曾幾何時，“納米洗衣機”、“納米化妝品”等廣告滿天飛；同時，從國外也不斷地得到美國開始研究“納米士兵”、日本研制成功能夠向人體內(nèi)送藥的“納米機器人”的消息。似乎我們已經(jīng)進入了納米時代。但是，在一些國外科學(xué)家眼里，我們的納米產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用尚處于初級階段，尤其是納米制造技術(shù)的研究
采訪手記
在法國常駐期間，記者曾經(jīng)采訪過法國政府研究部主管納米科技研究項目的官員阿蘭·布倫，他到過中國。在他的印象中，中國的納米研究主要集中在納米粉末、納米碳管等納米材料方面，“這只是一點點，它在納米科技的研究中是花錢最少的�！薄凹{米研究投資最大的部分在工業(yè)部�！�
后來，記者曾三次參觀了法國國家科研中心光子學(xué)和納米結(jié)構(gòu)實驗室。據(jù)介紹，它是歐洲建立最早的納米科學(xué)實驗室，也是目前歐洲最大、最先進的納米科技研究機構(gòu)。記者在那里看到的最主要的東西，是它那1000多平方米的超凈實驗室，有點像集成電路生產(chǎn)車間一樣，但是，里面電子束曝光儀、超紫外光曝光儀、離子反應(yīng)刻蝕儀、分子束外延生長等高級實驗儀器一應(yīng)俱全，又比半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)“技高一籌”。該實驗室成立至今，投資已達幾億歐元，每年的實驗運轉(zhuǎn)費高達幾百萬歐元。即使在法國經(jīng)濟不景氣、科研投資縮減的今天，該實驗室的經(jīng)費保障仍然沒有受到任何影響。相反，政府還在不斷地通過的新計劃，來增加對該實驗室的投資。
那么，納米科技研究的重心在哪里？后來，美國《納米科學(xué)技術(shù)大百科全書》“納米制造”章節(jié)的撰寫人之一、上述實驗室納米技術(shù)與微流體研究組負(fù)責(zé)人陳勇博士的解釋，解開了記者的疑問。
納米制造技術(shù)、納米電子學(xué)、納米生物學(xué)、納米材料學(xué)是納米科技的四大領(lǐng)域，其中，納米制造技術(shù)作為納米技術(shù)的中心之一，是糅合其它各種學(xué)科的基本“藝術(shù)”，是當(dāng)前納米科學(xué)研究的基礎(chǔ)——它不僅為納米科學(xué)各個領(lǐng)域的研究和拓展提供強有力的手段，而且是未來納米產(chǎn)業(yè)的支柱。
關(guān)心納米科技發(fā)展的人，可能對“uptodown”和“bottomtoup”這兩個英文詞組并不陌生，它們說明的就是目前世界上納米制造技術(shù)研究的兩個主要部分，即自上至下(即從大往小發(fā)展)的技術(shù)發(fā)展，以及自下至上(即從小往大發(fā)展)的科學(xué)研究。這兩部分技術(shù)將在1至100納米尺度間相匯合。任何一個國家或公司，如果欲在納米制造時代擁有制造具有特定功能的納米器件和系統(tǒng)的能力，就必須同時擁有這兩部分的理論、工藝和技能。
自上而下老工藝不離不棄
法國人是官僚氣十足的，有一個嚴(yán)格、完整的新聞管理體系，對政府官員的采訪，如果沒有朋友推薦，就必須按照規(guī)定，向有關(guān)部門新聞管理處申請，得到答復(fù)后前往。但是，法國人又是很敬業(yè)的，被采訪的官員一定會為你準(zhǔn)備好一些材料和說法，讓你滿意而歸。
兩年前，“EUCLIDES”計劃和“MEDEA”計劃就這樣進入了我的視線。接受我采訪的工業(yè)部主管微電子工業(yè)研究的一個年輕官員米歇爾·安東尼，給我準(zhǔn)備好了一份清單，內(nèi)容是歐盟和法國大型微米納米研究計劃，包括計劃的名字及可查詢的網(wǎng)站，前述的兩個計劃，是歐盟第五個框架研究計劃中的兩個計劃，研究的主要內(nèi)容是極限紫外光刻技術(shù)。此外，法國為了滿足自己技術(shù)儲備的需要，還由工業(yè)部牽頭，建立了名為“PREUVE”的國家工業(yè)研究計劃，聯(lián)合法國集成電路生產(chǎn)企業(yè)和有關(guān)研究機構(gòu)、大學(xué)，開展極限紫外光刻技術(shù)的系統(tǒng)研究。這些計劃的預(yù)算都在幾億、幾十億歐元左右。
