1. 硼的發現
人類認識硼化合物的歷史很早。
傳說從古埃及人就會使用硼砂製造玻璃和冶鍊金屬。中國漢朝就有生產硼砂玻璃的記載，後來馬可波羅把中國的硼砂玻璃帶到西方，引起了轟動。（這段是我整理的，尚待求證）
1808年，英國化學家Humphry Davy在電解硼酸鹽的水溶液時，得到了棕色的沉積，他認為這可能是一種元素。後來他用鉀去還原三氧化二硼，得到了一定數量棕色的硼，成為硼元素的發現者。
Davy一共發現了七種元素：鉀、鈉、鈣、鍶、鋇、鎂和硼。 可惜生早了，要不然至少能拿兩次諾貝爾獎了。
法國皇帝Napoleon Bonaparte知道以後，開始關心法國在科學方面的聲譽。他為法國的科學家配套了更大、更好的設施，並專門關照Louis Jacques Thênard和Joseph Louis Gay Lussac，希望他們能夠超越Davy。
這兩人也給力，就在同年，用金屬鉀還原無水硼酸製得了單質硼。
Humphry Davy
（1778.12.17-1829.05.29）
Napoleon Bonaparte
（1769.08.15-1821.05.05）
拿破崙
Louis Jacques Thénard
（1777.05.04-1857.06.21）
Joseph Louis Gay Lussac
（1778.12.06-1850.05.09）
實際上，Davy製得的硼純度並不高，據說大概只有60%。
1892年，法國化學家Henri Moissan用鎂還原硼酸，製得了98%的硼。（Moissan因為發現氟獲得1906年諾貝爾化學獎）
1909年，美國化學家Ezekiel Weintraub用電弧使氫氣與三氯化硼氣相反應才制出了純度較高（>99%）的硼。
Henri Moissan
（1852.09.28-1907.02.20）
1906諾貝爾化學獎
Ezekiel Weintraub
（1874.07.04-？）
從分解出硼到製得純硼，前後花了100多年。
2. 硼與核能
在核電站中，硼主要用於中子的吸收，發生反應為：
10B+1n → 7Li + 4α +γ
10B的熱中子吸收截面為3837 barn（1barn =10-28/m2，也就是說1平方米的硼板上發生吸收中子反應數為10-28個，相當小的一個單位了）。天然硼（10B含量約19.9%）反應截面為752 barn，可直接用作中子吸收劑。對於1MeV以上的中子，10B仍能保持1 barn的吸收截面。
反應堆結構示意圖
1986年4月26日，在前蘇聯加盟共和國Ukraine（烏克蘭）的Pripyat（普裡皮亞季）鎮發生了舉世矚目的Chernobyl（車諾比）事故。事故中與硼有關的，有兩個細節：
1）在最早的RBMK反應堆設計過程中，控制棒整體都是碳化硼（B4C）。有人發現控制棒在升高到最大限度後，仍有最後一小段留在堆芯。
這就相當於說在開車時，一隻腳把油門踩到最大的時候，另一隻腳還踩了一點剎車的。這樣做的好處是，給自己限速，保障安全。壞處是，有點浪費汽油。
後來，也許有人意識到這樣做有點浪費，就把一些控制棒的最後一小段改成石墨來增加反應堆的功效，這就相當於連剎車也被改成了油門，車子可以開的更快。不是說這樣做就不對，只要保留十幾根（車諾比第四號反應堆有211根控制棒）在堆芯就不會出現爆炸當晚的效果。爆炸當晚，他們按AZ-5之前堆芯只剩六根控制棒了。
