纳米技术的解释范文

【关键词】纳米技术纳米中药制备技术

中图分类号：R283文献标识码：B文章编号：1005-0515（2012）1-235-01

纳米技术是指用单个原子、分子制造或将大分子物质加工成粒径在1～100nm的物质的技术[1]。纳米技术的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，使得化学和物理学之间已无明确界限。中药有着悠久历史，其独特的药效在世界医学界占有举足轻重的地位。近年来研究结果表明，中药产生的药理效应不能完全归功于该药特有的化学组成，还与药物的物理状态密切相关[2]。当药物颗粒粒径小到一定程度时，药效可能会产生突发性的改变。纳米技术与中药学的结合，是提高中药有效利用率、药效快速释放等的关键所在。

纳米中药的制备是研究纳米中药的最基础也是最重要的问题，将纳米技术引入中药的研究时，必须考虑中药组方的多样性、中药成分的复杂性，所以，针对不同的药物，在进行纳米化时必须采用不同的技术路线，此外还必须考虑中药的剂型。纳米中药与中药新制剂关系十分密切，如何在中医理论的指导下进行纳米中药新制剂的研究，将中药制成高效、速效、长效、剂量小、低毒、服用方便的现代制剂，也是进行中药纳米化时必须考虑的问题。目前，纳米中药主要有一下制备方法：

1超微粉碎技术[3]

使用特制机械设备将原药材或提取物进行粉碎，使之达到纳米级。我国研制出了一种利用湍流原理进行粉碎的高湍流粉碎机，中药甘草的粉碎实验表明，产品粒径可达到1μm以下，对矿物质的粉碎则达到100nm以下，而且粒径分布窄。该技术可能将为物理方法制备纳米药物粒子提供高效方便的捷径。

2固体分散技术[3]

这是将药物以微粉、微晶或分子态均匀分散在无生理活性的载体中，药物在载体中的粒径小于100nm。该技术是通过物理分散而获得纳米药物粒子，若将药物包埋于不同性质的高分子聚合物中，可形成速释型或缓释型固体分散物。采用固体分散技术制备药物的固体分散体，常用熔融法、溶剂法、溶剂－熔融法、溶剂－喷雾（冷冻）干燥法、研磨法。不同药物采用何种固体分散技术，主要取决于药物性质和载体材料的结构性质、溶点和溶解性能等。固体分散技术在中药制剂青蒿素固体分散物、复方丹参滴丸、香连滴丸、苏冰滴丸等中已得到了应用。

3化学气象沉积法

在气体状态下发生化学变化形成所需要的化合物，并在保护气体环境下快速冷凝形成纳米粒子。

4超临界流体技术[4]

利用超临界快速膨胀法和气体反溶剂法可制备纳米粒。用超临界流体技术设备已得到了粒径为130nm的灰黄霉素纳米粒和125nm的四环素纳米粒。

5微乳化技术[5]

将油、水、乳化剂和助乳化剂按一定比例在一定温度下通过适当的方法混合而得。药物以粒径在10-100nm内的乳滴分散在另一种液体中形成的胶体分散系统。

6包合技术

包合技术也是一种纳米粒子的制备方法，它所采用的载体材料本身就是一种纳米尺度的分子材料，主要采用β-环糊精作为载体材料，经包合后可以增加难溶性药物的溶解度和溶出度，降低药物的刺激性，特别是中药易挥发性成分经包合后，可明显提高保留率，增加贮存过程中药物的稳定性。

7高压乳匀技术[6]

随着乳化技术的发展，尤其是高压乳匀机应用于制药业获得成功后，人们进一步研制物理化学稳定性好、粒径更小、毒性小、具有靶向缓释作用、适合于多途径给药的纳米新剂型。它是将药物溶解在高于5-10℃的内脂中，在搅拌下加入含有表面活性剂的水相中制成初乳，再将初乳通过高压乳匀机，制成纳米乳剂。

8超音射流技术[3]

通过在高压条件下流体的超音速微射流瞬时对撞，产生粒子间强烈的撞击作用，高度湍流作用和超声波空化作用，从而使物质瞬间达到纳米分散状态，在撞击过程中可同时完成辅料对纳米粒子的包覆而达到稳定分散的目的。