“納米是微米的延伸”，這大概可以解釋工業(yè)界大投資的意義所在。就電子工業(yè)界而言，對通過現(xiàn)有的微米制造技術(shù)開發(fā)納米制造的新方法興趣最高，因為這可以使該行業(yè)繼續(xù)制造更小、更便宜、性能更好的裝置。因此，“自上至下”研究的主導(dǎo)力是超大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，目前集成電路、微電機系統(tǒng)、微光學(xué)和微分析器件等結(jié)構(gòu)制造所用技術(shù)基本上源于微電子技術(shù)，它是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體加工工藝的延伸，包括制造納米結(jié)構(gòu)和納米器件的光刻、薄膜、刻蝕技術(shù)研究，是制造半導(dǎo)體集成電路的基本方法，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。
據(jù)陳勇博士介紹，目前的主要研究方向，一方面是將現(xiàn)有的紫外光光刻技術(shù)(即193納米光源技術(shù)及157納米光源技術(shù))進行進一步拓展，另一方面是研究和發(fā)展極限紫外光刻技術(shù)(13納米光源技術(shù))研究。前者可實現(xiàn)最小線寬為65納米的硅集成電路，后者有可能使線寬小于20納米，由此將現(xiàn)有的半導(dǎo)體CMOS工藝推進至材料的極限。
“最令我們值得關(guān)注的是極限紫外光刻技術(shù)。這項技術(shù)的研究從概念的提出至今，已經(jīng)發(fā)展了近15年，它或許是最后一代用光實現(xiàn)納米制造的光刻技術(shù)。”但是，該技術(shù)研究耗資巨大，任何一個單獨的企業(yè)或者國家，都難以獨自承受巨額的研究投入。在美國，該技術(shù)主要由大公司集團(Intel、Motorola、AMD等三公司)共同投資，開展聯(lián)合研究；為了吸引更多的投資，加速研究進程，它也歡迎其它國家投資加入其研究，因此形成了一個研究“俱樂部”。這個半導(dǎo)體研究俱樂部每年都召開多個專題研討會(包括光源、材料、儀器等)，總結(jié)技術(shù)的發(fā)展進程，研討新的研究思路。目前，上述俱樂部的某些成果已經(jīng)在歐洲專門生產(chǎn)曝光儀的ASML公司進行生產(chǎn)，新的設(shè)備將在近年投入試運行。
除了極限紫外光刻技術(shù)以外，還有其它新一代納米級的刻蝕技術(shù)，如：X光光刻、電子束投影、離子束投影、微型電子束陣列，等等�！拔易约壕妥鲞^以上部分的多年研究，但是這些技術(shù)因為在實現(xiàn)的過程中仍有相當(dāng)?shù)碾y題，目前工業(yè)界主要看好的還只是極限紫外光刻技術(shù)。”
非傳統(tǒng)制造工藝令人眼亮
科學(xué)家們清楚地知道，很多材料和器件的在納米尺度范圍內(nèi)具有全新的物理性能，當(dāng)前生命科學(xué)的前沿亦必定是納米或分子水平上的研究。納米技術(shù)發(fā)展無疑具有至關(guān)重要的意義。但是，上述的傳統(tǒng)技術(shù)研究是以大規(guī)模集成電路生產(chǎn)為目的的，生產(chǎn)條件要求高、投資巨大，不適合用于實驗室的科學(xué)研究及非半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)。上世紀(jì)90年代初開始，科學(xué)家開始尋求更簡單、更便宜的納米結(jié)構(gòu)生產(chǎn)方法，即在非極限環(huán)境下大面積生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的復(fù)制技術(shù)。
