未來(lái)十年世界科技重大突破預(yù)測(cè)報(bào)告出爐 2025，全球十大創(chuàng)新熱點(diǎn)

　　□莊珺 王敏杰 金愛(ài)民 編譯

　　全球領(lǐng)先的專(zhuān)業(yè)信息提供商湯森路透近日發(fā)布了一份題為《2025年世界十大創(chuàng)新預(yù)測(cè)》的報(bào)告。通過(guò)對(duì)近兩年全球?qū)＠l(fā)明和科研引文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究人員對(duì)10個(gè)最受商業(yè)和科研領(lǐng)域關(guān)注的技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，預(yù)測(cè)了未來(lái)10年的科技發(fā)展趨勢(shì)。

　　應(yīng)該說(shuō)，這份榜單與大多數(shù)科技界人士的預(yù)判是接近的，一經(jīng)發(fā)布即引起很大關(guān)注。我們特編譯了相關(guān)文章，并約請(qǐng)三位專(zhuān)家就文中涉及的幾項(xiàng)預(yù)測(cè)作出點(diǎn)評(píng)。

　　——編者

老年癡呆癥患者減少

　　人們對(duì)人類(lèi)基因組和基因突變的深入理解，將為老年癡呆癥、阿爾茲海默癥等神經(jīng)退行性疾病的檢測(cè)和預(yù)防提供更好的方案。

　　對(duì)人類(lèi)基因組的分析和理解將會(huì)在2025年產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。那時(shí)，北美嬰兒潮一代（即二戰(zhàn)后的出生高峰期）開(kāi)始步入80歲的時(shí)光，而越來(lái)越多的科研經(jīng)費(fèi)將會(huì)用于解決他們所面對(duì)的煩惱。

　　目前，神經(jīng)退行性疾病的研究聚焦于引起疾?。磿?huì)對(duì)神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生產(chǎn)生影響）的染色體變化。這對(duì)于理解人類(lèi)的遺傳變異至關(guān)重要，并且將使科學(xué)家能夠開(kāi)始修復(fù)遺傳缺陷，例如那些會(huì)導(dǎo)致老年癡呆癥的遺傳缺陷。

　　對(duì)老年癡呆癥患者的科學(xué)研究已經(jīng)成功分離出了會(huì)導(dǎo)致不同類(lèi)型癡呆癥的特定染色體，導(dǎo)致包括常染色體顯性遺傳的額顳葉癡呆（FTD）和肌萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS）在內(nèi)的多種癡呆癥。作為一個(gè)實(shí)例，對(duì)染色體9p及其與癡呆癥的遺傳關(guān)聯(lián)的識(shí)別，是人類(lèi)攻克癡呆癥這一對(duì)人的腦功能有毀滅性打擊的病癥的第一步。

　　2025年，對(duì)基因突變導(dǎo)致老年癡呆癥的研究和更好的檢測(cè)與預(yù)防手段,將使罹患老年癡呆癥的人數(shù)大幅減少。

　　由于純醫(yī)學(xué)研究無(wú)法獲取專(zhuān)利，目前此類(lèi)基礎(chǔ)研究還未出現(xiàn)在任何專(zhuān)利申請(qǐng)中，但隨著技術(shù)的發(fā)展，此類(lèi)研究將會(huì)在公開(kāi)專(zhuān)利中具有顯示度。而伴隨著全球人口的老齡化，通過(guò)深入理解遺傳學(xué)來(lái)預(yù)防老年癡呆癥這一類(lèi)疾病，將變得越發(fā)重要。

　　●一項(xiàng)對(duì)額顳葉退行性病變的基因識(shí)別研究是過(guò)去兩年內(nèi)在此領(lǐng)域被引用最多的科學(xué)文獻(xiàn)。

　　●2011年以來(lái)被引用最多的科學(xué)文獻(xiàn)是對(duì)于染色體9p及其與額顳葉癡呆（FTD）和肌萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS）關(guān)聯(lián)的研究。

太陽(yáng)能將成為主要能源

　　太陽(yáng)能的收集、存儲(chǔ)和采集方法將更加先進(jìn)，并且效率更高，將成為地球最主要的能量來(lái)源。

　　2025年，由于光伏技術(shù)、化學(xué)鍵合、光催化劑及3D納米異質(zhì)物等領(lǐng)域所取得的進(jìn)步，正使太陽(yáng)能從單純追求環(huán)保變成可服務(wù)于普通民眾的實(shí)用科技。

