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第10章 世界前沿科技(9)

继2000年一些组织和个人“遮遮掩掩”地提出克隆人类的试验后,美国先进细胞技术公司2001年11月25日宣布首次利用克隆技术培育出人类早期胚胎。目前科学界把对人体的克隆分为治疗性克隆和生殖性克隆。科学界和伦理界对治疗性克隆普遍支持。但生殖性克隆,即克隆完整的人则遭到很大的抵制。究其原因主要是因为目前的克隆技术相对粗糙,克隆人的质量难以保障。克隆人是单性生殖,从进化论的角度看,是一个粗糙的过程。克隆羊多莉的成功率是1/227,而克隆人的成功率乐观估计也只有2%-3%。而且克隆生物个体易产生畸形、死胎、流产、胎儿过大、早衰等情况。

医学家提出,从生物多样性上来说,克隆将减少遗传变异,提高了疾病传染的风险。通过克隆产生的个体具有同样的遗传基因,同样的疾病敏感性,一种疾病就可以毁灭整个由克隆产生的群体,这对人类的生存是不利的。克隆技术的使用将使人们倾向于大量繁殖现有种群中最有利用价值的个体,而不是按自然规律促进整个种群的优胜劣汰,从而干扰了自然进化过程。

社会学家一致强调,从社会的角度看,作为社会主体的人类是不能随意制造的,否则生命将不会受到尊重,而且可能随意毁坏生命。况且,克隆人与真实的人完全不同,基因编码可以复制,但真实的人格和情感无法克隆。克隆会使人的不可重复性和不可替代性的个性规定,因大量复制而丧失了唯一性,丧失了自我及其个性特征的自然基础和生物学前提。

伦理学家尤其强烈地反对克隆人工程,他们认为克隆人还将对现有的社会关系、家庭结构造成巨大冲击。另外,克隆人的身份难以认定,使人伦关系发生模糊、混乱乃至颠倒,进而冲击传统的家庭观以及权利与义务观。克隆人还可能因自己的特殊身份而产生心理缺陷,形成新的社会问题。

现今支持克隆人的一个观点是,克隆人可以解决无法生育的问题。但也有反对者马上提出:一个没有生育能力的人,克隆的下一代还会没有生育能力。被克隆的人虽然很优秀,但克隆出的人除血型、相貌、指纹、基因和本人一样外,其性格、行为可能完全不同。在克隆人研究中,如果出现异常,有缺陷的克隆人不能像克隆的动物一样被随意处理掉,这也是一个问题。因此在目前的环境下,不仅是观念、制度,包括整个社会结构都不知道怎么来接纳克隆人。尽管如此,克隆技术的巨大理论意义和实用价值还一直促使科学家们加快研究的步伐——克隆技术犹如原子能技术,是一把双刃剑,而剑柄掌握在人类手中。

2001年11月,美国先进细胞技术公司宣布,该公司首次用克隆技术培育出了人体胚胎细胞。这一消息在世界各地引起轩然大波,反对之声此起彼伏。

虽然该公司称他们的目的不是克隆人,而是利用克隆技术治疗疾病,但还是遭到众多批评。当时的美国总统布什表示,百分之百反对任何形式的人类克隆。美国国会参议员则称,将会很快通过法案禁止所有克隆人研究。巴西、德国、意大利等国和欧盟的发言人也均对此发表反对意见,认为科学研究不应超过伦理界限,有必要加强立法。

不过,美国参议院多数党领袖迭施勒的态度比较中立,他建议国会应该把生殖性的克隆实验和治疗性的克隆区分开来。

世界上第一头克隆羊“多莉”的创造者之一维尔穆特赞同这一建议。维尔穆特一直反对克隆人,他认为,先进技术细胞公司更可能是出于商业目的,而不是技术上的考虑,从科学成就上来说,他们取得的不过是个小突破。

在科学界内,不少生物学家对这一做法则嗤之以鼻,认为这一实验结果没有科学意义,而且是对生物伦理的严重挑衅。法国国家动物克隆专家让·保罗·勒纳尔表示,先进细胞技术公司所使用的方法,实际上就是克隆多莉羊的方法,而且美国科学家仅获得含有6个细胞的人类早期胚胎远不能满足需要。

美国生物伦理学家麦吉博士甚至怀疑先进细胞技术公司宣布的真实性,因为实验的很多细节还没有公开。

纳米技术

纳1米(符号为nm),也称毫微米,就是十亿分之一米,即百万分之一毫米。与厘米、分米和米一样,纳米也是长度的度量单位。1纳米相当于4倍原子大小,万分之一头发粗细——形象地讲,一纳米的物体放到乒乓球上,就像一个乒乓球放在地球上一般。一般情况下,当固体或纤维小于100nm时,即达到了纳米尺寸,即可称为所谓“纳米材料”。

纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性,如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电,原来绝缘的二氧化硅、晶体等,在某一纳米级界限时开始导电。科学家们在研究物质构成的过程中,发现在纳米尺度下分离出的物质,显着地表现出许多新的特性,而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术,就称为纳米技术(nanotechnology)。

经过科学家的研究和努力,“纳米”已不再是冷冰冰的科学词语,纳米技术已走出实验室,渗透到人们的衣、食、住、行中,悄悄地改变、影响着人们的生活。

传统的涂料耐洗刷性差,涂刷一段时间后墙壁就会变得斑驳陆离。现在有了加入纳米技术的新型油漆,不但耐洗刷性比传统材料提高了十多倍,而且有机挥发物极低,无毒无害无异味,有效解决了建筑物密封性增强、有害虫气体不能尽快排出的问题。

人体长期受电磁波、紫外线照射,会导致各种发病率增加或影响正常生育。现在,加入纳米技术的高效防辐射服装——高科技电脑工作装和孕妇装已经问世。科技人员将纳米大小的抗辐射物质掺入到纤维中,制成了可阻隔95%以上紫外线或电磁波辐射的“纳米服装”,而且不挥发、不溶水,持久保持防辐射能力。同样,化纤布料制成的衣服因摩擦容易产生静电,在生产时加入少量的金属纳米微粒,就可以摆脱烦人的静电现象。

白色污染也遭遇到“纳米”的有力挑战。科学家将可降解的淀粉和不可降解的塑料通过特殊研制的设备粉碎至“纳米级”后,进行物理结合。用这种新型原料,可生产出100%降解的农用地膜、一次性餐具、各种包装袋等类似产品。专家评价说,这是彻底解决白色污染问题的实质性突破。

以纳米技术制造的电子器件,其性能大大优于传统的电子器件。纳米电子器件的工作速度是硅器件的1000倍,因而可使产品性能大幅度提高。而纳米电子器件的功耗仅为硅器件的1/1000。在一张不足巴掌大的5英寸光盘上,至少可以存储30个北京图书馆的全部藏书。纳米材料体积小、重量轻,可使各类电子产品体积和重量大为减小。

纳米金属颗粒易燃易爆,几个纳米的金属铜颗粒或金属铝颗粒,一遇到空气就会产生激烈的燃烧,发生爆炸。因此,纳米金属颗粒的粉体可用来做成烈性炸药,做成火箭的固体燃料还可产生更大的推力。用纳米金属颗粒粉体做催化剂,可以加快化学反应速率,大大提高化工合成的产出率。

纳米金属块体耐压耐拉,将金属纳米颗粒粉体制成块状金属材料,强度比一般金属高十几倍,又可拉伸几十倍。用来制造飞机、汽车、轮船,重量可减小到原来的十分之一。

纳米陶瓷刚柔并济,用纳米颗粒粉末制成的纳米陶瓷具有塑性,为陶瓷业带来了一场革命。将纳米陶瓷应用到发动机上,发动机摩擦系数大幅下降,散热能力加强的同时,延长了发动机的使用寿命,而且还能减少污染物的排放,是新一代绿色产品。

纳米氧化物材料五颜六色,纳米氧化物颗粒在光的照射下或在电场作用下能迅速改变颜色。用它做士兵防护激光枪的眼镜非常适合。将纳米氧化物材料做成广告板,在电、光的作用下,效果会更加绚丽多彩。

纳米半导体材料可以发出各种颜色的光,可以做成小型的激光光源,还可将吸收的太阳光中的光能变成电能。用它制成的太阳能汽车、太阳能住宅有巨大的环保价值。用纳米半导体做成的各种传感器,可以灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化,在监控汽车尾气和保护大气环境上将得到广泛应用。

用纳米药物治病救人时,把药物与磁性纳米颗粒相结合,服用后,这些纳米药物颗粒可以自由地在血管和人体组织内运动。再在人体外部施加磁场加以导引,使药物集中到患病的组织中,药物治疗的效果会大大提高。同时还可利用纳米药物颗粒定向阻断毛细血管,“饿”死癌细胞。纳米颗粒还可用于人体的细胞分离,也可以用来携带DNA治疗基因缺陷症。目前已经用磁性纳米颗粒成功地分离了动物的癌细胞和正常细胞,并在治疗人的骨髓疾病的临床实验上获得成功。

