中國納米技術仍缺乏真正的創新 | NSR論壇
?六位專家在討論後合影，左起：劉鳴華、劉忠范、楊培東、白春禮、王琛、趙宇亮
前言：
過去幾十年來，中國在納米技術領域投資巨大。在2006年到2020年的中長期科學發展規劃中，納米技術是重點關注的領域之一。2012年，中國還發布了關於納米研究的國家重大科學研究計劃「十二五」專項規劃，計劃在五年里投資10億元，由位於北京的中國科學院帶頭研究。正是憑藉這項長期投資，中國現在是納米技術領域的主要參與者，科學論文和專利的數量位列全球第一。
2015年9月3日至5日，在北京召開的第六屆中國國際納米科學技術會議上，中科院院長、《國家科學評論》主編白春禮與其他五位知名科學家同台討論了中國近期在納米技術領域取得的進展、納米粒子對公共衛生的潛在影響、以及今後面臨的挑戰和機遇。
參會人員
白春禮，大會主席、中國科學院院長
劉鳴華，納米材料和分子組裝專家、國家納米科學中心主任
劉忠范，北京大學納米化學和石墨烯領域專家
王琛，國家納米科學中心納米顯微技術領域專家
楊培東，加州大學伯克利分校納米材料及其能源研究應用專家
趙宇亮，國家納米科學中心、中國科學院高能物理研究所納米醫學和納米安全領域專家
撰文 | Jane Qiu
翻譯 | 陳婷
校譯 | 陶夢縈
責編 | 陳曉雪
● ● ●
白春禮：能簡單地向我們介紹一下中國對納米技術的支持嗎？
劉鳴華：我國是在納米技術領域投入巨資的國家之一。中國的支持分為幾波。2000年以前，投資力度比較小，且集中在納米材料領域，科技部和中科院的相關項目便是例子。2000年以後，特別是從美國啟動國家納米技術計劃(National Nanotechnology Initiative)開始，包括中國在內的很多其他國家加大了資助力度。過去15年來，中國在納米技術上的總投入估計超過了10億美元。
在國家中長期科學和技術發展規劃綱要 (2006━2020年)中，納米技術被列為重點領域之一。自2006年以來，納米技術方面的項目達到141個，包括年輕科學家的小項目和耗資數千萬美元的大項目；研究領域廣泛，囊括納米材料、納米裝備、納米能源、納米催化和納米醫學等多個方面。這些項目大多得到了科技部的支持。國家自然科學基金委員會也為納米研究各領域的大量基礎項目提供資金，並為納米科學、納米製造和分子組裝領域的三個主要項目提供支持，這三個項目的預算均達到了兩億元。
中科院還通過參與一系列計劃來支持納米技術研究，如「創新計劃」和「創新2020」。最近，納米技術被納入2012年發布的中國國家重大科學研究計劃，獲得預算10億元，重點是應用研究。中科院當前正在籌建「科學卓越創新中心」，旨在促進精密納米製造、納米醫學、納米表徵與標準化等領域的研究。
正是憑藉這種長期支持，中國現在是納米技術領域的重量級選手，在SCI論文數量、論文被引用次數和專利數量方面居全球第一。但在真正的創新方面，中國還有很大的進步空間。
白春禮：私人部門的研發情況怎麼樣？
劉鳴華：私人納米技術公司是在2000年左右開始出現的，但他們的發展相當緩慢，只有少數幾家存活了下來。自2010年以來又出現了一批新公司，特別是那些致力於開發石墨烯產品的公司，投資相當可觀。比如，中科院寧波材料技術與工程研究所就從一家私人公司那裡拿到了一份大合同，用石墨烯開發鋰電池。江蘇的無錫和常州以及重慶的幾家公司也在石墨烯技術上投入了大筆資金。北京、上海、江蘇和安徽等地成立了多個納米技術產業聯盟。
?白春禮，大會主席、中國科學院院長
白春禮：中國在納米技術研究的哪些領域很活躍？
王琛：2013年，中科院啟動納米研究專項。我們選擇重點領域時主要有兩方面的標準：首先國家存在重大需求，其次是中科院有明顯的研究優勢。其中一個重點領域就是用納米技術開發鋰電池，由中科院物理研究所和化學研究所牽頭。這個方向和電動汽車的發展直接相關，而電動汽車是我國中長期發展規劃的重點之一。我們的目標是在2017年項目結束時完成3萬組電動汽車電池。另一個重點領域是「綠色印刷」，也由中科院化學研究所帶頭。這些工作是納米技術轉化方面的突出代表，覆蓋了一個從基礎研究、技術轉化到大規模商業生產的研發鏈。
