從分子層面研究醫(yī)學(xué)并形成理論體系及其新藥物的產(chǎn)生,近年,分子醫(yī)學(xué)已被西方主流醫(yī)學(xué)界所接受,但從臨床治療結(jié)果觀察,分子醫(yī)學(xué)并未根本性突破醫(yī)學(xué)困局。從物質(zhì)極小微粒—量子層面研究醫(yī)學(xué),攻克醫(yī)學(xué)難題,一直是科學(xué)家終極設(shè)想。

鄭金水團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用量子技術(shù)研究

在許多現(xiàn)代技術(shù)裝備中應(yīng)用了量子力學(xué)原理,如太陽能發(fā)電、光刻機(jī)、核磁共振醫(yī)學(xué)圖像顯示、核彈等。量子理論在二十世紀(jì)初由普朗克、薛定諤、愛因斯坦等科學(xué)家提出并共同建立了理論體系。量子力學(xué)主要描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的物理科學(xué),量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一系列劃時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明。

二十一世紀(jì)將是量子科技在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的時(shí)代。我國(guó)已經(jīng)在量子通訊、量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域取得非凡成就,走在世界前列。量子科技在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究突破儼然是全人類最為期待的課題之一。我和我的科學(xué)家們已經(jīng)在這領(lǐng)域工作了二十年,非常榮幸有機(jī)會(huì)分享這方面的信息。

量子的魅影

眾所周知,慢性病是全世界的醫(yī)學(xué)難題,患者需長(zhǎng)期依賴藥物控制。人體的本質(zhì)是一具能量系統(tǒng),我們?nèi)祟惷刻煳帐澄锏哪芰?再通過身體活動(dòng)來釋放能量并與周圍環(huán)境進(jìn)行信息交換。生命體一切活動(dòng)的根源在于能量,能量的產(chǎn)生、傳遞和吸收是維持生命系統(tǒng)正常運(yùn)作的基本條件。我們從量子力學(xué)的角度去看待生命與疾病,或許將會(huì)找到慢性病困局的突破口。

當(dāng)我們來到森林里,我們會(huì)感到心情愉悅、病體減輕,這背后隱藏著什么科學(xué)原理呢。陽光光量子照到綠色植物,綠色植物在光合作用中產(chǎn)生光電效應(yīng),光子照射使植物產(chǎn)生生物電子,植物就向空間釋放電子,這些植物釋放的電子被空氣中的氧分子所捕捉,這時(shí)的氧分子我們稱之為負(fù)氧離子。氧分子攜帶著電子通過呼吸進(jìn)入體內(nèi),隨血液循環(huán)電子到達(dá)細(xì)胞,補(bǔ)充了細(xì)胞膜不足的電位差,加強(qiáng)了細(xì)胞的新陳代謝,如,加強(qiáng)了神經(jīng)細(xì)胞的代謝,加強(qiáng)了病灶組織的細(xì)胞代謝,這就是我們來到森林里心情愉悅與病體減輕的科學(xué)原理。這過程包含二項(xiàng)重要的課題:電子的產(chǎn)生與電子的輸送。

光照射到貴金屬上,引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化,這類光變致電的現(xiàn)象被稱為光電效應(yīng)。科學(xué)家愛因斯坦創(chuàng)造性解釋了光電效應(yīng)理論,因此榮獲了1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。量子效應(yīng)通常描述微觀尺度下的量子化現(xiàn)象,大部分也是描述“能量”與“波”的量子化,如普朗克的黑體輻射、光電效應(yīng)等。常見有①光電效應(yīng) ②康普頓效應(yīng)③量子穿隧效應(yīng)④原子能階的量子化。

生活中人們一提到量子就覺得它高大上,其實(shí)它一直就在我們周遭發(fā)生,只是量子實(shí)在太細(xì)微,而被高大粗的人類忽略了。當(dāng)物質(zhì)到極小,如電子或比電子還小的,譬如光子等我們通稱為量子,量子具有許多異于傳統(tǒng)物理學(xué)的特質(zhì),譬如兼具有波、粒態(tài),量子態(tài)最大的特性是對(duì)能量的吸收或釋放是不連續(xù)的具有能階性的,人類利用這些特性應(yīng)用開發(fā)了量子科技。

量子科技的材料技術(shù)

自古人們喜愛佩戴黃金首飾,是因?yàn)辄S金接觸皮膚后,人體熱源光子激發(fā)黃金原子躍遷出核外電子,黃金所躍遷出的電子對(duì)人體健康大有裨益,這就是人們喜愛黃金首飾的光電效應(yīng)科學(xué)原理。

把黃金納米化制成納米黃金,再利用共振吸收原理,使電子產(chǎn)出增大1000倍,這種設(shè)想以現(xiàn)代科學(xué)材料技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)的。

鄭金水團(tuán)隊(duì)研發(fā)的富勒烯球體衍生系列為基材的納米復(fù)合材料,利用人體熱源散發(fā)之紅外線光量子激發(fā)復(fù)合材料中的納米貴金屬躍遷出電子。被人體光子照射到的材料電子會(huì)吸收光子的能量,其中機(jī)制遵循的是一種非全有即全無的量子力學(xué)準(zhǔn)則,光子所有能量都必須被吸收,用來克服逸出功。復(fù)合材料固有頻率原始即被設(shè)計(jì)成極接近人體頻率,故對(duì)由基態(tài)到低激發(fā)態(tài)的躍遷而產(chǎn)生的電子輻射產(chǎn)生很強(qiáng)的吸收,量子力學(xué)計(jì)算表明這種躍遷的概率系數(shù)比其他躍遷的概率系數(shù)大得多。

