2月，美国国家纳米技术计划（NNI）公布了总额为19.9亿美元的2023财年预算^[1]，这是自2001年NNI计划提出以来最大的一笔拨款。2001~2023年，NNI计划获得资助的总额超过了407亿美元。本文主要介绍2023年度的预算概况以及项目组成领域（PCA）中各机构的优先重点方向。

1、2023财年预算概况

2023财年预算支持11个机构的纳米科学、工程和技术研发，其中获得资助最多的5个机构（占NNI总资助额度的96%）是：卫生与公众服务部（HHS）/美国国立卫生研究院（NIH），主要资助生命与物理交叉领域基于纳米技术的生物医学研究；国家科学基金会（NSF），资助所有科学和工程学科领域的基础研究和教育；能源部（DOE）资助可以提供新的能源技术的基础和应用研究；国防部（DOD）资助可以提升国防和军民两用能力的科学和工程研究；商务部（DOC）/国家标准技术研究院（NIST），致力于资助纳米技术在测量、工具制造、分析方法、计量学和标准等方面的基础研究和开发。

NNI的5个项目组成领域中，基础研究（PCA 1）依然占最大的比重，为45%，应用/器件/系统（PCA 2）占35%，基础设施/仪器（PCA3）占15%，负责任的发展（PCA 4）占3%，教育和劳动力发展（PCA 5）占1%。

2、优先重点方向

（1）基础研究。NIH和NSF是基础研究领域的最大贡献者和承担者，其次是DOE和DOD。NSF、DOD和DOE分别将其获得资助总额的60%、57%和48%投资于基础研究。NNI希望借助基础研究获得一些新发现，以推动未来创新。

NSF：资助方向主要包括生物技术、可持续纳米制造、纳米电子学（包括半导体和未来计算范式）、纳米传感器和水可持续性等方面的基础研究。重点关注：可以增进对构成细胞核和控制细胞功能的纳米机器的理解的研究，以进一步了解生命规则；提升NSF在与合成生物学和合成细胞相关的纳米生物技术能力；开发与数字化、生物技术、人工智能和认知科学融合的新纳米制造方法；发现和使用新颖的纳米制造工艺和创新概念生产新的材料、设备、系统和架构；使用纳米技术和纳米材料构建更灵敏、更具特异性和适应性的传感器，以及开发可以检测工程纳米材料整个生命周期性能指标的新型传感器，以评估其潜在影响；利用工程纳米材料和系统的独特特性增加水的可用性，提高供水效率，并实现下一代水监测系统。

NIH：基础研究主要致力于推动基于纳米技术的新医学诊断、治疗和疫苗的研发。国家癌症研究所（NCI）致力于理解纳米粒子设计规则及其在体内相互作用的机制，以利用纳米技术解决与癌症相关的诊疗问题。国家过敏和传染病研究所（NIAID）支持使用纳米技术预防和治疗广泛的免疫和传染病的基础研究，主要包括多项人类免疫缺陷病毒（HIV）疫苗基础研究和相关的纳米技术。国家牙科和颅面研究所（NIDCR）支持利用纳米技术作为工具来产生新的结构，诱导生物组织的再生和修复，利用可提前定义的动力学过程将生物分子输送到特定的生物组织，控制其进一步的感染等。

DOD：海军研究实验室（NRL）致力于结合纳米制造、生长以及定向的化学和生物组装技术开发新型纳米材料，研究纳米结构的基本特性及其与环境的相互作用，开发包括纠缠量子点、纳米光子系统、生物/无机人工酶等在内的纳米材料功能系统。海军研究办公室（ONR）支持生物纳米技术研究，重点支持开发具有明确特性的分级生物材料制造技术，DNA纳米技术及其在功能器件平台上的应用，通过微生物实现材料的合成和图案化，设计和制造生物启发的仿生材料和设备等。ONR还利用纳米电子学计划促进并鼓励纳米科学领域的高风险创新研究，使新电子设备能够通过合理的途径实现经典信息处理，其尺寸/重量/功率或计算速度/算法优于最先进的技术，或在固态电路中实现稳健的量子信息处理。2023年，ONR将推出“量子霸权计划：随机二进制网络上的高效现实世界优化”计划，重点关注使用硬件加速的真实随机比特生成的概率计算。陆军工程师研究与发展中心（ERDC）将调整量子材料的基础研究，通过使用离子液体来实现门控量子自旋液体。国防高级研究计划局（DARPA）致力于支持对纳米界面形态和局部能量梯度在感知和恢复形态和功能方面的作用研究，以调节自组装材料的形态，增强固态电池和腐蚀防护技术的持久性。

（2）应用/器件/系统。主要涉及纳米技术的相关设备和系统的研发，包括能解决传染病和其他健康需求的生物医学创新、基础材料、纳米级电子和光子设备、纳米制造、传感器，以及用于农业和太空探索的设备和系统等。其中NIH获得的资助最多，超过了59%。

