(fā)展應(yīng)用物理因子治療疾病的技術(shù)，并防止其可能的有害影響。 激光輻射生物體后，由于組織可能產(chǎn)生光致熱、化學(xué)、壓強(qiáng)、電磁場和生物刺激等效應(yīng)，發(fā)生組織形態(tài)和功能的變化，故可用于臨床治療。強(qiáng)激光用于光凝、汽化和切割等手術(shù)治療，弱激光用于一般理療和針灸等非手術(shù)治療，應(yīng)用激光光動力學(xué)治療惡性腫瘤，激光治療已擴(kuò)展到臨床各領(lǐng)域。 以 微波和超聲為熱源的腫瘤加熱療法 ，近年來進(jìn)行了大量的研究和開發(fā)工作，已有產(chǎn)品應(yīng)用于臨床。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可在不損傷正常細(xì)胞情況下殺傷癌細(xì)胞。加熱療法的研究動向主要在熱源、加熱區(qū)域定位、體內(nèi)測量與控制等方面。 在動態(tài)實時圖像引導(dǎo)下，把精巧的手術(shù)器械經(jīng)腔口、小切口或血管導(dǎo)管送到病患的部位進(jìn)行手術(shù)治療的方法稱作介入性療法，由于創(chuàng)傷小，危險性小，費(fèi)用少，故近年來發(fā)展較快。最具代表性的是 經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)成形手術(shù) ，還可施行熱切除、射頻消融、除顫、高速旋切等操作。介入性治療中必須有超小型精巧的工具、符合臨床要求的材料和良好的工藝，這是工程性研究的主要內(nèi)容。 高能量電離輻射光子或高能粒子照射人體內(nèi)病變部位可起到治療作用，這種方法稱為放射治療?，F(xiàn)已廣泛使用的是以鈷 60的 γ射線和直線加速器產(chǎn)生的電子流在靶上打出的硬 X射線照射病變部位，主要用于治療惡性腫瘤。近年來用中子流和同步加速器中高能粒子束輻射出的連續(xù)硬 X射線治療惡性腫瘤的報道很多，但這需要昂貴的設(shè)備和條件，難以推廣。 此外利用聚焦的連續(xù)超聲振動或沖擊波振碎病變結(jié)石的沖擊波碎石技術(shù)近年來發(fā)展很快。各種低頻或直流電場、磁場已經(jīng)被用于治療，有的與中醫(yī)針灸療法相結(jié)合，在治療某些常見病上有一定療效，特別是已開發(fā)了多種家用性電磁治療儀器。但這類技術(shù)需要進(jìn)一步開展生物學(xué)效應(yīng)的研究，以避免盲目性，提高治療效果，防止對人體的有害影響。 ? 生物醫(yī)學(xué)信號檢測與傳感器 生物醫(yī)學(xué)信號檢測是對生物體中包含的生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)及變量和成分等信息的信號進(jìn)行檢測和量化的技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)傳感器是獲取各種生物信息并將其轉(zhuǎn)換成易于測量和處理的信號（一般為電信號）的器件，是生物醫(yī)學(xué)信號檢測的關(guān)鍵技術(shù)。 生物醫(yī)學(xué)信號涉及生物體各層次的生理、生化和生物信號，這些信息以物理量、化學(xué)量或生物量變化的形式表現(xiàn)出來，如心電、腦電、肌電、眼電、等生物電信號；血壓、體溫、呼吸、血流、脈搏等非電磁生理信號；血液、尿液、血?dú)獾壬锘瘜W(xué)量信號；酶、蛋白、抗體、抗原等生物量信號。利用生物醫(yī)學(xué)傳感器將這些生物信息轉(zhuǎn)換成易于測量和處理的信號，一般為電信號，以便進(jìn)一步處理，以了解生命活動的規(guī)律和本質(zhì)，為醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷服務(wù)。如血壓和血流等信息可以了解心血管系統(tǒng)的狀態(tài)。