中美聯(lián)手研制新型硅基光子芯片等

中美聯(lián)手研制新型硅基光子芯片（圖1）

科學(xué)界希望光子芯片成為未來超高速通信和運(yùn)算的主要信息處理器件。中國(guó)南京大學(xué)和美國(guó)加州理工學(xué)院研究人員設(shè)計(jì)出一種新型硅基光子芯片，初步實(shí)現(xiàn)了光的單向無反射傳輸，其可與CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，一種大規(guī)模應(yīng)用于集成電路芯片制造的原料）工藝相容的新一代光子器件集成工藝設(shè)計(jì)、制備提供了新途徑，拓展了光子晶體及傳統(tǒng)超構(gòu)材料的研究領(lǐng)域，為經(jīng)典光系統(tǒng)中探索和發(fā)展具有量子特性的新型光子器件提供了新的研究思路。

首次研制成功單電子半加器

研究人員一直在努力降低硅基計(jì)算組件的尺度。而在一項(xiàng)新研究中，韓國(guó)、日本和英國(guó)科學(xué)家組成的科研小組僅用5個(gè)晶體管就制造出一個(gè)半加器，它是所有邏輯電路中最小的一種。這也是首次成功制成基于單電子的半加器，由于所有的邏輯電路都由眾多半加器組合而成，因而該成果為低能耗超高密度超大規(guī)模集成設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

首次實(shí)現(xiàn)“超”拉姆齊激發(fā)

要獲得原子和分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最精確信息，最好的方法是利用共振激光激發(fā)它們。但這種激光需要有一定強(qiáng)度，會(huì)對(duì)原子內(nèi)部的電子殼層造成明顯改變。而近日德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究所的科學(xué)家首次在實(shí)驗(yàn)中使用一系列經(jīng)過選擇的激光脈沖來激發(fā)原子的新方法，消除了光移效應(yīng)，并證明了以往理論所預(yù)測(cè)的“超”拉姆齊激發(fā)的存在。這為制造更加精確的光學(xué)鐿原子鐘消除了障礙，同時(shí)也對(duì)那些需要精確控制原子與激光之間相互反應(yīng)的領(lǐng)域，如量子信息處理領(lǐng)域非常有價(jià)值。

用意念控制平板和手機(jī)

只需盯著物體就能用意念來控制它們，看起來是不是像特異功能者？日前，InteraXon推出了一種名為Muse智能頭帶，通過獲取人們的α和β腦電波判斷其“意念”，然后由預(yù)裝在智能設(shè)備中配套軟件實(shí)現(xiàn)控制智能設(shè)備。盡管其控制范圍只局限于iPhone、iPad、Android設(shè)備、MAC和Linux電腦，但效果仍是相當(dāng)神奇。

發(fā)現(xiàn)癌癥轉(zhuǎn)移關(guān)鍵蛋白（圖2）

英國(guó)倫敦國(guó)王學(xué)院研究人員首次發(fā)現(xiàn)一種癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移所需的關(guān)鍵蛋白。其被命名為Cdc42蛋白，存在于癌細(xì)胞內(nèi)部，并幫助癌細(xì)胞依附于血管壁上，以這種蛋白為靶點(diǎn)，阻止癌細(xì)胞依附于血管壁內(nèi)皮細(xì)胞或使已依附于血管壁內(nèi)皮細(xì)胞上的癌細(xì)胞脫落，或?qū)⒊蔀轭A(yù)防繼發(fā)性癌癥（癌癥轉(zhuǎn)移）的有效方法。

量子密鑰通過嘈雜光纖傳輸距離創(chuàng)新紀(jì)錄

英國(guó)東芝—?jiǎng)蜓芯繉?shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家開發(fā)出一種新型探測(cè)器，能讓編碼的光子在它們被送出后計(jì)算好的精確瞬間擊打它，從而從量子通道中辨認(rèn)出這些光子，進(jìn)而將一串量子密鑰通過嘈雜的光纖傳輸了創(chuàng)紀(jì)錄的距離——90公里。盡管還不能用于在超過100公里的范圍傳輸量子信號(hào)，目前的成果也可謂是一項(xiàng)“證明量子密碼學(xué)在現(xiàn)實(shí)世界電信基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用前進(jìn)了一大步的世界紀(jì)錄”，說明量子密碼學(xué)終于進(jìn)入主流。