目前纳米中药的研究主要集中于利用纳米技术将少数成分比较明确的单体有效成分制成纳米制剂，或将原料药直接粉碎至纳米级，对大部分中药的纳米制剂研究还很少，主要是因为中药真正起药理作用的有效成分或有效部位研究本身就是一个难题；而且由于中药成分比较复杂，将其制备成纳米制剂需要克服的困难较多，因此，中药纳米制剂及技术是医药科研工作者的重要研究课题。

纳米技术在中药领域的应用前景取决于科学技术的发展，包括物理化学、生命科学、生物化学、材料学等学科的发展。尽管纳米技术应用于中药的研究和开发目前尚处于初始阶段，但它的新技术及新工艺，一旦用于中药的研究、开发和生产，不仅可为制药企业创造巨大的经济效益，造福于患者，而且更有利于中药的现代化、国际化，必将产生极其深远的影响。

参考文献

[1]郝存江,赵晓峰.纳米中药研究进展.天津中医药.2006,23(6):515-517.

[2]徐辉碧,杨祥良,谢长生等.纳米技术在中药研究中的应用[J].中国药科大学学报,2001,32(3):161-165.

[3]阳秀萍,陈登志,胡凤国.浅谈中药纳米制剂的研究方向[J].中国现代中药,2006,8(2):29-30.

[4]邱洪,王宝佳,李悦.纳米中药简介[J].中国药业.2005,14(4):78-79.

纳米技术的解释范文篇2

摘要：固体脂质纳米粒作为一种新型给药系统，可以提高难溶性药物生物利用度。就固体脂质纳米提高难溶性药物生物利用度的机理及应用作一介绍。

关键词：固体脂质纳米粒；难溶性药物；生物利用度

中图分类号：R284

文献标识码：A

文章编号：1673-7717(2007)08-1605-03

许多药物在体外具有良好的药理活性，但应用于人体时却因溶解性差、口服难以吸收等原因而导致生物利用度低，限制了其临床应用。近年来环糊精包合技术、固体分散技术、共研磨技术、固体脂质纳米粒技术等广泛应用于改善难溶性药物生物利用度，其中固体脂质纳米粒技术是近几年发展起来的提高难溶性药物生物利用度的有效方法。

固体脂质纳米粒(solidlipidnanoparticles，SLN)发展于20世纪90年代初，系指以固态的天然或合成类脂如卵磷脂、三酰甘油等为载体材料，将药物包裹或内嵌于类脂核中，制成粒径约为50～1000mm的固体胶粒给药系统。SLN采用生理相容性好，毒性低的类脂材料为载体，对人体的毒副作用小，室温及体温下呈固态粒子，固体基质可以控制药物从SLN中的释放。本文就其提高难溶性药物生物利用度中的应用作一介绍。

1固体脂质纳米粒的制备

1．1高压匀质法高压乳化法是制备SLN可靠而有力的技术。其原理是用高压(100～2000Pa)推动液体通过狭缝(1000Pa时只有几个微米宽)，流体在短距离内加速到非常高的速率(大于1000min・b-1)，非常高的剪切力和空穴力撕开颗粒至亚微米尺度。

按工艺的不同又可分为热一匀质法和冷一匀质法。热一匀质法是在高于脂质熔点温度以上制备SLN。载药熔融脂质和相同温度的水、乳化剂的初乳可以用高剪切混合设备制备，然后，在脂质熔点以上温度进行初乳的高压乳匀。通常较高的温度可制得较小的颗粒尺寸。

冷－匀质法是溶解或分散药物在脂质熔融体中，然后，将含药熔体快速冷却(例如用干冰或液氮)。高的冷却速度有利于药物在脂质基材中的均匀分布，再将固态的含药脂质研磨到微米级尺寸。

热－匀质法制得的SLN粒径小且分布窄但可能导致药物的降解；冷－匀质法适用于对温度敏感的药物，但该法制得的颗粒粒径大且分布广。

1．2溶剂乳化挥发法(或沉淀法)将脂质材料溶解于与水不相混溶的有机溶剂中(如环己胺、氯仿、二氯甲烷等)，并在水中进行乳化，然后挥发溶剂，通过脂质在水介质中的沉淀来形成固体纳米粒。溶剂挥发法适合实验室制备，但难以完全除尽有机溶剂。