　　太陽(yáng)能采集與轉(zhuǎn)化將會(huì)更加高效，并且能量能夠儲(chǔ)存起來(lái)，隨時(shí)利用。

　　太陽(yáng)能熱和光伏發(fā)電（來(lái)自新的染料敏化和薄膜材料）,將能夠?yàn)榻ㄖ锕?，以及為家庭、辦公設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施等提供能源。

　　化學(xué)鍵、光合作用將會(huì)儲(chǔ)存太陽(yáng)能，新材料（如納米鈷鈦氧化物、光催化劑和3D納米異質(zhì)物）將大幅提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，利用介觀氧化物薄膜的染料或量子點(diǎn)敏化技術(shù)，可以把太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率提高10%左右。

　　●《CO304-改性TIO2納米棒陣列的新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)制備及其增強(qiáng)的光電子性質(zhì)》是近兩年來(lái)的高引論文。

　　●《大型異質(zhì)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)原則——邁向10倍速能量轉(zhuǎn)換效率》被引用超過(guò)1600次。

成功預(yù)防I型糖尿病

　　建成通用的人類(lèi)基因組工程平臺(tái)，為修飾致病基因和幫助預(yù)防某些代謝疾病鋪平道路。

　　如同Ⅱ型糖尿病，Ⅰ型糖尿病和其他代謝疾病如肌營(yíng)養(yǎng)不良在2025年將是可以預(yù)防的，不過(guò)并不是通過(guò)飲食和鍛煉來(lái)預(yù)防。用于合成專(zhuān)門(mén)序列的核糖核酸（RNA）介導(dǎo)工程技術(shù)所取得的進(jìn)展，將使人類(lèi)基因組工程平臺(tái)得以存在。在下一個(gè)十年，人類(lèi)對(duì)于地球生命的基本生物分子RNA、DNA和蛋白質(zhì)及其所扮演的角色，將會(huì)有更清晰的理解。

　　RNA的深層運(yùn)作機(jī)制、DNA到蛋白質(zhì)的主要通道、像細(xì)胞的工蜂一樣實(shí)現(xiàn)各種催化和結(jié)構(gòu)功能的蛋白質(zhì)都將被解密。RNA/DNA將遺傳信息從一代傳向下一代的過(guò)程將會(huì)更清楚。隨著對(duì)于這些基本生物分子的認(rèn)知的不斷加深，基因組編輯和修復(fù)DNA將在人類(lèi)身上得到應(yīng)用，而不再僅僅用于細(xì)菌和小鼠。

　　對(duì)有機(jī)物和部分DNA片段進(jìn)行專(zhuān)利授權(quán)也將成為現(xiàn)實(shí)，從而使誰(shuí)能對(duì)什么擁有權(quán)利及自然與商業(yè)的界限在哪里等問(wèn)題變得更加復(fù)雜。

　　人類(lèi)基因組工程平臺(tái)將為人類(lèi)致病基因的修飾鋪平道路，從而能夠預(yù)防I型糖尿病等疾病。

　　●科學(xué)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯示，RNA介導(dǎo)的人類(lèi)基因組工程已成為新興研究前沿。

　　●在基因工程的所有領(lǐng)域中，重組DNA技術(shù)是專(zhuān)利申請(qǐng)最多的。

食物短缺時(shí)代將會(huì)終結(jié)

　　先進(jìn)的照明和成像技術(shù)，以及農(nóng)作物基因改良，為室內(nèi)作物生長(zhǎng)提供了舒適的環(huán)境，并且可以檢測(cè)出病變食物。

　　照明和成像技術(shù)將會(huì)在未來(lái)十年內(nèi)取得革命性進(jìn)展，這有著重大意義。

　　有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、液晶（LCD）、等離子、超光譜3D成像等技術(shù)的進(jìn)步，將大幅改進(jìn)全年作物生長(zhǎng)周期，從而足以養(yǎng)活全球80億人口，農(nóng)業(yè)將不再像傳統(tǒng)耕作那樣易受環(huán)境因素的影響。

