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20 世纪 80 年代杜撰出纳米技术一词的美国工程师埃里克·德雷克斯勒(Eric Drexler),无惧雄心勃勃的想法。在他 2013 年出版的《彻底的丰饶:纳米技术革命将如何改变文明》(Radical Abundance:How a Revolution in Nanotechnology Will Change Civilization) 一书中,德雷克斯勒憧憬了一种像 3D 打印机一样的“盒子里的工厂”,它能够精确地控制原子,制造出几乎任何东西。

也许,我们还远远不能实现德雷克斯勒的愿景,但他命名的这个领域正在迅速成熟起 来。仅仅在几年前,人们依然讽刺地将纳米技术描述为疯狂科学家的保留节目。根据以瑞士和加州为基地的风险投资公司 NanoDimension 的首席执行官艾默里克·萨林(Aymeric Sallin)的说法,纳米技术已经发生了天翻地覆的变化,“现在,它正从大型公司和机构投资者那里获得进展。首席执行官们正从大型、成熟的公司流向纳米 技术企业。”

纳米技术无处不在 — 不仅有世界经济论坛科技先锋新秀之一的 Vaxxas 的无针 Nanopatch 疫苗输送系统,还有论坛青年科学家社团成员赫勒·萨文(Hele Savin)的成果,他通过去除硅中的杂质使太阳能电池板更高效。那么,纳米技术产业有多大规模呢?

这个问题毫无意义,萨林表示,“纳米技术本身不是一个产业,而是所有行业的助推器。控制单个的原子和分子,你就能进入物质的中间状态,这时自然界的物理属性就改变了;有了该技术,从健康到制造业,从能源到农业,各种商业机会将不断涌现。”

尤其是在医药业,多年来,纳米技术的前景便已明朗,但直到现在,它才开花结果。 风险投资公司 Flagship Ventures 的首席执行官努巴·阿菲延(Noubar Afeyan)解释说:“如果我们仅仅运用人类的想象力就能治愈疾病,那我们现在就会没事了。你可以写下某些东西,设计它们,然后它们就该能起作用,但现 实往往复杂得多。例如,最初制造纳米药物的方法通常低估了寻靶的需求,因此,它们在体内与各种物质发生反应。”

关于寻靶的例子,我们可以谈谈 BIND Therapeutics 公司开发的称为 Accurins 的纳米颗粒,该颗粒只结合到某些类型的细胞上。尤其,它们有望彻底改变癌症治疗。目前,将抗癌药物送入癌细胞的唯一方法是治疗患者的全身,这会引起多种副 作用,因为这些药物也会与健康细胞发生反应。将这些药物包裹在 Accurins 里意味着,它们可以绕过健康细胞,直接输送到病变细胞,然后,这些药物在这里以预先设定的速度释放。

作为该公司的支持者之一,阿菲延说:“当该技术七八年前在 MIT 开发出来时,这听起来就像科幻小说。现在,该技术已经成熟,我们只是需要花些时间来完成临床试验。我们现在处于第 II 期,如果一切顺利,大约两三年后,我们就能开始看到这些疗法上市。”

Selecta Biosciences 公司与 BIND 一样,是去年的科技先锋入围者之一,该公司使用纳米技术将免疫细胞而不是病变细胞作为给药目标。Selecta 已设计出可抑制免疫系统对指定触发物的反应的纳米颗粒,并诱导耐受性 — 该方法可以帮助治疗过敏症和自体免疫性疾病。尽管这些疗法尚处于临床前阶段,但动物试验的结果预示了广阔的前景。

与此同时,萨林希望,一家新成立的初创公司能够告别动物试验。Emulate 的创建便是为了将哈佛大学 Wyss 研究所在创造“芯片上的器官”(organs-on-chips) 方面的研究商业化。芯片上的器官是半透明的柔性聚合物,与电脑记忆棒差不多大小,可模拟肺、心脏和肠等人体器官的运作。