NIH：致力于开发新的诊疗方法，主要包括诊疗的高灵敏度和多重检测能力，基于纳米技术的化学疗法及基因疗法和免疫疗法。国家过敏和传染病研究所致力于理解和关联亚单位疫苗上保守的冠状病毒表位的处理，以及设计的纳米颗粒与免疫原的关系；基于纳米技术的病毒和疾病的诊断、治疗和预防方法（疫苗）。国家牙科和颅面研究所致力于开发口腔生物装置技术，用于评估、监测和管理口腔健康；开发用于修复和更换牙科、口腔和颅面组织的高性能牙科材料；以及开发基于纳米技术的生物传感和基于牙科纳米材料的复合材料的临床相关标准。国家生物医学成像和生物工程研究所（NIBIB）致力于开发用于药物输送、成像、诊断和新型治疗的纳米颗粒，主要包括使用金属纳米粒子优化X射线荧光计算机断层扫描的灵敏度和图像分辨率；利用3D打印技术制备细胞水凝胶基质；开发超薄、轻型和可拉伸的生物相容纳米发电机，为植入式生物医学设备提供动力。

DOD：海军研究实验室致力于开发用于超低功耗、超高速神经形态计算的光子耦合量子点激光器，连接和控制生物系统的新方法，开发具有特定尺寸的生物催化剂和化学催化剂的多尺度结构。2023年将通过“电力电子项目”研究纳米粘土绝缘材料及其制造工艺、用于高频变压器的超顺磁纳米复合材料、新型铁氧体软纳米复合磁性材料和新型增材制造方法。陆军工程师研究与发展中心（ERDC）支持开发用于合理设计高熵合金纳米材料的计算框架，以及通过热退火方式控制纳米材料微观结构的相关研究；向建筑材料中添加纳米材料并对纳米材料进行改性，以提高建筑材料的机械性能和耐久性；将2D打印纳米传感器集成到3D打印部件（包括无人机）中的新方法，以低成本检测环境条件（温度、湿度）和远程位置的气体检测，并研究石墨烯在水处理、多功能材料和传感器以及耐用涂层系统中的应用。

DOE：节能与可再生能源办公室（EERE）致力于支持节能超精密微电子设备和系统的研发；利用纳米碳和纳米加工技术增强材料的导电性；苛刻的使用条件下材料的研发、演示和部署。化石能源和碳管理办公室（FECM）致力于开发高价值、煤衍生的固体碳产品/材料；纳米技术传感器和控制器，以开发自动化感知技术、数据集成工具和区块链技术。

美国国家航空航天局（NASA）：致力于利用原子模拟和机器学习方法来设计、制造、测试用于高压输电的纳米材料及轻质的纳米复合电绝缘体，以实现月球上的高压电力传输；深空生物制造，并在恶劣的行星环境中整合资源进行回收；为电气化飞机设计和测试未来兆瓦级、高功率密度电机的各种系统级纳米技术组件。

美国农业部（USDA）国家粮食与农业研究院：支持利用纳米技术解决农业和食品系统面临的一系列问题，如开发用于食品安全和智能精准农业的纳米技术传感器，提高农业水资源的质量和数量，延长食品保质期以最大限度地减少食品浪费和环境足迹，调查食品营养素对肠道微生物群的影响以改善健康。

NIST：支持量子材料的设计和表征；研发可推进新量子材料发现的全新中子测量仪；利用激光快速测量单个分子的热力学性质，以了解生物分子和其他聚合物系统进行纳米孔生物检测的分子机制；开发纳米粒子跟踪方法和微流体测量设备，以表征复杂的脂质体产品、纳米塑料和潜在的环境污染物；开发超分辨率光学显微镜的标准并对其进行校准，以提供定位测量的准确性；开发可以模拟人体的单器官和多器官微物理系统，以评估新药的疗效和毒性，改善临床结果的预测，并减少新疗法进入临床试验所需的动物实验数量；开发互补金属氧化物半导体生物电子设备，以实现不同空间尺度上生物标志物的多重测量。

应用/器件/系统的资助还包括与可持续纳米制造、纳米电子学（半导体和未来计算）、纳米传感器和水可持续性相关的应用、器件或系统研究。可持续制造支持在遵守安全性、可持续性和可扩展性的总体约束性原则的前提下，对产品、工具和工艺设计进行研究，以经济和可持续的方式将纳米级构建模块集成到复杂大型系统中的制造技术，将持续关注高性能碳基纳米材料、纤维素纳米材料、纳米生物制造和纳米模块系统及制造过程的建模和仿真。半导体领域将继续支持相关的项目，如“半导体合成生物学电路和信息存储通信”（SemiSynBio-III）及专注于芯片设计的人工智能的“实时机器学习”项目等，与开发硬件的相关机构合作，致力于“超越摩尔”的系统架构和相应的设备制造，开发人工智能相关软件等。在传感器和水领域，NSF支持能为生物、化学和纳米级材料提供新型传感机制的材料和技术研究，包括用于纳米技术相关环境、健康和安全研究的传感器及高性能水处理系统。       （张超星）