纳米技术可以在微纳尺度^[1]上进行创新，以制造出具有高度柔韧性、导电性、耐用性的新材料，所使用的纳米仪器和制备的纳米颗粒使科学、工业和日常生活的各领域都发生了显著改变。在日益发展的城市环境中，纳米技术将彻底改变人们的工作、生活、娱乐和思考方式。2019年1月25日，世界纳米基金会主席Paul Stannard在达沃斯论坛上发表演说，阐述纳米技术与人工智能、大数据、机器学习之间的融合方式，及其对各个方面的影响^[2]。

　　一、纳米技术将使城市更为智能，且不会破坏原有基础设施

　　目前，很多城市都在积极使用一些可以提升现有技术和改善智能网络或基础设施的新技术。未来真正的智慧城市则能实现这些技术，并彻底转型。在许多领域，纳米技术已经影响到城市生活的各个方面，并且这种影响在未来将会深入。城市正在朝向“智慧城市”发展，自动化、物联网、大数据和机器学习算法已经融入到生活的诸多方面。进入第四次工业革命（工业4.0）时，集成的数据和机器学习工具将决定智能网络的最终用武之地，其应用范围可能包括各领域网络的维护、建筑物内部环境的自动监控（从温度和湿度到个性化医疗保健及我们生活的环境），以及基于安全目的的更有效的识别软件等。

　　传感器对智慧城市的影响最明显。智慧城市需要大量的传感器来提供初始的本地化数据，然后通过互联网长距离传输。纳米技术则允许这些微型传感器跨越多个平台管理大量数据。专为5G开发的毫米波技术可利用传感器实现数据的无线不限量传输，且无需铺设光缆也无需破坏城市设施，就可以实现“虚拟光纤网络”的快速简易安装。相比于非纳米传感器，纳米传感器将具有更高灵敏度和准确度的数据，可以提供给复杂的软件程序。纳米技术将使城市变得更加智能，且不会破坏原来的主要基础设施。

　　纳米技术的另一个应用领域是纳米物联网（IONT）。IONT与物联网的概念类似（是物联网数据网络的一部分），是用于远程监控、环境监控、健康领域中个性化医疗和医疗设备监控的动态工具，将为疾病的早期干预提供极大的帮助。借助于可实时跟踪健康状况的纳米移动设备，医疗保健领域的这场变革可实现更准确的自我即时疾病诊断。

　　二、纳米医学使重大疾病治疗、流行病监测和控制、防止抗生素摄入过量等问题的解决成为可能

　　医疗保健正在经历由纳米医学引发的革命，将为城市环境创造新的可持续医疗保健系统。纳米技术为医疗保健专业人员提供了新的非侵入性纳米药物，使得一些最致残疾病的治疗取得了重大进展。多发性硬化症、阿尔茨海默病和帕金森病等疾病可能只需每年进行两次简单的注射治疗就可见效。这些新的纳米药物可以使医疗保健大众化，并使其价格平民化。纳米医学还可以通过药物输送方法、移动诊断、新疗法、纳米疫苗、纳米支架、抗微生物治疗、植入物和假体等新临床应用来改变医疗保健。传感器网络、纳米材料光学器件和IONT等领域的技术进步也可以使医生甚至患者通过远程医疗和远程手术等方式更好地把控诊疗过程和监测患者的健康状况。

　　流行病和瘟疫可以使用纳米传感器、新的即时诊断方法和纳米药物来监测和控制。已经开始研究使用纳米技术的相关治疗和诊断工具，以防止埃博拉和寨卡等病毒变成全球性流行疾病，纳米技术将使我们能够更好地面对这些大规模的健康威胁。

　　有关报告预测，到2050年前人类和动物过度使用抗生素将成为比癌症更广泛的健康问题，而纳米技术可以从食物和水中取出诸如抗生素或塑料等微小颗粒。纳米医学正在研究采用高度针对性的非侵入性治疗方案攻克各种癌症的方法。

