作者:
BernardMeyerson
MarietteDiChristina
技术也许是当代社会发展最迅速的领域了,从能够提供整个村庄使用的蓄能电池到医学研究中可以替代器官的微芯片。年的十大新兴技术让我们观测到创新的力量是如何提高人们的生活质量,改变行业以及保护我们的星球。
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六.芯片器官带来生物学新视野
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很多重要的生物学研究和实用药物测试只能通过研究某个器官在工作时的“一举一动”才能进行,一项新技术能在微芯片上培育功能性的人类器官模块,这种“芯片器官”或许可满足这一需要,使科学家能以前所未有的方式研究生理学机制和行为,为药物研发提供机会。
年,哈佛大学威斯研究所的唐纳德·因格贝尔利用微芯片制造技术与组织工程技术,将人类细胞与真空芯片结合,制造出“一片”能自由呼吸的“芯片肺脏”,这是第一款芯片器官。
私人企业闻风而动。由因格贝尔和威斯研究所其他同事领导的“模拟(Emulate)”公司与研究机构、业内公司和包括美国国防部先进研究计划局(DAPRA)在内的政府部门缔结了合作关系。迄今为止,已有多个组织报告成功制造出肺、肝、肾、心脏、骨髓以及眼角膜等“芯片器官”。此外,源自英国牛津大学的CNBio机构研制出名为量子-B的肝脏芯片,可帮助科研人员找到治愈乙肝的方法。
每个芯片器官的尺寸大约与USB存储器相仿。它由柔韧、半透明的聚合物制成。在芯片内部存在布局复杂的微流体管道,每根微流体管道的直径不到1毫米,布满取自目标器官的人类细胞。当营养物、血液及实验药物等测试用混合物被泵入管道时,这些细胞会复制活体器官的某些关键功能。
芯片内部的小室可以模拟某一器官组织的特殊结构,例如肺部微小的气囊;然后非常精确地模拟人类的呼吸,让空气通过气道。与此同时,可以将混合着细菌的血液泵入其他管道,科学家就可以观察细胞如何对感染做出反应。这项技术将使科学家看到以前从未看到过的生物机制和生理行为。
由于“芯片器官”装置对诸如细菌以及空气污染产生的反应和活体器官相似,在未来将有可能会被用来测试药物安全以及人体对环境的反应。若获得监管部门批准,这些装置能大大减少制药检查方面对活体动物实验的依赖,同时也能减少制药成本、缩短药物推向市场的时间。
军队和生物防御研究人员也看到了芯片器官以不同方式挽救生命的潜力。模拟肺脏和其他类似的设备或许可以用于测试人体器官对生物、化学或放射武器的反应。但因为伦理问题,目前还无法进行类似的测试。
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七.钙钛矿太阳能电池效率大增
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目前支配世界市场的硅基太阳能电池面临着三个瓶颈。利用钙钛矿来替代硅这种新的制造高效太阳能电池的方法,或许能一次解决这三个问题并且从阳光中获得更多能量。
硅基光伏电池的第一个局限性在于:它们由一种很少在自然界中找到纯净成分的元素制成,尽管氧化硅并不短缺,但是,将其中的氧气去除从而获得纯净的硅会耗费大量能量。一般来说,制造商们在一个电弧炉内将氧化硅在到摄氏度融化,此过程会排放不少温室气体,因此,制造硅基光伏电池的成本相对来说就比较高。
钙钛矿是一类范围广泛的材料,其主要由碳和氢制成的有机分子结合铅等金属以及氯等卤族元素采用三位晶体结构制成,其制造成本更加低廉而且温室气体排放更少。制造商们可以将很多液态溶液混合,然后沉积出钙钛矿薄膜,不需要电弧炉,薄膜本身也非常轻。
这些属性因此消除了硅太阳能电池的第二个限制:坚硬且笨重。平的以及大块板状的硅基光伏电池表现最出色,但是,这些太阳能电池板使得大规模安装非常昂贵。
传统硅基太阳能电池的第三个主要限制在于其能源转化效率,15年来,其能效一直卡在25%。当钙钛矿首次问世时,其能效比硅基太阳能电池更低。年,由铅、碘化物以及铵制成的钙钛矿太阳能电池只能将4%的太阳光转化为电能,但是,钙钛矿太阳能电池的发展势头非常迅猛,部分原因在于钙钛矿有数千种不同的组成。
到年,钙钛矿太阳能电池的能效已经超过20%,7年之内提高了4倍,而且,过去两年更是令人惊叹地翻了一番。它们目前在商业上与光伏电池展开竞争,且可能远远没有达到效率极限。虽然硅基太阳能电池技术已经非常成熟,但钙钛矿太阳能电池在不断优化。