1．3微乳法制备过程是脂质熔融、水、表面活性剂和助表面活性剂的混合物加热到与脂质相同温度，并在搅拌下加入脂质熔融体中。当脂质、水、助表面活性剂和表面活性剂以合适的比率混合时，仅在温和搅拌下就可以获得透明的、热力学稳定的微乳体系。最后将微乳液分散于冷水中制得SLN。微乳法制备简单，无需特殊设备，但若采用有机溶剂为助乳化剂会有结晶析出。

2团体脂质纳米粒提高难溶性药物生物利用度的机理

药物的吸收度常受药物在吸收部位的溶解度所支配，如何提高难溶性(或不溶性)药物的溶解度和溶出速度对于药物的临床应用极为重要，不溶性或难溶性药物难以在胃肠道吸收，故口服生物利用度低。提高难溶性药物在胃肠道的溶解度，是提高其生物利用度的有效方法。

从药物学来说药物的溶出速率还与药物颗粒的比表面积成正比，而比表面积与粒径成反比。因此，药物的粒径越小则其比表面积越大，接触周围介质的面积愈大，越有助于药物有效成分的溶出。尤其针对难溶性药物，溶出过程往往为吸收过程的限速过程，则粒径与药物的吸收就存在一定的关系。

目前，固体脂质纳米粒提高难溶性药物生物利用度的机理主要有以下几种。

2．1脂质对药物的增溶作用对SLN来说，要提高生物利用度，药物的吸收与脂质密切相关，可以用“吸收促进效应”来说明。口服SIN后，脂质在消化道经酶降解形成、单－、双－甘油酯。随后，这些降解产物与胆盐相互作用形成混合胶束，既而促进药物的吸收。此外，胃肠道的蠕动以及表面活性物质的存在使SLN形成中间态乳浊液，当乳浊液液滴处于纳米级范围时，有利于中间态乳浊液液滴的进一步降解和随后对药物的增溶。

尼群地平溶解度低，首过效应明显，生物利用度低。Kumar等对比了由tripalmitin制备的尼群地平固体脂质纳米粒与尼群地平混悬液体内药动学特性。十二指肠给药后，Cmax分别为(0.82±0.07)、(0.32±0.01)μg・mL-1。Tmax分别为(1.567±0.058)h、2h。AUC0∞分别为(6.24±0.11)、(1.69±0.13)μg・mL-1・h-1。尼群地平固体脂质纳米粒较尼群地平混悬液显著提高了尼群地平的生物利用度。

Manjunath等考察了脂质的化学组成对药物体内吸收的影响，分别制备带不同脂肪酸链长度的脂质｛trimyris-tin(C14)、tripalmitin(C16)、tristearin(C18)｝制备的氯氮平固体脂质纳米粒与氯氮平混悬液的体内药动学情况。大鼠十二指肠给药后，Cmax分别为(1.43±0.12)、(1.65±0.14)、(1.89±0.06)、(0.45±0.02)μg・mL-1。Tmax分别为45、45、45、60min。AUC0∞分别为(8.16±1.29)、(9.84±1.77)、(11.73±0.86)、(2.6±0.32)μg・mL-1・h-1。说明由不同脂肪酸链长度的脂质制备的氯氮平固体脂质纳米粒均改善了氯氮平的生物利用度。脂质基质的甘油酯脂肪酸链越长降解速度越慢，生物利用度越高。另一方面合甘油酯脂肪酸的基质促进SLN吸收和转运到淋巴系统中，脂肪酸链越长，进入淋巴系统的SLN越多，生物利用度越高。

Olbrich等研究了表面活性剂对脂质基质降解速度的影响，一些表面活性剂(如：腰酸钠盐)加速脂质基质降解的速度，将这类表面活性剂称为促降解剂；一些表面活性剂(如：Poleemmer407)延缓脂质基质降解的速度，将这类表面活性剂称为阻降解剂。