蒸汽從冰水中直接產(chǎn)生

美國(guó)萊斯大學(xué)的科學(xué)家們公布了一項(xiàng)革命性的新技術(shù)，其可利用納米粒子直接將太陽能轉(zhuǎn)換成蒸汽。該大學(xué)納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的這種“太陽能蒸汽”新方法，甚至可從冰水產(chǎn)生蒸汽。該項(xiàng)技術(shù)擁有24%的綜合能效，相比之下，光伏太陽能電池板的綜合能效通常在15%左右，這將使人們以全然不同的方式思考太陽能發(fā)電，但目前該新技術(shù)的首次使用將不是為了發(fā)電，而是解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的衛(wèi)生設(shè)施和水質(zhì)凈化問題。

美首次演示熱管核裂變動(dòng)力系統(tǒng)

美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家首次演示了利用熱管冷卻小型核反應(yīng)堆，借助平頂裂變實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了24瓦電力，并驅(qū)動(dòng)了內(nèi)華達(dá)國(guó)家安全網(wǎng)站設(shè)備的斯特林引擎，總花費(fèi)也未超過100萬美元。科學(xué)家表示，一個(gè)飛行系統(tǒng)或許需要若干個(gè)熱管和斯特林引擎組成的模塊才能產(chǎn)生大約1千瓦的電力，這次成功演示證明，可靠的小型核反應(yīng)堆有望被用作新型太空飛行動(dòng)力系統(tǒng)。

用納米晶體制成低壓柔韌電路（圖3）

一般的集成電路都是印在堅(jiān)硬硅晶片上，但柔軟靈活的電路用途才更廣泛。最近，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研究人員展示了一種硒化鎘納米晶體，能被“印”或“涂”在柔軟塑料上，制成多種性能優(yōu)良的電子設(shè)備，且根據(jù)硒化鎘納米晶體的性能標(biāo)準(zhǔn)，其運(yùn)載電子的速度比非晶體硅要快22倍。新型鎘硒化納米晶體電路結(jié)合了柔韌性、相對(duì)簡(jiǎn)單的制作工藝和低能耗的優(yōu)點(diǎn)，為生物醫(yī)學(xué)和安全應(yīng)用領(lǐng)域的新型設(shè)備、各種傳感器及其他方面的應(yīng)用鋪平了道路。

破譯腦波的行為編碼規(guī)則

神秘的大腦是怎樣在細(xì)胞水平為思維編碼的呢？已有證據(jù)顯示，不同的神經(jīng)元集群代表了不同的信息，但尚未明了這些集群是什么樣子或怎樣形成的。而最近，美國(guó)麻省理工大學(xué)和波士頓大學(xué)通過研究猴子行為，揭示了神經(jīng)元集群是怎樣形成思維并為思想的靈活變化提供支持的，這一發(fā)現(xiàn)也表明意識(shí)的本質(zhì)屬性可能是有節(jié)律的。

水星北極儲(chǔ)有大量純凈冰

水星表面的一些地方熾熱到足以熔化鉛，表面溫度大都在400℃以上，但它的極地卻是另一番模樣——永遠(yuǎn)處于陰影下的環(huán)形山，可能囤積了萬億噸冰，足夠填滿200億個(gè)滑冰場(chǎng)。美國(guó)宇航局（NASA）的“信使”號(hào)探測(cè)器發(fā)現(xiàn)水星北極附近的環(huán)形山里有純凈冰存在的證據(jù)。這些冰看起來似乎比月球環(huán)形山的更加純凈，說明這顆最靠近太陽的行星可能是彗星和小行星傳送冰質(zhì)更好的存儲(chǔ)地帶。

