本文作者：尹俊峰王義剛

在S系統(tǒng)的SIPOABS數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，得到1449件申請人國別為中國（CN）的納米技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾垼D(zhuǎn)庫到DWPI中后，得到673個專利族。以下分別對這些申請的年代分布、細(xì)分領(lǐng)域（技術(shù)主題）分布、主要申請人分布和主要申請國別進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

專利申請量的年度分布

筆者對上述673個專利族的最早公開年和最早優(yōu)先權(quán)年分別進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到1991～2012年納米技術(shù)領(lǐng)域中，我國申請人的國外專利申請量的年度分布狀況，見圖1所示。從圖1可以看出，在納米技術(shù)領(lǐng)域，中國申請人在國外的專利申請最早可以追溯到1991年（優(yōu)先權(quán)日在1991年），但是中國申請人的相關(guān)專利申請較少，直至2000年才達(dá)到10件。2000年以后，中國申請人在國外的相關(guān)專利申請量有所增加，并在2007年前后達(dá)到一個峰值，接近100件，這一階段為快速發(fā)展階段。2007年至今，中國申請人在國外的相關(guān)專利申請量出現(xiàn)下降趨勢，筆者分析，其原因可能有兩點：首先，2010年以后的申請還沒有全部公開，因此無法統(tǒng)計在內(nèi)；其次，一般而言，前沿科技領(lǐng)域較傳統(tǒng)領(lǐng)域受國際經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響大，2008年爆發(fā)國際金融危機(jī)、近期的歐債危機(jī)以及目前國際經(jīng)濟(jì)環(huán)境低迷等是導(dǎo)致2008年至今中國申請人在國外的相關(guān)專利申請量減少的因素。

技術(shù)主題的分布情況

筆者分析了在納米技術(shù)領(lǐng)域，中日韓三國申請人向國外申請專利的情況，統(tǒng)計了在八個細(xì)分領(lǐng)域中中日韓三國申請人的國外專利申請量，見圖2所示。從圖2可知，在納米技術(shù)領(lǐng)域，中國申請人在國外的專利申請主要集中在“用于信息加工、存儲或傳輸?shù)募{米技術(shù)”和“用于材料和表面科學(xué)的納米技術(shù)”兩個細(xì)分領(lǐng)域中，這與韓國和日本申請人在國外的專利申請趨勢相同，可見這兩個細(xì)分領(lǐng)域是現(xiàn)在的熱點。而在“納米光學(xué)”領(lǐng)域，中國申請人在國外的專利申請量明顯偏低，這與韓國和日本的情況不同。結(jié)合圖1、圖2可知，我國納米技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過了初始階段（2000年之前）、快速發(fā)展階段（2000～2007年），現(xiàn)在已經(jīng)逐步穩(wěn)定。在納米技術(shù)領(lǐng)域，我國向國外申請專利的絕對量還很少，與一些先進(jìn)國家相比還存在較大差距。

有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)

有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)對電池性能的影響至關(guān)重要。按照器件結(jié)構(gòu)分類，有機(jī)太陽能電池可分為單質(zhì)結(jié)、染料敏化和異質(zhì)結(jié)等幾種。而異質(zhì)結(jié)電池又包括p-n異質(zhì)結(jié)、體異質(zhì)結(jié)、混合異質(zhì)結(jié)和疊層結(jié)構(gòu)等種類。