正如萨林所说,在实验室中对人体细胞试验一种新药,无法再现真实人体中分子会承 受的压力(来自血流和免疫系统等等)。而即使某种分子能够在小鼠或大鼠的体内应付这些压力,最终在人体中试验时,它也经常不能应付人体的压力。在芯片上将 不同的器官连接起来,再现人体环境,可以使新疗法的试验过程更快速、经济和可靠,而目前它们需要花费数年时间,成本以百万美元计。

萨林补充道:“顺着这条思路往前,我们甚至可以想象用患者自身的细胞样本制作的个性化芯片。你可以进行试验,在给特定人群服用某特定药物前,该药物在这些人身上是否会有效,从而开启通往高度商业化疗法的大门。”

从理论跨步到真实世界的复杂性,其困难不仅仅局限于医学。对于纳米技术在工业上的应用,其挑战在于:如何把握实验室中有效的东西,并将其提升到商业上可行的程度。

牛津大学纳米材料教授妮可·格罗伯特(Nicole Grobert)将实验室工作比作为 8 个人烘焙一个蛋糕,而商业生产是为 8,000 人烘焙同一个蛋糕:“事情可不像买一千倍的鸡蛋、面粉和糖这么简单。一开始,你就得有大得多的蛋糕烤盘,而它塞不进你的烤箱,因此,你还得做一个大得多的 烤箱。接着你可能会发现,大烤箱里的温度会没那么均匀。妥善调整烘烤过程,让你的面包不至于外焦里生,这样做会困难得多。”

举个例子:焦耳无限 (Joule Unlimited) 公司正致力于使用太阳能和转基因光合细菌作催化剂,用工业废气二氧化碳生产生物燃料。该公司在新墨西哥州沙漠中的 1200 英亩示范工厂已经在生产乙醇,产量高达实验室中最大理论量的大约四分之三 — 差不多每年每英亩 25,000 吨,这使得该厂生产的乙醇比传统的使用甘蔗、生物燃料和玉米生产的便宜。同样的技术还能在实验室里制造柴油,但该技术离大规模可行还相隔一段路。

关于这一点,该公司的联合创始人阿菲延说:“这是一个经历优化与更好的工艺过程步骤,到努力从实验室推进到商业生产的问题。”

萨林的投资组合中包括 View Glass,该公司在密西西比州的乡村雇佣了 300 多人生产电致变色玻璃。这种玻璃的色彩可自动根据太阳的位置,或者按照使用智能手机应用提出的需要,让建筑在直射阳光下更舒适,同时节省空调和百叶窗的费 用。就这一点,他说道:“这个例子很好地说明了,纳米技术如何颠覆整个市场,并在过去二三十年都没见过任何重大新理念的行业中创造价值。”

通常,根本性的突破在多个迥异的领域都会有用武之地。回到 BIND Therapeutics,萨林(该公司的另一名支持者)指出:以病变细胞为靶点的纳米颗粒可以预先设定为以最优速率释放其治病药物。具有这些性质的聚合 物,可能还有其他哪些用途?萨林提到了灌溉:“世界上有很多地方,比如北非,这里有肥沃的土壤,理论上常年有充足的水来种植粮食,但没有覆盖正确的时间 段。在长时间没有降水时,你就需要灌溉。然而,灌溉的问题是,大部分水,要么蒸发掉了,要么沉降到了泥土中,没有让庄稼受益。

“因此,设想一下,你能得到这种控制药物对癌细胞释放的聚合物,用它来吸收水分,将其变成凝胶,并在长时间里以可控的方式释放它们。那么,越来越多的土地就会变得适合耕种。”

这个想法很好地说明了纳米技术如何帮助孕育雄心壮志。但是,用阿菲延的话来说,它还说明了,“纳米技术如何从一种奇物转化成一种能力装备,成为我们工具库的一部分。而这是一件好事。”

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作者:安德鲁·怀特(Andrew Wright),世界经济论坛作家。

原文刊载于世界经济论坛博客 (http://forumblog.org/china/)

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