不过,我们也不能急着向它“托付终身”,想要实现钙钛矿电池的巨大商业价值,目前还有3个难题急需解决:首先钙钛矿有毒。钙钛矿电池材料含有铅,这是一种对人体和环境有极大危害的元素。美国西北大学已研发出一种用锡代替铅的钙钛矿太阳能电池,但转换效率还只有6%。这种电池还处于研发初级阶段,效率在未来还有提升空间;第二,钙钛矿电池中的铅容易氧化挥发,而当晶体遇水时则易分解。如果我们使用钙钛矿电池发电,它很有可能渗出流到屋顶或土壤中,对环境产生威胁;第三,钙钛矿电池寿命不长。目前,寿命最长的钙钛矿太阳能电池可达到小时,而传统晶硅电池寿命一般可达到25年。
尽管钙钛矿的未来依旧困难重重,但在能源紧缺的今天,人们不会放弃任何产生新能源的机会。与其他新兴的电池技术携手,钙钛矿太阳能电池或许也能改善缺乏可靠电力的12亿人的生活水平。
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八.开放式人工智能生态系统
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苹果公司的Siri、谷歌公司的OKGoogle、微软公司的Cortana以及亚马逊公司的Echo等能提供极好的服务,它们能使用自然语言处理程序从人们的言谈中提取出问题,接着提供一些有限的帮助,比如,查找餐厅、获得汽车的行驶线路、为聚会找一个空旷的场地或仅仅进行一次简答的网页搜索。但我们经常会遇到的情况是,它们对某个帮助请求给出的反馈是“对不起,我不知道”,或者“这就是我在网上找的”,这与私人助手贴心又温柔的辅助真是不可同日而语。而且,这些系统都是大公司的专利产品,对于企业来说,很难给其添加新功能。
但是,在过去几年里,多项新兴技术相互“联姻”,让我们能更容易制造出功能更强大、更类似人的数字助手——也就是说,更容易形成一个开放的人工智能生态系统。这一生态系统不仅与我们的移动装置和电脑相连,并且通过这些移动装置和计算机访问我们的信息、通讯录、财政状况、日程安排以及工作文件,而且与卧室中的恒温调节器、浴室中的体重计、手腕上的手环甚至马路上的汽车相连。今后几年里,互联网与物联网以及你自己的个人数据的互相连接——这些连接可以在任何地方通过与人工智能对话立即实现——可以在未来几年释放更高的生产率,让数百万人更健康和幸福。
通过集中使用匿名的健康数据并向个人提供个性化的健康建议,这样的系统应该可以在健康方面取得显著成效并降低医疗保健的成本。人工智能在金融服务领域的应用应该能够减少错误,为上年纪的人提供新的保护。
这一技术的核心机密是情境。直到现在,机器一直不太注意我们的工作、身体以及生活的细节。一名人类私人助理知道你何时能打扰、何时感到压力、何时烦躁、何时感到饥饿、何时觉得累;它也知道什么人、什么事对你很重要;什么人或事你想避开。人工智能系统也在慢慢学习并获得这些技能。尽管刚一开始,它们可能没有人类那么多才多艺,但它们将会变得很有用,至少价格上占据绝对优势地位。
目前,已有数家公司研制出了这样的系统并进行了展示。比如,微软公司的科学家建造了一个系统,能够知道你何时很忙因此没法打电话,并在你合适的时候安排会面。而一些公司能基于简单的英语提问,为你搜寻适合自己偏好的航班信息。
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九.光遗传学“照亮”临床神经科学
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大脑,即使相对来说像老鼠那样比较简单的大脑,其功能都非常复杂。神经科学家们和心理学家们能观测大脑对不同刺激的反应,他们甚至标识出了大脑的基因如何被表达,但无法控制个体神经元和其他类型的大脑细胞何时关闭和打开。因此,很难解释大脑的工作原理,并最终治愈帕金森症和抑郁等疾病。
那么,神经科学家如何通过测量大脑中的信息流来了解大脑的功能呢?传统的方法是用电极记录和测量神经元的活动,但电极会刺激周围的每个神经元且无法区分不同的大脑细胞,因此,这是一个比较粗糙也不精确的方法。
年,神经科学家们展示了一项新技术,借用遗传工程方法让神经细胞对特定颜色的光做出反应,这一技术就是所谓的光遗传学技术,这一技术基于科学家们在上世纪70年代对色素蛋白,也就是所谓的视紫红质进行的研究。没有眼睛的微生物在视紫红质(由视蛋白编码)的帮助下从入射光那儿获取能量和信息。