我們在項目實施上也有獨特之處。首先，核心技術的創新都來自中科院的實驗室，從小規模的研究小組逐漸擴大，到現在與商業生產相結合。項目還有一個不同尋常的地方，即我們不需要發表論文。項目的考核標準基於產業規模、企業投資和社會經濟效益等，這也應該成為納米技術總體層面的重要考核標準。基礎研究很重要，社會經濟效益也同樣重要。
白春禮：納米醫學是一個新興的跨學科研究領域。該領域有哪些研究重點？
趙宇亮：過去十年里，納米醫學發展迅速。在美國，食品與藥品監督管理局(Food and Drug Administration)已經批准了100多種納米藥物進入臨床試驗階段。納米複合物獨有的兩個特點讓其成為藥物研發中極具前景的選項。首先，不同於傳統藥物，納米複合物容易穿過生物屏障，如細胞膜，腫瘤的生理屏障和病理屏障等，抵達目標位置。其次，納米藥物以微粒形態存在，是原子和分子的集合體，因而可以提供一個具有多種生物活性的表面。相比之下，傳統藥物的作用較為單一。
藥理學家一致認為，納米藥物是藥物開發的未來，尤其是未來藥劑學領域。傳統小分子藥物的開發遇到了多個瓶頸，如難溶性，高毒性等。現在，大分子藥物，如蛋白質和核酸正在蓬勃發展。這種藥物需要一種能助其進入細胞並防止其體內降解的載體。通常的做法是使用非致病性病毒載體，但這種載體有潛在的危險。納米技術是一種可以實現非病毒載體的有效途徑。
白春禮：納米技術研究也被納入了我國2016年到2020年期間的「十三五」規劃。納米技術領域的主要研究方向包括基礎研究，如模擬納米級別的一些現象（因為目前還難以直接觀察納米的光電特性），以及應用研究，如研製能觀察這些特性的設備。一旦完成，我們就會對外宣布。
?劉鳴華，納米材料和分子組裝專家、國家納米科學中心主任
白春禮：中國納米科學研究的主要不足有哪些？
楊培東：儘管我一直在美國，但我和中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所合作了相當長的一段時間。研究所側重應用研究，只有少量的基礎研究項目。要進行應用研究，需要有自己的知識產權，但知識產權儲備是建立在基礎研究之上的，需要長期去開發。你不可能只做五年的基礎研究就進入了商業化階段。因此，基礎研究在接下來的20年里真的要為商業化鋪平道路。我覺得中國太急於在短期內實現商業化。
這一點和美國的情況有很大的不同。美國非常重視基礎研究，在大部分高校和研究所里，我們不太關心研究是否會立即帶來商業產品。美國的觀點是，當時機成熟了，基礎研究最終自然而然會帶來有用的技術和商業產品。這是一個長期的過程。中國也應該有耐心，著眼於長期。應該讓研究人員有足夠的空間和時間去探索基礎研究方面的問題。儘管中國在納米技術領域的專利和SCI論文發表數量世界第一，但其中只有很小一部分是真正的創新。只需通過優化技術和產品你就能獲得大量專利。在目前這個階段，中國真的應該重視科研產出的質而不是量。中國應該問自己一個關鍵問題：我們真的有創新理念嗎？還是說我們依然在追隨西方的前沿發展？
劉忠范：我完全同意培東的看法：總體研究產出的統計數據看似華麗，實際卻掩蓋了很多嚴重的問題。我所在的成立於1997年的北京大學納米研究中心也存在這種問題。這是一個跨學科的研究中心，現在北大每年大概發表3000至4000篇科技論文，其中將近三分之一是納米科技貢獻的，但創新水平相當有限。
石墨烯研究就是一個典型的例子。中國進行了相當大的投資，自稱在這個研究領域有全球最大的科研力量，包括數百家公司。但實際上存在如下兩個問題：首先，投資分散，也就是說具體到每個項目，投入的強度並不高；其次，真正的原創性研究不多，「跟風」現象嚴重，哪個概念熱就一擁而上，而不是著眼於長遠，去形成自己的理念。