現(xiàn)在以納米制造和納米生物學(xué)研究為主要方向的陳勇博士說：“不要以為簡單就輕視它，非傳統(tǒng)的納米制造技術(shù)簡單又廉價，卻為多學(xué)科發(fā)展提供了條件�！彼f的非傳統(tǒng)納米制造技術(shù)，就是被統(tǒng)稱為軟刻蝕技術(shù)的四大技術(shù)：納米印刷技術(shù)(nanoimprinting)；納米壓模技術(shù)(nanoembossing)；軟光刻技術(shù)(softlithography)；微接觸印刷技術(shù)(microcontactprinting)。它們沒有使用光和電子等物理學(xué)上的工具，而是利用了日常生活中熟悉的機械過程：印、壓、塑、凸。
至今，美、歐、日約有100多個實驗室正在開展這方面技術(shù)的研究、開發(fā)�？茖W(xué)家們以制膜為基礎(chǔ)，即用高分辨率電子束及刻蝕的方法將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)制在膜上，然后將其精確地大面積復(fù)制到聚合物乳膠薄膜上，經(jīng)處理后得到各種功能的集成，這種復(fù)制方法簡單、應(yīng)用面廣、可選擇性強。例如，科學(xué)家已經(jīng)用納米印刷技術(shù)，復(fù)制了6納米線寬的納米結(jié)構(gòu)，而且已經(jīng)將它成功地應(yīng)用于納米電子學(xué)、納米光學(xué)和納米磁學(xué)等若干領(lǐng)域。
特別是，某些聚合物與生物體的兼容性好，用軟刻蝕技術(shù)可以發(fā)展多功能生物器件，陳勇博士與他的博士生一起，已經(jīng)用以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基本材料的軟光刻技術(shù)，做成高集成度的微流體芯片，實現(xiàn)了稀有細(xì)胞的篩選�！拔⒘黧w芯片既簡單又便宜，將可以用來做單細(xì)胞操作、蛋白質(zhì)結(jié)晶等，可以完成從藥品檢測到遺傳分析等各種工作。”
“除此之外，微接觸印刷技術(shù)能夠進行單分子層的自組裝(self-assembling)，具有了自上至下(光刻)和自下至上(分子排列)兩種技術(shù)相結(jié)合的特點，前景頗為看好�！弊韵轮辽闲录夹g(shù)新事新辦上述的各種方法，有一個共同的特點，它們均從較大規(guī)模的模式開始，然后縮小橫向距離，刻出納米結(jié)構(gòu)。對制造納米結(jié)構(gòu)、微器件及芯片集成，這種方法是必須的。但是，它們不能方便、廉價、迅速地制造出分子水平的納米結(jié)構(gòu)，于是便出現(xiàn)了“自下而上”的方法研究。這種方法從單個原子或分子開始，用化學(xué)合成和物理的方法，制作具有特殊功能的大分子、超大分子團或表面結(jié)構(gòu)等納米結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于化學(xué)、物理、生物、微電子等諸多方面。1990年，IBM的科學(xué)家曾經(jīng)用隧道掃描顯微鏡，在超真空及液氦溫度(4.2K)條件下，將吸附在鎳表面的氙原子，一個個地拖曳排列成“IBM”三個字母，引起了世人的矚目，這是人類首次對原子進行操作，也是“自下至上”納米制造研究的一個開端。但是，用原子操作做出具有特殊功能特性的納米結(jié)構(gòu)，往往需要在極限條件下進行，而且花費時間很長，研究人員尚未能夠確定這種技術(shù)的最佳應(yīng)用開發(fā)價值。一是用化學(xué)合成組成大分子，然后將它們再組裝到固體上去，如：化學(xué)合成法組成的冠狀分子、齒狀聚合物、納米碳管等具有特殊功能的納米結(jié)構(gòu)。這些大分子可以用自組裝的方式鑲嵌到納米線路或固體結(jié)構(gòu)中去，由此引出納米電子學(xué)所需要的一些特殊結(jié)構(gòu)和各種特性的固體復(fù)合材料。
另一類是用物理、化學(xué)或生物的方法制作均勻性很好、有特殊功能的納米顆�；蛳到y(tǒng)，如：用原子、分子束外延方法生長的半導(dǎo)體量子點陣，這種點陣在光電子學(xué)有極大的應(yīng)用。用其它方法制作的半導(dǎo)體納米晶體材料，在生物學(xué)成像技術(shù)中具有極高的應(yīng)用價值。此外，納米磁性粒子不僅在醫(yī)學(xué)診斷和治療上有很廣泛的用途，而且很有可能應(yīng)用于高密度存儲。對這些納米顆粒的表面進行特殊的化學(xué)、生物包裝，可以達到特殊的功能，如：尋找病源靶點、進行藥物釋放。
