崛起的中國納米材料科研和納米科技前景

不斷崛起的中國納米科研

過去二十年，中國的科研產(chǎn)出實(shí)現(xiàn)了人類有史以來前所未有的增長速度，這已不是什么秘密。1997年，中國的科研人員參與撰寫的科研論文約占科學(xué)引文索引（簡稱SCI，現(xiàn)由科睿唯安編制）期刊全球所發(fā)表的論文數(shù)量的2%。目前，中國幾乎貢獻(xiàn)了全球四分之一的原創(chuàng)論文。其中，最能突出展現(xiàn)這一發(fā)展趨勢的研究領(lǐng)域幾乎非納米科學(xué)與技術(shù)莫屬了。

納米科學(xué)的重點(diǎn)研究方向

通過分析Nano數(shù)據(jù)庫中發(fā)表于2014-2016年期間的涉及納米材料的論文，我們發(fā)現(xiàn)中國科學(xué)家對多種納米材料都有研究，其中最常見的是納米結(jié)構(gòu)材料、納米顆粒、納米片、多孔納米材料和納米器件。這與其它納米研究強(qiáng)國最熱門的納米材料類別大同小異（如圖）。值得注意的是，中國對納米多孔材料的研究力度相對更大，有關(guān)納米器件的論文在過去三年有快速的增長。

新興的納米結(jié)構(gòu)是指十大重點(diǎn)研究類別之外的，但在2014至2016年期間有更顯著科研產(chǎn)出增長的納米結(jié)構(gòu)。在我們分析研究的八個(gè)納米科研強(qiáng)國中，超分子化學(xué)是最受關(guān)注的新興納米結(jié)構(gòu)方向。除此之外，其他新興納米結(jié)構(gòu)的研究，如富勒烯、DNA折紙術(shù)和納米凝膠等，在中國也有快速增長。而在其它國家，如美國、德國、韓國和日本，一個(gè)快速發(fā)展的研究領(lǐng)域是納米囊。

中國的專利產(chǎn)出

盡管專利只是基礎(chǔ)知識(shí)轉(zhuǎn)化為商用技術(shù)過程中的一小部分，但它通常是反映科研實(shí)際影響力的主要指標(biāo)?？祁Ｎò驳牡聹靥貙＠麛?shù)據(jù)庫（DerwentInnovationIndex）收集了近二十年來納米科學(xué)與技術(shù)方面的專利申請數(shù)據(jù)。我們利用這些專利數(shù)據(jù)，對中國納米科研應(yīng)用于納米技術(shù)的趨勢進(jìn)行了分析。

以納米科技相關(guān)的關(guān)鍵詞和國際專利分類代碼為檢索策略，我們檢索了1997至2016年之間（基于最早優(yōu)先權(quán)年或基本專利申請時(shí)間）申請的與納米科技相關(guān)的466,884個(gè)專利家族，結(jié)果發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)方面的專利申請量在全球呈總體上升趨勢。專利申請量從1997年的2,826件增至2015年的51,389件6。其中，中國專利申請數(shù)量的增長尤為迅速，現(xiàn)已領(lǐng)先世界。同時(shí)，中國納米專利申請所涉領(lǐng)域非常廣泛，盡管各領(lǐng)域的增長模式各有不同。

中國的納米專利申請量位列世界第一，這與中國納米科研強(qiáng)國的地位相一致。過去二十年，中國的納米專利申請量累計(jì)達(dá)209,344件，占全球總量的45%，是美國同期累計(jì)申請總量的兩倍以上，美國是全球第二大納米專利貢獻(xiàn)國。自2008年起，中國的年度專利申請量即已超過美國，成為世界第一，其增長速度遠(yuǎn)高于世界平均水平（如圖）。

很多對自己的研究成果或技術(shù)充滿信心的中國科研人員還會(huì)去申請國際專利,以求自己的專利技術(shù)能在其他國家也受到法律保護(hù)。中國的國際專利申請量近年來在穩(wěn)步增長，從2000年的10件左右增至2014年的748件。但是，中國國際專利的增長遠(yuǎn)不及其納米專利申請總量的飛速增長。與其它科技發(fā)達(dá)的國家相比，中國在國外申請的納米專利數(shù)量仍較少，僅占過去20年累積專利申請總量的2.61%，而在美國，這一比例高達(dá)近50%。一些歐洲國家，如英國和法國，有超過70%的納米專利都是非本國專利。