人體皮膚具有屏障保護(hù)作用,復(fù)合芯片產(chǎn)出電子數(shù)量再多對(duì)內(nèi)臟作用緩慢不明顯,因電子會(huì)被皮膚組織屏障攔截并消耗。森林里植物釋放電子主要由氧分子攜帶通過呼吸進(jìn)入體內(nèi),只有稀少的電子從皮膚進(jìn)入體內(nèi)。

藥物進(jìn)入體內(nèi)主要有3種途徑即口服、打針輸液、手術(shù)植入。電子從體外進(jìn)入體內(nèi)達(dá)到醫(yī)學(xué)效應(yīng),也必需類似像針管推藥一樣使電子直接穿越皮膚進(jìn)入體內(nèi)發(fā)揮作用。

石墨烯發(fā)明人于2010年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。納米石墨烯的問世,為本發(fā)明解決了電子傳導(dǎo)的難題,石墨烯具有優(yōu)異電學(xué)特性,其傳導(dǎo)電子速度是光的1/300,且電阻幾乎為零。鄭金水團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用納米石墨烯材料與納米碳管材料組合成發(fā)射裝置,使電子直接穿越皮膚到達(dá)體內(nèi)器官組織,其中石墨烯起電子傳導(dǎo)作用、納米碳管類似針管作用把電子發(fā)射入體內(nèi),電子最深可達(dá)體內(nèi)垂直距離8厘米。

石墨烯與納米碳管組合裝置之場(chǎng)發(fā)射主要機(jī)制為電子在高aspect ratio 納米碳材中,利用量子穿隧效應(yīng)(quantum tunneling),而穿隧到真空中。在發(fā)射之應(yīng)用上,主要是利用沿著納米碳管之管軸上之電場(chǎng),使電子發(fā)射至真空中[7]。由于碳管之非常高之a(chǎn)spect ratio , 導(dǎo)致非常高之電場(chǎng)增益效應(yīng)(field enhancement),使得累積表面電荷之場(chǎng)發(fā)射起始電壓大幅降低。由于納米碳管之微小半徑,使得作用在碳管之電場(chǎng)變得相對(duì)大。

至此鄭金水團(tuán)隊(duì)已實(shí)現(xiàn)電子的產(chǎn)出與輸送體內(nèi)的二大課題,特別是石墨烯與納米碳管組合裝置場(chǎng)發(fā)射技術(shù)研發(fā)成功,是人類首次攻克量子科技在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的最后難關(guān)。因此鄭金水團(tuán)隊(duì)榮獲國(guó)家五項(xiàng)醫(yī)學(xué)發(fā)明專利,相關(guān)學(xué)術(shù)論文發(fā)表在國(guó)家級(jí)期刊上。

森林里的負(fù)氧離子對(duì)人體的助益,主要是氧分子所攜帶的電子。綠葉釋放電子是以氧分子為載體進(jìn)入人體發(fā)揮效應(yīng)。人工制造電子及如何輸送進(jìn)入人體內(nèi)一直是科技界的難題。

鄭金水科研團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用石墨烯與納米碳管裝置解決了電子場(chǎng)發(fā)射輸送的世界難題,攻克了量子科技在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的最后難關(guān)。該技術(shù)難度極高,納米碳管只在一個(gè)角度發(fā)射電子才能進(jìn)入體內(nèi),固定碳管角度所用輔助材料極難提取,及微納加工工藝極為復(fù)雜,中國(guó)人率先攻克了此世界難題。

量子通訊應(yīng)用兩個(gè)量子系統(tǒng)頻率一致無論多遠(yuǎn)都會(huì)產(chǎn)生共振吸收交換信息,這種信息交換絕對(duì)安全,只要頻率密碼不被攻破。量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用量子的波粒二象性(疊加態(tài))極大的提高算力。量子科技正在各個(gè)領(lǐng)域熱烙研發(fā)中,希望我團(tuán)隊(duì)的科研成果對(duì)其他領(lǐng)域研究工作者在他們的研究中或許有所幫助。

我團(tuán)隊(duì)研發(fā)的量子科技穿戴產(chǎn)品已有少量產(chǎn)品在市場(chǎng)上流通,我們期待此來之不易的世界尖端高科技產(chǎn)品早日讓更多人認(rèn)知并使用,讓世界前沿尖端科技惠及百姓。

二十世紀(jì)是量子理論研究階段,二十一世紀(jì)將是量子科技應(yīng)用的時(shí)代,量子科技大幕正在緩緩展開,全球各科研團(tuán)隊(duì)各國(guó)家力量正在布局發(fā)力,量子科技是第四次工業(yè)革命主戰(zhàn)場(chǎng)的制高點(diǎn)。我和我的科學(xué)家們將在量子科技領(lǐng)域繼續(xù)努力在此領(lǐng)域貢獻(xiàn)綿薄力量。

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