白春禮：我同意。新一屆政府把創新視為中國長期發展的核心。但中國大部分研究人員都熱衷於追隨熱門、流行的研究領域。很少人有十年磨一劍的精神，或是願意研究重大的科研問題。舉個例子，中國在繼西方首創之後大舉投入石墨烯和碳納米管的研究，但幾乎沒有真正的創新。我們確實需要發揮自己的創造力，而不是滿足於隨大流。
楊培東：關於大科學，我想說幾句。過去幾年裡我參與了奧巴馬政府的一些大型項目。有一些自上而下的項目，先是材料科學，然後是能源研究，現在是生命科學和微生物學，全都和納米技術有關。這種大型項目有一個優勢，即資金可以在這些研究領域迅速分攤。但這種大項目通常是由有名望的科學家帶頭，給年輕人的機會不夠。我一向認為年輕人是創新的關鍵推動者。從長遠來看，這一點可能會損害美國科學的競爭優勢。
20多年前，美國有很多針對個人的研究經費，我個人的研究組得到了美國能源部(Department of Energy)和國家科學基金會(National Science Foundation)的有力支持。如今，研究經費相當有限，大項目佔去了大頭，大大擠壓了個人研究經費的空間。很多非常有才華、非常投入的年輕科學家難以爭取到這類經費，處境艱難。在中國，過去10年的科研經費以兩位數的速度增長。誠然，中國需要能滿足國家特定需求的大型項目。但與此同時，對年輕科學家，特別是年輕博士後的支持應該相應地增加。這樣才能讓他們有大量的空間和時間去嘗試新想法。評估制度應該更靈活，這樣他們才不會掉進追求文章發表數量的陷阱。
白春禮：這是一個非常重要的問題。在中國，很多研究所要求研究生在SCI上發表了文章才能畢業。這樣一來，他們當然不願參加有風險的項目。我擔任中科院研究生院院長後就取消了那些規定。這帶來了一些改善，但某些研究所依然在推行這類規定。學生也非常希望在攻讀學位期間能在SCI上發表論文，因為這會讓他們更容易在知名的研究機構獲得博士後崗位。顯然，如果只用發表文章的數量來評估工作，他們就沒法去冒險追求自己的想法。這是我國正在推行的體制改革的一個重要方面，而問題的關鍵就是如何為創新建立有利的環境。在對年輕科學家的支持上，中科院設立了一個名為「青年創新基金」的專項基金，為35歲以下的研究人員提供支持。
?劉忠范，北京大學納米化學和石墨烯領域專家
觀眾：納米技術發展面臨的主要挑戰是什麼？
白春禮：一個主要的挑戰是在宏觀層面保留納米複合物的有利特性。比如，單碳納米管有很多好的特性，它的強度是鋼鐵的100倍，重量僅為鋼鐵的六分之一；但納米管的組裝完全是另一回事，因為納米管之間的強度要弱得多。另一個例子是自我組裝。據《科學》雜誌(Science)報道，自我組裝是最有前景的納米技術研究領域之一。我們的挑戰是適當、高效地控制這個過程，並控制最終產品的大小、穩定性及有利特性。
觀眾：知識產權對創新極為重要，但中國在知識產權的保護上做的還不夠。中國怎麼才能克服這一弱點，鼓勵研究人員創新、促進技術轉化、並最終帶來社會經濟效益？
白春禮：在這一點上，中央政府剛剛發布了一系列新政策。過去，國家資助項目的創新成果的知識產權歸國家所有，現在則歸進行研究的科研機構和高校所有，這讓後者在技術轉讓和商業化方面享有更大的自由。此外，發明者現在最高可分得60%的經濟收益，包括股票在內，而以前只有20%。制定這類政策其實就是為了促進創新和技術轉化。
?王琛，國家納米科學中心納米顯微技術領域專家
白春禮：納米技術給公共衛生和環境構成了潛在的威脅。這個領域進行了哪些類型的研究？
趙宇亮：本世紀初，納米安全研究初期出現了很多困惑和相互矛盾的結果。這主要是由兩方面的原因造成的：首先，大部分研究都是定性研究，很多推斷和猜測都被證明是不正確的；其次，早期的納米安全研究大多依靠傳統的毒理學方法，把納米材料當作一般的分子處理，缺乏納米特性的表徵，忽視了其獨有的特性。事實證明，這樣做是不合適的。