　　在2025年，轉(zhuǎn)基因作物將會(huì)在室內(nèi)快速生長(zhǎng)，周?chē)?4小時(shí)不間斷照明——低能量LED發(fā)出特定波長(zhǎng)光照，把生長(zhǎng)受體添加到DNA中，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。同時(shí)，作物也會(huì)具有疾病抵抗力，并且相當(dāng)高產(chǎn)。

　　超光譜3D成像技術(shù)能夠在早期檢測(cè)出正常農(nóng)作物和患病動(dòng)物蛋白。

　　總之，未來(lái)將會(huì)大大降低因天氣和環(huán)境因素造成的顆粒無(wú)收，價(jià)格波動(dòng)和糧食短缺等風(fēng)險(xiǎn)，口糧問(wèn)題將一去不復(fù)返。

　　●可以同時(shí)測(cè)定不同谷物和谷類(lèi)食品中毒素及代謝物方法的研究成為新興研究前沿。

　　●現(xiàn)在有很多食品基因改良類(lèi)的專(zhuān)利，比如新型菠菜工廠培育具有某類(lèi)特性的雜交菠菜。

航空航天運(yùn)輸電氣化

　　新型電池驅(qū)動(dòng)的輕質(zhì)航空飛機(jī)和電動(dòng)汽車(chē)，將會(huì)出現(xiàn)在空中和地面上。

　　在2025年，從A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)的方式將與今天的情況有顯著不同。汽車(chē)和飛機(jī)仍將存在，但會(huì)變得更智能，由電池驅(qū)動(dòng)，行駛距離更遠(yuǎn)，機(jī)身更加輕量化。非碳基燃料源方面的進(jìn)展，如鋰離子電池、可逆儲(chǔ)氫、燃料電池中納米材料和薄膜電池，都將有助于這一愿景在未來(lái)成為現(xiàn)實(shí)。

　　分布式電源的充電次數(shù)將比今天多10倍以上，并將存儲(chǔ)更多的能源，成為未來(lái)運(yùn)輸車(chē)輛的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

　　輕型多用途飛機(jī)和汽車(chē)將采用新型改進(jìn)鋰離子電池驅(qū)動(dòng)。飛機(jī)也將利用新型材料降低機(jī)重量，并采用超導(dǎo)技術(shù)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。小型商用飛機(jī)將會(huì)用于短途旅行。

　　由于這些新型飛機(jī)將在更短距離實(shí)現(xiàn)起飛和降落，獲得飛行員執(zhí)照可能成為21世紀(jì)新的成年禮。

　　●頂級(jí)科學(xué)文獻(xiàn)報(bào)道有超快的充放電能量系統(tǒng)，比如超級(jí)電容器。

　　●《利用硅納米線的高性能鋰電池陽(yáng)極》一文在《自然-納米技術(shù)》被引用超過(guò)1300次。

數(shù)字化無(wú)處不在

　　小到個(gè)人物品，大到各個(gè)大陸，所有事物都以數(shù)字化連接，無(wú)處不在地響應(yīng)我們的需求和喜好。

　　到2025年，我們今天所知的數(shù)字世界將會(huì)顯得過(guò)于簡(jiǎn)單。如果你認(rèn)為我們現(xiàn)在是過(guò)于依賴(lài)電子化，那么也許你只看到問(wèn)題的表象。

　　得益于改進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，石墨烯碳納米管電容、無(wú)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)天線和5G技術(shù)的流行，無(wú)線通信將主導(dǎo)一切，無(wú)處不在。

　　從能應(yīng)答我們所需所求的汽車(chē)和住房，到會(huì)思考的電器，再到互聯(lián)的偏遠(yuǎn)農(nóng)村和繁華都市，我們的世界被數(shù)字化控制。試想有一天，整個(gè)非洲大陸完全用數(shù)字方式連接。這一天將發(fā)生在2025年。

　　碳納米結(jié)構(gòu)，特別是碳基復(fù)合材料，是這種轉(zhuǎn)變背后的部分驅(qū)動(dòng)力，在高能量密度和功率密度的應(yīng)用中處于中心位置。碳納米復(fù)合材料在高表面積上，無(wú)論二維還是三維結(jié)構(gòu)，都可以用作超級(jí)電容的電極。而且，這些超級(jí)電容器將能夠存儲(chǔ)和釋放更多的能量。