中國有五家機(jī)構(gòu)，即中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、清華大學(xué)、鴻海精密工業(yè)股份有限公司和天津大學(xué)，位列全球十大納米專利的機(jī)構(gòu)申請者。其中，中科院自2008年即位居全球首位，過去20年總共申請了11,218件納米專利。有意思的是，位居前十的其他機(jī)構(gòu)申請者，如韓國的三星集團(tuán)、LG集團(tuán)、日本的富士膠片公司和美國的IBM都是商業(yè)公司。而中國在專利申請中居主導(dǎo)地位的往往是科研和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。這也許反映出中國科研人員很重視研究成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，以及中國科研機(jī)構(gòu)在研發(fā)上的相對優(yōu)勢。但另一方面，這也凸顯出中國企業(yè)在研發(fā)上的相對弱勢。

中國納米技術(shù)專利的覆蓋范圍

從全球范圍來說，納米專利申請主要集中在基本電氣元件和電子產(chǎn)品、化學(xué)和冶金、醫(yī)藥衛(wèi)生、超微技術(shù)和材料等領(lǐng)域。近二十年來，與醫(yī)藥衛(wèi)生類的器件和技術(shù)、高分子材料，以及催化和膠體化學(xué)相關(guān)的專利申請呈持續(xù)增長趨勢；而半導(dǎo)體器件相關(guān)的專利，雖然是最常見的納米技術(shù)專利類別，卻在2012年之后不斷下降。超微技術(shù)的專利曾在該段時(shí)間的前15年迅速增長，但在2011年達(dá)到頂峰后開始下降。

中國在多個(gè)熱門納米技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域都有大量的專利申請，其中最多的是高分子合成和超分子化合物的專利。相比較而言，美國、日本、韓國主要申請的是半導(dǎo)體器件和電子產(chǎn)品的專利，其中美國半導(dǎo)體器件的專利申請總量位居全球第一（如圖）。這與Nano數(shù)據(jù)庫中涉及應(yīng)用的科研論文的情況基本一致。

從專利增長趨勢上來看，高分子合成和超分子化合物是中國納米專利申請量增長最快的領(lǐng)域。這包括了涂料、打印墨水、染料、粘合劑、纖維材料和紡織品加工處理技術(shù)等。此外，催化等促成物理或化學(xué)過程的技術(shù)或裝置的專利申請，在中國的增速也很快。

展望中國納米科學(xué)技術(shù)未來

科研產(chǎn)出和專利申請數(shù)量的迅速增長，都描繪出中國納米科學(xué)發(fā)展的美好前景。不論是傳統(tǒng)的強(qiáng)項(xiàng)學(xué)科，還是新興領(lǐng)域，中國的納米科學(xué)都表現(xiàn)出巨大的潛力。但是，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。為了對此有更深入的理解，我們采訪了中國納米科研界不同研究方向的專家。

機(jī)遇

在中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，以及政府大力扶持和倡導(dǎo)科技創(chuàng)新的前景之下，中國的科技投入，尤其是對納米科學(xué)和技術(shù)的投入有望繼續(xù)增加。中國政府各部委和相關(guān)機(jī)構(gòu)已制定了科研計(jì)劃，為納米科學(xué)和技術(shù)提供持續(xù)的經(jīng)費(fèi)支持。

這包括了科技部、教育部和自然科學(xué)基金委員會(huì)等中國主要的科研經(jīng)費(fèi)資助機(jī)構(gòu)。最近五年，僅教育部就已為各高校撥付了逾5億元人民幣的納米科研預(yù)算資金。中科院也啟動(dòng)了納米先導(dǎo)專項(xiàng)，投入了約10億元人民幣。

具體來說，大量優(yōu)質(zhì)資源被投入納米材料、表征技術(shù)、納米器件與制造、納米催化技術(shù)與納米生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中。在采訪中，專家們指出了納米科學(xué)幾個(gè)最具發(fā)展前景的領(lǐng)域。

催化

不少受訪專家認(rèn)為，催化技術(shù)和納米催化材料是中國最有發(fā)展前景的納米科學(xué)領(lǐng)域。這一觀點(diǎn)并不出人意料，因?yàn)橹袊谠擃I(lǐng)域已擁有豐富的專業(yè)知識(shí)。以納米結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的催化劑能夠加快化學(xué)反應(yīng)，因此在化學(xué)或化工產(chǎn)業(yè)及煉油行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。

