纳米技术的商业化 - 彭博社

可怜的炼金术士。他们在蜡烛照明的实验室中度过了中世纪，努力酿造万能药水，将低贱的金属转变为黄金或白银。他们完全失败了。到了科学革命的黎明，配备显微镜的研究人员创立了现代化学，并将炼金术视为胡言乱语。

但事实证明，炼金术士们只是提前了几个世纪。今天，在配备强大显微镜的闪亮实验室中，来自三个大洲的科学家们承诺将带来令人惊叹的新材料和药物，这些将令炼金术士们感到自豪。这项工作发生在纳米技术的领域，这是工业中最微小的舞台。标准的测量单位纳米是米的十亿分之一——几乎是10个氢原子排成一排的大小。在这个宇宙中，整个戏剧可以在针尖上展开，而一个喷嚏的威力相当于一场狂暴的飓风。

为什么这么小？研究人员发现，在这个微小的尺度上，物质的行为往往截然不同。尽管这一现象背后的一些科学仍然笼罩在神秘之中，但微小事物的商业潜力正迅速显现。熟悉的材料——从黄金到碳烟——展现出惊人且有用的新特性。有些材料能够传导光或电。其他材料则变得比钻石更坚硬，或转变为强效的化学催化剂。更重要的是，研究人员发现，微小剂量的纳米颗粒可以改变更大物体的化学性质和本质，从强化的挡泥板到超高效的燃料电池，样样俱全。在纳米尺度上工作的工程师们拥有一套全新的工具箱，充满了奇迹和潜在的财富。

现在是开始兑现的时候了。在2005年，大小公司将急于将更多基于纳米的产品从实验室推向市场。消费者将以防刮擦的Hummer装饰、具有额外弹性的Wilson网球拍，甚至是设计为直飞的高尔夫球的形式接触到纳米技术。与此同时，投资者将面临一系列大胆的公告。例如，2月1日，计算机巨头惠普公司（HPQ）披露了一项纳米技术的突破，这项技术在十年内可能会将计算机技术推向超越今天的硅和晶体管的境地。“我们正在以分子尺度重新定义计算机，”惠普高级研究员兼报告共同作者Stan Williams说。

目前，纳米技术的起步相对谦逊。纳米颗粒的最大市场仍然在熟悉的产品中，从轮胎中的黑色橡胶填料（一个价值40亿美元的行业）到传统摄影中使用的银。纽约的纳米技术市场研究公司Lux Research Inc.估计，今年只有价值130亿美元的制造商品将采用纳米技术。这在全球经济中几乎可以忽略不计。

狂热的活动

然而，可能产生更大影响的新型基于纳米的产品仅一步之遥。在接下来的两年内，具有纳米尺度组件的诊断机器应该能够让医生和护士在公文包中携带小型实验室，或许可以现场检测HIV或计数白细胞。纳米传感器将扫描机场和邮局以寻找炭疽菌和沙林。科学家们表示，到本世纪末，由纳米颗粒组成的新型计算机内存可能会将国会图书馆的数字内容压缩到一个像溜溜球大小的机器中。到那时，Lux预测，纳米技术将渗透到价值2920亿美元的产品宇宙中（见表格，“没有‘纳米’的东西”）。

纳米技术是如何 conjure 出如此惊喜的？自然提供了这种分子魔法的例子。想想煤炭在千年间压缩成钻石。这些宝石由相同的碳原子构成。但它们随着时间的推移被重新排列成有序的晶体结构，通过超强的化学键连接在一起。软的变得坚硬，黑色的烟尘变得闪闪发光。

如今，科学家们可以在咖啡休息时间完成这样的转变。通过原子探针，他们操控分子，超越大自然。深入纳米领域让他们在古老的元素周期表中获得惊人的惊喜——他们正在申请大量专利以声称这些奇迹材料。“这是土地争夺战，”纽约Fitzpatrick, Cella, Harper & Scinto的专利律师道格拉斯·沙罗特说。

关于纳米的问题不再是它是否会到来或是否真实，而是它将有多大。一些人将纳米视为一种新的材料革命，类似于塑料的曙光。其他人则预示着一种过渡，像人类从石器到金属工具的进步一样戏剧性。但撇开那些模糊的预测，从东京的实验室到华尔街短线交易员的忙碌办公室，回响的问题是关于金钱的。哪些纳米技术将创造新的财富、产业和企业冠军？