倒置結(jié)構(gòu)太陽能電池

近年來，研究人員基于本體異質(zhì)結(jié)器件，設(shè)計制作了倒置（反型）結(jié)構(gòu)(invertedstructure)器件，使電池的能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性能有所提高。為傳統(tǒng)的電池器件，為倒置結(jié)構(gòu)器件。倒置結(jié)構(gòu)器件是通過對換傳統(tǒng)電池陰陽兩極極性制作的半導(dǎo)體器件，電池的陰極由高功函數(shù)金屬充當(dāng)，但是電極必須進(jìn)行修飾。通常利用半導(dǎo)體氧化物（例如ZnO）和堿金屬碳酸鹽(Cs2CO3)等材料修飾陰極，利用新材料V2O和MoO3修飾陽極，制作的電池在空氣中的穩(wěn)定性有了很大的提高。同時，考慮到電荷的有效傳輸和抽取，在靠近陽極區(qū)域的活性層形成聚合物組分的富集區(qū)，靠近陰極區(qū)域的活性層形成富勒烯組分的富集區(qū)將是較為理想的狀態(tài)。倒置結(jié)構(gòu)的推出很好地利用了這種相分離的現(xiàn)象，其性能達(dá)到了可以和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)器件相媲美的水平。近年來，研究人員通過采用倒置結(jié)構(gòu)并對陰極修飾層作各種納米形態(tài)處理提高了器件的穩(wěn)定性、使用壽命以及能量轉(zhuǎn)換效率?；诘怪媒Y(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)器件通過各子單元不同材料對太陽光譜的差別吸收，可以增加器件對光的吸收效率，使電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到提升。采用倒置結(jié)構(gòu)可以很好地提高器件穩(wěn)定性，很大程度上延長器件使用壽命。Chu等利用ZnO納米晶作為器件的電子傳輸層，制作出了結(jié)構(gòu)為的倒置器件，電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了6.7%，同時具有很好的穩(wěn)定性，未封裝電池在空氣中存放32天后，能量轉(zhuǎn)換效率還保持在初始值的85%左右。除此之外，研究者還通過制備ZnO納米粒子、納米線、納米棒、納米陣列、納米管以及在納米管中摻雜等方法，不同程度地提高了倒置結(jié)構(gòu)電池器件的轉(zhuǎn)換效率。例如，Sekine等通過制備納米脊結(jié)構(gòu)的ZnO作為倒置器件的電子傳輸層，有效地阻擋了空穴傳輸，并且增大了電子傳輸?shù)挠行Ы佑|面積，與平面薄膜相比，該器件的能量轉(zhuǎn)換效率提高了25%。華盛頓大學(xué)的Hau等通過在倒置結(jié)構(gòu)電池的ZnO納米層與活性層之間加入富勒烯基自組裝單分子層，從而更好地增加了活性層與修飾層之間的接觸，提高了電荷傳輸效率，使器件轉(zhuǎn)換效率提高了6%~28%。除ZnO外，TiO2、堿金屬碳酸鹽CsCO3以及經(jīng)過摻雜處理的碳酸鹽也可以在倒置結(jié)構(gòu)電池中作為電子傳輸層。2012年6月的研究報告顯示，華南理工大學(xué)曹鏞等利用有機(jī)鹽,作為倒置結(jié)構(gòu)電池的電子傳輸層，不僅大幅度提高了光伏器件的穩(wěn)定性，同時使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了9.2%。

疊層結(jié)構(gòu)太陽能電池

疊層結(jié)構(gòu)(tandemstructure)太陽能電池是將多個器件單元以串聯(lián)的方式層疊而成的一個器件，該結(jié)構(gòu)使器件可以吸收更寬域的光譜，從而成為了提高電池轉(zhuǎn)換效率的有效途徑。2012年初，美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的Dou等采用兩個子單元的疊層倒置結(jié)構(gòu)制作有機(jī)太陽能電池，使光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了8.62%，于2012年2月創(chuàng)下了當(dāng)時世界光伏器件能量轉(zhuǎn)換效率的最高值。同時，據(jù)PV-Tech報道，德國有機(jī)光伏開發(fā)商Heliatek采用獨特的卷對卷(rolltoroll)工藝，在低溫真空條件下沉積有機(jī)分子，在1.1cm2的襯底上研制出了能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.7%的有機(jī)疊層光伏電池，打破了同類電池原有記錄。此外，等利用作為活性層，制作了多結(jié)結(jié)構(gòu)電池，很大程度上提高了電池的開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率。

摘要：本文主要以納米技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用作為出發(fā)點，分析了納米技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景，并探討了我國納米醫(yī)療技術(shù)在未來發(fā)展中面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù)；生物醫(yī)學(xué)；應(yīng)用；機(jī)遇；挑戰(zhàn)

隨著科技的進(jìn)步，納米技術(shù)在生物醫(yī)藥和科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛。尤其是生物醫(yī)藥領(lǐng)域，對于臨床醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的發(fā)展起到了積極的推動作用。雖然在不少科學(xué)家和醫(yī)學(xué)研究家們對納米技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并將其運用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，取得了不錯的成效。但是對于納米技術(shù)的研究還不夠深入，相較于發(fā)達(dá)國家而言，我國的納米醫(yī)學(xué)技術(shù)還處于發(fā)展的初級階段。需要對納米醫(yī)學(xué)技術(shù)在今后發(fā)展中面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行分析。

一、納米技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）納米生物學(xué)