例如，中國科學(xué)家最近研發(fā)了一種新的雙功能催化劑，能將煤氣化產(chǎn)生的合成氣直接轉(zhuǎn)化為低碳烯烴——生產(chǎn)塑料等材料的重要原料。他們的方法突破了煤化工業(yè)一直沿襲的費(fèi)托合成的選擇性限制，大幅提高了轉(zhuǎn)化效率，并已經(jīng)成功吸引了多家化工企業(yè)，共同開發(fā)催化劑制備和工藝過程，將這一原創(chuàng)性成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

工業(yè)需求的不斷增長會(huì)繼續(xù)推動(dòng)納米催化劑的發(fā)展。中國有望繼續(xù)保持該領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢。不過，受訪專家也認(rèn)為，對納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為精準(zhǔn)的控制仍舊是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，這需要能生產(chǎn)出高效率、高活性、高選擇性和長壽命的催化劑。

有些專家指出，合成一種新的催化劑并就此發(fā)表論文相對而言并不困難；我們真正需要努力的，是尋找新的合成方法和更好地控制組裝過程。而且，發(fā)表更多的論文并非唯一的目標(biāo)?！八鼈儯ㄕ撐模┱婺敲粗匾獑?？（合成的催化劑）真能用于工業(yè)生產(chǎn)嗎？”一位專家指出，他強(qiáng)調(diào)科研人員應(yīng)該思考科研的價(jià)值，讓中國納米催化的發(fā)展更上一層樓。

能源 

能源的重要性和發(fā)展可再生能源的必要性已被廣泛認(rèn)可，尤其是在中國——日益突出的環(huán)境問題已引起了政府的高度重視。中國致力于長期投資新能源的研究，這為中國納米能源的發(fā)展帶來光明前景。該領(lǐng)域的一位青年專家說：“納米技術(shù)在能源產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用有著廣闊的前景，我們很可能在接下來的5到10年里就會(huì)有重大突破。”據(jù)其介紹，太陽能產(chǎn)業(yè)的上游在中國，這為做新能源研發(fā)的科研人員帶來豐富資源，有利于他們挖掘源頭。由于中國政府具有強(qiáng)大的資源調(diào)動(dòng)能力，因此開發(fā)納米能源技術(shù)和推廣可再生能源方面，中國比美國更有優(yōu)勢。

中國某些領(lǐng)域的納米能源研究已引領(lǐng)世界，尤其是鋰離子電池的開發(fā)。最近，一個(gè)中國研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種折疊式氧化石墨烯薄膜設(shè)備，能利用太陽能淡化鹽水，淡化過程中的熱量損失被降到最低，效率很高。

中國還有許多研究團(tuán)隊(duì)正在為開發(fā)低成本、高效率的鈣鈦礦太陽能電池作出重要貢獻(xiàn)。

醫(yī)藥

與能源一樣，健康和醫(yī)藥與每個(gè)人的日常生活息息相關(guān)，這使納米醫(yī)藥成為一個(gè)新的充滿潛力的領(lǐng)域。該領(lǐng)域一位專家說：“納米醫(yī)藥令人振奮的地方在于它在診斷和治療上的應(yīng)用。通過運(yùn)用納米技術(shù)，我們能夠控制藥物釋放并更好地實(shí)現(xiàn)靶向治療?！?/span>

中國巨大的人口基數(shù)為臨床研究提供了大量案例和病人，這有助于促進(jìn)納米醫(yī)藥的轉(zhuǎn)化研究。納米材料用于藥物傳送，以及納米粒子用來制成治療藥物，其潛力巨大。除此之外，受訪科學(xué)家們還對納米技術(shù)在醫(yī)療器械和醫(yī)學(xué)成像上的應(yīng)用前景寄予厚望。

該領(lǐng)域一位專家說：“若將納米材料用到醫(yī)用電子設(shè)備或可穿戴設(shè)備，我們將會(huì)得到一些非常有價(jià)值的產(chǎn)品。”然而，與西方一些發(fā)達(dá)國家相比，中國的基礎(chǔ)生命科學(xué)研究和生物醫(yī)學(xué)研發(fā)仍較為薄弱。生物醫(yī)學(xué)專業(yè)知識(shí)的缺乏限制了納米醫(yī)藥的發(fā)展。

