納米科技在體育科研中的應用

聶秀娟

（黃山學院體育學院，安徽 黃山 245041）

納米科技（Nano-ST）是20世紀80年代末崛起的新科技，其基本涵義是在納米尺寸（10-10～10-7m）范圍內認識和改造自然，通過直接操作和安排原子、分子創新新物質[1]，可見納米科技所研究的領域是人類過去從未涉及的非宏觀、非微觀的中間領域。在這個領域，由于三維尺寸都很細小，出現了許多奇異、嶄新的物理、化學性能，即“納米效應”，開辟了人類認識世界的新層次，也使人們能夠按照自己的意愿改造自然，以實現對微觀世界的有效控制，所以被世界各國列為21世紀關鍵技術之一[2]。體育科學研究也無疑受到了沖擊，并在納米科技的影響下產生深刻的變革。

1 納米科技在運動器材和裝備方面的應用

1.1 運動服裝

運動服是運動員最基本也是最重要的裝備，其好壞直接影響著運動水平的發揮，運用納米科技制成的運動服既有能抗菌除臭的性能，也有防水防油的特點[3]。在游泳、賽艇、皮劃艇等水上運動中，這種服裝顯示了極為有利的性能，運用納米材料制作運動衣成為今后發展的趨勢。

1.2 納米建材

1.2.1 納米跑道 由納米聚氨酯制成的納米跑道不僅經久耐用，而且強度高、彈性好，更便于運動員創造出好的成績[4]。

1.2.2 納米涂料 在傳統外墻涂料中加入納米粒子，可以使涂料防紫外線性能更強，同時還可增強抗水性和抗油性。把這種涂料涂到玻璃上，玻璃具有優良的自清功能和很強的抗粉塵，抗粘附物能力，使建筑物的外表窗明潔凈，還可減少光的透射和增加保溫效果。

1.2.3 納米凈化器 納米凈化器是利用特定波長的光照射在新型復合納米材料上，激發出一種對人無害的高能粒子，能將空氣中的細菌、病毒、甲醛、苯、二氧化硫等直接分解，從而達到滅菌和凈化空氣的功效[5]。

1.3 運動器材

不同的運動項目對器材的要求各不相同，而用納米材料制作的各種運動器材如運動鞋、撐桿、賽艇等因其重量輕、強度大等特點，受到各國運動員及體育器材經銷商的青睞。

2 納米科技在運動人體科學方面的應用

運動人體科學的研究目前已涉及多個交叉學科，深入到組織細胞、亞細胞和分子水平，而納米技術的應用將對運動人體科學的研究帶來全新的研究思路和理念。

2.1 納米生物材料

納米材料有較好的生物相容性，用于常規材料甚至是微米材料。在運動損傷和運動性疾病的治療中，運用納米技術的材料可作為永久性的非排斥性材料，如人造骨骼、人造肌肉、人造器官等。此外，用碳納米管制造的肌肉纖維，不僅適用于人類的移植和修復手術，還可作為將來納米機器人的運動構件。而納米機器也將隨著納米科技的發展成為可能。因為該機器的尺寸極小，因此在對人體進行檢查和治療中效率高、污染低。

2.2 納米生物芯片

在生物芯片制備方面，納米技術更展示出廣泛的應用前景。其能夠有效增強核酸、蛋白質與片基之間靜態與動態的粘附力，促進小型化高分辨率與多功能化；同時對其應用范圍也進一步拓寬。因為該技術可在納米尺度上認識生物大分子的精細結構和功能，所以該技術對科學合理的指導運動訓練、運動員的選材及在全民健身中開展運動與保健、運動與優生等均有廣泛的應用范圍。

3 納米科技在運動營養方面的應用

天然動植物是運動營養食品的主要原料，尤其是我國傳統醫藥的瑰寶為運動營養提供了廣闊的空間。而納米技術在很多方面有重要作用，如控制釋放系統、提高作用靶向性等方面。這些研究對納米技術在運動營養方面的應用有著重要意義。

4 骨骼肌分子發動機的構想

納米技術在競技體育中的應用還有一個特別吸引人的內容，那就是“骨骼肌分子發動機”。分子發動機是利用化學能/化學勢進行機械作功的大分子，包括線性分子發動機與旋轉式分子發動機兩大類，它們參與胞質運輸、DNA復制、基因轉錄、ATP合成/水解等一系列重要生命活動過程。例如，線性分子發動機，是一類將化學能轉化為機械能，并沿著一個線性軌道運動的生物分子，主要包括肌球蛋白、驅動蛋白、DNA解旋酶和RNA聚合酶等。以與運動關系極為密切的肌球蛋白（myosin）為例，它們參與了包括肌肉收縮、趨化性、胞質分裂、胞飲作用、靶向小泡運輸及信號傳導等細胞活動。肌肉肌球蛋白是一個高度不對稱的蛋白質，包括2個稱為S1（subfragment-1）的球狀頭部和1個α螺旋卷曲的尾部（α-helicalcoiled-coiltail），S1作為動力作用的核心，具有一個含ATP結合位點及肌動蛋白結合位點的“催化區”，催化區通過兩條α螺旋結構組成“頸部”與尾部連接，S1中的ATP結合位點與肌動蛋白結合位點間存在一個“裂縫”（Cleft），這個裂縫不但溝通了2個活動位點，而且可能在機械作功中的構型改變起關鍵作用。肌球蛋白在肌肉放松時，肌球蛋白的S1與肌動蛋白分離，在肌肉收縮時，S1則與肌動蛋白結合。這一結合同時誘導了S1“催化區”活性，當ATP水解后產生的Pi從S1內的活性位點釋放時，肌球蛋白與肌動蛋白的親和力增加，同時產生的應力傳遞至頸部，頸部向著肌動蛋白的有鉤末端傾斜從而帶動尾部的滑動。這時，ADP同時釋放出來，而ATP的重新結合則導致肌球蛋白與肌動蛋白的分離。在這里，頸部被認為是充當了一個杠桿，將S1活性位點上的亞納米級的結構變化放大為頸部與尾部結合處的幾個納米級的運動。目前美國波士頓大學的化學家T Ross Kelly制備出了78個原子構成的世界上最小的分子馬達。如果進一步按照人類自己的意愿操縱單個原子和分子，以實現對“骨骼肌分子發動機”的研制應用，一定會在競技體育中產生劃時代的變化。

5 結 語

納米科技在體育科研中的應用前景無可估量，但是也有人擔心納米技術的濫用可能會影響運動員的健康，甚至會引起一些體育道德和倫理道德的問題，這些也應引起科學家們的共同關注。

[1]張立德. 納米材料[M]. 北京：化學工業出版社，2001.

[2]靳曉明. 美國納米生物學發展現狀及展望[J].中國現代醫學雜志，2004，14（7）：79-87.

[3]莫百春. 納米材料在功能紡織品上的應用[J].中國纖檢，2003（3）：6.

[4]金敬鑫. 納米技術“扮靚”北京奧運[J].體育博覽，2004（5）：41.

[5]譚蕾，劉小湘. 現代奧林匹克運動的科技化趨勢[J].遼寧體育科技，2005，27（3）：13-14.