納米生物學(xué)是以納米作為尺度，其研究內(nèi)容主要包括：其一，細(xì)胞器結(jié)構(gòu)、細(xì)胞器功能。比如細(xì)胞核和線粒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能分析。其二，交換細(xì)胞信息，包括生物體的物質(zhì)、細(xì)胞能量信息等。其三，針對生物反應(yīng)問題，對其反應(yīng)機(jī)理問題進(jìn)行研究和分析。比如有關(guān)于生物復(fù)制和生物調(diào)控的機(jī)理分析。其四，發(fā)展分子工程。包括納米生物分子機(jī)器人和信息處理系統(tǒng)等。將納米顯微術(shù)引入生物醫(yī)藥領(lǐng)域，可以為生物學(xué)家研究進(jìn)行研究提供技術(shù)支撐。比如ScanningProbeMicro-scopes,簡稱SPMs，中文簡稱掃描探針顯微鏡，這是一種新型的納米生物技術(shù)，標(biāo)志著顯微技術(shù)和納米技術(shù)的發(fā)展。除此之外，掃描顯微鏡(STM)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較小、不復(fù)雜，因此操作流程較為簡單，生物學(xué)家可以借助掃描顯微鏡展開原子級分辨探究，從而提高生物細(xì)胞觀測能力和分辨能力。仔細(xì)觀察原子級的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于進(jìn)一步探索和研究生物原子微觀知識具有推動作用。在自然條件下，利用掃描顯微鏡可以對生物的蛋白質(zhì)、多糖等分子展開直接觀察。借助STM彈道電子發(fā)射電鏡可以對單個原子進(jìn)行操作，這是一種典型的人工改變單個生物結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的行為方式。這種方式可以實現(xiàn)治療疾病這一超前設(shè)想。

1我國電子技術(shù)發(fā)展

1.1數(shù)字化發(fā)展。

我國傳統(tǒng)電子技術(shù)手段，多采用模擬信號進(jìn)行設(shè)計與運行。20世紀(jì)60年代，電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)便是模擬電路。伴隨現(xiàn)代化電子技術(shù)手段的快速發(fā)展，其逐步向著數(shù)字化的方向轉(zhuǎn)變更新，數(shù)字電路系統(tǒng)以及信號發(fā)揮了越發(fā)重要的作用，使得數(shù)字信號處理手段更加優(yōu)化完善。數(shù)字化的電子技術(shù)可全面借助計算機(jī)系統(tǒng)完成處理以及管控，有效預(yù)防模擬信號的不良失真或是畸變現(xiàn)象，可顯著提升電子技術(shù)抵御干擾性能。電子技術(shù)的數(shù)字化發(fā)展還會為大眾操作增加更多的便利，可令大眾更加清晰電子技術(shù)特征，無需對其做更深入的研究便可自如的操作運行。

1.2綠色化發(fā)展。

當(dāng)前，大眾更加重視環(huán)境保護(hù)建設(shè)，因此促進(jìn)電子技術(shù)實現(xiàn)了綠色化發(fā)展。這一趨勢則可為我國節(jié)省更多的電力，提升資源應(yīng)用效益，對創(chuàng)建環(huán)境友好型社會發(fā)揮了有利作用。伴隨創(chuàng)新管控技術(shù)以及電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的廣泛開發(fā)應(yīng)用，電子技術(shù)運行應(yīng)用效率穩(wěn)步提升，在較多專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)均發(fā)揮了較大的應(yīng)用價值。同時綠色化、環(huán)?；陌l(fā)展趨勢，則為各類節(jié)能開關(guān)電源系統(tǒng)的發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)，使得開關(guān)電源整體性能水平逐步提升，并使工作效率大大增加。

1.3微型化發(fā)展。

現(xiàn)代電子技術(shù)仍在不斷發(fā)展，常用的醫(yī)療儀器也在不斷的進(jìn)化，仍然以超聲波檢測設(shè)備為例，家用檢測儀器在不斷的向輕量化，迷你化，遠(yuǎn)程化發(fā)展，更加便于攜帶，使用簡單方便。GE公司于2009年推出的Vscan機(jī)型僅有一部手機(jī)大小，但是卻可以用其進(jìn)行黑白彩超檢查，在屏幕上就能顯示身體內(nèi)部狀況，便于使用者隨時隨地進(jìn)行身體檢查。