目前中國從事納米醫(yī)藥研究的科學(xué)家大多擁有化學(xué)或材料科學(xué)背景，但動(dòng)物模型和臨床研究的經(jīng)驗(yàn)相對有限。一位納米醫(yī)藥專家說：“缺乏生物學(xué)和醫(yī)學(xué)知識(shí)，是我在研究中面臨的最大挑戰(zhàn)?！辈贿^，中國政府已對生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)進(jìn)行大量投入，這些領(lǐng)域的高質(zhì)量研究產(chǎn)出正在迅速增加。

挑戰(zhàn)

提升科研的社會(huì)影響力

中國政府對納米科學(xué)和技術(shù)有大量投入，旨在開發(fā)可用來產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)，以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長。然而，盡管學(xué)術(shù)論文發(fā)表量及專利申請量都很高，中國納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)影響力仍舊有限。納米科學(xué)和納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化之間仍存在差距。

多數(shù)接受采訪的納米科研人員都認(rèn)為，政府需要在應(yīng)用研究上有更多投入，以促進(jìn)納米科研成果的轉(zhuǎn)化?！跋鄬碚f，我們國家對基礎(chǔ)性納米科學(xué)研究提供的支持還是很充裕的?！币幻芯空哒f?！暗菍?yīng)用研究的投入還是不夠?！彼f的應(yīng)用研究是指以產(chǎn)品商業(yè)化為目標(biāo)的研發(fā)工作。在一些研究人員看來，這類應(yīng)用研究要比基礎(chǔ)性納米研究耗費(fèi)更多的資金，一項(xiàng)產(chǎn)品或技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，或生產(chǎn)規(guī)模的相應(yīng)提高可能需要數(shù)十億元人民幣?！捌髽I(yè)在產(chǎn)品研發(fā)和商業(yè)化方面占有優(yōu)勢，他們應(yīng)該參與進(jìn)來?！绷硪晃谎芯空哒f?！八麄儯ㄆ髽I(yè)）作為納米技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的重要參與者，應(yīng)受到鼓勵(lì)在研發(fā)上有更大的投入?！?/span>

“在我看來，基礎(chǔ)研究就是產(chǎn)生新知識(shí)、新觀念或新想法，而應(yīng)用研究則側(cè)重于能產(chǎn)生實(shí)際影響的應(yīng)用和新產(chǎn)品。但是現(xiàn)在，許多人游走在兩者之間，因此有了許多重復(fù)研究。還有很多人只是跟風(fēng)。我個(gè)人認(rèn)為，我們要更加（重視）應(yīng)用。”

目前，產(chǎn)業(yè)部門在一定程度上參與了進(jìn)來。許多納米科研人員頻繁與企業(yè)開展合作，也有越來越多的企業(yè)愿意與大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家合作，為他們提供科研資金并一起研發(fā)新技術(shù)或產(chǎn)品。有些企業(yè)還大力投資研發(fā)，建立了自己的研究部門。但是這還不夠。中國納米科學(xué)的產(chǎn)業(yè)合作程度（以與產(chǎn)業(yè)界人士合著的論文所占比例來看）雖然在逐年提高，但與其他科研大國相比，仍舊較低。就像一位納米科研人員所說：“政府需要進(jìn)一步鼓勵(lì)企業(yè)的研發(fā)工作，并優(yōu)化有利于科技成果產(chǎn)業(yè)化的機(jī)制?！比藗冎溃嬲齽?dòng)員企業(yè)投入研發(fā)，就需要有完善的機(jī)制，為科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界架起一座對話的橋梁，簡化科技成果產(chǎn)業(yè)化的流程，并保持投資渠道通暢。

“如果問我最想看到什么變化，那就是對納米技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用研究的投入應(yīng)該更大?！?/span>

如何加強(qiáng)納米科研成果的應(yīng)用被認(rèn)為是中國納米科學(xué)發(fā)展所面臨的最大挑戰(zhàn)之一。這是一項(xiàng)長期任務(wù)，相關(guān)研究者建議產(chǎn)業(yè)化過程需要循序漸進(jìn)，并警惕急功近利的行為。中國政府承諾資金支持納米技術(shù)的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，這是一大利好。為了擴(kuò)大科研的社會(huì)影響力，科學(xué)家應(yīng)在引導(dǎo)經(jīng)費(fèi)投資方向上發(fā)揮更大的作用，他們掌握前沿的科技知識(shí)，因此對顛覆性技術(shù)的預(yù)見力，要強(qiáng)于產(chǎn)業(yè)領(lǐng)袖或政策制定者。