記者注意到，去年12月底在美國波士頓舉辦的“材料研究學(xué)會”年會上，有一份研究報告表明，生物學(xué)成為了納米技術(shù)的突破口，將使傳感器、醫(yī)療診斷方法和電子器件產(chǎn)生革命性的變化。因為，各類生物體都擁有大量的納米作用機制，如：DNA的信息存儲、蛋白質(zhì)的捕捉陽光、細(xì)胞分裂期DNA的復(fù)制，等等。
中國的納米制造需在“新”字上做文章
在納米制造技術(shù)領(lǐng)域，目前國際上研究有兩大熱點：微流體芯片和微機械元件研究。
“用硅材料做成的微機械，如微加速度計、氣體傳感器、高速打印噴頭、磁記錄頭等，在汽車、航空航天、計算機工業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了很大的應(yīng)用，還將有更大的發(fā)展。廣泛意義上的微機械，雖然不能很簡單地歸納到納米技術(shù)中，但是它是在半導(dǎo)體工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個新領(lǐng)域，在納米科技領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間�！�
“當(dāng)前納米技術(shù)的難點在于對納米物體的整合和集成，它需要自上而下、自下而上的全方位努力，需要多學(xué)科的緊密結(jié)合，基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)的平行發(fā)展和相互促進。中國的科研指導(dǎo)可以在這方面多下一點工夫�！标惒┦空\懇地說。
“由于時興不久，在自下至上和非傳統(tǒng)的納米制造技術(shù)研究方面，國際上仍然處于開放狀態(tài)，各種新的思想和方法、成果均很易于被接受、看好，因此政府在這方面可以宏觀指導(dǎo)為主，通過指導(dǎo)國家級的納米科技中心(或技術(shù)平臺)，以制造功能性的納米材料、納米器件為主要研究內(nèi)容，將基礎(chǔ)研究與開發(fā)應(yīng)用結(jié)合在一起。在實施過程中，可根據(jù)國情，放眼未來，并參與國外現(xiàn)有的計劃和技術(shù)指標(biāo)，制定一些具有指導(dǎo)意義的研究項目，通過招標(biāo)的形式，引導(dǎo)研究方法的正確發(fā)展。此外，政府可以積極支持與納米制造技術(shù)相關(guān)的高科技產(chǎn)業(yè)的開發(fā)，促進科研成果的迅速轉(zhuǎn)化。”
對于傳統(tǒng)的納米制造工藝的研究和開發(fā)，特別是極限紫外線光刻研究，由于投資巨大，中國不一定要全面開“花”，“但必須要有所研究，在某些點上有所建樹，這樣才不會將失去創(chuàng)新的機遇，不至于永遠(yuǎn)跟在別人后面走，受制于人�！�
微流體芯片
微流體芯片，又被稱為“芯片上的實驗室”，是用半導(dǎo)體集成技術(shù)制作的新型固體元件，它能夠?qū)ξ⒘苛黧w(包括液體和氣體)進行復(fù)雜、精確的操作(混合和分離微量流體、化學(xué)反應(yīng)、微量分析等等)。在這種芯片上加上微泵、微閘，就可以很容易地對生物細(xì)胞、溶劑、藥物等進行各種生物化學(xué)研究，也可以用它進行納米粒子、分子結(jié)構(gòu)的研究；由于它體積小、可調(diào)控參數(shù)多、調(diào)控精確度高、自動化程度高、可以集成和大量生產(chǎn)，在納米科技研究和發(fā)展上有著很好的前景�？梢哉f，微流體芯片是自上而下和自下而上研究的一個自然的結(jié)合點，也是物理、化學(xué)、生物、微電子學(xué)等學(xué)科交叉性極強的研究領(lǐng)域。
目前微流體研究的主要方向是進行生物化學(xué)分析的研究，比如：稀有細(xì)胞的篩選、信息核糖核酸的提取和純化、基因測序、單細(xì)胞分析、蛋白質(zhì)結(jié)晶、藥物檢測等。事實上，去年以來，美國和歐洲已經(jīng)出現(xiàn)了一批以生產(chǎn)微流體芯片為主的高科技企業(yè)，也有國際大型制藥公司大量地購買了這種芯片以替代傳統(tǒng)的大型生物、化學(xué)分析儀器的工作，用來開展新藥研制。
