“任何物质，一旦被微缩到100纳米以下，都会展现出新的特性，无论它本身是什么，”西北大学化学教授（同时也是材料科学、工程、医学、生物医学工程、化学工程和生物工程的教授）Chad Mirkin说道。这就是使纳米颗粒成为未来材料的原因。与它们的宏观粒子相比，它们具有奇特的化学和物理性质。纳米颗粒的关键在于它们的尺度。
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纳米级材料的用途广泛，从防晒霜到化学催化剂再到抗菌剂，涵盖了从日常用品到救命药物的方方面面。“我曾经在一次圣诞派对上不小心打翻了红酒，当时我吓坏了。白色的地毯上沾了红酒。结果它很容易就被擦掉了，”Mirkin回忆道。“这是因为用于涂覆地毯的纳米颗粒阻止了物质渗入地毯，从而避免了染色。”
在更高端的领域，研究人员正在开发用于筛查癌症、感染甚至基因的纳米级检测系统。掺杂了DNA的金纳米颗粒可以用来检测人血流中的细菌，从而确定患者是否感染以及感染的类型。或者，它们可以用来检测人体免疫系统中反映癌症存在的变化。纳米探针可以测量细胞的遗传成分，并在检测到医生选择的特定细胞（可能是癌细胞、干细胞，甚至是新药中小分子反应的指示）时发出光芒——或者“闪烁”。
那么，为什么纳米级物质会以这种方式表现呢？其尺度允许原子及其组成部分之间产生独特的相互作用，这可以通过几种方式实现。对于非生物纳米颗粒，可以想象一个保龄球，以及它所有的原子所处的位置。绝大多数原子都在球的内部，少数原子位于表面，与空气或木制球道相互作用。球体内的原子与同类原子相互作用，而表面的原子则与截然不同的原子相互作用，Mirkin解释道。现在将这个球缩小到分子尺度。
“你越小，表面原子与体积原子的比例就越高，”他说。“在较大的尺度上，表面原子相对微不足道。但在纳米尺度上，你可能有一个几乎全是表面的颗粒。这些原子对材料的整体性能开始产生非常显著的影响。”
这些相互作用同样体现在电子学中，使石墨烯和量子点等材料在微型计算机和通信设备中发挥作用。纳米级材料为电子的移动提供了更小的空间。也许对当前研究而言最重要的是，在纳米尺度上，你正处于生物学的尺度。
鉴于所有这些用途和未来的前景，Mirkin表示，尽管大多数人不知道这意味着什么，但他们普遍接受了纳米技术在日常生活中的应用。即使是像防晒霜这样存在争议的用途，也得到了广泛应用，而且通常是在人们不知情的情况下。
“很多纳米技术将被嵌入我们购买的常规产品中，我们甚至不会注意到，”Mirkin说。“在制造微小物品方面，没有本质上的好与坏。最终的问题在于，它们做了什么，以及它们被用于什么？考虑到应用，我们是否考虑了适当的安全分析和影响？到目前为止，我认为我们做得相当不错。”
