本文作者：尹俊峰王義剛

在S系統(tǒng)的SIPOABS數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，得到1449件申請人國別為中國（CN）的納米技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?，轉(zhuǎn)庫到DWPI中后，得到673個專利族。以下分別對這些申請的年代分布、細(xì)分領(lǐng)域（技術(shù)主題）分布、主要申請人分布和主要申請國別進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

專利申請量的年度分布

筆者對上述673個專利族的最早公開年和最早優(yōu)先權(quán)年分別進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到1991～2012年納米技術(shù)領(lǐng)域中，我國申請人的國外專利申請量的年度分布狀況，見圖1所示。從圖1可以看出，在納米技術(shù)領(lǐng)域，中國申請人在國外的專利申請最早可以追溯到1991年（優(yōu)先權(quán)日在1991年），但是中國申請人的相關(guān)專利申請較少，直至2000年才達(dá)到10件。2000年以后，中國申請人在國外的相關(guān)專利申請量有所增加，并在2007年前后達(dá)到一個峰值，接近100件，這一階段為快速發(fā)展階段。2007年至今，中國申請人在國外的相關(guān)專利申請量出現(xiàn)下降趨勢，筆者分析，其原因可能有兩點(diǎn)：首先，2010年以后的申請還沒有全部公開，因此無法統(tǒng)計在內(nèi)；其次，一般而言，前沿科技領(lǐng)域較傳統(tǒng)領(lǐng)域受國際經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響大，2008年爆發(fā)國際金融危機(jī)、近期的歐債危機(jī)以及目前國際經(jīng)濟(jì)環(huán)境低迷等是導(dǎo)致2008年至今中國申請人在國外的相關(guān)專利申請量減少的因素。

技術(shù)主題的分布情況

筆者分析了在納米技術(shù)領(lǐng)域，中日韓三國申請人向國外申請專利的情況，統(tǒng)計了在八個細(xì)分領(lǐng)域中中日韓三國申請人的國外專利申請量，見圖2所示。從圖2可知，在納米技術(shù)領(lǐng)域，中國申請人在國外的專利申請主要集中在“用于信息加工、存儲或傳輸?shù)募{米技術(shù)”和“用于材料和表面科學(xué)的納米技術(shù)”兩個細(xì)分領(lǐng)域中，這與韓國和日本申請人在國外的專利申請趨勢相同，可見這兩個細(xì)分領(lǐng)域是現(xiàn)在的熱點(diǎn)。而在“納米光學(xué)”領(lǐng)域，中國申請人在國外的專利申請量明顯偏低，這與韓國和日本的情況不同。結(jié)合圖1、圖2可知，我國納米技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過了初始階段（2000年之前）、快速發(fā)展階段（2000～2007年），現(xiàn)在已經(jīng)逐步穩(wěn)定。在納米技術(shù)領(lǐng)域，我國向國外申請專利的絕對量還很少，與一些先進(jìn)國家相比還存在較大差距。

摘要：本文主要以納米技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用作為出發(fā)點(diǎn)，分析了納米技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景，并探討了我國納米醫(yī)療技術(shù)在未來發(fā)展中面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù)；生物醫(yī)學(xué)；應(yīng)用；機(jī)遇；挑戰(zhàn)

隨著科技的進(jìn)步，納米技術(shù)在生物醫(yī)藥和科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛。尤其是生物醫(yī)藥領(lǐng)域，對于臨床醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的發(fā)展起到了積極的推動作用。雖然在不少科學(xué)家和醫(yī)學(xué)研究家們對納米技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并將其運(yùn)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，取得了不錯的成效。但是對于納米技術(shù)的研究還不夠深入，相較于發(fā)達(dá)國家而言，我國的納米醫(yī)學(xué)技術(shù)還處于發(fā)展的初級階段。需要對納米醫(yī)學(xué)技術(shù)在今后發(fā)展中面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行分析。

一、納米技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）納米生物學(xué)