2）事故發生後的第三天，蘇聯政府派出80架直升機參與救災，其中包括米6、米8和米26直升機，從高空向反應堆火焰投擲重達八十千克的沙包，沙包中裝的是填沙和硼酸，用於熄滅火焰並吸收輻射。在不到十天的時間，這些直升機向廠房裂口下的反應堆投下了超過6000噸的沙和硼酸。
3. 硼的應用
碳化硼俗稱黑鑽石，密度為每立方米2500kg（鋼是每立方米7930kg，做個比較就很直觀了）。它的摩氏硬度為9.3，是繼金剛石、立方氮化硼、富勒烯化合物和鑽石整體纖管後的第五種已知最硬的物質。
20世紀60年代，碳化硼陶瓷最先用於設計防彈背心，並裝配到飛機飛行員的座椅上。之後，由陶瓷面板和複合材料背板共同構成的防彈陶瓷複合裝甲，且在70年代後被美國等西方軍事強國應用於運兵車、坦克及軍機中（應對中子彈？）。
碳化硼防彈插板
陶瓷防彈產品通常以插板的形式出現，目前知名度最高的碳化硼防彈產品應該是美軍使用的SAPI（輕武器防護插板）和ESAPI（增強型輕武器防護插板）系列板材。一套SAPI/ESAPI組件包含一前一後兩塊主板，兩塊側板，按需選用。商業插板的選擇則更多更豐富，定製化程度也更高。不過因為SAPI板子的剪裁非常符合人體工程學（肩膀切角，多曲面貼合人體曲線）且認知優勢，以至於SAPI-cut成為了專門針對這種版型/形狀/剪裁的特定稱呼。
氮化硼常見的變體主要有六方氮化硼（hexagonal boron nitride，hBN)和立方氮化硼(cubic boron nitride ，cBN)。
六方氮化硼（hBN）結構及性能與石墨極為相似，且自身呈白色，俗稱白石墨。最早是用作高溫潤滑劑。立方氮化硼(cBN)，硬度僅次於金剛石，是一種超硬材料，常用作刀具材料和磨料。
hBN結構模型
（層狀結構，粉色B原子、藍色N原子）
立方氮化硼車刀
4. 硼的毒性
硼酸是一種典型的硼化合物，有毒，內服可導致死亡，致死最低量：成人口服640mg/kg，皮膚8.6g/kg，靜脈內29mg/kg；嬰兒口服200mg/kg。
很多新聞聲稱兒童玩耍的彩色軟泥硼超標，也是屢禁不止。據報導，1千克硼砂成本價2塊錢，大量加水製成水晶泥，1千克可以賣到30塊錢，利潤相當驚人。（不知道跟注水豬肉比，哪個更賺錢？）
漂亮的玩具水晶泥
當然了，有毒不見得可怕，尤其是有用的毒。
5. 硼的日用
與日常生活硼相關的，主要是硼砂，化學構成Na2B4O7·10H2O。
1）硼砂結合鈣鎂離子生成沉澱可以軟化水，同時具有乳化油脂的作用。洗衣服的時候，在洗衣粉/液中加上一些硼砂，可以洗得很乾淨。 2）因為硼砂有毒，採取適當的方法將其放置於蟲子出沒的地方誘其食用，可以起到很好的滅蟲效果。比如，把硼砂和砂糖混合，放在蟑螂和螞蟻出沒的地方，可以很好地消滅蟑螂和螞蟻。因為有毒，當然要遠離小孩和寵物。 6. 硼與健康
6.1 硼的常規用藥
在中醫裡，硼砂外用清熱解毒，用於急性扁桃體炎，咽喉炎，口腔炎，牙齦炎，中耳炎，目赤腫痛，汗斑，為五官科以及皮膚疾患的常用藥。內服可以清肺化痰，但現代少用。
此外，在化妝品中也能經常見到硼砂。
一份眼藥水說明書
是藥三分毒，硼砂就是這樣一個例子。
這些都是小打小鬧，下面這個技術就有點「大」。
6.2 硼的特殊用藥
1936年，Gordon Locher首先提出硼中子俘獲治療 (Boron Neutron Capture Therapy，BNCT）的概念，設想通過在腫瘤細胞內的引發核反應來消滅癌細胞。（Gordon是BNCT的祖師爺，只留下了名字。找了半天，沒有照片，生卒年不詳。）
