三体在国家纳米科学中心拍摄的,每个同学和老师都有点隐隐的兴奋,尤其是原著党们,看到熟悉的实验室进了大银幕,真是说不出的有趣。

 

 

情人节那天,小编是看着三体的最后一集度过的,非常非常的震撼。史诗一般的结局,充满了无尽的想象与感慨,尤其是看到三体星人对于地球的科技碾压般的降维打击,真的感觉“宇宙浩渺,人生不易”。但是面对着也许注定的未来,一部分人是悲观的,比如ETO的降临派,可是还是有一部分永远乐观的,永远不会放弃希望。

 

精神力量有用吗?也许没用,也许有用,因为有时候,人类不仅仅是科技,还有很多复杂但生生不息的人性。

大刘开始写《三体》的时候,正是纳米材料研究风头正盛之时。

“纳米”这个词一时间成为了科技报道中的常客,甚至一度成为高科技的代名词。

纳米本意是一个长度单位,即10-9米,十亿分之一米,相当于一根头发丝的十万分之一。

如果说一米是地球那么大,一纳米就是足球那么大。

纳米是人类可以操纵的最小的尺度,在这样的尺度下,物理和化学特性都会发生神奇的变化,比如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电,原来绝缘的二氧化硅、晶体等,在某一纳米级界限时居然开始导电。

三体人和地球人都认为纳米技术可以拯救地球(所以都在争取汪淼),那作为汪淼的同行,我们来聊聊它吧。

 

纳米科技的灵感来自于伟大的物理学家、诺贝尔奖得主费曼(Richard Feynman)。

 

 

1959年他发表了著名的演讲《底部还有很大空间(There’s Plenty of Room at the Bottom)》,其观点概括来说是

“我们可以组装单个原子以获得产品”

他认为人类未来有可能建造一种分子大小的微型机器,把分子甚至单个原子作为建筑构件,在非常细小的空间里构建物质。这意味着,人类可在底层空间制造任何东西。

1989年,IBM科学家Donald Mark Eigler和他的团队用自制的显微镜操控35个氙原子,拼写出了“IBM”三个字母,由此开启了纳米科学和纳米技术的新纪元,非常有趣。

 

 
三体迷都知道,三体人派出了智子,为了锁死人类的基础科技的发展,而无论科幻还是现实,我们都不能停止被“锁死”的脚步。

所以最重要的,还是尖端基础科学的突破。

 

所以 ,在汪淼的实验室,作为国家纳米科学中心的同行,我们来聊聊真正落地的纳米技术。

男主科学家汪淼,作为地球人和三体人都想抢的人才,最主要的还是因为他手中的核心科技:纳米飞刃。

不同于炸弹、枪战等这些传统的军事行动手法,“古筝计划”是利用国家纳米科学中心的汪淼研究的一种纳米技术制造出来韧性强度极高的细丝——“纳米飞刃”,将其数根每隔50米纵向绑在敌人将会经过的运河两岸柱子上,当敌人的审判日号经过时,纳米飞刃就会将船和里面的人像切土豆那样切成一片一片,船里的电脑硬盘即使被完整切开也能复原。

 

而现实中“纳米飞刃”的原型却是“碳纳米管”

 

 

碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料,碳原子呈六边形排列,构成数层到数十层的同轴圆管,于上个世纪90年代被发现,被誉为“二十世纪最神奇的纳米材料”之一。

作为削钢如丝的纳米飞刃的原型,碳纳米管也具有良好的力学性能,其抗拉强度是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,其硬度可以与金刚石媲美,拥有优异的导电导热性,并且具备良好的柔韧性,能屈能伸:当把它放到水下1万米深的压强下,它会被压扁,当撤去压力时,它就会恢复原状。而根据其特性,碳纳米管在半导体器件、柔性器件、复合材料器件、新能源领域都有广泛应用。

 

1、这个强度数据指的是理想状态的碳纳米管,而实际制备中受限于单根碳纳米管的长度以及种种缺陷和杂质的存在,使得强度大大降低,只有0.5-8.8 GPa。

2、目前报道的制备出的最长的“超长”碳纳米管束,长度也仅在厘米级。还未报道过使用其来组装纤维,超长碳纳米管纤维是否拥有与单一碳纳米管同样的强度还不得而知。通俗来讲,目前的现实完全没有可能制造小说中横跨运河两端几十个来回那么长的材料。

 

 

事实上,美国航天局(NASA)在2005年就发起了一项 “强力系绳挑战”,旨在寻找一种高强度绳索用于太空电梯。这种绳索考虑的就是碳纳米管材料。如果有着一日真能制造出满足太空电梯要求的碳纳米管绳索,那么大概率它也能用来轻松切割邮轮!