納米生物學(xué)是以納米作為尺度，其研究內(nèi)容主要包括：其一，細(xì)胞器結(jié)構(gòu)、細(xì)胞器功能。比如細(xì)胞核和線粒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能分析。其二，交換細(xì)胞信息，包括生物體的物質(zhì)、細(xì)胞能量信息等。其三，針對生物反應(yīng)問題，對其反應(yīng)機(jī)理問題進(jìn)行研究和分析。比如有關(guān)于生物復(fù)制和生物調(diào)控的機(jī)理分析。其四，發(fā)展分子工程。包括納米生物分子機(jī)器人和信息處理系統(tǒng)等。將納米顯微術(shù)引入生物醫(yī)藥領(lǐng)域，可以為生物學(xué)家研究進(jìn)行研究提供技術(shù)支撐。比如ScanningProbeMicro-scopes,簡稱SPMs，中文簡稱掃描探針顯微鏡，這是一種新型的納米生物技術(shù)，標(biāo)志著顯微技術(shù)和納米技術(shù)的發(fā)展。除此之外，掃描顯微鏡(STM)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較小、不復(fù)雜，因此操作流程較為簡單，生物學(xué)家可以借助掃描顯微鏡展開原子級分辨探究，從而提高生物細(xì)胞觀測能力和分辨能力。仔細(xì)觀察原子級的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于進(jìn)一步探索和研究生物原子微觀知識具有推動作用。在自然條件下，利用掃描顯微鏡可以對生物的蛋白質(zhì)、多糖等分子展開直接觀察。借助STM彈道電子發(fā)射電鏡可以對單個原子進(jìn)行操作，這是一種典型的人工改變單個生物結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的行為方式。這種方式可以實(shí)現(xiàn)治療疾病這一超前設(shè)想。

有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)

有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)對電池性能的影響至關(guān)重要。按照器件結(jié)構(gòu)分類，有機(jī)太陽能電池可分為單質(zhì)結(jié)、染料敏化和異質(zhì)結(jié)等幾種。而異質(zhì)結(jié)電池又包括p-n異質(zhì)結(jié)、體異質(zhì)結(jié)、混合異質(zhì)結(jié)和疊層結(jié)構(gòu)等種類。

倒置結(jié)構(gòu)太陽能電池

近年來，研究人員基于本體異質(zhì)結(jié)器件，設(shè)計制作了倒置（反型）結(jié)構(gòu)(invertedstructure)器件，使電池的能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性能有所提高。為傳統(tǒng)的電池器件，為倒置結(jié)構(gòu)器件。倒置結(jié)構(gòu)器件是通過對換傳統(tǒng)電池陰陽兩極極性制作的半導(dǎo)體器件，電池的陰極由高功函數(shù)金屬充當(dāng)，但是電極必須進(jìn)行修飾。通常利用半導(dǎo)體氧化物（例如ZnO）和堿金屬碳酸鹽(Cs2CO3)等材料修飾陰極，利用新材料V2O和MoO3修飾陽極，制作的電池在空氣中的穩(wěn)定性有了很大的提高。同時，考慮到電荷的有效傳輸和抽取，在靠近陽極區(qū)域的活性層形成聚合物組分的富集區(qū)，靠近陰極區(qū)域的活性層形成富勒烯組分的富集區(qū)將是較為理想的狀態(tài)。倒置結(jié)構(gòu)的推出很好地利用了這種相分離的現(xiàn)象，其性能達(dá)到了可以和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)器件相媲美的水平。近年來，研究人員通過采用倒置結(jié)構(gòu)并對陰極修飾層作各種納米形態(tài)處理提高了器件的穩(wěn)定性、使用壽命以及能量轉(zhuǎn)換效率?；诘怪媒Y(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)器件通過各子單元不同材料對太陽光譜的差別吸收，可以增加器件對光的吸收效率，使電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到提升。采用倒置結(jié)構(gòu)可以很好地提高器件穩(wěn)定性，很大程度上延長器件使用壽命。Chu等利用ZnO納米晶作為器件的電子傳輸層，制作出了結(jié)構(gòu)為的倒置器件，電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了6.7%，同時具有很好的穩(wěn)定性，未封裝電池在空氣中存放32天后，能量轉(zhuǎn)換效率還保持在初始值的85%左右。除此之外，研究者還通過制備ZnO納米粒子、納米線、納米棒、納米陣列、納米管以及在納米管中摻雜等方法，不同程度地提高了倒置結(jié)構(gòu)電池器件的轉(zhuǎn)換效率。例如，Sekine等通過制備納米脊結(jié)構(gòu)的ZnO作為倒置器件的電子傳輸層，有效地阻擋了空穴傳輸，并且增大了電子傳輸?shù)挠行Ы佑|面積，與平面薄膜相比，該器件的能量轉(zhuǎn)換效率提高了25%。華盛頓大學(xué)的Hau等通過在倒置結(jié)構(gòu)電池的ZnO納米層與活性層之間加入富勒烯基自組裝單分子層，從而更好地增加了活性層與修飾層之間的接觸，提高了電荷傳輸效率，使器件轉(zhuǎn)換效率提高了6%~28%。除ZnO外，TiO2、堿金屬碳酸鹽CsCO3以及經(jīng)過摻雜處理的碳酸鹽也可以在倒置結(jié)構(gòu)電池中作為電子傳輸層。2012年6月的研究報告顯示，華南理工大學(xué)曹鏞等利用有機(jī)鹽,作為倒置結(jié)構(gòu)電池的電子傳輸層，不僅大幅度提高了光伏器件的穩(wěn)定性，同時使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了9.2%。

