2022年纳米生物材料与技术产业化 .pdf

纳米生物材料与技术的产业化摘要：纳米生物技术是融合纳米技术与生物技术，着眼与电子、信息等领域相结合的新技术。该技术在生物医药领域有着广泛的应用和明确的产业前景。如纳米药物载体、纳米生物材料、纳米生物传感器和成像技术，以及微型职能医疗器械等在疾病的诊断、治疗和保健方面发挥着重要作用。本文介绍了纳米生物材料与技术产业化的现状与特点，以及产业化过程中存在的问题和相应的措施。关键字：纳米生物材料；产业化；创新；1 前言纳米生物学是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制新材料、纳米器件和新药物的一门新兴科学1。纳米生物材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在人工器官材料2、血液净化3等众多方面具有广泛、诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，治疗更有效。纳米生物研究，是综合性很强的交叉学科领域，需要纳米科技，细胞生物学、分子生物学、高灵敏度的核技术、临床医学、基础医学、毒理学、物理学、化学和分析科学等多学科的融合交叉，需要各个领域的研究者的共同参与，需要各个领域研究单位的团结合作，进行人才、信息、技术，仪器设备等资源的共享，才能有效地完成纳米生物环境效应的研究4。2 纳米生物材料与技术研究进展正如 20 世纪微米科技的发展给人类带来的进步一样，纳米生物科技也将导致人类未来生产和生活方式的革命性变化，因而已经成为当前发达国家投人最多、发展最快的科学研究和技术开发领域之一5。鉴于纳米生物技术的重要性，美国、日本、德国等科技强国已将纳米生物技术研究列人其国家重点发展领域。中国也将纳米生物技术列入重点研究领域。国家“十一五”、“863 计划”、“973计划”、自然科学基金均设立了纳米生物技术主题和重大项目6。与此同时，中国科学家也开始了对纳米生物技术的攻关。如中南大学的张阳德7教授率领的课题组在海内外率先开展了“磁纳米粒阿霉素白蛋白治疗肝瘕的系统研究”，目前已经完成了动物实验和毒理实验。实验表明，900 余只患肝癌的老鼠，经过冶疗后，600 多只痊愈。并于2003 年 2 月挂牌成它了卫生部“纳术生物技术重点实验室”，实验室将集中中国优秀的医学、材料、化学化工等领域的专家对纳米生物技术应用于医学领域进行攻关。中国科学院高能物理研究所较早的开展了生物纳米技术的研究工作，于名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -2004年正式成立了我国第一个“纳米生物效应实验室”。由纳米科学、生物学，毒理学、医学和化学等领域的研究人员组成的研究团队，利用核分析技术的高准确度、微区、微量等非核技术无可替代的特点，检测生物环境中的纳米颗粒。研究纳米材料在生物体内的吸收、分布、代谢等；研究在常量、微量、超微量的剂量下，对靶器官的生理功能的影响8。目前，纳米生物材料制备和技术研究已取得较为突出的成果，国家纳米科学技术中心、纳米生物技术重点实验室等一批纳米科技研究与开发中心已建立。卫生部纳米生物技术重点实验室在中国较早开展了纳米生物技术的理论和应用研究，并取得了可喜成绩。由于国家的重视和本领域专家的积极努力，中国的纳米生物技术研究已处于国际先进水平和部分领先水平，开拓了中国纳米生物技术研究的新局面9。3 纳米生物材料产业化定义及特点产业(Industry)是指国民经济各个部门，按社会分工而从事科学研究、物质产品生产、提供劳务等活动的群体。简明大英百科全书对产业的定义是：“产业指各种制造或供应货物、劳务或形成收入来源的生产性企业或组织。”纳米生物材料产业(Nano-Biomaterialsindustry)是建立在纳米生物材料技术基础之上，开发生产纳米生物材料产品，并形成的具有同一属性的企业的集合，包括纳米生物材料及其相关产品和技术装备，是高新技术产业的重要组成部分。主要包括以下三层涵义：一是纳米生物材料产业是基于纳米生物材料技术建立的，其产业特征是纳米生物材料技术在产业形成中起决定性作用；二是纳米生物材料技术被应用于产品和生产过程，形成具有高科技含量的市场产品；三是使用纳米生物材料技术或相近技术的企业构成了一个群体，在市场上形成一定的规模，足以构成一个新的产业。所以，纳米生物材料产业具有高新技术产业的共同特点，同时也具有区别于一般高新技术产业的个性特征。