LUO等在研究大鼠口服长春乙酯固体脂质纳米粒及长春乙醇溶液体外药物释放及体内药动学情况的同时，还对比了长春乙酯固体脂质纳米粒分别含1％、1.5％、2％表面活性剂TWeen80的体内药动学特性。Cmax分别为(2.10±0.48)、(2.70±0.53)、(3.00±0.45)μg・μmL-1・h-1。Tmax分别为(1.03±0.19)、(0.97±0.17)、(0.92±0.21)h。AUC0∞。分别为(6.98±1.08)、(8.67±1.52)、(9.56±1.33)μg・mL-1.h-1。随着表面活性剂TWeen80的量的增加，甘油酯脂肪酸链降解速度越慢，生物利用度越高。TWeen80结构中含有聚氧乙烯链，其空间阻碍作用延缓了脂质基质的降解，使生物利用度增加。

2．2降低粒径增大比表面积与其他剂型一样，如微乳或亚微乳，粒径的降低是改善难溶性药物口服行为的关键因素。在SLN中，粒径范围低于100m，降低粒径可增大比表面积和药物饱和溶解度，从而加快载药SLN体内释放速度。增大饱和溶解度可增加SLN在胃肠道的浓度。当药物在胃肠道中以被动转运的形式吸收时，胃肠道局部药物浓度的增加，可增加药物在胃肠道的吸收。

何军等对比了水飞蓟素固体脂质纳米粒的粒径对水飞蓟素体内吸收的影响。分别制备粒径为150、500、1000nm水飞蓟素固体脂质纳米粒，大鼠灌胃后，Cmax分别为(1.83±0.43)、(0.94±0.06)、(0.76±0.06)μg・mL-1・h-1。Tmax分别为(0.55±0.24)、(0.52±0.08)、(0.61±0.08)h。AUC0∞分别为(7.11±1.97)、(3.41±1.94)、(2.80±0.44)μg・mL-1・h-1。说明降低固体脂质纳米粒粒径可以提高水飞蓟素的体内吸收。

2．3增强在胃肠道的附着性纳米颗粒具有附着性。因此，口服纳米粒子物质(如SLN)的吸收增强效应，还归因于微粒在胃肠道壁的吸附。药物在胃肠道释放后立即被吸收，造成胃肠道壁与血液药物浓度相差悬殊。从而使更多的药物进入血液中，增加了药物的生物利用度；纳米粒子在胃肠道壁的吸附性也增加了载药纳米粒在胃肠的驻留时间，促进药物在胃肠道的吸收，从而提高生物利用度。此外，SLN与其他脂质相同，也是通过脂肪酶降解。粒子比表面积大使降解速度加快。当药物分子扩散在固体脂质基质中时，脂质降解为适当结构具有表面活性的单-、双-甘油酯，药物在甘油蘸胶束中被增溶。甘油脂胶束促进药物与脂质吸收。

LUO等研究了大鼠口服长春乙酯固体脂质纳米粒及长春乙酯溶液体内药动学情况。长春乙酯水溶性差，其口服生物利用度差，临床应用受到了限制。将乙酯固体脂质纳米粒及长春乙酯溶液口服给药后，Cmax分别为(2.40±0.62)、(0.75±0.13)μg・mL-1・h-1。Tmax分别为(1.33±0.23)、(1.01±0.20)h。AUC0∞分别为(3.65±0.58)、(2.59±0.32)μg・mL-1・h-1。长春乙酯固体脂质纳米粒的AUC0∞是长春乙酯溶液的AUC0∞的4.16倍。长春乙酯固体脂质纳米粒较长春乙酯溶液增加了长春乙酯的生物利用度。原因是长春乙酯固体脂质纳米粒较粒径小，在胃肠道壁的生物附着性强，甚至进入小肠绒毛之间的空隙从而增加了长春乙酯固体脂质纳米粒较在胃肠道的驻留时间，使药物被充分吸收，提高了生物利用度。