疊層結(jié)構(gòu)太陽能電池

疊層結(jié)構(gòu)(tandemstructure)太陽能電池是將多個器件單元以串聯(lián)的方式層疊而成的一個器件，該結(jié)構(gòu)使器件可以吸收更寬域的光譜，從而成為了提高電池轉(zhuǎn)換效率的有效途徑。2012年初，美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的Dou等采用兩個子單元的疊層倒置結(jié)構(gòu)制作有機(jī)太陽能電池，使光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了8.62%，于2012年2月創(chuàng)下了當(dāng)時世界光伏器件能量轉(zhuǎn)換效率的最高值。同時，據(jù)PV-Tech報道，德國有機(jī)光伏開發(fā)商Heliatek采用獨(dú)特的卷對卷(rolltoroll)工藝，在低溫真空條件下沉積有機(jī)分子，在1.1cm2的襯底上研制出了能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.7%的有機(jī)疊層光伏電池，打破了同類電池原有記錄。此外，等利用作為活性層，制作了多結(jié)結(jié)構(gòu)電池，很大程度上提高了電池的開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率。

1我國電子技術(shù)發(fā)展

1.1數(shù)字化發(fā)展。

我國傳統(tǒng)電子技術(shù)手段，多采用模擬信號進(jìn)行設(shè)計與運(yùn)行。20世紀(jì)60年代，電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)便是模擬電路。伴隨現(xiàn)代化電子技術(shù)手段的快速發(fā)展，其逐步向著數(shù)字化的方向轉(zhuǎn)變更新，數(shù)字電路系統(tǒng)以及信號發(fā)揮了越發(fā)重要的作用，使得數(shù)字信號處理手段更加優(yōu)化完善。數(shù)字化的電子技術(shù)可全面借助計算機(jī)系統(tǒng)完成處理以及管控，有效預(yù)防模擬信號的不良失真或是畸變現(xiàn)象，可顯著提升電子技術(shù)抵御干擾性能。電子技術(shù)的數(shù)字化發(fā)展還會為大眾操作增加更多的便利，可令大眾更加清晰電子技術(shù)特征，無需對其做更深入的研究便可自如的操作運(yùn)行。

1.2綠色化發(fā)展。

當(dāng)前，大眾更加重視環(huán)境保護(hù)建設(shè)，因此促進(jìn)電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了綠色化發(fā)展。這一趨勢則可為我國節(jié)省更多的電力，提升資源應(yīng)用效益，對創(chuàng)建環(huán)境友好型社會發(fā)揮了有利作用。伴隨創(chuàng)新管控技術(shù)以及電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的廣泛開發(fā)應(yīng)用，電子技術(shù)運(yùn)行應(yīng)用效率穩(wěn)步提升，在較多專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)均發(fā)揮了較大的應(yīng)用價值。同時綠色化、環(huán)?；陌l(fā)展趨勢，則為各類節(jié)能開關(guān)電源系統(tǒng)的發(fā)展打下了堅實(shí)基礎(chǔ)，使得開關(guān)電源整體性能水平逐步提升，并使工作效率大大增加。

1.3微型化發(fā)展。

1醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用：

目前，國際醫(yī)學(xué)行業(yè)面臨新的決策，那就是用納米尺度發(fā)展制藥業(yè)。納米生物醫(yī)學(xué)就是從動植物中提取必要的物質(zhì)，然后在納米尺度組合，最大限度發(fā)揮藥效，這恰恰是我國中醫(yī)的想法，隨著健康科學(xué)的發(fā)展，人們對藥物的要求越來越高?？刂扑幬镝尫艤p少副作用，提高藥效，發(fā)展藥物定向治療，必須憑借納米技術(shù)。納米粒子可使藥物在人體內(nèi)方便傳輸。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體，可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織，尤其是以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱為"定向?qū)?。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過磁場導(dǎo)航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滾動，因此可以用檢查和治療身體各部位的病變。利用納米系統(tǒng)檢查和給藥，避免身體健康部位受損，可以大大減小藥物的毒副作用，因而深受人們的歡迎。

2在涂料方面的應(yīng)用；

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，再給涂料中添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性從而獲得傳統(tǒng)涂層沒有的功能，如；有超硬、耐磨，抗氧化、耐熱、阻燃、耐腐蝕、變色等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射，耐大氣侵害和抗降解等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保結(jié)作用。

在建材產(chǎn)品如玻璃中加入適宜的納米材料，可達(dá)到減少光的透射和熱估遞效果，產(chǎn)生隔熱，阻燃等效果。由于氧化物納米微粒的顏色不同，這樣可以通過復(fù)合控制涂料的顏色，克服碳黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅限粒徑而變，而具有隨角度變色的效應(yīng)。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中，將納米Tio2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車面色彩多樣化。

3在化工方面的應(yīng)用；