在纳米的世界中,人们按照自己的意愿,自由地剪裁、构筑材料,这一技术被称为纳米加工技术。纳米加工技术可以使不同材质的材料集成在一起,它既具有芯片的功能,又可探测到电磁波(包括可见光、红外线和紫外线等)信号,同时还能完成电脑的指令,这就是纳米集成器件。将这种集成器件应用在卫星上,可以使卫星的重量、体积大大减小,发射更容易,成本也更经济。

纳米技术大力发展的同时,其安全性问题也不可忽视。因为材料在变成纳米级过程中物理、化学性质发生变化,比常规物质更容易穿透各种屏障,甚至透过生物体的皮肤、细胞膜,进入组织器官内部。如果生产和使用过程中操作不当,纳米材料有可能污染环境、危害健康。有研究结果显示,部分人造纳米材料具有毒性,可能会引起氧化刺激、炎症反应、心肺血管系统及其他组织器官的损害。因此,在发展纳米技术的同时,必须同步开展其安全性研究,使其成为安全造福人类的新技术。

新型陶瓷

陶瓷有着古老的历史,早在公元前10世纪,人类就开始利用它制作生活用具。近年来,由于陶瓷纯度的不断提高和制造工艺的日臻完美,陶瓷又成为具有电磁功能、光学功能、热功能、机械功能及生物化学功能的新型材料,在各个领域中得到广泛的应用,堪称现代化的多面手。

韧性陶瓷

经过特殊工艺处理制成的韧性陶瓷,除了可以去掉普通陶瓷的脆性之外,还具有强度大、硬度高、不怕化学腐蚀等优点。因此,应用范围更加广泛。韧性陶瓷可以用来制作切菜刀、剪刀、螺丝刀、榔头、锯、斧头等日用工具,坚硬程度不亚于钢铁制品,而且不会带铁锈味和磁性,更适宜切各种生吃食物和熟食。

采用韧性陶瓷制造的发动机体积小、重量轻、热效率高,用同样的燃料可以使汽车多跑30%的路程,是一种有效的节能型发动机。

压电陶瓷

压电陶瓷是一种具有能量转换功能的陶瓷,在机械力的作用下发生形变时,会引起表面带电。其带电强度的大小,可以和施加电场的强度成正比,也可以成反比。因此,能够在各个领域中得到广泛应用。

生物医学工程是压电陶瓷应用的重要领域。可以用它来制作探测人体信息的压电传感器和进行压电超声治疗。当压电陶瓷发出的超声波在人体内传输时,体内的不同组织对超声波有不同的发射和透射作用。反射回来的超声波经压电陶瓷接收器转换成电信号并显示在屏幕上,据此就可以检查内脏组织的情况,判断是否发生病变。进入人体的超声波达到一定强度时,能使组织发热并轻微震动。这种作用可以对一些疾病起到治疗作用。

由于压电陶瓷的敏感性很强,能精确地测量出微弱的压力变化,人们用它来制造地震测量装置是非常适合的。地震波经过压电陶瓷的作用,可以感应出一定强度的电信号,并在屏幕上显示或以其他形式表现出来。同时,压电陶瓷还能够测定声波的传播方向。所以,用来测定和报告地震十分精确。

利用压电陶瓷制造的电子振荡器和电子滤波器,频率稳定性好、精度高、使用寿命长,特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性。用压电陶瓷可以制成声波探鱼仪,在水中能发出很强的声波并传至远距离之外,可以有效地探测鱼群的分布情况、规模、种类以及其他有关的资料,是捕捞作业的得力助手。

在现代军事作战中,压电陶瓷也可以发挥巨大的威力。在反坦克导弹上装上压电陶瓷元件会缩短引爆时间,增加引爆的精确性。当炮弹击中坦克时,陶瓷因受到压力而产生高电压,从而引燃炸药。压电陶瓷在非常强的机械冲击波的作用下,还可以将储存的能量在几十万分之一秒的瞬间里释放出来,产生的瞬间电流达10万安培以上的高压脉冲,用来进行原子武器的引爆十分理想。

低温陶瓷

低温陶瓷是一种在液氮沸腾状态下制成的陶瓷制品,有着广泛的应用领域。低温陶瓷可以用于电脑,使运算速度大幅度提高,用于电视机可令图像更清晰,如果制作成录像机磁头,其寿命为普通磁头的5倍,所录制的影片的清晰度也很高。此外,在金属加工中,低温陶瓷还可以替代金刚石刀具来进行金属切削。用低温陶瓷制成的新型蓄电池,储电量可以比一般蓄电池高出许多倍。