在科技、經(jīng)濟實力雄厚的美國，科學(xué)家已經(jīng)用微流體芯片技術(shù)研制成新型微型飛機。(記者 李紅)
采訪手記
在法國常駐期間，記者曾經(jīng)采訪過法國政府研究部主管納米科技研究項目的官員阿蘭·布倫，他到過中國。在他的印象中，中國的納米研究主要集中在納米粉末、納米碳管等納米材料方面，“這只是一點點，它在納米科技的研究中是花錢最少的�！薄凹{米研究投資最大的部分在工業(yè)部�！�
后來，記者曾三次參觀了法國國家科研中心光子學(xué)和納米結(jié)構(gòu)實驗室。據(jù)介紹，它是歐洲建立最早的納米科學(xué)實驗室，也是目前歐洲最大、最先進的納米科技研究機構(gòu)。記者在那里看到的最主要的東西，是它那1000多平方米的超凈實驗室，有點像集成電路生產(chǎn)車間一樣，但是，里面電子束曝光儀、超紫外光曝光儀、離子反應(yīng)刻蝕儀、分子束外延生長等高級實驗儀器一應(yīng)俱全，又比半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)“技高一籌”。該實驗室成立至今，投資已達幾億歐元，每年的實驗運轉(zhuǎn)費高達幾百萬歐元。即使在法國經(jīng)濟不景氣、科研投資縮減的今天，該實驗室的經(jīng)費保障仍然沒有受到任何影響。相反，政府還在不斷地通過的新計劃，來增加對該實驗室的投資。
那么，納米科技研究的重心在哪里？后來，美國《納米科學(xué)技術(shù)大百科全書》“納米制造”章節(jié)的撰寫人之一、上述實驗室納米技術(shù)與微流體研究組負(fù)責(zé)人陳勇博士的解釋，解開了記者的疑問。
納米制造技術(shù)、納米電子學(xué)、納米生物學(xué)、納米材料學(xué)是納米科技的四大領(lǐng)域，其中，納米制造技術(shù)作為納米技術(shù)的中心之一，是糅合其它各種學(xué)科的基本“藝術(shù)”，是當(dāng)前納米科學(xué)研究的基礎(chǔ)——它不僅為納米科學(xué)各個領(lǐng)域的研究和拓展提供強有力的手段，而且是未來納米產(chǎn)業(yè)的支柱。
關(guān)心納米科技發(fā)展的人，可能對“uptodown”和“bottomtoup”這兩個英文詞組并不陌生，它們說明的就是目前世界上納米制造技術(shù)研究的兩個主要部分，即自上至下(即從大往小發(fā)展)的技術(shù)發(fā)展，以及自下至上(即從小往大發(fā)展)的科學(xué)研究。這兩部分技術(shù)將在1至100納米尺度間相匯合。任何一個國家或公司，如果欲在納米制造時代擁有制造具有特定功能的納米器件和系統(tǒng)的能力，就必須同時擁有這兩部分的理論、工藝和技能。
自上而下老工藝不離不棄
法國人是官僚氣十足的，有一個嚴(yán)格、完整的新聞管理體系，對政府官員的采訪，如果沒有朋友推薦，就必須按照規(guī)定，向有關(guān)部門新聞管理處申請，得到答復(fù)后前往。但是，法國人又是很敬業(yè)的，被采訪的官員一定會為你準(zhǔn)備好一些材料和說法，讓你滿意而歸。
兩年前，“EUCLIDES”計劃和“MEDEA”計劃就這樣進入了我的視線。接受我采訪的工業(yè)部主管微電子工業(yè)研究的一個年輕官員米歇爾·安東尼，給我準(zhǔn)備好了一份清單，內(nèi)容是歐盟和法國大型微米納米研究計劃，包括計劃的名字及可查詢的網(wǎng)站，前述的兩個計劃，是歐盟第五個框架研究計劃中的兩個計劃，研究的主要內(nèi)容是極限紫外光刻技術(shù)。此外，法國為了滿足自己技術(shù)儲備的需要，還由工業(yè)部牽頭，建立了名為“PREUVE”的國家工業(yè)研究計劃，聯(lián)合法國集成電路生產(chǎn)企業(yè)和有關(guān)研究機構(gòu)、大學(xué)，開展極限紫外光刻技術(shù)的系統(tǒng)研究。這些計劃的預(yù)算都在幾億、幾十億歐元左右。