物種進(jìn)化并非只走“單行道”

物種進(jìn)化的道路是一條有去無返的單行路嗎？一種木虱可以回答該問題，它們走完了從水到陸再返回水中的進(jìn)化循環(huán)。近日，歐洲空間局（ESA）凱夫斯（CAVES）地下訓(xùn)練計(jì)劃的宇航員返回地面時(shí)，帶來了這種特殊的木虱。該物種不同尋常的進(jìn)化循環(huán)，將改變?nèi)藗儗?duì)生物進(jìn)化的認(rèn)識(shí)。證明了進(jìn)化并非只是單行道，物種也能進(jìn)化出在早已遺忘了的環(huán)境中生存的能力。

可能是迄今質(zhì)量最大的黑洞（圖4）

霍比·埃伯利望遠(yuǎn)鏡大質(zhì)量星系調(diào)查項(xiàng)目的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了可能是迄今質(zhì)量最大的黑洞。這一罕見黑洞質(zhì)量達(dá)170億個(gè)太陽，要知道，我們棲息的地球，只是太陽質(zhì)量的33萬分之一。該黑洞位于NGC 1277星系，其質(zhì)量占了該星系質(zhì)量的14%，而通常黑洞只占其所在星系的1%。這一發(fā)現(xiàn)可能改寫黑洞與星系的形成演化理論。

新型“4維”晶體管問世

平面結(jié)構(gòu)的硅芯片晶體管一直沿用了半個(gè)多世紀(jì)，直至去年英特爾公司研發(fā)出垂直3維結(jié)構(gòu)的晶體管，才宣告邁入了3維立體時(shí)代。而近日美國(guó)普渡大學(xué)和哈佛大學(xué)的研究人員推出了一項(xiàng)極為應(yīng)景的新發(fā)明：一種外形如同一顆圣誕樹一樣的新型晶體管，其重要組件“門”（柵極）的長(zhǎng)度縮減到了突破性的20納米。這個(gè)被稱為“4維”晶體管的新事物預(yù)告了引領(lǐng)半導(dǎo)體工業(yè)和未來計(jì)算機(jī)領(lǐng)域發(fā)展的潮流。

僅原子大小的石墨烯傳感器

美國(guó)航空航天局（NASA）開發(fā)出只有原子大小的基于石墨烯材質(zhì)的微型傳感器，用以檢測(cè)地球高空大氣層的微量元素，以及航天器上的結(jié)構(gòu)性缺陷。除了測(cè)量氧原子外，這種傳感器也可測(cè)量甲烷、一氧化碳和其他行星的氣體，以及從行星內(nèi)部釋出的氣態(tài)物質(zhì)。

更快、更安全地生產(chǎn)干細(xì)胞的技術(shù)

推廣干細(xì)胞療法需要克服的障礙之一就是快速生產(chǎn)出足夠的細(xì)胞，以滿足緊急臨床應(yīng)用。如今美國(guó)薩克生物研究所開發(fā)出一種“間接譜系轉(zhuǎn)化”（ILC）技術(shù)，能由成熟細(xì)胞生成干細(xì)胞，允許干細(xì)胞及其衍生物的無限生產(chǎn)，并可將生成時(shí)間從2個(gè)月縮短至15天。該研究的長(zhǎng)期目標(biāo)是令干細(xì)胞自我組裝成三維結(jié)構(gòu)，隨后整合到人體現(xiàn)有的身體組織當(dāng)中。雖然此技術(shù)進(jìn)入臨床應(yīng)用還需等上數(shù)年，但它卻具有安全、高產(chǎn)和快速等諸多優(yōu)勢(shì)，也因而能夠降低細(xì)胞生產(chǎn)過程中發(fā)生突變的幾率。

用DNA“磚塊”搭出上百種三維納米結(jié)構(gòu)