（真相不知哪裡去了）
Gordon Locher
BNCT技術的確是一種具有實用價值、有前途的先進治療方法。經過83年的基礎研究和臨床研究，應該承認它正在走向成熟。
世界BNCT臨床治療病例粗略統計
原理是這樣的：首先給病人注射一種含硼載體。含硼載體進入人體後，經過代謝迅速聚集到癌細胞內，而正常細胞分布很少。這種含硼載體對人體無毒無害，其本身對癌症也無治療作用。
然後，用中子射線進行照射。中子射線對人體的損傷不大，但與進入癌細胞裡的硼能發生很強的核反應，釋放出極強殺傷力的射線。這種射線的射程很短，在細胞內的射程為5-10μm，約為一個癌細胞的尺度。所以只殺死癌細胞，不損傷及到周圍正常細胞。
硼中子俘獲治療原理示意圖
（細胞直徑約10μm）
直觀來看，BNCT的關鍵技術有兩個：中子源、硼藥。
之所以關鍵，是因為如果做的不好，會直接影響BNCT效果。
6.2.1 中子源
先說中子源。
目前，用於BNCT放療的中子源主要有三類，即反應堆中子源、基於加速質子或氘離子打靶的中子源、以及聚變中子源。
1）反應堆中子源
目前，全世界的反應堆都以裂變反應為主，裂變反應會以指數形式釋放大量中子。
235U + 1n → fission fragments + 2.52 1n + 180 MeV
世界上用於BNCT研究用的核反應堆約有近30個，目前用於BNCT臨床治療的只有5個：美國麻省理工學院研究堆（MITR）、日本京都大學研究堆（KURR）、阿根廷巴裡羅切的RA-6反應堆、荷蘭高通量反應堆（HFR）、中國臺灣清華大學池式反應堆（THOR）。
MITR
（堆芯共有27塊，A1-A3、B1-B9、C1-C15）
反應堆BNCT治療示意圖
2010年初，我國在北京建成了世界首座BNCT專用核反應堆中子源裝置-醫院中子照射器（IHNI），其功率為30kW，採用罐-池結構，反應堆堆芯位於密閉的堆容器內，在堆芯的相對兩側分別引出熱中子束流和超熱中子束流用於硼中子俘獲治療。不過似乎媒體宣傳並不多。
反應堆中子源因為安全因素，很難建在現有醫院中，無法推廣普及。
2）加速器中子源
BNCT使用的加速器中子源主要指低能加速器中子源，一般將質子或氘離子加速到幾個或幾十個MeV，去轟擊7Li或9Be靶，產生中子。
7Li + p → 7Be + 1n - 1.65 MeV
9Be + D → 10Be + 1n + 4.36 MeV
低能強流質子加速器束流可達數十A（10~50mA），平均每毫安質子可以產生1012~1013中子/秒，加速器中子源的總中子產額在1013~1014中子/秒，在人體產生的等效劑量率與其他放療相當，進而減少因為輻照引起的額外傷害。
近年來，基於低能加速器的BNCT中子源建設取得了很大進展。
比如，義大利的核能研究機構從用於核能研究（義大利ADS可行性研究項目）的高能質子加速器的低能段引出5MeV的質子，用來產生BNCT放療用的中子。
義大利核能研究機構的加速器BNCT說明圖
（上：ADS加速器，下：BNCT裝置示意圖）
日本理化研究所的低能加速器，質子加速到最高能量7MeV，最大束流達數0.1mA，轟擊9Be 靶，平均每mA質子可以產生中子1012/秒。
日本理化研究所質子直線加速中子源
美國勞倫斯伯克利實驗室、美國麻省理工學院、英國伯明罕大學、阿根廷CNEA、新西伯利亞核物理研究所、韓國浦項科技大學、比利時IBA等在建或籌建的加速器中子源，分別採用幾~幾十個MeV能量的質子轟擊7Li靶或9Be靶。