“納米是微米的延伸”，這大概可以解釋工業(yè)界大投資的意義所在。就電子工業(yè)界而言，對通過現(xiàn)有的微米制造技術(shù)開發(fā)納米制造的新方法興趣最高，因為這可以使該行業(yè)繼續(xù)制造更小、更便宜、性能更好的裝置。因此，“自上至下”研究的主導(dǎo)力是超大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，目前集成電路、微電機系統(tǒng)、微光學(xué)和微分析器件等結(jié)構(gòu)制造所用技術(shù)基本上源于微電子技術(shù)，它是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體加工工藝的延伸，包括制造納米結(jié)構(gòu)和納米器件的光刻、薄膜、刻蝕技術(shù)研究，是制造半導(dǎo)體集成電路的基本方法，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。
據(jù)陳勇博士介紹，目前的主要研究方向，一方面是將現(xiàn)有的紫外光光刻技術(shù)(即193納米光源技術(shù)及157納米光源技術(shù))進行進一步拓展，另一方面是研究和發(fā)展極限紫外光刻技術(shù)(13納米光源技術(shù))研究。前者可實現(xiàn)最小線寬為65納米的硅集成電路，后者有可能使線寬小于20納米，由此將現(xiàn)有的半導(dǎo)體CMOS工藝推進至材料的極限。
“最令我們值得關(guān)注的是極限紫外光刻技術(shù)。這項技術(shù)的研究從概念的提出至今，已經(jīng)發(fā)展了近15年，它或許是最后一代用光實現(xiàn)納米制造的光刻技術(shù)。”但是，該技術(shù)研究耗資巨大，任何一個單獨的企業(yè)或者國家，都難以獨自承受巨額的研究投入。在美國，該技術(shù)主要由大公司集團(Intel、Motorola、AMD等三公司)共同投資，開展聯(lián)合研究；為了吸引更多的投資，加速研究進程，它也歡迎其它國家投資加入其研究，因此形成了一個研究“俱樂部”。這個半導(dǎo)體研究俱樂部每年都召開多個專題研討會(包括光源、材料、儀器等)，總結(jié)技術(shù)的發(fā)展進程，研討新的研究思路。目前，上述俱樂部的某些成果已經(jīng)在歐洲專門生產(chǎn)曝光儀的ASML公司進行生產(chǎn)，新的設(shè)備將在近年投入試運行。
除了極限紫外光刻技術(shù)以外，還有其它新一代納米級的刻蝕技術(shù)，如：X光光刻、電子束投影、離子束投影、微型電子束陣列，等等�！拔易约壕妥鲞^以上部分的多年研究，但是這些技術(shù)因為在實現(xiàn)的過程中仍有相當(dāng)?shù)碾y題，目前工業(yè)界主要看好的還只是極限紫外光刻技術(shù)。”
非傳統(tǒng)制造工藝令人眼亮
科學(xué)家們清楚地知道，很多材料和器件的在納米尺度范圍內(nèi)具有全新的物理性能，當(dāng)前生命科學(xué)的前沿亦必定是納米或分子水平上的研究。納米技術(shù)發(fā)展無疑具有至關(guān)重要的意義。但是，上述的傳統(tǒng)技術(shù)研究是以大規(guī)模集成電路生產(chǎn)為目的的，生產(chǎn)條件要求高、投資巨大，不適合用于實驗室的科學(xué)研究及非半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)。上世紀(jì)90年代初開始，科學(xué)家開始尋求更簡單、更便宜的納米結(jié)構(gòu)生產(chǎn)方法，即在非極限環(huán)境下大面積生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的復(fù)制技術(shù)。
現(xiàn)在以納米制造和納米生物學(xué)研究為主要方向的陳勇博士說：“不要以為簡單就輕視它，非傳統(tǒng)的納米制造技術(shù)簡單又廉價，卻為多學(xué)科發(fā)展提供了條件�！彼f的非傳統(tǒng)納米制造技術(shù)，就是被統(tǒng)稱為軟刻蝕技術(shù)的四大技術(shù)：納米印刷技術(shù)(nanoimprinting)；納米壓模技術(shù)(nanoembossing)；軟光刻技術(shù)(softlithography)；微接觸印刷技術(shù)(microcontactprinting)。它們沒有使用光和電子等物理學(xué)上的工具，而是利用了日常生活中熟悉的機械過程：印、壓、塑、凸。