有意思的是，在2010年以前，大部分體外研究都是在西方進行的，而大部分在動物體內進行的試驗都是由中國科學家完成的。體內研究更可靠，特別是定量的研究，幫助解決了早期的一些困惑。過去15年來，我們掌握了有關納米材料在機體吸收、新陳代謝和排出體外等方面的大量實驗數據，也歸納出了一些規律性的現象，儘管導致這些重要現象的機制還不完全清楚。
這方面的重大進展還包括根據已發表的文獻創建的一個大型納米安全研究資料庫，囊括多種複合物，有金屬（如金、銅、鐵、鋅、鎂和鋁，等）、無機氧化物（如二氧化鈦、氧化鋅、二氧化硅、氧化鎂、氧化鐵、氧化鋁和二氧化鍶，等）和石墨烯、碳納米管及其衍生物。我們掌握了大多數批量生產的複合物的詳細毒理學數據，也精確地研究了大規模生產車間的安全接觸標準。
另一個取得成果的領域和發現納米材料的獨特性能有關。首先，納米材料容易進入細胞，這正是納米醫學的基礎。其次，大部分納米複合物，包括碳納米管和石墨烯，一旦進入體內就能很容易地吸附血液蛋白。如果我們想在體內利用納米複合物，我們就必須想辦法阻止上述情況發生，這樣才能降低它們的毒性。第三，和球狀結構相比，像碳納米管這樣的一維納米材料更難從細胞排出，這可能和它的形狀有關。第四，納米複合物很容易參加細胞內的電化學反應，這可能會影響一些細胞功能。這一點已經被用來診斷癌症等疾病和開發新療法了，但從安全的角度出發，我們必須考慮到這些，並努力將這種反應降到最低。
白春禮：中國有哪些納米安全規定？
趙宇亮：2007年，中科院率先頒布了有關實驗室使用納米材料的規定。同年，我們還為衛生部起草了一份全國性的規定，這可能是全世界最早的相關規定之一。中科院和一些高校還參與起草了兩套監管準則：一套和生產現場納米顆粒的安全接觸水平及監測規範有關，另一套和納米材料的安全評估有關，包括詳細的評估和監測方法。
白春禮：1999年，我在巴爾的摩參加了早期的一場納米科學國際會議。會場外有很多人在發傳單，說納米科學是一項非常危險的技術，就像核武器一樣，科學家需要格外謹慎。因為公眾的擔心，納米安全問題受到極大重視。我們必須高度防範納米技術的潛在有害影響，否則納米技術可能會遭到公眾的強烈抵制，就像轉基因農作物現在面臨的處境一樣。任何技術都是一把雙刃劍，我們必須避免納米技術對公共衛生和環境的潛在負面影響。
?楊培東，加州大學伯克利分校納米材料及其能源研究應用專家
觀眾：白院長對研究納米科學的學生和青年科學家有什麼要說的嗎？
白春禮：首先，你們應該重視實驗中出現的令人吃驚、出人意料的現象。當你得出的結果和現有理論不符時，不要輕易忽視它們，因為你可能即將取得重大科學突破。你們應該認真思考，和同事討論原因可能是什麼。優秀的科學家要具備打破陳規和挑戰教條的能力。你們應該用好奇心來發現有趣的現象，提出新的假設，而不是隨波逐流，總是證實已有的觀點。其次，要想成功，就得對自己所做的事情保有激情，而不是僅僅把它當成一份工作，或是一種謀生的手段。
?趙宇亮，國家納米科學中心、中國科學院高能物理研究所納米醫學和納米安全領域專家
原文於2016年3月發表於《國家科學評論》(National Science Review, NSR)，原標題為「Nanotechnology development in China: challenges and opportunities」。NSR是科學出版社旗下期刊，與牛津大學出版社聯合出版。《知識分子》獲獨家授權刊發該文中文翻譯。英文版請點擊：
http://nsr.oxfordjournals.org/content/3/1/148.full
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