美国实验室:MIT坐拥44生物工程研究分支,加州分校“纳米机器”攻癌细胞

2013-10-21 06:24:01 来源: 理财周报 举报
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2013年的诺贝尔化学奖得主之一谢克曼就来自于加州大学伯克利分校,其获奖研究领域是生物工程

理财周报材料科学实验室研究员张伟贤 戴建敏/撰述

站在全球材料科学之巅的美国,纳米材料和生物材料的研究自然也是全球领先。

斯坦福大学、哈佛大学、麻省理工学院等全球顶尖学府均拥有众多的纳米工程与技术、生物工程方面的研究室,如麻省理工学院就拥有44个生物工程方面的研究所/研究室。

在刚刚结束的2013年诺贝尔奖获得者中,迈克尔·莱维特和托马斯·C·苏德霍夫等两位生物化学领域的科学家出自同一所大学:斯坦福大学。

除了众多的顶尖大学研究所,IBM、NEC和Nantero等公司的纳米技术研究室以及安捷伦科技,泰科纳和冶联科技集团等公司的生物工程研究室也走在世界前列。

大学研究所

纳米材料方面,走在研究前沿的美国大学包括纽约州立大学阿尔巴尼分校、哈佛大学、北达科他州立大学、史丹佛大学、美国加利福尼亚大学洛杉矶分校、加州大学圣地亚哥分校和斯坦福大学等。

纽约州立大学阿尔巴尼分校的纳米技术与工程学院拥有55亿的公众和私人投资,是全球纳米技术研究中心之一,也是世界上第一个专门研究纳米科学与纳米工程的高等院校。该专业排名世界第一。

哈佛大学工程与应用科学院研究领域大致有四个方面:应用数学、应用物理、计算机技术以及工程科学,校园里还有多个研究中心,包括量子科学及工程学会以及纳米系统中心

北达科他州立大学成立于1890年,历史悠久,主要研究领域包括:纳米技术,RFID技术,农业,化学,聚合物以及涂料。

史丹佛大学一个研究团队发现了锂硫纳米结构所组成的阴极部分,可存储大量的电力能源,如果用于商业用途,可能将提供超出当前一般锂电池4倍以上的续航能力,并且比现在的锂电池更为安全。

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校研究人员新设计出一种“纳米机器”,它可以储藏、输送抗癌药物并在光的作用下释放药物,对准癌细胞发动攻击,从而减少化疗所产生的严重副作用。

由加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授约瑟夫·王领导的研究团队,使用极其微小的塑料管设计出一款微型电机,能在酸性环境下借助氢气泡自主驱动,这就意味着它们能够在胃酸环境下运行,这些装置能够拥有一系列的生物医学甚至工业应用。

此外,斯坦福大学研制出了首个三维碳纳米管结构电路。

在生物材料研究方面,领先的大学主要包括斯坦福大学、哈佛大学、麻省理工学院、加州大学伯克利分校、加州理工学院、约翰霍普金斯大学、普林斯顿大学、加州大学旧金山分校、耶鲁大学、康乃尔大学、圣路易斯华盛顿大学、杜克大学、芝加哥大学等等。

斯坦福大学生物工程系以及纳米材料与技术系都隶属于该校的工程学院。其中,生物工程系主要有Biomotion实验室、Simbios研究中心和神经肌肉力学生物实验室等。

Biomotion研究室从事可用于改进的评估和治疗肌肉骨骼疾病和损伤的病理学研究,目的是通过对正常人和患者的损伤或疾病,探寻影响肌肉骨骼系统的功能。该实验室是工程系在整体生物力学研究一个重要的组成部分。Simbios是建立在斯坦福大学以物理为基础的生物结构仿真研究中心。这是美国七大国家生物医学计算中心之一。

2013年诺贝尔周刚刚落下帷幕,其中诺贝尔化学奖得主迈克尔·莱维特以及诺贝尔生理学得主托马斯·C·苏德霍夫均出自斯坦福大学,该校生物化学领域的研究水平无疑已是全球领先。

哈佛大学的生物材料研究室位于该校的工程科学与应用学院,研究侧重在不同层次的生物学功能的认识(如biofluidics和细胞力学)和解决医疗问题的仪器和设备,例如,模仿生物的器官(如功能性组织)或协助医疗保健(如药物输送装置),研究室的代表人物是Rob Howe教授。

大名鼎鼎的MIT在生物材料方面研究同样走在世界顶尖水平。在生物学与生物工程系,该校拥有生物工程实验室、生物实验室、生物技术工程中心、生物医学工程中心、Whitehead生物医学研究所等44个大大小小的研究中心/研究室,上述实验室均主要进行生物材料技术方面的研究。

特别需要指出的是Whitehead研究所。该研究所下设15个研究室,同样是隶属于MIT。该所是全美国生物学研究水平最高的研究所,Whitehead研究所也涉及生物材料的研究,但主攻方向是人类遗传学、基因、免疫系统、RNA等生物科学领域。

加州大学伯克利分校是另外一所美国名校,该校的化学方面的研究在全球首屈一指。该校化学学院下设3个系,分别是化学、化工和生化,与生物材料相关的研究主要就在该学院以及另外一个文理学院。日前揭晓的2013年的诺贝尔化学奖得主之一谢克曼就来自于加州大学伯克利分校,其获奖研究领域是生物工程。据统计,曾在伯克利工作和学习的诺贝尔奖得主不少于69位(诺奖数量世界第六),其中包括25位校友。

国家实验室

纳米材料方面,领先的国家/独立研究室主要包括橡树岭国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、美国阿贡国家实验室和美国加州纳米技术研究院。