至今，美、歐、日約有100多個實驗室正在開展這方面技術(shù)的研究、開發(fā)�？茖W(xué)家們以制膜為基礎(chǔ)，即用高分辨率電子束及刻蝕的方法將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)制在膜上，然后將其精確地大面積復(fù)制到聚合物乳膠薄膜上，經(jīng)處理后得到各種功能的集成，這種復(fù)制方法簡單、應(yīng)用面廣、可選擇性強。例如，科學(xué)家已經(jīng)用納米印刷技術(shù)，復(fù)制了6納米線寬的納米結(jié)構(gòu)，而且已經(jīng)將它成功地應(yīng)用于納米電子學(xué)、納米光學(xué)和納米磁學(xué)等若干領(lǐng)域。
特別是，某些聚合物與生物體的兼容性好，用軟刻蝕技術(shù)可以發(fā)展多功能生物器件，陳勇博士與他的博士生一起，已經(jīng)用以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基本材料的軟光刻技術(shù)，做成高集成度的微流體芯片，實現(xiàn)了稀有細(xì)胞的篩選�！拔⒘黧w芯片既簡單又便宜，將可以用來做單細(xì)胞操作、蛋白質(zhì)結(jié)晶等，可以完成從藥品檢測到遺傳分析等各種工作。”
“除此之外，微接觸印刷技術(shù)能夠進行單分子層的自組裝(self-assembling)，具有了自上至下(光刻)和自下至上(分子排列)兩種技術(shù)相結(jié)合的特點，前景頗為看好�！弊韵轮辽闲录夹g(shù)新事新辦上述的各種方法，有一個共同的特點，它們均從較大規(guī)模的模式開始，然后縮小橫向距離，刻出納米結(jié)構(gòu)。對制造納米結(jié)構(gòu)、微器件及芯片集成，這種方法是必須的。但是，它們不能方便、廉價、迅速地制造出分子水平的納米結(jié)構(gòu)，于是便出現(xiàn)了“自下而上”的方法研究。這種方法從單個原子或分子開始，用化學(xué)合成和物理的方法，制作具有特殊功能的大分子、超大分子團或表面結(jié)構(gòu)等納米結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于化學(xué)、物理、生物、微電子等諸多方面。1990年，IBM的科學(xué)家曾經(jīng)用隧道掃描顯微鏡，在超真空及液氦溫度(4.2K)條件下，將吸附在鎳表面的氙原子，一個個地拖曳排列成“IBM”三個字母，引起了世人的矚目，這是人類首次對原子進行操作，也是“自下至上”納米制造研究的一個開端。但是，用原子操作做出具有特殊功能特性的納米結(jié)構(gòu)，往往需要在極限條件下進行，而且花費時間很長，研究人員尚未能夠確定這種技術(shù)的最佳應(yīng)用開發(fā)價值。一是用化學(xué)合成組成大分子，然后將它們再組裝到固體上去，如：化學(xué)合成法組成的冠狀分子、齒狀聚合物、納米碳管等具有特殊功能的納米結(jié)構(gòu)。這些大分子可以用自組裝的方式鑲嵌到納米線路或固體結(jié)構(gòu)中去，由此引出納米電子學(xué)所需要的一些特殊結(jié)構(gòu)和各種特性的固體復(fù)合材料。
另一類是用物理、化學(xué)或生物的方法制作均勻性很好、有特殊功能的納米顆�；蛳到y(tǒng)，如：用原子、分子束外延方法生長的半導(dǎo)體量子點陣，這種點陣在光電子學(xué)有極大的應(yīng)用。用其它方法制作的半導(dǎo)體納米晶體材料，在生物學(xué)成像技術(shù)中具有極高的應(yīng)用價值。此外，納米磁性粒子不僅在醫(yī)學(xué)診斷和治療上有很廣泛的用途，而且很有可能應(yīng)用于高密度存儲。對這些納米顆粒的表面進行特殊的化學(xué)、生物包裝，可以達到特殊的功能，如：尋找病源靶點、進行藥物釋放。