平衡應(yīng)用研究與基礎(chǔ)研究

實(shí)現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)生積極的社會(huì)影響是納米技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)，但是基礎(chǔ)研究仍是應(yīng)用的立足點(diǎn)與推動(dòng)力。對大多數(shù)供職于大學(xué)或科研機(jī)構(gòu)的科學(xué)家來說，他們的研究活動(dòng)還是應(yīng)該由科學(xué)上的好奇心所驅(qū)動(dòng)。因此，當(dāng)強(qiáng)調(diào)以應(yīng)用為重心的科技創(chuàng)新時(shí)，保持基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究之間的平衡就尤為重要。

世界上大多數(shù)意義深遠(yuǎn)的創(chuàng)新都源于基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)。然而，中國在真正的創(chuàng)新研究方面仍相對落后。為了實(shí)現(xiàn)從零到一，給真正的創(chuàng)新打好基礎(chǔ)，我們需要有更多高質(zhì)量的基礎(chǔ)研究。就像一位研究者所言：“現(xiàn)在有很多針對應(yīng)用的討論，但是（我們）同樣需要做更多的基礎(chǔ)研究來理解不同納米材料的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并更好地控制這些結(jié)構(gòu)?！钡拇_，這是最終推動(dòng)開發(fā)新型催化劑、高效太陽能電池和創(chuàng)新藥物傳送方法的根本。

“創(chuàng)新的種類有很多。中國研究者可能善于從1走到10（的創(chuàng)造發(fā)明），但從0到1的突破仍十分罕見，這對我們來說仍是一大挑戰(zhàn)?！?/span>

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，和多數(shù)西方國家相比，中國科研支出總量中通常只有一小部分用于基礎(chǔ)研究。這似乎與本白皮書中大多數(shù)受訪的納米科研人員的觀點(diǎn)相左。這可能是因?yàn)槿藗儗A(chǔ)研究和應(yīng)用研究有不同的定義造成的。自然科研在兩年前曾做過一次調(diào)查，當(dāng)時(shí)受訪的科學(xué)家將納米科學(xué)和技術(shù)視為應(yīng)用研究，而認(rèn)為基礎(chǔ)研究指的是生命科學(xué)、物理科學(xué)或地質(zhì)科學(xué)，因?yàn)闆]有明確跡象表明它們能立即投入應(yīng)用。但是，在目前這項(xiàng)研究中，大部分納米科研人員所認(rèn)為的應(yīng)用研究是轉(zhuǎn)化研究，也就是將實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果轉(zhuǎn)化市場上的產(chǎn)品。然而，就像一些研究者所建議的，或許商業(yè)公司應(yīng)該在縮小產(chǎn)業(yè)化與科研之間的差距上發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用，而“教授的主要職責(zé)范圍應(yīng)該仍舊集中于科學(xué)研究?！被蛘撸缌硪晃谎芯空咚f的：“只要你在做好的研究，不必太在意它是基礎(chǔ)研究還是應(yīng)用研究?！?/span>

從這個(gè)意義上來說，給予科學(xué)家充分的空間，讓他們自由探索自己的創(chuàng)新想法，追隨自己真正的科學(xué)興趣才是關(guān)鍵。過于追求論文發(fā)表數(shù)量或?qū)＠暾垟?shù)量，都會(huì)讓研究目的從發(fā)現(xiàn)新知識(shí)偏離到成為一種生產(chǎn)論文和專利的手段。

“加強(qiáng)研究的應(yīng)用性非常重要，但是當(dāng)科研評估過分強(qiáng)調(diào)（衡量）應(yīng)用（價(jià)值）的定量指標(biāo)時(shí)，專利申請能帶來的實(shí)際意義往往會(huì)被削弱，”

“研究就像高斯曲線——很糟糕的研究不多，但是具有深遠(yuǎn)影響力的研究也很少。僅僅依靠引用次數(shù)并不是判斷研究重要性的好方法?！?/span>

鼓勵(lì)國際合作

在政府的大力支持下，越來越多有海外經(jīng)歷的中國科學(xué)家回到國內(nèi)工作。因此，受訪的納米科研人員相信，中國與其他國家的科研合作將會(huì)增加，國際合作網(wǎng)絡(luò)也會(huì)擴(kuò)展。數(shù)位年輕的研究者介紹說，他們經(jīng)常與海外的前同事、導(dǎo)師或同行開展合作，因?yàn)樗麄兿嗷ラg已建立起密切的聯(lián)系。