地面上的活动如火如荼。全球出现了大约1200家纳米初创公司，其中一半在美国。那些长期在乏味的材料行业中辛勤工作的公司发现，他们可以通过宣扬自己对古老颗粒的掌控，从陶瓷微粒到烟尘，来引起轰动。美林证券（MER）和Punk, Ziegle & Co.等经纪公司正在市场上寻找纳米专注的公司，并将它们纳入纳米指数。同时，投资者在诱人的新市场和对类似互联网泡沫的恐惧之间挣扎，努力弄清楚纳米对他们意味着什么。

他们的困惑是可以理解的。纳米不是一个单一的行业，而是一种涉及1到100纳米之间物质的工程规模。与互联网这样的单一新现象不同，纳米为已经存在的数千种材料提供了新的可能性。这意味着早期的许多活动可能会在工业巨头中进行。目前，标准普尔30家公司中已有19家启动了纳米计划。通用电气（GE）纳米技术研发项目的经理玛格丽特·布洛姆说：“我晚上失眠，因为期望值太高。”

这些微小的分子是如何创造出巨大的新产品的？有时，仅仅是尺寸就是关键。考虑一下杜邦（DD）的新产品Voltron，这是一种用于重型电动机的超耐用电线涂层。如果你通过强大的显微镜观察这种涂层的前几代，化学成分看起来会松散堆积，分子之间有不规则的空隙。这种结构使材料更容易降解。Voltron的纳米级颗粒填补了许多空隙，制造出更强的绝缘体，使用寿命更长。在杜邦对电动机的测试中，Voltron的涂层将故障之间的时间延长了10倍，超过了1000小时。由于这种电动机消耗了美国电力的65%，延长其使用寿命和效率承诺带来巨大的节能。“这种化学组合只能通过纳米材料来实现，”杜邦纳米技术研究项目的高级规划经理克里什·多赖斯瓦尼说。

早期的纳米技术进展大多将改善我们已有的产品。例如：轻便的军用疲劳服能够抵御化学武器，以及旨在保持上个月生菜新鲜脆嫩的食品包装。今年晚些时候，业余高尔夫球手将能够购买由位于纽约布法罗的NanoDynamics Inc.制造的高尔夫球，这些高尔夫球设计用于防止在旋转时重量的转移。这应该能制造出在球道上飞行笔直，甚至在果岭上保持更稳定线路的球。“如果对这些球的需求激增，这可能会成为我们的一项主要业务，”NanoDynamics首席执行官基思·布莱克利表示，他计划以每个5美元的高价出售这些球。

除了直线推杆和新鲜农产品，纳米技术能否实现其创造全新产业和企业巨头的潜力？答案取决于从监管者到企业家等各方如何应对一系列棘手的挑战。政府必须制定智能的法规来控制新材料和疗法。公司面临后勤难题，例如对微小的碳纳米管和硅晶体的运输进行质量控制——这些是这场工业革命的I型梁和薄玻璃——几乎是不可见的。

这个新兴行业还必须制定出急需的标准和执行措施。Lux Research在2004年的一项研究发现，200家全球基础纳米材料供应商中，许多未能交付他们所承诺的产品。“作为一个整体，他们的记录令人恐惧地糟糕，”Lux副总裁马修·诺顿表示。结果是？在行业建立合格的供应链之前，只有与世界级实验室合作的创新者才能依赖可靠的材料。这限制了纳米技术的获取，并阻碍了其发展。

纳米产业面临的一个更大挑战是确保他们的新材料在人体和环境中是安全的。挫折可能会使纳米公司陷入困境，甚至导致全球范围内的反弹，尤其是在那些对转基因食品愤怒的活动人士中。“我担心对炒作和恐惧的过度反应，”莱斯大学生物与环境纳米技术中心的执行董事克里斯滕·库林诺夫斯基说。