3SLN存在的问题

3．1载药量低SLN的载药置一般只有1％～5％，载药量主要与下列因素有关：①药物在熔融脂质中的溶解度，这是提高载药量的前提条件；②熔融药物和熔融脂质的混溶性；③固体脂质基质的物理和化学结构；(4)脂质的多晶型和晶型转变。采用单一的固体脂质作为载体材料时，药物在其中的溶解能力有限，而且晶格的有序性相对较高，易将药物排出，载药量降低。使用混合脂质作为载体材料时，使药物的溶解度增加，且降低结晶度，打破晶格的有序性，可容纳更多的药物分子，提高载药量，但易形成过冷态，影响缓释效果。而将液态脂质与固态脂质混合使用时，液态脂质对药物具有较强的溶解能力，且可插入晶格中取代固态脂质分子，破坏晶格排列，降低结晶度，提高载药量。

3．2凝胶化现象SLN在储存过程中由低黏度的SLN分散体转变成黏度较大的凝胶的过程称为凝胶化现象，这一过程中SLN丧失了原有的特性。通常凝胶化过程与SLN的结晶过程有关。应特别关注脂质结晶程度和脂质的晶型转化状况。热动学稳定性顺序为：α晶型＜β晶型＜β晶型。在贮存过程中不稳定晶型向稳定晶型转化，晶型结构趋向于单一导致体系黏度逐渐增大，产生凝胶。Zeta电位也可以预测凝胶化现象的发生，一般SLN稳定体系的Zeta电位值为-25mV左右，当Zeta电位值为-15mV左右时体系开始发生凝胶化现象[。加入流动性好的混合乳化剂或将样品贮存在氮气中(抑制脂质水解)或低温避光保存可以延迟或阻止凝胶化现象的发生。

3．3突释现象在载药SLN释放药物时，吸附于粒子表面的药物将发生突释。对于使用高压匀质法制备SLN，SLN释放特性取决于制备SLN时的工艺参数(表面活性剂的浓度和制备温度)和脂质基质的性质。通过控制制备载药SLN过程中制备温度与表面活性剂的浓度，调节药物在粒子表面和内核中的分配比例，可以控制载药SLN释放药物过程中发生药物突释的程度。

纳米技术的解释范文

一、21世纪物理学的几个活跃领域

蒸蒸日上的凝聚态物理学

自从80年代中期发现了所谓高临界温度超导体以来，世界上对这种应用潜力很大的新材料的研究热情和乐观情绪此起彼伏，时断时续。这种新材料能在液氮温区下传导电流而没有阻抗。高临界温度超导材料的研究仍是今后凝聚态物理学中活跃的领域之一。目前，许多国家的科学工作者仍在争分夺秒，继续进行竞争，向更高温区，甚至室温温区超导材料的研究和应用努力。可以预计，这个势头今后也不会减弱，此外，高临界温度的超导材料的机械性能、韧性强度和加工成材工艺也需进一步提高和解决。科学家们预测，21世纪初，这些技术问题可以得到解决并将有广泛的应用前景，有可能会引起一场新的工业革命。超导电机、超导磁悬浮列车、超导船、超导计算机等将会面向市场，届时，世界超导材料市场可望达到2000亿美元。

由不同材料的薄膜交替组成的超晶格材料可望成为新一代的微电子、光电子材料。超晶格材料诞生于20世纪70年代末，在短短不到30年的时间内，已逐步揭示出其微观机制和物理图像。目前已利用半导体超晶格材料研制成许多新器件，它可以在原子尺度上对半导体的组分掺杂进行人工“设计”，从而可以研究一般半导体中根本不存在的物理现象，并将固态电子器件的应用推向一个新阶段。但目前对于其他类型的超晶格材料的制备尚需做进一步的努力。一些科学家预测，下一代的电子器件可能会被微结构器件替代，从而可能会带来一场电子工业的革命。微结构物理的研究还有许多新的物理现象有待于揭示。21世纪可能会硕果累累，它的前景不可低估。

近年来，两种与磁阻有关的引起人们强烈兴趣的现象就是所谓的巨磁阻和超巨磁阻现象。一般磁阻是物质的电阻率在磁场中会发生轻微的变化，而巨磁和超巨磁可以是几倍或数千倍的变化。超巨磁现象中令人吃惊的是，在很强的磁场中某些绝缘体会突变为导体，这种原因尚不清楚，就像高临界温度超导材料超导性的原因难以捉摸一样。目前，巨磁和超巨磁实现应用的主要障碍是强磁场和低温的要求，预计下世纪初在这方面会有很大的进展，并会有诱人的应用前景。