3.1 纳米生物材料产业的特点3.1.1 高投入纳米生物材料的研究与开发需要人量的资金投入，这是由纳米生物技术的知识密集型，人才密集型的特点以及纳米生物材料技术的产业风险决定的，由于纳米生物材料产业应用的技术与传统产业的复杂得多，往往涉及多个学科领域，因此，纳米生物材料的研究需要大量的高精尖设备及人才的投入，通常要花费巨额资金，此外，为了抢占市场，纳米生物材料的产品更新换代速度很快，往往需要一次性的快速和大量的投入，并且产品一旦形成市场规模生产，必须要有更多的资金投入。另一方面，纳米生物材料产业从技术研究到中试到产业化，三个阶段所需投资呈递增的趋势，其比例一般为1：10：100，也表明纳米生物材料产业名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -高投资的特性，后续资金需求更大。3.1.2 高风险性高风险是纳米生物材料产业所具有的最重要的特征之一，由于纳米生物材料产业所涉及的技术大多处于当代科学技术的前沿，具有明显的超前性，因此，纳米生物材料产业属于风险产业，具有明显高于一般产业的风险性。其高风险上要表现在以下几个方面：(1)技术风险由于纳米生物材料开发研究的复杂性，使得技术开发面临各种不确定性因素，如技术难度，成果成熟度、与商品化的差距、开发周期和技术寿命期等。特别是纳米生物技术大多处于当代科学技术的前言，具有明显的超前特点，很难测定研究成果向工业化生产与新产品转化过程中的成功的概率。(2)市场风险纳米生物材料产品从研究开发到试产、大量生产、直到产生效益短的需 l 2 年，长的则需要 68 年甚至更长的时间，在这期间，情况可能发生难以预测的变化，如果产品不能适应市场的要求，或者由更新更先进的产品米替代，则前期的研究开发投资就会成为无效益的投资，给投资者带来损失。(3)资金风险随着纳米生物材料生产企业发展阶段的深入，对资金的需求会迅速增加，另一方面由于纳米生物材料研发的融资渠道也很少，因而很容易在纳米生物材料研发的某一阶段出现资金供应的断层。纳米生物材料企业很可能会出于资金的不足。而难以周转，缺乏支付能力。出于这些风险的客观存在，使得不少纳米生物技术的融资活动以失败而告终。据有关资料统计，对纳米生物材料产业进行的投资有一半以上的投资得不到正常的同报。(4)管理风险纳米生物材料生产企业的管理者如果是相对于管理更擅长于技术的技术专家，就有可能由于管理不善而导致失败的可能性增人。3.1.3 高收益性投资中的风险与收益是一个问题的两个侧面，投资的高风险与高收益往往是相辅相成的。由于纳米生物技术是一种创新的活动，采用纳米生物技的术设计、工艺和生产手段制成的产品，能大幅度增强产品的性能，甚至拥有传统材料所不能拥有的特殊性能，显著提高劳动生产率，资源利用率和工作效率，即纳米生物材料产品具有高附加值，一旦产业化成功，能为企业带来巨大的社会效益和经济效益，纳米生物材料产业在克服了上述不确定性因素的影响后，往往伴随着产品性能的先进，生产工艺以及手段的先进，市场竞争对手相对较少等因素，使得其投资收益率大大超过传统产业，体现山高风险，高收益的规律。3.1.4 知识与技术高度密集纳米生物材料领域涉及的学科多，知识交叉情况复杂，渗透广，且知识转化为技术和产品的效率越来越高，广泛应用于现代工业的各个领域，并成为其共性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -关键技术。3.1.5 产业创新簇群效应明显纳米生物材料的开发已经不单纯是材料本身的开发，而往往是一个新产品或是新整体的开发。纳米生物材料涉及多种知识、多门学科和多种人才，当它向其他领域及传统产业部门融合渗透时，会形成一些新的高新技术群体。它不仅能使传统产业升级换代，而且还可超出纯技术和纯生产的范畴，渗透到商业、交通国防、医疗卫生、文化教育、组织管理、社会服务及家庭生活各个方面，对产业结构、就业结构、社会结构、生活方式、思维方式甚至观念意识将产生深远的辐射效应。纳米生物材料产业具有极强的前向效应和后向效应，前向效应是指对上游产业的带动效应，就像汽车工业能带动钢铁、油漆等行业一样，纳米生物材料产业将带动传统材料产业等一系列上游产业的发展；后向效麻是指对下游产业的推动效应，包括为医疗、诊断、人工器官等多种产业带来新的机会。围绕纳米生物技术的发展，将迅速形成相关的庞大产品群和企业群，其中蕴含着巨大的财富和机会。相信几年之内，新的世界首富将在纳米技术土导的产业中产生。