第十一部分
納米生物複合材料
從材料學角度來看，生物體及其多數組織均可視為由各種基質材料構成的複合材料。具體來看，生物體內以無機-有機納米生物複合材料最為常見，如骨骼、牙齒等就是由羥基磷灰石納米晶體和有機高分子基質等構成的納米生物複合材料。人們通過仿生礦化方法製備納米生物複合材料，獲得了優於常規材料的力學性能。
按照生物礦化過程原理，美國科學家找到了一種兩親性肽分子，該兩親分子一端為親水的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)，另一端含有磷酰化的氨基酸殘基，親水的RGD序列有利於材料與細胞的粘連，而磷酰化的氨基酸殘基可與鈣離子相互作用。此兩親性肽分子能組裝成納米纖維以期促進生物礦化，使之成為模板指導羥基磷灰石(HA)結晶生長。此兩親分子納米纖維溶液可形成類似於骨的膠原纖維基質的凝膠，因此可將疑膠注射至骨缺損處作為生成新骨組織的基質。研究表明將凝膠置於含酸和磷酸鹽離子的溶液中，20min後體係仿生礦化，HA結晶沿纖維生長，轉變成羥基磷灰石-肽複合材料，該納米生物複合材料堅硬如真骨。
清華大學研究開發的納米級羥基磷灰石-膠原複合物在組成上模仿了天然骨基質中無機和有機成分，其納米級的做結構類似於天然骨基質。多孔的納米羥基磷灰石-膠原複合物形成的三維支架為成骨細胞提供了與體內相似的微環境。細胞在該支架上能很好地生長並能分泌骨基質。體外及動物實驗表明，此種羥基磷灰石-膠原複合物是良好的竹修複納米生物材料。
“神奇小子”
20世紀肋年代，在材料王國裏誕生了一位“神奇小子”，它一出世，風頭就一下子蓋過了材料王國裏所有的大明星。但它的個子太小了，小到什麼程度呢?打個比方說吧，1萬個“神奇小子”肩並肩排成一行，也隻有一根頭發絲那麼粗，人們隻有借助高倍電子顯微鏡才能一睹它的尊容。這就是納米材料，是納米(10-9米)量級的超細顆粒構成的材料。
在納米材料出現之前，科學家一直在著急，也一直懷著一種極大的好奇心，因為按照摩爾定律，到了2010年，肉眼還能看得見的微米(10-6米)量級信息技術就會走到盡頭，各種物質不能再細小了，科學的各項發展會受到物理的局限，那人類豈不是從此就駐足不前了？
所幸的是，一個全新的天地已經初露端倪，這個新天地就是納米技術。當以納米材料為基礎的納米技術的魔門被打開以後，對科學家們來說，就好比是哥倫布發現新大陸，讓人忍不住叫起來：“哦，原來世界還可以小到這個樣子的!”除了發現一個與以往微米級的世界完全不同的天地外，更主要的是小小的納米材料給我們創造了一個全新的世界。
別看“神奇小子”的身子細小，能耐可大著呢!納米材料至少有四大效應：小尺寸效應、量子效應、表麵效應和界麵效應。在01～100納米這個區間上，科學家們發現，當物質小到納米量級後，納米材料具有一些意想不到的與常規材料截然不同的奇異的物理化學性能，有許多新的物理化學現象和新的效應出現。例如，金屬銅是良導體，而納米銅是絕緣體；矽是半導體，而納米矽是良導體；陶瓷是易碎品，而納米陶瓷材料可在室溫下任意彎曲；納米碳管的強度是鋼的100倍；納米磁性材料的磁記錄密度比普通磁性材料高10倍以上；納米複合材料對光的反射率低，能吸收電磁波，可用作隱形飛機塗層；氣體通過納米材料的擴散速度比通過一般材料的擴散速度快幾千倍，等等。可以說，有了納米材料，這個世界上許多事情“全亂了套”，納米材料也成為材料製造從宏觀世界向微觀世界進軍的重要裏程碑。
目前，一個以研究01～100納米這樣極微小尺度的新科學——納米科技正在各國蓬勃興起。繼信息技術、基因工程之後，納米技術現在成為一顆最當紅的科技明星。納米材料和納米技術問世以來的凹年中，大致完成了材料創製、性能開發階段，現在正步人完善工藝和全麵應用階段。預計它將在信息、逼信、微電子、環境、醫藥等領域獲得廣泛應用。
正因為納米技術給人們帶來許多奇跡，科學家們“理直氣壯”地為我們描繪了納米時代的生活；當我們人類一旦由微米時代進入納米時代，我們的生活將會發生翻天覆地的變化。現在像“銀河”那樣的巨型計算機小到可以當作手機一樣，被隨手放進口袋；美國國會圖書館的全部信息，將會被壓縮到一個糖塊大小的設備中；有了成熟的納米技術，遙不可及的星際旅行將變成現實，成為人們度假的新時尚，宇宙在地球人類麵前將不再神秘。
納米碳管
1999年，我國科學院物理研究所不僅合成了世界上最長的“超級纖維”——納米碳管，創造了一項“3毫米的世界之最”，而且合成出世界上最細的納米碳管。
納米碳管猛一看像蜂窩的“微管”，牛間是空的，由類似石墨結構的六邊形網格卷繞而成，整個“腰圍”隻有幾到幾十納米。這種偶然被發現的“微管”，是一種一維納米材料，它比鋼輕，6位這種“微管人”隻頂一位鋼人重，但強度比鋼高100倍，可以耐3593℃的高溫。這種輕而柔韌的納米材料是製作防彈背心的最好材料，也有人認為它將是用來製造地球到月球的乘人電梯的最好材料，因為如果用納米管做成繩子，它將是從月球掛到地球表麵而惟一不被自身重量所拉斷的繩子。
不過，目前世界上有很多研究小組更對納米管的優越吸熱性能感興趣，研究人員預言，小到肉眼看不見、隻有一根頭發絲的一萬分之一粗細的納米管未來將對工程、電視和電腦運算等產生革命性的影響，納米管優越的吸熱性能使其在電腦運算和電子工業中大有用武之地。隨著電路密集度的不斷提高，芯片散熱的問題也就顯得愈加突出，為開發出結構緊湊、效率更高的電腦，這種納米碳管會幫助創造奇跡。同時，個小的納米管可以幫助縮小電路體積，提高計算機的運算能力。