纳米技术与软物质:从结构到功能

Small最近一期的特刊的客座编辑陈晓东教授向我们阐述了纳米技术与软物质相辅相成的关系。

本文由来自新加坡南洋理工大学的陈晓东教授撰写。

软物质科学是一门涉及化学、物理、生物以及材料等领域的交叉学科。它的研究对象包括聚合物、两亲分子、液晶、胶体、生物膜和生物分子等。纳米技术是指通过发展亚100纳米尺度的探测和操纵,从而可改变物质的结构和排列而制造出具有新功能和更优越特性的科学技术。纳米技术最终目标是开发纳米级的功能性材料及器件,从而制造出不同于体相物质的具有独特功能和智能的产品。

当纳米技术遇到软物质,萌发的首要问题就是如何将软物质进行操纵,并组装成功能性的纳米结构。随着国际上对软纳米材料研究的持续升温,以及研究手段的不断提高,在纳米电子学、塑料太阳能电池、医疗植入物、生物传感器和生物芯片,以及再生医学等方面取得了极大的进展。而另一方面,纳米技术工具,如扫描探针显微镜、扫描电子显微镜和超高分辨的光学显微镜,被用于表征软纳米材料,从纳米结构层次上揭示软物质体系的形成和功能。因而说纳米技术与软物质间相互渗透,二者是相辅相成的。

值得一提的是,近年来自中国的学者在这个领域作出了巨大的贡献。例如,香港科技大学唐本忠教授和上海复旦大学汪联辉教授的复合纳米材料制备;清华大学张希教授和中国科学院化学研究所胡文平研究员的软纳米材料形成;中国科学院国家纳米科学中心赵宇亮研究员的纳米生物效应与安全性;和中国科学院化学研究所王树研究员的生物成像和诊断。他们这些工作反映在最近一期“Small”关于“纳米技术与软物质”的特刊上。该特刊由来自新加坡南洋理工大学Freddy Boey 和陈晓东教授以及德国明斯特大学Harald Fuchs教授担任客座编辑。

需要指出的是,目前虽然对于如何设计和控制具有特有功能的软纳米结构的研究仍处于初始阶段,但是这一新领域的发展促进了化学、物理、生物、材料科学和工程等各学科的相互渗透。除了新的软纳米材料的设计、制造和开发,灵敏而有活性的软纳米材料和器件、有机功能纳米电子学、集成纳米生物界面和能源相关问题将成为这一新兴研究领域要解决的几个关键方向。而且纳米技术工具和分析方法的进一步发展,如超高空间和时间分辨的显微技术,将引发科学家对软物质的新一轮的探索和研究。