纳米生物材料产业作为一种技术、知识和资金高度密集的高风险、高收益产业，与信息、能源、医疗卫生、交通、建筑和制造等产业的结合越来越紧密，而对学科交叉的认知将有力推动纳米生物材料产业的超前发展。其发展的驱动力正在由军事需求向经济需求转变，即由军事需求、航空航天技术的发展驱动转向如何以信息、生物技术等提高人类的生活质量。4 纳米生物材料产业化所面临的问题及其对应策略科技进步推动产业结构的演进，技术创新的动力来源于技术推动或市场拉动或二者的结合，纳米生物材料技术及产业的发展是产业结构优化的一种途径，是纳米材料技术推动和市场拉动的结果；产学研合作是纳米生物材料产业化的一种较好模式，我国在这方面需要加强和引导。美日欧等强国都在积极采取对策推动纳米生物材料产业化进程，我国纳米生物材料产业化取得了一定进展，但也存在一些问题，需要采取相应措施加以解决。“973 纳米材料和纳米结构”首席科学家张立德10指出：必须坚持以市场为导向，以需求作牵引；坚持从事纳米生物材料技术的科研人员和各个领域的专业人员相结合，纳米生物技术的专业人员与企业经营者相结合，企业发展纳米生物材料技术要与政府的宏观指导相结合；优先发展市场潜力人、技术可行的纳米生物材料产品；要注重知识产权。温海珍11(2003)通过对我国纳米生物材料产业化现状及存在的问题的详细分析，指出我国纳米生物材料产业化的关键是制度创新；李强12(2003)指出制度创新，推进我名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -国纳米生物材料产业化，通过优化科技资源配置，构建纳米生物技术研究体系与投入体系；搭设风险投、融资平台，促进技术创新与成果转化；加大业内兼并、重组、联合步伐，加快龙头企业的培育；加大政府扶持力度，创造纳米生物材料产业化良好的外部环境。古宏晨13(2003)详细分析了纳米生物材料产业化所具有的共性规律，提出了纳米生物材料产业化须经历小试、中试、工业试验、市场开拓、垄断期生产、稳定生产期、衰退期等7 个阶段，阐述了每个阶段的特点、目的及相互联系，纳米生物材料规模化生产必须建立面向过程特殊性的单元操作理论和过程放大的方法论。指出纳米生物材料从研究到工业化必须解决的接口不畅及企业的机制问题。宋宏杰14(2004)通过对纳米生物技术产业化模型的分析。提出资金与人才问题是纳米生物材料产业化进程中的瓶颈，针对性地提出国家应当保证对纳米生物技术研发资金的投入，采取相关措施，激励企业参与纳米生物材料技术研发，完善风险投资体系；通过对传统学科进行交叉、融合，建立纳米生物材料人才培养计划。崔岫指出我国在应用研究、开发经费的投入方面与发达国家相比差距还是很大，出现纳米材料的新闻炒作和虚假宣传报道等问题。提出拓展研究领域，大力研究开发功能型、生态型纳米生物材料，在产品检测、评价方面，应逐步建立起一套新的严格的纳米生物材料的评价体系，规范市场秩序等措施。5 产业化与发展展望随着研发、制备、市场和产业化等各方面的不断成熟，在 21 世纪我国纳米生物材料产业发展必定会有重大飞跃。科研人员及政府机构仍需不断努力，为纳米生物材料的发展打造平台。1、以未来的经济振兴和国家实力的需求为目标，牵引纳米生物材料的基础研究、应用开发研究。2、制定积极的国家政策、项目研究计划，甚至通过立法来支持纳米生物材料技术研究和产业化，推动官、产、学、研的有机结合。对研究机构进行战略重组，以求集中研究力量，攻克纳米生物材科技术的重大问题。重视高水平公共技术平台建设，成为纳米生物材料技术研究、开发的国家级的公共技术平台、合作研究平台和技术转化平台以及人才培养的基地。3、组织多学科的科技人员交叉创新，做到基础研究、应用研究并举，纳米生物材料科学、纳米生物材料技术并举，重视基础研究和应用研究的衔接，重视技术集成。参考文献：1Lowec R.Nannobiotechnogy:The fabrication and applications of chemical and biological nanostructures J.Current Opinion in Chemical 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -biology,2000(10):428-432.2 程家宠.纳米技术在医药领域的应用研究进展A.中科院纳米科技中心.2001年纳米研讨会论文集 C.北京：2001:1-2.3 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