通過(guò)把作為燃料以及氧化劑的納米材料混合在一起,美國(guó)密蘇里-哥倫比亞大學(xué)和陸軍研究人員聯(lián)合制造出一種可燃納米炸彈,可產(chǎn)生速度高達(dá)3馬赫的沖擊波。這種納米尺寸的“智能炸彈”可望將靶向藥物輸送到癌細(xì)胞,同時(shí)不損傷健康細(xì)胞。該研究成果發(fā)表在最新一期的《應(yīng)用物理通訊》雜志上。
納米尺度的鋁熱劑能產(chǎn)生沖擊波,它們的特性與一些原始鉛基炸藥相類似。因此,這些材料有可能取代原始鉛基炸藥。用微芯片技術(shù)將它們集成后,利用這些緊湊的微芯片系統(tǒng)就能產(chǎn)生微量定向沖擊波。這種微系統(tǒng)在國(guó)防和生命科學(xué)領(lǐng)域都有許多應(yīng)用,例如靶向藥物和基因的輸送。
研究人員解釋道,該種納米鋁熱劑復(fù)合物由金屬燃料和無(wú)機(jī)氧化劑制成,具有“杰出的”燃燒特性。將低密度的氧化銅納米桿(燃料)和鋁納米粒子(氧化劑)混合后,在燃料和氧化劑之間充分形成接觸面。在納米尺度下,低密度與大接觸面的納米鋁熱劑復(fù)合物可導(dǎo)致燃燒被極其迅速地傳播。
研究小組在一個(gè)帶有光纖和壓力傳感器的激波管中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并測(cè)量燃燒波的速度。結(jié)果發(fā)現(xiàn),該納米復(fù)合物可產(chǎn)生每秒1500米—2300米的燃燒波,速度在3馬赫范圍之內(nèi)。
研究人員稱,這種納米炸彈的威力也許將會(huì)帶來(lái)癌癥及艾滋病藥物傳遞的突破。首先,這種藥物可用針頭注射,進(jìn)而擴(kuò)散到全身。然后,利用瞄準(zhǔn)腫瘤的手持裝置向腫瘤發(fā)出脈沖,該脈沖誘使納米智能炸彈產(chǎn)生定向沖擊波,將被瞄準(zhǔn)的細(xì)胞破開一個(gè)小洞,藥物由此進(jìn)入腫瘤細(xì)胞。此外,沖擊波的力量能在幾毫秒內(nèi)將藥物推入細(xì)胞。
在動(dòng)物組織上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明,該方法的成功率高達(dá)99%,幾乎所有細(xì)胞都可成功地接收到藥物。另一方面,實(shí)驗(yàn)也證實(shí)該方法與化療等傳統(tǒng)療法相比,對(duì)健康細(xì)胞的副作用要小得多。
對(duì)于常規(guī)炸藥,沖擊波形成于爆炸過(guò)程中。在納米鋁熱劑中,化學(xué)反應(yīng)的快速傳播使得在無(wú)須爆炸的情況下形成沖擊波成為可能。研究人員稱,不爆炸而能產(chǎn)生沖擊波則是這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵所在。
如果一切進(jìn)展順利,研究人員希望在2年—5年內(nèi)推出這樣的裝置。除了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,納米炸彈在地質(zhì)學(xué)和地震學(xué)等其他領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用前景。(記者 馮衛(wèi)東)
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