十多年之前，中國的國際合作主要為了學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的專業(yè)知識(shí)或技術(shù)，而現(xiàn)在的國際合作則有所不同，更多是為了尋求知識(shí)和技能的互補(bǔ)?！安煌瑖业难芯空哂胁煌谋尘埃灿凶约旱膶I(yè)領(lǐng)域。”一位納米科學(xué)專家說。“比如，我們最近與日本合作進(jìn)行一個(gè)針對治療胰腺癌的基因表達(dá)干預(yù)項(xiàng)目。我們擅長處理納米材料，而日本研究者有扎實(shí)的醫(yī)學(xué)背景，以及動(dòng)物模型方面的豐富經(jīng)驗(yàn)。我們就可以取長補(bǔ)短?！?/span>

此外，基于中國在納米科學(xué)一些領(lǐng)域的技術(shù)專長，中國在越來越多的國際合作項(xiàng)目中正在發(fā)揮重要的領(lǐng)導(dǎo)作用。“我們已經(jīng)在能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)研究中處于領(lǐng)導(dǎo)地位，并在幾項(xiàng)新能源電池的合作項(xiàng)目中扮演重要角色?！币晃粚９ゼ{米能源的研究者說。

就像一位資深研究者所說的，我們應(yīng)該進(jìn)一步鼓勵(lì)基于項(xiàng)目的合作，以便集中互補(bǔ)性的專業(yè)知識(shí)，提升研究的效率。盡管私人關(guān)系對合作非常重要，但“要想使合作研究真正可持續(xù)發(fā)展，培養(yǎng)合作的文化至關(guān)重要?！彼硎?，隨著人們?nèi)找嬉庾R(shí)到改善研究評估體系的必要性，一些可喜的變化正在慢慢發(fā)生。

加強(qiáng)學(xué)科間的合作

如前所述，納米科學(xué)本質(zhì)上是跨學(xué)科的，它涉及許多不同的傳統(tǒng)學(xué)科，如化學(xué)、物理、工程學(xué)、生物和醫(yī)學(xué)等。從下一代計(jì)算機(jī)芯片到未來的癌癥治療，所有這些領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)步都取決于我們對這個(gè)世界如何在納米尺度上運(yùn)轉(zhuǎn)的理解。但是，即使是來自相近學(xué)科的研究者，比如物理和化學(xué)，他們往往用截然不同的語言描述自己眼中的世界。打破傳統(tǒng)學(xué)科之間的界限，建立真正跨學(xué)科的研究方法，對于促進(jìn)納米科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

“納米科學(xué)非常廣泛，其本質(zhì)就是跨學(xué)科的，這符合不同科學(xué)領(lǐng)域一體化的全球趨勢。因此，我們需要更多的跨學(xué)科合作?！?/span>

跟隨全球趨勢，目前許多中國大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都十分重視跨學(xué)科研究。然而，就像一位研究者所指出的，中國在跨學(xué)科研究上仍相對薄弱?！按蠖鄶?shù)科研資助機(jī)構(gòu)，比如自然科學(xué)基金委，還是按照傳統(tǒng)學(xué)科分類來劃分資助項(xiàng)目，這其實(shí)不利于支持像納米科學(xué)這類跨學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展?！彼f道。

但是，大部分受訪科研人員對這種按傳統(tǒng)學(xué)科劃分經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目的做法并不十分介意，因?yàn)槎鄶?shù)納米科學(xué)研究者是化學(xué)家，他們只要申請化學(xué)類資助項(xiàng)目就可以了。此外，自然科學(xué)基金委還有一些針對納米科學(xué)的專門項(xiàng)目，科技部也是一樣。然而，有些研究人員提出，跨學(xué)科研究如囿于有限的范圍內(nèi)，就會(huì)阻礙納米科學(xué)的多樣化發(fā)展。多數(shù)時(shí)候，合作僅限于材料科學(xué)家或化學(xué)家，盡管也涉及某些不同的子學(xué)科方向。一個(gè)鼓勵(lì)化學(xué)家與生命科學(xué)家、環(huán)境科學(xué)家，甚至是地質(zhì)科學(xué)家開展更廣泛的跨學(xué)科合作的機(jī)制，尚有待建立。