加速器中子源用於BNCT治療示意圖
低能加速器中子源的大量建設，有望推動BNCT治療快速發展。
3）聚變中子源
D + T → 4α + 1n (14 MeV ) + 17.6 MeV
D + D → 3α + 1n (2.5 MeV ) +3.26 MeV
之前一直以為聚變很難，原來沒有想像的那麼難。
2004年，美國勞倫斯伯克利國家實驗室為義大利都靈大學設計製造了一款D-D聚變緊湊型中子發生器，D束流為350 mA，中子產額大於1011/s。後來考慮了各種提高中子產額的方法，包括引入一個有效增殖因子keff約0.98~0.995的次臨界裂變裝置（約8.5千克20%富集度的鈾），中子產額可達到1012/秒。
D-D聚變緊湊型中子發生器結構及實物
2016年，中科院核安所強流D-T聚變中子發生器實現了6.4×1012/秒的目標。以目前的技術條件，將多個中子發生器並聯，再結合高速旋轉靶，理論上可以實現中子產額1014/秒的D-T聚變中子源。
聚變中子源具有小型化的優勢，只需將離子加速至0.1~0.2MeV即可實現聚變生成中子，而不需要像加速器中子源那樣加速到幾~幾十MeV。缺點在於產生的中子能量太高，需要大體積的慢化材料和輻射屏蔽材料，慢化過程中會有大量的中子損失掉，且遺留的高能中子會產生有害劑量。
6.2.2 硼藥
說完中子源，再說說硼藥。
BNCT對含硼藥的基本要求有三點：
1) 低毒性、低正常組織吸收、腫瘤中的富集度與正常組織中的富集度之比(T/NT)大於3、腫瘤組織中的富集度與血液中的富集度之比(T/B)大於3；
2) 10B在腫瘤中濃度大於20ppm，即每個腫瘤細胞中至少要含109個10B原子、每克腫瘤組織含20μg的10B原子；
3) 中子照射過程中，血液中和正常組織中的硼相對快速代謝掉，而腫瘤中的存留時間要足夠長。
經過美國FDA認可，目前在BNCT臨床治療中常用是巰基十二硼烷二鈉鹽(BSH，注射後約6小時濃度達到峰值)和L-對硼醯苯丙氨酸(BPA，注射後約2小時濃度達到峰值)，見下圖。
其中BSH的T/NT為10，T/B約為1.5，它不能通過血腦屏障，但可以在血腦屏障破壞後的腫瘤組織內濃聚。而BPA的T/NT為3～4，T/B約為3，可通過血腦屏障，直接進入癌細胞內。
綜合來看，BSH和BPA距離滿足BNCT的基本要求還有些距離。
為提高硼藥的腫瘤選擇性，人們使用能夠與腫瘤目標分子相結合的載體，比如縮氨酸、胺基酸、抗體、核苷、糖、卟啉類化合物、脂質體和納米粒等與硼進行結合，以期對特定的腫瘤獲得治療功效上的突破。
目前載硼藥物的研究已經進入了第三代開發階段，正在評估的硼載體主要有多面體硼烷陰離子和碳硼烷。
幾種用於BNCT的硼藥分子
當然，硼藥的載體不限於化合物，只要無害且具有較好的靶向性，就都可以。比如，有人利用仙臺病毒包裹硼，定向送到腫瘤細胞中，可真是高端黑科技。
仙臺病毒病毒圖
（a. 套膜上的釘芒具有唾液酸蒼酶和血球凝集活動；b. 自細胞得來的病毒套膜；c.糖蛋白；d.染色體）
仔細看著這些分子和病毒，有時候覺得中醫不經實證、單靠辯證就可以治病，真的很厲害！
當然，實證可以讓人們對客觀更加有信心。掌握了的東西，用起來才得心應手，這是人類主宰世界的秘訣。
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