　　我們將生活在一個(gè)超響應(yīng)的數(shù)字化世界里，更多的事物而不是人，成倍地連接到互聯(lián)網(wǎng)上。

　　●《與用戶交互系統(tǒng)：用戶手勢(shì)驅(qū)動(dòng)的智能家居系統(tǒng)》是未來(lái)的新興研究前沿。

　　●指引無(wú)線模塊監(jiān)控物理控制信道，接收蜂窩基站任務(wù)的控制器模塊移動(dòng)通信設(shè)備專(zhuān)利將增加。

纖維素包裝將取代塑料袋

　　基于納米纖維的生物納米復(fù)合材料包裝可以100%生物降解，它將完全取代塑料袋。

　　如今已有人開(kāi)始研發(fā)基于生物納米復(fù)合材料和納米纖維的包裝材料。在2025年，這類(lèi)包裝材料將成為行業(yè)主流。

　　納米纖維是一種具有高長(zhǎng)/寬比的納米級(jí)纖維材料，也就是說(shuō)它具有假塑性（假塑性是指流體的粘度隨著應(yīng)變率的增加而減?。?。生物納米復(fù)合材料主要取自生物體，包括植物體。在2025年，廣泛采用這類(lèi)可生物降解的包裝材料，將不會(huì)帶來(lái)任何環(huán)境污染問(wèn)題。

　　城市、野外、沙灘、海水等滿地遍布著難以降解的毒性石化塑料包裝——這種景象在下一個(gè)十年再也不會(huì)出現(xiàn)。正是由于生物納米材料取得突破性進(jìn)展，石化包裝將被淘汰。

　　未來(lái)，食品、醫(yī)藥、電子、紡織及日常消費(fèi)品，所有包裝將由纖維衍生品制成。

　　此外，新的纖維包裝將成為藥品包裝的理想材料，它可以控制、釋放和封存藥物。

　　●《源于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的半纖維素和纖維素的綜合轉(zhuǎn)換》成為高引論文。

　　●研究表明，生物復(fù)合纖維-海藻酸鹽薄膜包裝將會(huì)越來(lái)越受青睞。

癌癥治療毒副作用大大減少

　　通過(guò)與特定蛋白質(zhì)結(jié)合和使用抗體，藥物將實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療，從而使癌癥病人因?yàn)樗幬锏亩靖弊饔枚兊锰撊醪豢暗那闆r得以改善。

　　正如大數(shù)據(jù)使公司能夠提供個(gè)性化的客戶體驗(yàn)，生命科學(xué)也同樣在從對(duì)所有人一刀切的藥物向非常精確和有針對(duì)性的治療發(fā)展，病人的體驗(yàn)將因此得到顯著的提升。

　　不過(guò)，個(gè)性化醫(yī)療并不是新鮮事物。幾年來(lái)，制藥界一直致力于定位特定分子、發(fā)揮靶向作用的治療方法，并且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了許多用于治療某一疾病特定癥狀的藥物。

　　減少治療過(guò)程中并發(fā)癥的藥物將是藥物開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。靶向藥物的開(kāi)發(fā)也已成為潮流，它們能結(jié)合特定蛋白質(zhì)并使用抗體來(lái)發(fā)揮精準(zhǔn)的治療作用。

　　基于一些基因突變研究的進(jìn)展，使得科學(xué)家和醫(yī)生能針對(duì)這些導(dǎo)致癌癥的基因突變實(shí)施修飾，比如HER2（乳腺癌）、BRAFV600（黑色素瘤）和ROS1（肺癌）。此外，抗體生產(chǎn)和靶向性技術(shù)的進(jìn)步將顯著改善某些癌癥的治療，如運(yùn)用程序性死亡配體-1抗體治療晚期癌癥患者的試驗(yàn)已獲得初步理想結(jié)果。

　　以上進(jìn)步將給癌癥患者帶來(lái)福音，使患者在2025年能擁有更具針對(duì)性且只有很小毒副作用的藥物治療。

　　●《由多區(qū)測(cè)序揭示的腫瘤內(nèi)的異質(zhì)性和分枝進(jìn)化》一文在不到兩年的時(shí)間里被引用了600次。

　　●《癌癥中抗PD-1抗體的安全性、活性和免疫相關(guān)》一文兩年被引用400次以上。

DNA圖譜分析成為常規(guī)檢驗(yàn)