記者注意到，去年12月底在美國波士頓舉辦的“材料研究學(xué)會”年會上，有一份研究報告表明，生物學(xué)成為了納米技術(shù)的突破口，將使傳感器、醫(yī)療診斷方法和電子器件產(chǎn)生革命性的變化。因為，各類生物體都擁有大量的納米作用機制，如：DNA的信息存儲、蛋白質(zhì)的捕捉陽光、細(xì)胞分裂期DNA的復(fù)制，等等。
中國的納米制造需在“新”字上做文章
在納米制造技術(shù)領(lǐng)域，目前國際上研究有兩大熱點：微流體芯片和微機械元件研究。
“用硅材料做成的微機械，如微加速度計、氣體傳感器、高速打印噴頭、磁記錄頭等，在汽車、航空航天、計算機工業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了很大的應(yīng)用，還將有更大的發(fā)展。廣泛意義上的微機械，雖然不能很簡單地歸納到納米技術(shù)中，但是它是在半導(dǎo)體工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個新領(lǐng)域，在納米科技領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間�！�
“當(dāng)前納米技術(shù)的難點在于對納米物體的整合和集成，它需要自上而下、自下而上的全方位努力，需要多學(xué)科的緊密結(jié)合，基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)的平行發(fā)展和相互促進。中國的科研指導(dǎo)可以在這方面多下一點工夫�！标惒┦空\懇地說。
“由于時興不久，在自下至上和非傳統(tǒng)的納米制造技術(shù)研究方面，國際上仍然處于開放狀態(tài)，各種新的思想和方法、成果均很易于被接受、看好，因此政府在這方面可以宏觀指導(dǎo)為主，通過指導(dǎo)國家級的納米科技中心(或技術(shù)平臺)，以制造功能性的納米材料、納米器件為主要研究內(nèi)容，將基礎(chǔ)研究與開發(fā)應(yīng)用結(jié)合在一起。在實施過程中，可根據(jù)國情，放眼未來，并參與國外現(xiàn)有的計劃和技術(shù)指標(biāo)，制定一些具有指導(dǎo)意義的研究項目，通過招標(biāo)的形式，引導(dǎo)研究方法的正確發(fā)展。此外，政府可以積極支持與納米制造技術(shù)相關(guān)的高科技產(chǎn)業(yè)的開發(fā)，促進科研成果的迅速轉(zhuǎn)化。”
對于傳統(tǒng)的納米制造工藝的研究和開發(fā)，特別是極限紫外線光刻研究，由于投資巨大，中國不一定要全面開“花”，“但必須要有所研究，在某些點上有所建樹，這樣才不會將失去創(chuàng)新的機遇，不至于永遠(yuǎn)跟在別人后面走，受制于人�！�
微流體芯片
微流體芯片，又被稱為“芯片上的實驗室”，是用半導(dǎo)體集成技術(shù)制作的新型固體元件，它能夠?qū)ξ⒘苛黧w(包括液體和氣體)進行復(fù)雜、精確的操作(混合和分離微量流體、化學(xué)反應(yīng)、微量分析等等)。在這種芯片上加上微泵、微閘，就可以很容易地對生物細(xì)胞、溶劑、藥物等進行各種生物化學(xué)研究，也可以用它進行納米粒子、分子結(jié)構(gòu)的研究；由于它體積小、可調(diào)控參數(shù)多、調(diào)控精確度高、自動化程度高、可以集成和大量生產(chǎn)，在納米科技研究和發(fā)展上有著很好的前景�？梢哉f，微流體芯片是自上而下和自下而上研究的一個自然的結(jié)合點，也是物理、化學(xué)、生物、微電子學(xué)等學(xué)科交叉性極強的研究領(lǐng)域。
目前微流體研究的主要方向是進行生物化學(xué)分析的研究，比如：稀有細(xì)胞的篩選、信息核糖核酸的提取和純化、基因測序、單細(xì)胞分析、蛋白質(zhì)結(jié)晶、藥物檢測等。事實上，去年以來，美國和歐洲已經(jīng)出現(xiàn)了一批以生產(chǎn)微流體芯片為主的高科技企業(yè)，也有國際大型制藥公司大量地購買了這種芯片以替代傳統(tǒng)的大型生物、化學(xué)分析儀器的工作，用來開展新藥研制。
在科技、經(jīng)濟實力雄厚的美國，科學(xué)家已經(jīng)用微流體芯片技術(shù)研制成新型微型飛機。(記者 李紅)
