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

鄭金水團隊應用量子技術(shù)研究

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

二十一世紀將是量子科技在各領域廣泛應用的時代。我國已經(jīng)在量子通訊、量子計算機領域取得非凡成就,走在世界前列。量子科技在醫(yī)學領域研究突破儼然是全人類最為期待的課題之一。我和我的科學家們已經(jīng)在這領域工作了二十年,非常榮幸有機會分享這方面的信息。

量子的魅影

眾所周知,慢性病是全世界的醫(yī)學難題,患者需長期依賴藥物控制。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?再通過身體活動來釋放能量并與周圍環(huán)境進行信息交換。生命體一切活動的根源在于能量,能量的產(chǎn)生、傳遞和吸收是維持生命系統(tǒng)正常運作的基本條件。我們從量子力學的角度去看待生命與疾病,或許將會找到慢性病困局的突破口。

當我們來到森林里,我們會感到心情愉悅、病體減輕,這背后隱藏著什么科學原理呢。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,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,這時的氧分子我們稱之為負氧離子。氧分子攜帶著電子通過呼吸進入體內(nèi),隨血液循環(huán)電子到達細胞,補充了細胞膜不足的電位差,加強了細胞的新陳代謝,如,加強了神經(jīng)細胞的代謝,加強了病灶組織的細胞代謝,這就是我們來到森林里心情愉悅與病體減輕的科學原理。這過程包含二項重要的課題: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。科學家愛因斯坦創(chuàng)造性解釋了光電效應理論,因此榮獲了1921年諾貝爾物理學獎。量子效應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、光電效應等。常見有①光電效應 ②康普頓效應③量子穿隧效應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,其實它一直就在我們周遭發(fā)生,只是量子實在太細微,而被高大粗的人類忽略了。當物質(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)物理學的特質(zhì),譬如兼具有波、粒態(tài),量子態(tài)最大的特性是對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,是因為黃金接觸皮膚后,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人體健康大有裨益,這就是人們喜愛黃金首飾的光電效應科學原理。

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,這種設想以現(xiàn)代科學材料技術(shù)是可以實現(xiàn)的。

鄭金水團隊研發(fā)的富勒烯球體衍生系列為基材的納米復合材料,利用人體熱源散發(fā)之紅外線光量子激發(fā)復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吸收光子的能量,其中機制遵循的是一種非全有即全無的量子力學準則,光子所有能量都必須被吸收,用來克服逸出功。復合材料固有頻率原始即被設計成極接近人體頻率,故對由基態(tài)到低激發(fā)態(tài)的躍遷而產(chǎn)生的電子輻射產(chǎn)生很強的吸收,量子力學計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作用,復合芯片產(chǎn)出電子數(shù)量再多對內(nèi)臟作用緩慢不明顯,因電子會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入體內(nèi),只有稀少的電子從皮膚進入體內(nèi)。

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

石墨烯發(fā)明人于2010年獲得諾貝爾獎。納米石墨烯的問世,為本發(fā)明解決了電子傳導的難題,石墨烯具有優(yōu)異電學特性,其傳導電子速度是光的1/300,且電阻幾乎為零。鄭金水團隊應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體內(nèi)器官組織,其中石墨烯起電子傳導作用、納米碳管類似針管作用把電子發(fā)射入體內(nèi),電子最深可達體內(nèi)垂直距離8厘米。

石墨烯與納米碳管組合裝置之場發(fā)射主要機制為電子在高aspect ratio 納米碳材中,利用量子穿隧效應(quantum tunneling),而穿隧到真空中。在發(fā)射之應用上,主要是利用沿著納米碳管之管軸上之電場,使電子發(fā)射至真空中[7]。由于碳管之非常高之a(chǎn)spect ratio , 導致非常高之電場增益效應(field enhancement),使得累積表面電荷之場發(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變得相對大。

至此鄭金水團隊已實現(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)學上應用的最后難關。因此鄭金水團隊榮獲國家五項醫(yī)學發(fā)明專利,相關學術(shù)論文發(fā)表在國家級期刊上。

森林里的負氧離子對人體的助益,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入人體發(fā)揮效應。人工制造電子及如何輸送進入人體內(nèi)一直是科技界的難題。

鄭金水科研團隊應用石墨烯與納米碳管裝置解決了電子場發(fā)射輸送的世界難題,攻克了量子科技在醫(yī)學上應用的最后難關。該技術(shù)難度極高,納米碳管只在一個角度發(fā)射電子才能進入體內(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雜,中國人率先攻克了此世界難題。

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

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

二十世紀是量子理論研究階段,二十一世紀將是量子科技應用的時代,量子科技大幕正在緩緩展開,全球各科研團隊各國家力量正在布局發(fā)力,量子科技是第四次工業(yè)革命主戰(zhàn)場的制高點。我和我的科學家們將在量子科技領域繼續(xù)努力在此領域貢獻綿薄力量。

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