橡树岭国家实验室是美国能源部所属最大的科学和能源研究实验室,目前实验室将未来的大科学任务定位于先进的计算、先进材料、生物系统、能源科学、纳米技术、国家安全、中子科学、研究设施和其他有关的研究领域。纳米材料科学随后成为研究重点目录,并建立了建立纳米相材料科学中心

劳伦斯伯克利国家实验室同样隶属美国能源部。实验室研究领域非常广泛,除了纳米材料研究领先,该实验的生物材料研究同样出色。

美国阿贡国家实验室是美国政府最老和最大的科学与工程研究实验室之一,芝加哥大学为美国能源部监管阿贡国家实验室的运行,阿贡谋求解决许多科学挑战,包括在材料科学、物理、化学、生物学、生命和环境科学、高能物理、数学和计算科学,包括高性能计算方面的实验和理论工作。

美国加州纳米技术研究院创建于2000年12月,以加州大学洛杉矶分校和圣巴巴拉分校为技术支持,资金来自于加州政府、产业界和投资公司的共同扶持,通过网络式合作推动纳米技术的研究与发展,目前,加州纳米技术研究院已成为美国科研经费最充足、与产业界联系最紧密的先进技术中心之一。

加州纳米技术研究院最具创新之处在于将科学研究、成果转化和产业化投资有机融合为一体。加州纳米技术研究院建立了三个开放式平台:科研平台、成果转化与教育交流平台和投资产业化平台。科研平台依托加州大学洛杉矶分校和圣巴巴拉分校,根据企业需求开展研究,与企业合作,共享成果,并提供先进开放实验室、为企业发展创造良好环境。成果转化平台与教育交流平台则主要促进知识产权形成,转让知识产权,帮助创办公司、促进科研成果转化,并促进学术交流,培养纳米人才。投资产业化平台主要是与产业界、投资公司合作,建立投资基金,对加州纳米技术研究院的研究成果进行投资,促进成果产业化,吸引了众多跨国公司加盟,为研究成果的产业化提供源源不断的资金支持。

生物材料方面,比较出名的国家实验室是劳伦斯伯克利国家实验室。

在科学的世界中,劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)是“卓越”的代名词。在这个实验室里,共诞生了13位的诺贝尔奖得主。此外,该实验室还有13名科学家获得全国科学奖章——这是全美国在科学研究领域最高终身成就奖。该实验室还培养出18位当选美国国家工程院院士,三位医学院科学家、数千名在全球科学领域做出杰出贡献的理工科学生。劳伦斯伯克利国家实验室中的生物科学部门、材料科学部门等都从事生物材料的研究。

公司实验室

1990年,美国IBM公司的艾格勒利用原子力显微镜这种仪器,把35个氙原子(xenon,化学符号是Xe)排成IBM三个字母。这是人类历史上首次操纵原子,让用原子或分子制造机器,成为梦想。

也正是由于最早进入纳米技术研究领域,IBM公司和NEC公司最先取得了碳纳米管这一纳米科技基石之一的基础专利。碳纳米管具有广泛的运用,并被看好对从电子和计算机、到强化材料、到药物释放和诊断的许多工业领域都有关键的作用。碳纳米管很可能成为取代传统原材料的主要工业交易材料。但是,由于专利的限制,当碳纳米管的用途扩张时,任何想要制造或出售碳纳米管的人,不管应用是什么,都要先向NEC或者IBM购买许可证。

纳米纤维具有强度提升与高表面积等特性,适合作为纳米粉体于催化应用上之反应床。Nano-Tex公司应用纳米技术研发成衣业纺织品加工处理方法。经过纳米技术的处理制造出抗化学品、防水透气、防污及防静电等特殊性能布料,并将这种技术开发成商业化产品,目前,全球有超过80家的纺织工厂使用Nano-Tex加工剂来进行布料的各类机能性加工。

Nantero公司为第一家开发微电子级碳纳米管材料的公司,并使用碳纳米管开发下一代半导体设备。这些设备包括记忆、逻辑、和其他半导体产品。公司的目标是提供一个将取代所有的现有形式的记忆产品。这种非易失性存储器的应用潜力的是非常广泛的,包括能够运用在电脑和取代的内存设备如手机、MP3播放器、数码相机以及应用在社交网络领域。

Nantero公司曾推出过基于碳纳米管技术的下一代非易失性存储器的“工作样品”、碳纳米管随机存取存储器(NRAM)等产品。其中NRAM能更好地控制数据,使数据运算变得安全稳定。即使计算机电源被切断,NRAM存储器的数据也不会丢失。同时,该存储器可以很快地导入数据并进行运算。从纳米管技术目前的开发和应用可以看出,NRAM存储器要比当前非永久性存储器(RAM)要快得多。为了组织大批量生产新型芯片,Nantero公司与美国生产微电路和半导体装置的LSI Logic公司合作。

另外,Nantero公司也曾吸引了安森美半导体公司的注意,两者合作基于在CMOS内集成碳纳米管来开发半导体工艺技术。惠普则与其联手研究惠普喷墨技术和Nantero碳纳米管公式化的使用,目标是制造出内存可印刷的柔软、可变形电子产品,如可印刷RFID芯片或完整的RFID嵌体。

生物材料公司方面,美国的安捷伦科技,英斯特朗、Ceramtec、泰科纳(Ticona)、冶联科技集团(Allegheny Technologies Incorporated)、Carpenter Technology Corporation(CRS)、美敦力公司(Medtronic)等都是全球领先的生物材料供应商,其研发水平亦属全球领先。

netease 本文来源:理财周报 责任编辑:王晓易_NE0011
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