可以预计，新材料的发展是21世纪凝聚态物理学研究重要的发展方向之一。新材料的发展趋势是：复合化、功能特殊化、性能极限化和结构微观化。如，成分密度和功能不均匀的梯度材料；可随空间时间条件而变化的智能材料；变形速度快的压电材料以及精细陶瓷材料等都将成为下世纪重要的新材料。材料专家预计，21世纪新材料品种可能突破100万种。

等离子体物理与核聚变

海水中含有大量的氢和它的同位素氘和氚。氘既重氢，氧化氘就是重水，每一吨海水中含有140克重水。如果我们将地球海水中所有的氘核能都释放出来，那么它所产生的能量足以提供人类使用数百亿年。但氘和氚的原子核在高温下才能聚合起来释放能量，这个过程称为热核反应，也叫核聚变。

核聚变反应的温度大约需要几亿度，在这样高的温度上，氘氚混合燃料形成高温等离子体态，所以等离子体物理是核聚变反应的理论基矗1986年美国普林斯顿的核聚变研究取得了令人鼓舞的成绩，他们在tftr实验装置上进行的超起动放电达到20千电子伏，远远超过了“点火”要求。1991年11月在英国卡拉姆的jet实验装置上首次成功地进行了氘氚等离子体聚变试验。在圆形圈内，2亿度的温度下，氘氚气体相遇爆炸成功，产生了200千瓦的能量，虽然只维持了1.3秒，但这为人类探索新能源——核聚变能的实现迈进了一大步。这是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚变反应距实际应用还有相当大的距离，技术上尚有许多难题需要解决，如怎样将等离子加热到如此高的温度？高温等离子体不能与盛装它的容器壁相接触，否则等离子体要降温，容器也会被烧环，这就是如何约束问题。21世纪初有可能在该领域的研究工作中有所突破。

纳米技术向我们走来

所谓纳米技术就是在10[-9]米（即十亿分之一米）水平上，研究应用原子和分子现象及其结构信息的技术。纳米技术的发展使人们有可能在原子分子量级上对物质进行加工，制造出各种东西，使人类开始进入一个可以在纳米尺度范围，人为设计、加工和制造新材料、新器件的时代。粗略的分，纳米技术可分为纳米物理、纳米化学、纳米生物、纳米电子、纳米材料、纳米机械和加工等几方面。

纳米材料具有常规材料所不具备的反常特性，如它的硬度、强度，韧性和导电性等都非常高，被誉为“21世纪最有前途的材料”。美国一研究机构认为：任何经营材料的企业，如果现在还不采取措施研究纳米材料的开发，今后势必会处于竞争的劣势。

纳米电子是纳米技术与电子学的交叉形成的一门新技术。它是以研究纳米级芯片、器件、超高密度信息存储为主要内容的一门新技术。例如，目前超高密度信息存储的最高存储密度为10[12]毕特／平方厘米，其信息储存量为常规光盘的10[6]倍。

纳米机械和加工，也称为分子机器，它可以不用部件制造几乎无任何缝隙的物体，它每秒能完成几十亿次操作，可以做人类想做的任何事情，可以制造出人类想得到的任何产品。目前采用分子机器加工已研制出世界上最小的（米粒大小）蒸汽机、微型汽车、微型发电机、微型马达、微型机器人和微型手术刀。微型机器人可进入血管清理血管壁上的沉积脂肪，杀死癌细胞，修复损坏的组织和基因。微型手术刀只有一根头发丝的百分之一大小，可以不用