　　微全分析系統(tǒng)（單細(xì)胞分析）的演化和納米技術(shù)的進(jìn)展，再加上應(yīng)用更為廣泛的大數(shù)據(jù)技術(shù)，使繪制DNA圖譜成為了每個(gè)人在出生時(shí)以及年度體檢時(shí)的規(guī)定動(dòng)作。

　　隨著實(shí)驗(yàn)室可操作的物質(zhì)的體積變得越來(lái)越微小，精確醫(yī)學(xué)篩檢的可能性也越來(lái)越大。血液檢查將成為歷史，納米探針將被用來(lái)采集病人的長(zhǎng)時(shí)程數(shù)據(jù)，并提供更大的準(zhǔn)確度。

　　微全分析系統(tǒng)將在靈敏度和專(zhuān)一度的指標(biāo)上更接近活體檢測(cè)診斷。目前仍處于研究階段的單細(xì)胞分析將成為主流，并必然替代傳統(tǒng)的流式細(xì)胞計(jì)，實(shí)現(xiàn)免疫檢驗(yàn)中細(xì)胞的隔離、純化和分離。

　　在下一個(gè)十年，大數(shù)據(jù)將嵌入到社會(huì)的方方面面，醫(yī)學(xué)研究人員和醫(yī)生們也將大為受益。2025年，人們將在出生時(shí)以及每年體檢時(shí)得到自己的DNA圖譜，從而得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能提示自身免疫性疾病發(fā)病的細(xì)微變化。

　　●以2012年9月的兩篇論文為中心的基因組學(xué)研究成為新興的前沿?！度祟?lèi)基因組中的DNA元素大百科全書(shū)》被引用800多次，《可觸及的人類(lèi)基因組染色質(zhì)遠(yuǎn)景》被引用200次，兩者合計(jì)被引用1000多次。

　　●《人類(lèi)細(xì)胞全基因組范圍CRISPRsCas9敲除篩選》一文自2014年1月發(fā)表以來(lái)已被引用4次。

量子隱形傳遞不再是科幻

　　運(yùn)動(dòng)技術(shù)用于了解大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的希格斯玻色子，使得量子隱形傳態(tài)更加普遍。

　　當(dāng)我們進(jìn)入21世紀(jì)，“星際迷航”電影中所聽(tīng)說(shuō)的頻繁使用的請(qǐng)求，將不再是一個(gè)抽象概念。自從2013年歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的成功實(shí)驗(yàn)以來(lái)，希格斯粒子相關(guān)的研究有所增加。事實(shí)上，2014年這一主題的論文一直是基礎(chǔ)物理學(xué)科領(lǐng)域最流行的。

　　用來(lái)理解對(duì)撞機(jī)中產(chǎn)生的顆粒的測(cè)量技術(shù)，正通過(guò)使用新的運(yùn)動(dòng)學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破。運(yùn)動(dòng)學(xué)是經(jīng)典力學(xué)的一種，旨在在動(dòng)力作用下研究點(diǎn)、對(duì)象和對(duì)象組的運(yùn)動(dòng)。

　　我們正處在此領(lǐng)域突破性爆發(fā)的前夜，這是一個(gè)新興的前沿研究領(lǐng)域。早期指標(biāo)表明，研究的加速進(jìn)行將導(dǎo)致2025年量子隱形傳態(tài)的測(cè)試成為可能。

　　雖然到2025年，人類(lèi)尚未能實(shí)現(xiàn)瞬移穿越空間，投資于其他物質(zhì)形態(tài)的量子隱形傳態(tài)的測(cè)試持續(xù)進(jìn)行中。

　　●在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中，除了希格斯玻色子的報(bào)告，其他粒子物理方面都引起了廣泛的關(guān)注，2012年，在中國(guó)的大亞灣觀察到電子反中微子消失的報(bào)告，被引用了400多次。

　　●有關(guān)希格斯玻色子報(bào)道質(zhì)子追逐基本粒子的狀態(tài)，并聚合成高能光子的基本粒子，以及在機(jī)體內(nèi)形成材料能量，并以光速成長(zhǎng)為的光速的平方，這些相關(guān)應(yīng)用專(zhuān)利正被申請(qǐng)。

　?。ㄗg者均為上海市科學(xué)學(xué)研究所博士、助理研究員）