現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用于氣象通信領(lǐng)域天氣預(yù)報是我們每天都需要收聽的，他可以較為準(zhǔn)確的提前一天或幾天預(yù)知當(dāng)日的天氣狀況，從而使人們根據(jù)天氣預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行衣物的更換，進(jìn)行生產(chǎn)和工作。我國的氣象通信技術(shù)很久之前便已經(jīng)十分完備，隨著當(dāng)代電子技術(shù)的發(fā)展，氣象信息的獲取更加精準(zhǔn)，預(yù)知時間逐漸加長，電子技術(shù)應(yīng)用于氣象信息的收集、傳輸、處理等方面產(chǎn)生了巨大的作用。通過電子技術(shù)發(fā)明的各種遙感遙測設(shè)備，各種通信衛(wèi)星的升空，不斷的加強(qiáng)了通信質(zhì)量，提高氣象資訊的收集速度與精度。我國當(dāng)代的氣象通信主要以氣象衛(wèi)星為主，新加入的微波通信技術(shù)，光纖通信技術(shù)加快了我國通信網(wǎng)數(shù)字化的進(jìn)程，通信技術(shù)采用VSAT微型衛(wèi)星地球站可以再信號站稀少的情況下建立衛(wèi)星通信網(wǎng)，提高偏遠(yuǎn)山區(qū)的通信質(zhì)量，使氣象資訊的播報傳播范圍更加廣闊。我國的氣象通信使用現(xiàn)代電子技術(shù)根據(jù)發(fā)射的氣象衛(wèi)星為基礎(chǔ)建立國內(nèi)衛(wèi)星通信網(wǎng)，形成以北京為主站的聯(lián)通全國各地的省、市氣象通訊系統(tǒng)，整合成國家氣象中心通信網(wǎng)。氣象通信是我國各行業(yè)發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)，農(nóng)民根據(jù)氣象信息進(jìn)行農(nóng)務(wù)勞作，建筑工人根據(jù)氣象信息進(jìn)行修建，配合氣象信息，可以將工作效率提升至最大，于是，氣象信息傳播是必不可缺的，同樣，現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用于氣象信息的傳播更是不可或缺的一部分。

現(xiàn)在電子技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)更離不開現(xiàn)代電子技術(shù)，僅以汽車為例，現(xiàn)代社會大部分名牌汽車其內(nèi)部構(gòu)造都需要電子技術(shù)的支持，GPS車載定位，遠(yuǎn)程通信等等，甚至一些高端汽車更是將電子技術(shù)應(yīng)用于駕駛方面。電子控制系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代汽車的自動化或半自動化時代拉開序幕，一部分控制自動化的汽車可以在操作上大大簡化，與傳統(tǒng)的繁瑣的掛檔———油門———剎車的駕駛方式相比，半自動化甚至自動化的駕駛方式更加適合駕駛技術(shù)并不十分熟練的人士，電腦控制的自動排擋，不需要理會起車剎車的無級變速系統(tǒng)，將汽車的駕駛要求不斷的簡化，另大部分人都可以熟練快速的進(jìn)行駕駛學(xué)習(xí)，將自己的愛車在幾天之內(nèi)操作熟練又不失安全性的駕駛上道。同時緊急制動，自動彈出的安全氣囊，自動控溫系統(tǒng)，自動空調(diào)控制，車內(nèi)噪音控制系統(tǒng)，完全的將汽車的安全性與舒適性提升到了一個新的高度，另車內(nèi)空間變成一個舒適、安全的另類環(huán)境，增加了汽車的適用性，更加人性化，簡單化。甚至許多汽車可以連接因特網(wǎng)，在不進(jìn)行駕駛的情況下可以在車內(nèi)進(jìn)行適度的娛樂，起到放松的作用，讓人更加輕松的進(jìn)行下一步工作。而做到以上這些，電子技術(shù)的支持是至關(guān)重要的。

現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品也不斷的普及，現(xiàn)代電子技術(shù)越來越多的應(yīng)用于各行各業(yè)，更加深入我們的日常生活。為了滿足人們越來越多的需求，現(xiàn)代電子技術(shù)也應(yīng)該根據(jù)人們的要求進(jìn)行改進(jìn)和發(fā)展。因此我認(rèn)為，電子技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾個趨勢：

微型化趨勢主要的表現(xiàn)形式為納米電子學(xué)，其主要為在納米的尺度下對于事物進(jìn)行運動規(guī)律和特性的研究，用以利用納米級的事物專屬的特性進(jìn)行研究和開發(fā)。主要利用與生物科技以及醫(yī)療工程中，納米檢測儀器，納米電器器件等將逐漸被廣泛使用，再一次引發(fā)電子器件的變革。