DNA“磚塊”是指構(gòu)成DNA雙螺旋鏈的4種堿基，而美國(guó)哈佛大學(xué)維斯生物工程研究院的科學(xué)家用DNA“磚塊”竟然造出了100多種三維納米結(jié)構(gòu)。幾個(gè)月前，該研究小組曾造出了一些二維結(jié)構(gòu)，而今這是又一大的進(jìn)步，意味著他們從能建造一面墻到可以建造一座房子了，下一步目標(biāo)就是將這種DNA納米技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療、可編程成像、計(jì)算機(jī)無機(jī)質(zhì)模板等尖端領(lǐng)域。

借助基因修改的HIV成功治療一名白血病患者（圖5）

美國(guó)費(fèi)城兒童醫(yī)院的醫(yī)生日前從病魔手中成功奪回了一個(gè)罹患白血病的7歲女孩的生命，贏得這場(chǎng)勝利多虧了一個(gè)可能會(huì)讓所有人感到意外的“幫手”——經(jīng)過基因修改的HIV（人類免疫缺陷病毒），其治療過程不會(huì)出現(xiàn)感染艾滋病的風(fēng)險(xiǎn)，而骨髓移植這種治療白血病的標(biāo)準(zhǔn)手段可能有了替代方案。

常接觸低劑量有機(jī)磷也會(huì)損傷記憶

醫(yī)生們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到，用于殺死或驅(qū)趕昆蟲，存在于航空燃料添加劑及一些阻燃劑中的高劑量有機(jī)磷有毒，但對(duì)暴露于低劑量有機(jī)磷中是否會(huì)影響人體健康仍存有爭(zhēng)議。而今英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院和開放大學(xué)的研究人員基于對(duì)14項(xiàng)獨(dú)立研究的證據(jù)表明，經(jīng)常接觸哪怕是低劑量的有機(jī)磷，也會(huì)損害人類大腦的記憶和信息處理能力。

新型抗體可強(qiáng)效阻止毒性蛋白斑塊形成

常規(guī)用來對(duì)抗阿爾茨海默病、帕金森病以及Ⅱ型糖尿病的抗體具有局限性，無法達(dá)到完全抑制毒性蛋白斑塊形成所需要的高濃度。而美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種新型抗體，每個(gè)新型抗體可以綁定多達(dá)10個(gè)目標(biāo)蛋白，以極低濃度即可對(duì)抗毒性蛋白斑塊，在阻止與上述疾病有關(guān)的毒性蛋白聚集形成斑塊方面展現(xiàn)了不尋常的有效性。

2012年度十大醫(yī)學(xué)突破

美國(guó)《時(shí)代》雜志評(píng)選的各領(lǐng)域年度“十大”排名已于近日陸續(xù)出爐，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域“十大”突破也深入人心。涵蓋了生命基礎(chǔ)研究、艾滋病與癌癥治療突破、干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)、青少年健康等多方面公眾關(guān)心的熱點(diǎn)。

1.“垃圾DNA”才是掌控者

人體基因組中98%是沒有編碼的基因，以往它們被當(dāng)作無用的“垃圾”。如今，人們發(fā)現(xiàn)這些被忽視的“垃圾”更有大用處。事實(shí)上，它們才是真正地基因掌控者和新陳代謝開關(guān)！它們調(diào)節(jié)著基因何時(shí)以何種方式發(fā)揮作用，怎樣高效生產(chǎn)出不同的蛋白質(zhì)。沒有它們，基因就像是一堆連不成句子的雜亂單詞?？茖W(xué)家正在探索這一新發(fā)現(xiàn)的生物信息寶庫，以期找到能控制、甚至治愈某些疾病的基因開關(guān)。

2.人體微生物有“大作為”

人體中最多的成分是什么？細(xì)胞？基因？都不對(duì)，是微生物！它們的數(shù)量與人體細(xì)胞的比例達(dá)到10∶1。最近，研究人員剛剛完成了“人體微生組計(jì)劃”的第一階段，該計(jì)劃旨在最廣泛地了解人體內(nèi)微生物的種類和作用。