通过插入一个或者多个视蛋白基因进入老鼠特定的神经元内,生物学家们现在能够使用可见光来随意地将特定神经元打开或者关闭。过去几年,科学家们已经定制了不同版本的这些蛋白,能够对不同的颜色做出反应,从深红色到绿色再到蓝色。通过将不同的基因放入不同的细胞内,他们使用不同颜色的光脉冲,采用精确地时间顺序,激活一个神经元和其几位邻居。
这是一个至关重要的进展,因为在生物体的大脑内,时间就意味着一切。
光遗传技术的出现显著加快了脑科学领域的进步。但由于将光递送到脑组织内部是一件难事,因此,实验受限。现在,科学家们正在对超薄的柔性微芯片(“块头”还没有一个神经元大)进行测试,此类设备作为可注射设备,将神经置于无线控制之下。它们能够被插入脑部深处,而对周围组织几乎不造成任何损害。
光遗传技术已经为帕金森症震颤、慢性疼痛、视力损伤和抑郁等大脑疾病打开了新大门。大脑神经化学显然与某些大脑疾病存在重要关联,这便是药物可在一定程度上帮助改善症状的原因。但在大脑的高速电路同时受到扰乱的区域,光遗传学研究——尤其是在新兴无线微芯片技术的支持下——可提供新治疗途径。例如,最新研究表明,在某些案例中,关闭特定神经元的非侵入性光疗法可以治疗慢性疼痛,从而为现有疼痛疗法提供了一种替代治疗方案。
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十.系统代谢工程学变微生物为工厂
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跟踪我们每天购买和使用的产品,从塑料、衣物到化妆品和燃料,追本溯源,你将发现它们大都由来自于地下深处的物品制成。制造这些产品的工厂也或多或少由各种化学物质组成。而且,这些化学物质来自于主要由化石燃料提供能量的工厂,这些工厂能将石化产品变成其他各种化学物品。
用活的有机物代替石油化学产品、天然气和煤来制造我们日常生活中所用的产品不仅对气候和环境有利;对全球经济来说也是一件好事。我们已经在农业领域使用这种方式。从长期来说,在制造拥有很多属性的廉价材料方面,微生物拥有很大的潜力。我们可以摒弃目前从地下挖取原材料的方式,代之以在充满了活体微生物的巨大生物反应器内“孵化”出这些材料。
要想基于生物的化学产品真正成为主流,它必须能在价格与性能方面,与传统的化学产品相媲美。随着系统代谢工程学技术的不断进步,这一目标目前似乎可以实现。代谢工程学的基本宗旨是改变微生物的生物化学属性,使其大部分能量和资源能被合成有用的化学产品。有时候,修改包括改变有机物的遗传组成;有时候,修改包括改变微生物的代谢机制,这一点相比前者更加复杂。
随着合成生物学、系统生物学和进化工程学取得进展,代谢工程学现在能创造出生物系统,制造以常规手段难以制取(因而十分昂贵)的化学物质。在最近一次成功的演示活动中,经特殊设定的微生物生成了一种可植入、能生物降解的聚合物PLGA,可用于外科缝合、移植和修复,也可以用作治疗癌症和感染的药物输送材料。此外,系统代谢工程学也被用来制造酵母菌株。
使用新陈代谢工程学能够制造的化学物质范围逐年加大。尽管这一技术目前还不能制造出所有石化产品制造的产品,但它有可能制造出无法用石油廉价制造的新奇化学物质,尤其是复杂的有机化合物,这些材料目前必须从植物或者动物中提取,因此“身价”很高、产量很小。
与化石燃料不同,由微生物制造的化学物质可回收且几乎不会释放温室气体,而且,有些物质甚至有潜力通过吸收二氧化碳或甲烷并将其整合成最终可被作为固体废物埋掉的产品,从而减少大气中二氧化碳的含量。
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蓝驰创投北京办公室招聘
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基金运营岗(北京)
职责:
1.基金与公司设立与变更
2.行业自律性组织与监管部门的相关合规工作
3.基金日常运营管理、日常咨询及沟通管理
4.基金主要数据及基本信息的汇总及管理
5.基金重要资料的归档及管理
要求:
1.重点大学本科以上学历,财务、金融、法律背景优先
2.工作经验2年以上,有基金相关工作经验者优先
3.熟练操作MSOffice,良好的英语读写能力
4.具有较强执行力和沟通能力,踏实细心,认真负责,学习能力强,有一定抗压能力
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