“目前，納米科學(xué)領(lǐng)域的跨學(xué)科合作范圍仍舊很窄。打個(gè)比方，大多數(shù)（研究納米科學(xué)）的人都是學(xué)化學(xué)或材料背景的，而有物理學(xué)或醫(yī)學(xué)背景的卻不多。從這點(diǎn)來看，真正意義上的跨領(lǐng)域交流還不夠……我們需要組織更多的跨領(lǐng)域交流的論壇，還要學(xué)習(xí)彼此的語言，才好展開相互理解的對話。”

培養(yǎng)年輕科學(xué)家

我們在采訪納米領(lǐng)域?qū)＜业臅r(shí)候，大家都會(huì)談到一個(gè)話題：寄望下一代研究者能有更多了不起的想法和靈感，推動(dòng)納米科學(xué)的創(chuàng)新（所有學(xué)科都是如此）。利用好這一珍貴的人才資源，并不僅僅是確保中國的年輕研究者有足夠的研究經(jīng)費(fèi)，還要為他們的事業(yè)發(fā)展提供支持，或許更重要的是，讓他們能夠發(fā)出自己的聲音并傾聽他們的聲音。

中國政府已為年輕科學(xué)家提供大量支持，啟動(dòng)了多項(xiàng)針對年輕科學(xué)家的高端資助項(xiàng)目。比如，自然科學(xué)基金委的國家杰出青年科學(xué)基金，中央組織部的青年千人計(jì)劃，還有中科院的百人計(jì)劃。這些項(xiàng)目并不限定特定的學(xué)科，讓入選的青年科學(xué)家能自由探索自己感興趣的領(lǐng)域。接受采訪的納米科學(xué)專家中有幾位在美國工作，他們說中國年輕的納米科學(xué)家從中國政府獲得的經(jīng)費(fèi)支持超過了美國或其他發(fā)達(dá)國家的同行。

但是經(jīng)費(fèi)申請的競爭正變得日益激烈，因?yàn)樵絹碓蕉嗟那嗄昕茖W(xué)家進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，或從國外歸來。雖然太過激烈的競爭可能會(huì)妨礙創(chuàng)新，但是大部分受訪青年科學(xué)家并不十分擔(dān)心經(jīng)費(fèi)的競爭，而是更強(qiáng)調(diào)軟環(huán)境的重要性。他們希望能有渠道來表達(dá)自己的建議或創(chuàng)新的想法。

“在中國科研圈里，新陳代謝的速度要比美國和其他發(fā)達(dá)國家較慢。我們需要更加努力地推動(dòng)這個(gè)領(lǐng)域的研究更新……這不僅包括提供硬件設(shè)施或經(jīng)費(fèi)支持，軟環(huán)境同樣很重要。為了鼓勵(lì)新想法不斷冒出來，應(yīng)該支持年輕科學(xué)家有更多的話語權(quán)。”

而且，當(dāng)前許多面向年輕人的經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目都是基于申請人已取得的科研成就。目前的評估體系也偏向于重視過往成就或海外經(jīng)驗(yàn)。這讓一些有才華的青年研究者可能永遠(yuǎn)也得不到所需經(jīng)費(fèi)，一展宏圖。如何在事前選擇有潛力的研究者，這仍舊是一個(gè)難題，因此人才選拔機(jī)制需要加以改進(jìn)。

培養(yǎng)人才應(yīng)從優(yōu)化教育開始。要發(fā)展納米科學(xué)，使之成為可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)學(xué)科，提升其跨學(xué)科合作的程度，并提高研究質(zhì)量，都離不開有針對性的教育項(xiàng)目。過去幾十年，隨著納米技術(shù)的高速發(fā)展，許多世界知名大學(xué)建立了納米科學(xué)和納米技術(shù)專業(yè)，培養(yǎng)這方面的碩士和博士研究生。2010年，蘇州大學(xué)與蘇州工業(yè)園區(qū)、加拿大滑鐵盧大學(xué)合作，成立了中國首個(gè)納米科學(xué)技術(shù)學(xué)院。為了培養(yǎng)納米科學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)人才，該學(xué)院首創(chuàng)了連貫式的本科、碩士和博士課程，將教學(xué)、科研和納米科學(xué)與技術(shù)的應(yīng)用結(jié)合在一起，是中國建立跨學(xué)科納米科學(xué)教育的首次嘗試。