这样的担忧动摇了股市。就在去年夏天，大约十家纳米技术公司正在为首次公开募股做准备。但去年该领域最受期待的首次公开募股——纳米系统公司（Nanosys Inc.）在八月份的1.15亿美元募股——在最后一刻被撤回，因为投资者对一家拥有丰富专利但仍需数年才能盈利的公司失去了兴趣。现在，即使是像纳米薄膜（Nanofilm）这样的明星公司——一家盈利的俄亥俄州山谷视野（Valley View）光学薄膜制造商，以及马萨诸塞州洛威尔（Lowell）的塑料太阳能电池板领导者Konarka Technologies Inc.，首次公开募股市场似乎也停滞不前。

过早的市场营销？

市场上充满了怀疑和困惑，甚至纳米的定义也存在争议。当美林证券分析师在去年四月发布他们的纳米指数时，列出了25家公司，批评者大声疾呼，称他们在助长炒作——而且名单上的一些制药公司之所以被列入，仅仅是因为他们参与了制造分子的普遍做法。美林重新调整了名单，将其限制在公开强调对纳米承诺的公司上。尽管如此，Asensio & Co.的总裁曼努埃尔·P·阿森西奥仍在抱怨，他是一位仍在对一家纳米指数公司——NVE Corp.（NVEC ）的股票做空的卖空者。“市场还不存在，”他说。“美林难道不是在试图制造零售热潮吗？”美林的斯蒂芬·米伦诺维奇（Steven Milunovich）回应说，该公司仅覆盖指数上的三只股票，并编制该名单并不是为了推荐投资工具，而是为了跟踪这个年轻的行业。“这是一个30年的趋势，而我们才刚刚开始，”他说。

在今天这个谨慎的气候中，投资者越来越少关注令人眼花缭乱的愿景，而更多关注那些拥有真实产品、客户和利润的公司。2004年，梅里尔指数的领先表现者是MTS系统公司（MTSC），这是一家成立39年的测试设备公司，其工具在纳米实验室中被广泛使用。其股票上涨了80%。哈里斯集团公司（TINY），一家在纳米领域有大量投资的风险投资公司，其股票上涨了75%——这表明投资者对该领域抱有很高的期望。但大多数销售真正纳米产品的企业，从材料公司阿尔泰尔纳米技术公司（ALTI）到法国的弗拉梅尔科技公司（FLML），一家医疗供应商，在2004年都遭遇了市场下滑。而梅里尔指数在2005年1月又下降了12%。

毫无疑问，纳米技术将面临许多波折，失败的案例肯定会远远超过成功的案例。然而，这项微小技术正朝着颠覆其路径上几乎所有事物的方向发展，包括公司、行业和大学。为什么？在原子层面，生物学、化学、物理学和电子学之间的界限失去了大部分意义。科学开始融合。许多纳米领域的赢家将是那些能够跨越旧界限并创造新型混合体的公司。例如，以色列的生物学家和电气工程师合作，将DNA附着在碳纳米管上，以创建微型晶体管。这些晶体管在实验室中根据生物蓝图自我组装。结果是一个无生命的晶体管——但它像蝌蚪或脚趾甲一样生长。

资金磁铁

能够将此类创新推向市场的公司有望重塑整个行业。韩国三星集团计划在2006年前生产出以纳米时代最重要的构建块——碳纳米管——为特色的电视显示器。如果成功，这些屏幕可能比今天的型号更轻、更便宜、更亮、更节能。这项技术将迅速从电视传播到计算机屏幕，甚至电子广告牌。通用电气正在其位于纽约尼斯凯尤纳的研发中心增加一个新的纳米专注部门。该公司不会透露其投资规模，但表示一个50人的研究团队正在寻求将纳米技术应用于从医疗技术到照明再到高性能涡轮机的各个领域。

对于企业家来说，纳米意味着资金。风险投资家已经向纳米公司投资了10亿美元，其中近一半是在过去两年中。同时，政府的资金保持在每年47亿美元，几乎平均分配在亚洲、欧洲和北美。这笔资金正源源不断地流入从奥尔巴尼到上海以及日本福冈县的大学实验室和新的纳米走廊。“任何一个头脑清醒的教授都已经将研究项目转向纳米，”摩根索尔投资公司的合伙人格雷格·布隆德说。