　　三、纳米技术使城市建筑及道路的性能更为优越和智能

　　建筑业是城市扩张的重要组成部分。含有纳米成分的建筑复合材料将产生积极的影响。而且混凝土和水泥等建筑物粘合材料中也可使用不同类型的纳米材料以提高其性能。因为许多纳米材料都具有很高的抗拉强度，可以在施工期间和施工后作为传感器用作压力表和应变计，以确保建筑物结构合理，由此解决极端温度下建筑物的承重及老化等问题，使城市发展更具可持续性。此外，纳米技术能使建筑物抵御恶劣的环境和气候污染（包括吸收空气中的二氧化碳），且能使建筑物更容易建造，更好地抵抗未来可能会出现的地震甚至海啸等危险。

　　可内置于道路中的纳米传感器和石墨烯电池已经出现，可在管理交通流量和提供交通数据的同时为电动汽车充电，以实现时间和能源的最佳利用。目前参杂了石墨烯的纳米级道路虽然还未普及，但意大利罗马郊区已经开始了1公里长的道路试验，该试验表明通过在沥青中加入少量石墨烯，可以提高道路的耐磨性，使用寿命可延长6至12年，而且可以抵御气候变化。而且利用纳米技术，城市道路标志可以存储数据，将为未来的智慧城市及其公民创造更安全的交通环境。中国已开始在道路标志中使用纳米乳胶墨水，以跟踪全国各地的交通状况，这将极大地改善交通环境、安全和车流量等问题。

　　生态涂料也是纳米材料的重要应用领域。它通常具有两种功能：作为防腐涂料，或者作为吸收介质从空气中吸收污染物并催化它们变成更环保的气体（如氧气）。考虑到城市在发展，以及它们可能造成的污染，可以消除空气污染的生态涂料可能会产生更大的影响。

　　四、纳米技术是电动汽车发展的关键因素，可改善水资源状况

　　含有纳米材料的电池虽然还需评估其长期安全性，但其初始效率和充电放电循环次数等优异性能使之在许多应用中都非常有前景。在电动汽车领域存在充电速度慢和放电速度快等问题，使用纳米材料的电池、燃料电池和混合锂离子超级电容器等具有更好的循环使用寿命和充电放电循环速度，可储存更多的能量，被认为是电动汽车发展的关键因素。纳米材料也有可能被广泛用作日常电子产品中的储能介质。

　　纳米技术将改变非洲、中东和加利福尼亚等水资源匮乏、气候条件恶劣或卫生条件差的城市的水资源状况。全球仍有超过20亿人无法获得清洁水和卫生设施，纳米尺度的创新正在迅速可持续地改变这些。

　　五、利用纳米技术，城市最终会形成一个食品创新生态系统

　　纳米材料已被广泛用于食品包装，人们正在研究将纳米技术用于食品本身的方法。但在具有广泛商业用途之前，纳米食品需要满足许多安全标准。纳米级成分可改善食品的风味、质地和颜色，纳米技术也可将维生素、天然食品和营养素掺杂到饮料中但不影响味道或口感。

　　纳米技术可显著减少食物所需的盐和糖用量；防止食物链中的抗生素及食物中的塑料颗粒对身体产生危害；极大的减少二氧化碳排放，解决浪费问题及减少对牧场的影响；解决目前由动物养殖和捕鱼所产生的所有问题。利用纳米技术，城市地区最终将会形成一个食品创新生态系统，对绿色空间、自然和环境产生积极影响。

　　六、纳米技术可帮助人类实时利用各种数据，实现智能生活

　　在持续的数字媒体革命中，数据成为城市环境中许多下一代技术的关键。纳米技术能使家庭、衣服甚至身体实时利用健康、能源、食品、运输、基础设施、水资源、教育、安全、通信和财务等相关数据。此外，文化和传统也将像环境一样受到保护，纳米技术可用来保护一些世界遗产和古代文物。                               （张超星）