為了滿足人們對納米專業(yè)人才不斷增長的需求，中國科學(xué)院也決定在中科院大學(xué)建立一所納米科學(xué)技術(shù)學(xué)院。這所新學(xué)院由國家納米科學(xué)和技術(shù)中心牽頭，著重把納米科學(xué)研究融入本科和碩博教育，旨在成為世界一流的培養(yǎng)具有納米科學(xué)和技術(shù)能力的跨學(xué)科人才的基地。國家納米中心主任指出，生物醫(yī)學(xué)、能源和信息技術(shù)等不同產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都需要有掌握納米知識(shí)的跨學(xué)科人才。納米科學(xué)技術(shù)學(xué)院還有助于建立一個(gè)新的知識(shí)框架，融合多個(gè)學(xué)科，促進(jìn)人們對納米科學(xué)的理解，并使之成為學(xué)術(shù)系統(tǒng)中一個(gè)新的跨學(xué)科領(lǐng)域。

展望未來

50年前，實(shí)現(xiàn)對材料世界的納米級(jí)操控似乎還只是幻想。25年前，正在研發(fā)工具將這個(gè)幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的人們甚至也不相信這些工具會(huì)在不久的將來催生納米技術(shù)的商業(yè)化。如今，機(jī)器已能將DNA分子鏈穿過納米級(jí)寬的孔來進(jìn)行基因組測序，防曬霜里已有納米陶瓷粒子阻擋有害紫外線，制造計(jì)算機(jī)芯片的晶體管也只有10納米大小，這一切都是很平常的事。

中國納米科學(xué)和技術(shù)取得引人矚目的發(fā)展速度，這只有中國科技的發(fā)展是與之同步的。無論是科研產(chǎn)出總量還是影響力的科研產(chǎn)出，中國都是當(dāng)今世界納米研究的主要貢獻(xiàn)者，并遙遙領(lǐng)先。這一成就主要是建立在化學(xué)和材料科學(xué)的傳統(tǒng)優(yōu)勢之上。同時(shí)，中國也在納米科學(xué)應(yīng)用于生物技術(shù)方面逐漸發(fā)展新的優(yōu)勢。但如此快速的發(fā)展也不可避免地面臨著挑戰(zhàn)。

雖然納米科學(xué)由物理學(xué)家和化學(xué)家創(chuàng)立，但它已逐漸演化成一種在本質(zhì)上具有跨學(xué)科、廣泛性、合作性特點(diǎn)的科學(xué)領(lǐng)域。其發(fā)展速度取決于是否能夠吸取各個(gè)不同學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，也就是取決于物理學(xué)家、化學(xué)家、生物學(xué)家、材料科學(xué)家、臨床研究者和工程師是否能建立一種共同語言。這意味著研究機(jī)構(gòu)、政策制定者和科研資助機(jī)構(gòu)需要建立并擴(kuò)大有利于跨學(xué)科合作的項(xiàng)目，并避免簡單地按物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)和其他傳統(tǒng)學(xué)科來對研究項(xiàng)目進(jìn)行分類。

第一個(gè)用來全面描述該學(xué)科的詞語是納米技術(shù)，而不是納米科學(xué)，這并非巧合。雖然這個(gè)詞在幾十年就被創(chuàng)造出來，早于納米科學(xué)工具的商業(yè)使用，但這個(gè)領(lǐng)域的指導(dǎo)原則一直都是利用這些工具，幫助我們建設(shè)一個(gè)更美好的世界。這并不是說不應(yīng)當(dāng)繼續(xù)去大力支持那些好奇心驅(qū)使的研究——尤其是這類研究常常能夠帶來意想不到的、改變世界的發(fā)現(xiàn)。但是，我們白皮書訪談中的專家們都一致認(rèn)為，必須進(jìn)一步縮小基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)之間，以及應(yīng)用科學(xué)到實(shí)際解決方案的距離。

最后，我們與專家交談得最多的話題——也是對中國納米科學(xué)的未來有最重要意義的話題，就是他們期待中國下一代的納米科學(xué)家能成為該領(lǐng)域科研創(chuàng)新的最有力源泉。自然科學(xué)基金委等科研資助機(jī)構(gòu)對此并不會(huì)感到驚訝，因?yàn)樗麄円崖氏仍O(shè)立了面向青年科學(xué)家的資助項(xiàng)目。但是充足的經(jīng)費(fèi)并不能解決全部問題。教育同樣重要。國家納米中心等其他的中國機(jī)構(gòu)已為此開發(fā)專門的課程，幫助學(xué)生掌握傳統(tǒng)的物理學(xué)、化學(xué)或生物學(xué)之外的廣泛技能。（摘自國家納米科學(xué)中心）