大部分微生物是人類的朋友，比如幫人們消化食物，或增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能。但是隨著研究深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)體內(nèi)微生物在許多慢性疾病和癥狀中，如炎癥、肥胖等也起了關(guān)鍵作用。它們非但不是令人討厭的闖入者，甚至還能幫我們攻克某些最難解決的健康難題。

3.抗HIV藥“包攬全程”

“特魯瓦達(dá)”（Truvada）已經(jīng)成為抗艾滋病（HIV）的強(qiáng)大武器，它結(jié)合了兩種抗病毒藥物。而現(xiàn)在，它進(jìn)一步成為第一款預(yù)防健康人群感染HIV的藥物。經(jīng)過基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)顯示，未感染的人使用該藥能降低其感染HIV的風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)食品與藥品管理局（FDA）擴(kuò)大了Truvada的許可范圍，可能感染HIV的高風(fēng)險(xiǎn)人群也能使用該藥。研究顯示，高風(fēng)險(xiǎn)的男同性戀者及其HIV陽性伴侶，使用該藥物后感染風(fēng)險(xiǎn)降低了42%到75%。

不過也有人擔(dān)心，該藥可能會(huì)導(dǎo)致無保護(hù)性行為等高風(fēng)險(xiǎn)行為增加，公共衛(wèi)生專家則歡迎這種抗艾滋病的新方式——從第一步開始預(yù)防感染發(fā)生。

4.身體部分“實(shí)驗(yàn)室制造”

氣管和腎臟或肝臟不同，并不屬于常規(guī)的移植器官之列。但通過干細(xì)胞技術(shù)，也能給需要的病人培養(yǎng)出自己的氣管?？_林斯卡研究院就用合成微纖維和從病人骨髓采集的干細(xì)胞，制作了一幅人造氣管，并成功地連接了病人的鼻子、口腔和肺部，病人的氣管因癌癥而破壞。在首次病例中，一位死者捐獻(xiàn)了氣管，為一位西班牙婦女的干細(xì)胞提供了生長(zhǎng)支架。而在最新進(jìn)展中，科學(xué)家用生物工程母體來培養(yǎng)細(xì)胞。

這項(xiàng)技術(shù)代表了再生醫(yī)學(xué)的未來，在此所有類型的干細(xì)胞，包括來自病人自己的皮膚細(xì)胞，都能作為生長(zhǎng)任意類型細(xì)胞或組織的基礎(chǔ)，供病人替換或修復(fù)。

5.逆轉(zhuǎn)自閉癥有了“新希望”

研究者稱，早期行為療法能幫助自閉癥兒童的大腦模式恢復(fù)正常?；加凶蚤]癥譜系障礙的兒童，通過參與“早期起動(dòng)丹佛模式”（Early Start Denver Model，ESDM）項(xiàng)目，其大腦在處理人臉及其他物體時(shí)有了改變。這對(duì)自閉癥兒童的父母來說，無疑是個(gè)振奮人心的消息。

該模式包括大量與兒童有關(guān)的社交和語言活動(dòng)。通常，自閉癥兒童在觀看無生命物體如玩具的圖像時(shí)，其大腦比看到人物圖像更活躍，但經(jīng)過兩年的ESDM治療后，出現(xiàn)了相反的變化，并接近于正常發(fā)展的兒童。但經(jīng)過良好培訓(xùn)的老師也是該項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。

6.DNA分析“破冰”乳腺癌

乳腺癌無疑是一種復(fù)雜的疾病，由遺傳、生活方式等多種因素導(dǎo)致。但研究人員通過對(duì)乳腺腫瘤的最新DNA分析，發(fā)現(xiàn)乳腺癌可能比原來所想的略微簡(jiǎn)單。