综合所述,纳米“飞刃存在科学理论基础,但现实水平还远远无法将之实现出来。

科学成分60%,科幻成分40%。

 

不过在国家纳米科学中心,倒是有真的科幻照进现实的技术出现,就是我们团队在做的肿瘤精准医学技术—CTC。

CTC,全称是Circulating Tumor Cell循环肿瘤细胞,是恶性肿瘤转移的种子。所在的液体活检是MIT Technology Review评选的全球十大创新技术之一

 

 

中科纳泰自主研发的TUMORFISHER®肿瘤捕手技术,用纳米级的鱼饵,可以在早期就可以捕捉到恶性肿瘤的种子,可以把肿瘤扼杀在萌芽里。

 

 

TUMORFISHER®肿瘤捕手技术能够比常规的影像学更早、更灵敏地捕捉到血液里极其稀少的肿瘤细胞CTC,“十亿里挑一”,就可以做到精准诊断、精准治疗、精准用药,可以更好地帮助大家保持健康,远离肿瘤。

技术也进入了协和医院、北大肿瘤医院、解放军总医院、医科院肿瘤医院等多家顶级三甲医院,获得了医生广泛好评,救治了很多病人。

 

 

1.CTC代表了肿瘤血道转移状态,可以进行动态监测和疗效评估,看放化疗有没有作用,手术有没有切干净,有没有复发转移,疾病恶化还是好转。

2.CTC PD-L1技术,还可以进行最新的免疫靶向药物PD-L1的用药指导和伴随诊断,可以精准判断是否适合用药,还可以持续评估药物疗效。

 

 

3.医生为什么要用这个分层技术呢?因为这个免疫神药虽然广谱,可是不是每个癌种都表达,不是每个病人都合适,如果盲用的话,有效率不超过20%,而且还有很大的副作用。

所以需要在用药之前,精准分层,筛选最佳获益人群,可以使得药物预测灵敏度提高到90%以上

这说明,晚期的患者还有机会找到恢复健康的希望。

 

纳米科技是如此重要,以至于人们会经常问这样一个问题:

这个时代会不会被称为纳米时代?

人类会以主要的技术突破来划分时代:石器时代,青铜时代,铁器时代,蒸汽时代,电气时代,互联网时代。那么,下一个时代会以什么来命名呢?

目前来看,有两个候选人:“纳米”和“人工智能”, Nano vs. AI。

 

AI已经出现chatGPT这样有趣的小灵魂了,但是我们还是坚定的站在Nano这里,因为有两个关键原因 :

Nano是物质实现功能的最小尺度。

 

 

科学的任务是揭示真理,但科技的任务是创造价值。基于现有物理知识,原子操控就是人类能力的边界,并且人类也在不断接近这个边界。近期,IBM开发出了5nm级别的芯片,这被认为是电子器件的极限。因此,人类能够创造社会价值的最前沿就是纳米科技。费曼说“底部还有很大空间”,但现在,人类似乎找到了“底部”的边界。

Nano作为工具是具有确定性的。

 

人类是不知道人工智能是如何运作的。凯文凯利在他的新书《必然》中提出了一个观点:“人工智能和人类的思维模式在本质上是不同的,人类只是创造,但尚无足够的力量去掌控人工智能。”

如果要大规模应用人工智能,人类将考虑的首要问题是安全性或是适应性。“我们能否适应超越自身的智慧”这是高悬于AI发展的达摩克利斯之剑。

与之相对,人类掌握着近乎全部纳米科技的理论基础,包括固体物理,分子模拟,量子力学等。当人们谈论“纳米”时,不会感到恐惧或迷茫。当下的任务是如何高效地使用这个工具,创造更大的价值。

 

《三体》科幻照进现实:除了纳米飞刃,人类还有什么终极秘密武器?