前不久,世界经济论坛在达沃斯年会上公布了2016年度十大新兴技术,这些技术无疑会在改善人们生活、推动行业变革和维护地球生态等领域产生巨大作用。与往年相比,今年选中的新兴技术在生物科学领域要更突出,且除了考量不同技术对人类的好处外,也更顾及其对环境的影响。
纳米传感器和纳米级物联网将对医学的影响
物联网正处在迅速发展扩张的阶段,分析师们预计直到2020年时,物联网设备总数量会达到300亿。物联网能够赋予普通事物意想不到的能力,尤其是那些由人工智能系统进行监控的设备。比如,当你下班回家时,房门会识别确认你是主人,自动开门。又如一位心脏病患者,当他的心脏已经出现了机能衰弱的迹象时,被植入了患者体内的心脏监护器就会收到信号并且立即向医生呼救。
目前,科学家已经开始了缩小传感器的研究,希望能将毫米或微米级别的传感器缩小到对纳米级别,这样就可以使纳米传感器进入人体循环系统中。这项关键研究是传统物联网向纳米级物联网迈进的第一步,一旦成功,纳米级物联网将会对未来的医学和医药制造产生巨大影响。
迄今为止,科学家通过使用合成生物学的工具来修饰单细胞生物如细菌的方法,已经制作出了一些目前世界上最先进的纳米传感器。他们的目标是研制出一种外形简洁时尚的生物电脑,这种生物电脑可以利用DNA和蛋白质去识别的特定的化学物质靶标,并存储大量信息,然后改变颜色或者编辑一些易于检测的信号来记录这些信息的位置。Synlogic是一家位于马萨诸塞州剑桥的初创公司,他们现在致力于将经计算生物学研究可治疗一些罕见的代谢紊乱疾病的益生菌株商品化。
从智能纳米传感器到纳米级别物联网的过渡已经是不可避免的,但也即将面临一些严峻的挑战。其中,需要跨越的一个技术障碍是需将自供电纳米设备所需的所有组件集成,该设备用于检测变化和向网络发送信号。其它障碍包括一些关于隐私和安全的棘手问题。由于纳米材料本身存在毒性,因此导入体内的任何纳米器件,都对人体都有一定的毒性或引发一系列的免疫反应。
除了医学领域之外,纳米传感器与纳米级别物联网还将会对未来的建筑、农业等方面产生巨大影响。当纳米时代真正来临时,我们的身体、家庭、环境、工厂都会得到更好的发展。在未来,你将会看到几十亿、几百亿的纳米传感器收到海量的实时信息,并同步到云端。
人体器官芯片技术为医药研究带来了新的机遇
或许除了在好莱坞的特效工厂以外,你不可能看到漂浮在生物实验室里的活的人体器官。不考虑维持器官在体外保持生命活性的技术困难,完整器官的移植对于科学实验中的应用非常珍贵。但是,其实许多重要的生物学研究和实际药物测试只通过其真正起作用的器官就可以完成,并不一定需要在小白鼠或人体身上完成。随着人体器官向微型功能器件发展,目前已经出现了一项新技术,在芯片上就可以实现这方面的需求。