开胸破腹就能完成手术。21世纪的生物分子机器将会出现可放在人脑中的纳米计算机，实现人机对话，并且有自身复制的能力。人类还有可能制造出新的智能生命和实现物种再构。

“无限大”和“无限斜系统物理学

“无限大”和“无限斜系统物理学是当今物理学发展的一个非常活跃的领域。天体物理和宇宙物理学就属于“无限大”系统物理学的范畴，它从早期对太阳系的研究，逐步发展到银河系，直到对整个宇宙的研究。热大爆炸宇宙模型作为本世纪后半叶自然科学中四大成就之一是当之无愧的。利用该模型已经成功地解释宇宙观测的最新结果。如宇宙膨胀，宇宙年龄下限，宇宙物质的层次结构，宇宙在大尺度范围是各向同性等重要结果。可以说具有暴胀机制的热大爆炸宇宙模型已为现代宇宙学奠定了一定的基矗但是到目前为止，关于宇宙的起源问题仍没有得到解决，暴胀宇宙论也并非十全十美，事实上想一次就能得到一个十分完善的宇宙理论是很困难的，这还有待于进一步的努力和探索。

“无限大”系统物理学还有两个比较重要的问题是“类星体”和“暗物质”。“类星体”是1961年发现的，一个类星体发出的光相当于几千个星云，而每个星云相当于1万亿个太阳所发出的光，所以对类星体的研究具有十分重大的意义。60年代末，科学家们发现一个编号为3c271的类星体，一天之内它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量增加如此迅速？有待于21世纪去解决。“暗物质”是一种具有引力，看不见，什么光也不发射的物质。宇宙中百分之九十以上的物质是所谓的“暗物质”，这种“暗物质”到底是什么？我们至今仍不清楚，也有待于下世纪去解决。

原子核物理和粒子物理学则属于“无限斜系统物理学的范畴，它从早期对原子和原子核的研究，逐步发展到对粒子的研究。粒子主要包括强子（中子、质子、超子、л介子、k介子等）、轻子（电子、μ子、τ轻子等）和媒介子（光子、胶子等）。强子是对参与强相互作用粒子的总称，其数量几乎占粒子种类的绝大部分；轻子是参与弱相互作用和电磁相互作用的，它们不参与强相互作用；而媒介子是传递相互作用的。目前，人们已经知道参与强相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”组成的，但是至今不能把单个“夸克”分离出来，也没有观察到它们可以自由地存在。为什么“夸克”独立不出来呢？还有一个不能解释的问题是“非对称性”，目前我们已有的定理都是对称的，可是世界是非对称的，这是一个有待于解决的矛盾。寻找独立的夸克和电弱统一理论预言的、导致对称性自发破缺的h粒子、解释“对称”与“非对性”的矛盾，是21世纪粒子物理学研究的前沿课题之一。

从表面上看“无限大”系统物理学与“无限斜系统物理学似无必然的联系。其实不然，宇宙和天体物理学家利用广义相对论来描述引力和宇宙的“无限大”结构，即可观察的宇宙范围；而粒子物理学家则利用量子力学来处理一些“无限斜微观区域的现象。其实宇宙系统与原子系统在某些方面有着惊人的相似性。预计21世纪“无限大”系统物理学将会与“无限斜系统物理学结合得更加紧密，即宏观宇宙物理学和微观粒子物理学整体联系起来。热大爆炸宇宙模型就是这种结合的典范，实际上该模型是在粒子物理学中弱电统一理论的基础上建立起来的。可以预计，这种结合对科技发展和应用都会产生巨大的影响。

二、跨世纪科学技术的发展趋势

科学技术能否取得重大突破的关键取决于基础科学的发展。所以，首先必须重视基础科学的研究，不能忽视更不能简单地以当时基础科学成果是否有用来衡量其价值。相对论和量子力学建立时好像与其他学科和日常生活无关，直到20世纪中期相对论和量子力学在许多科学领域中引起深刻的变革才引起人们的足够重视。可以说，20世纪几乎所有的重大科技突破，像原子能、半导体、激光、计算机等，都是因为有了相对论和量子力学才得以实现。可以说，没有基础科学就没有科学技术、社会和人类的发展。

20世纪重大科技成果的成功经验证明，不同学科间的互相交叉、配合和渗透是产生新的发明与发现，解释新现象，取得科学突破的关键条件之一。例如，核物理与军事技术的交叉产生了原子弹；半导体物理与计算技术的交叉产生了计算机。可以预计，21世纪待人类掌握核聚变能的那一天，一定是核物理、等离子体物理、凝聚态物理和激光技术等学科的交叉和配合的结果。这也是21世纪科学技术的发展趋势之一。