许多早期的探矿者正专注于医疗检测工具，这些工具的监管远低于药物和疗法。位于德克萨斯州奥斯丁的初创公司LabNow Inc.瞄准了解决艾滋病疫情。该公司利用微小的通道和传感器，设计出一种与名片大小相当的血液实验室芯片。患者在芯片上放置一滴血液，然后将其插入一个小型电子读数器中。几分钟内，HIV/AIDS患者可以获得他们白细胞的计数——这是治疗的关键指标。目前，在世界贫困地区，这项测试需要几周或几个月的时间，因为血液样本在缓慢的卡车中来回运输。患者可能在等待结果时死去。LabNow的技术有潜力加速全球大部分地区的艾滋病治疗——并让LabNow在50亿美元的即时检测全球市场中获利。今年10月，LabNow获得了由乔治·索罗斯领导的财团提供的1400万美元股权融资。该公司希望在2005年底之前在南非推出其系统。

红旗

预计在两到三年内会有更多戏剧性的突破，因为开发新型医疗程序的公司开始走出监管迷宫。已经，现有药物的纳米化版本正在引起轰动。上个月，美国制药合作伙伴公司（American Pharmaceutical Partners Inc.）的股票因美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration）批准了阿布拉克萨（Abraxane）的市场销售而飙升了50%，这是一种用于治疗转移性乳腺癌的纳米级蛋白质药物。纳米版本能够进入身体中现有宏观药物无法进入的地方，而不会产生不可忍受的副作用。更远的未来，研究人员正在开发定制治疗，例如根据患者癌细胞的独特基因特征构建的纳米颗粒——并被编程以寻找并摧毁它们。这些疗法中有数百种正在研发中。大多数将会失败。但如果即使只有少数成功，它们也可能改变医学。

为了实现这样的胜利，纳米公司必须消除人们对颗粒在体内影响的担忧。去年春天，当南方卫理公会大学的研究人员报告称在一个充满常见碳基纳米颗粒（称为巴基球）的水族馆中游泳的大口黑鲈出现脑损伤时，担忧加剧。尽管这些发现远未得出结论，但它们在全球范围内引发了红旗警报——而且这些担忧远远超出了网络化的活动人士群体。去年，巨型再保险公司瑞士再保险公司（Swiss Reinsurance Co.）警告不要急于进入纳米领域，指出“其所涉及风险的不可预见性以及可能导致的反复和累积损失。”

一个应该能够在没有这些风险的情况下利用纳米潜力的行业是半导体。随着芯片上的电路和通道变得越来越微小，制造商们遇到了问题。电子通过仅有几个原子厚的脆弱墙壁隧穿而过。流经复杂迷宫的电流产生了灼热的热量，这种热量越来越昂贵且难以控制。随着行业努力维持摩尔定律，该定律预测计算能力每18个月翻一番，成本正在飙升。预计到本世纪末，新半导体制造厂的价格将达到100亿美元。

纳米创新者不太可能在短期内取代硅芯片，但他们可以在未来十年内帮助缓解压力。这个过程已经在内存芯片上开始，这是最简单的一种。开发者希望在两到三年内用每个仅1纳米宽的意大利面形状的碳纳米管制造出可行的内存芯片。更远的未来，工程师们正在学习如何用新的纳米工程材料替代今天芯片上的微小金属电路和网关。IBM的研究人员已经用碳纳米管构建了晶体管，承诺“在减少热损失的同时实现性能的巨大飞跃，”大蓝公司的纳米尺度科学与技术实验室的研究员Phaedon Avouris说。

尽管取得了这些进展，但通往纳米计算的道路漫长，而不是短跑。惠普的研究人员预计他们的铂金电路最早要到2011年才能首次亮相。科学家们表示，直到下一个十年的很久以后，纳米技术才可能为后硅时代提供一种更快计算的新架构。

纳米技术的未来？现在看起来可能很奇怪，但在十年左右，这个术语可能会从课程和作品集中消失，只作为过去的遗迹留在公司名称中。毕竟，纳米仅仅表示尺寸。一旦在那个规模上的工作变得常规，这个流行词就会消退。但是，物理世界——药物、金属，甚至元素所扮演的角色——将会因这场革命而彻底改变，这一切都是由肉眼无法看到的微小颗粒所带来的。

作者：斯蒂芬·贝克和亚当·阿斯顿