癌癥基因組圖譜項(xiàng)目對(duì)數(shù)十種癌癥進(jìn)行了基因組測(cè)序，在510個(gè)乳腺腫瘤樣本中發(fā)現(xiàn)了3萬個(gè)突變，但這些突變都可歸入4個(gè)主要的亞型。其中一個(gè)亞型顯示出與卵巢癌有著緊密聯(lián)系，意味著治療后者方法也可能有助于乳腺癌的治療；另一種亞型解釋了患有HER-2受體腫瘤的女性對(duì)某些藥物，如赫賽?。℉erceptin）的個(gè)體療效差異。這些成果將改變醫(yī)生治療乳腺癌的方式，有時(shí)候甚至是生存和不治之癥的區(qū)別。

7.新生兒DNA診斷“提速”

50個(gè)小時(shí)，這就是目前破譯和解讀一個(gè)新生兒基因組所需要的時(shí)間，而過去要花幾個(gè)星期甚至幾個(gè)月。對(duì)重病嬰兒來說，兩天時(shí)間就是生死之別。這種快速基因組分析技術(shù)還結(jié)合了一種新軟件，與3500種已知兒童疾病遺傳缺陷相連，讓醫(yī)生能迅速?zèng)Q策用何種方法來拯救嬰兒生命。

在每年進(jìn)入新生兒加護(hù)病房的嬰兒中，大約30%患有遺傳疾病。今后，對(duì)他們進(jìn)行基因組測(cè)序有可能成為提高護(hù)理水平的關(guān)鍵。

8.“解碼”兒童腫瘤基因

近幾年來，小兒癌癥生存率已經(jīng)提高到了80%到90%，不過這其中大部分要?dú)w功于腫瘤的早期診斷，以及一些成熟的治療方法，包括外科手術(shù)、化療和放療等。

醫(yī)生希望“小兒癌癥基因組計(jì)劃”能成為新的治療標(biāo)靶的“富源”。該項(xiàng)目為期3年，耗資6500萬美元，旨在對(duì)主要的小兒癌癥進(jìn)行測(cè)序。理解了癌癥的基因驅(qū)動(dòng)機(jī)制，就有望揭示不同類型癌癥之間的共同路徑，使醫(yī)生能在治療各種腫瘤中互相借鑒，或開發(fā)出全新藥物抑制生長(zhǎng)異常的細(xì)胞。未來的癌癥治療，有望進(jìn)一步提高生存率。

9.人造小鼠卵細(xì)胞

干細(xì)胞已經(jīng)創(chuàng)造了許多看似不可能的生物醫(yī)學(xué)奇跡：治療糖尿病、幫助癱瘓病人重新行走、修復(fù)受損的心臟組織等。但即使對(duì)干細(xì)胞而言，要再生生命的最基本成分——卵子和精子，也是巨大的挑戰(zhàn)。

日本科學(xué)家用了兩種來自小鼠的干細(xì)胞，一種采自剛發(fā)育幾天的胚胎，另一種來自重新編程的成年小鼠皮膚細(xì)胞，成功創(chuàng)造了有活力的卵細(xì)胞，然后使這些來自干細(xì)胞的卵細(xì)胞成功受精，并發(fā)育成了健康的幼鼠，而這些幼鼠的干細(xì)胞經(jīng)測(cè)試也有再生能力。該成果代表了一項(xiàng)突破，有望為患不育癥的人類夫婦提供新療法。

10.病毒“消滅”青春痘

有時(shí)候，“以毒攻毒”是個(gè)好方法，如今醫(yī)生也開始用這一方法來對(duì)付青春痘了。他們用一種比較“柔和”的病毒來對(duì)抗引發(fā)皮膚斑疹的細(xì)菌。事實(shí)上，這種病毒在皮膚的毛孔深處早已存在，它們具有感染細(xì)菌細(xì)胞的能力，現(xiàn)在要做的就是將其轉(zhuǎn)變成“病毒制造廠”，提高病毒數(shù)量，然后就等著細(xì)菌自行毀滅。

研究人員稱，你可以涂含有病毒的藥膏，或更簡(jiǎn)單地涂含有病毒所產(chǎn)生的殺菌劑的藥膏，兩種方法都能為青少年帶來清爽的皮膚。（來源：《科技日?qǐng)?bào)》）