欲了解最新的科学趋势，请参阅我们的“科学突破：2026年值得关注的新兴趋势”，其中包含有关混合太阳能电池、无阿片类药物镇痛、替代电池技术、自修复基础设施等主题的详细信息。
创新的步伐从未停歇，这些科学突破的影响将重新定义我们的生活、工作以及与周围世界的联系方式。从宏观的太空探索到微观的单细胞诊断，这些突破将激励创新者不断挑战可能的边界。
太空探索的新纪元
需要重温宇宙的浩瀚吗？詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的首批照片令人叹为观止。虽然这是迄今为止技术最先进、功能最强大的望远镜，但它对宇宙的探索发现将为后代指引未来的任务与研究。近期，最新的登月任务——NASA阿尔忒弥斯计划已经启动，这将为未来的火星任务铺平道路。这一太空探索的新纪元将推动航天领域之外的技术进步，并促进材料、食品科学、农业甚至化妆品等现实应用领域的发展。
人工智能预测的里程碑
几十年来，科学界一直在探索蛋白质功能与三维结构之间的关系。2022年7月，Deep Mind宣布，利用AlphaFold2、RoseTTAFold和trRosettaX-Single算法，可以根据蛋白质分子的线性氨基酸序列预测其折叠后的三维结构。这些算法的预测将结构数据未知的蛋白质数量从4,800个减少到了仅29个。尽管人工智能的应用始终面临挑战，但预测蛋白质结构的能力对所有生命科学领域都具有深远意义。未来的关键挑战包括模拟具有内在无序特性的蛋白质，以及那些因翻译后修饰或环境条件而改变结构的蛋白质。除了蛋白质建模，人工智能的进步将继续重塑工作流程，并扩展各行业和学科的发现能力。
合成生物学的发展趋势
合成生物学有望通过利用工程化生物系统（即基因组大部分或全部经过设计或改造的微生物）来制造各种生物分子和材料（如治疗药物、香料、织物、食品和燃料），从而重新定义合成路径。例如，无需猪胰腺即可生产胰岛素，无需牛即可生产皮革，无需蜘蛛即可生产蛛丝。仅在生命科学领域的潜力就令人难以置信，而当应用于制造业时，合成生物学可以最大限度地减少未来的供应链挑战，提高效率，并为生物聚合物或更具可持续性的替代材料创造新机遇。如今，研究团队利用基于人工智能的代谢建模、CRISPR工具和合成基因电路来控制代谢、操纵基因表达并构建生物生产路径。随着这一学科开始跨越多个行业，2022年的一篇《生物技术杂志》文章展示了代谢控制和工程挑战方面的最新进展与新兴趋势。
单细胞代谢组学蓄势待发
尽管在基因测序和图谱绘制方面取得了巨大进展，但基因组学只能告诉我们细胞具备什么能力。为了更好地理解细胞功能，蛋白质组学和代谢组学方法提供了揭示分子
特征和细胞路径的不同视角。单细胞代谢组学提供了生物系统内细胞代谢的快照。其挑战在于代谢组变化迅速，因此样本制备对于理解细胞功能至关重要。总的来说，近期在单细胞代谢组学领域的一系列进展（从开源技术、先进人工智能算法、样本制备到新型质谱分析）展示了进行详细质谱分析的能力。这使研究人员能够逐个细胞地确定代谢物群体，从而为诊断领域释放出巨大的潜力。未来，这可能实现对生物体内单个癌细胞的检测。结合新型生物标志物检测方法、可穿戴医疗设备和人工智能辅助数据分析，这一系列技术将改善诊断水平并造福人类生活。
新型催化剂助力绿色肥料生产
每年，数十亿人依赖肥料进行粮食生产，减少肥料生产过程中的碳足迹和成本将重塑农业对排放的影响。用于肥料生产的哈伯-博施法（Haber-Bosch process）将氮和氢转化为氨。为了降低能源需求，来自东京工业大学的研究人员开发了一种无贵金属氮化物催化剂，它在氮化镧载体上含有具有催化活性的过渡金属（镍），且在潮湿环境下保持稳定。由于该催化剂不含钌，它为降低氨生产的碳足迹提供了一种廉价的选择。La-Al-N载体与镍、钴（Ni, Co）等活性金属结合，其氨气（NH3）生产率与传统的金属氮化物催化剂相当。请阅读我们最新的，了解更多关于可持续肥料生产的信息。
RNA药物的进展
虽然mRNA在新冠疫苗中的应用备受关注，但RNA技术的真正革命才刚刚开始。近期，一种新型多价核苷修饰mRNA流感疫苗已被开发出来。该疫苗有望针对20种已知流感病毒亚型建立免疫保护，并预防未来的疫情爆发。许多罕见的遗传性疾病是mRNA疗法的下一个目标，因为这些疾病通常由缺乏关键蛋白质引起，可以通过mRNA疗法补充健康蛋白质来治愈。除了mRNA疗法，临床管线中还有许多针对多种癌症、血液病和肺部疾病的RNA治疗候选药物。RNA具有高度靶向性、多功能性和易于定制的特点，使其适用于广泛的疾病。请阅读我们最新的CAS洞察报告，了解更多关于拥挤的临床管线和RNA技术的新兴趋势。
骨架结构的快速转化
在合成化学领域，如何在分子框架中安全地置换单个原子，或在分子骨架中插入及删除单个原子，一直是一项艰巨的挑战。尽管目前已开发出许多通过外围取代基对分子进行功能化的方法（如 C-H 键活化），但最早实现有机化合物骨架单原子修饰的方法之一是由 芝加哥大学 Mark Levin 团队开发的。该方法能够选择性地断裂吡唑和吲唑核心的 N–N 键，从而生成嘧啶和喹唑啉。骨架编辑方法的进一步发展将实现市售分子的快速多样化，从而大幅加快功能分子和理想候选药物的发现进程。
肢体再生技术的进步
预计到 2050 年，每年受肢体缺失影响的人数将超过 360 万。长期以来，科学家认为肢体再生的关键在于神经的存在。然而，Muneoka 博士及其团队的研究证明了 机械负荷 对哺乳动物指骨再生的重要性，并证实神经缺失并不会抑制再生。塔夫茨大学的研究人员也取得了肢体再生方面的进展，他们通过可穿戴生物反应器进行 急性多药递送，成功实现了青蛙肢体的长期再生。这一早期成功有望推动人类更大型、更复杂的组织工程进步，最终造福退伍军人、糖尿病患者以及其他受截肢和创伤影响的人群。
核聚变点火实现净能量增益
核聚变是驱动太阳和恒星的能量来源。几十年来，在地球上复制核聚变作为能源的构想，理论上可以满足地球未来所有的能源需求。其目标是迫使轻原子发生剧烈碰撞，从而聚变并释放出超过消耗的能量。然而，克服带正电原子核之间的静电排斥需要极高的温度和压力。一旦克服这一障碍，聚变就会释放出大量能量，进而驱动附近原子核的聚变。此前的聚变尝试使用了强磁场和高功率激光，但均未能实现能量净增益。
研究人员在 劳伦斯利弗莫尔国家实验室 的点火设施中报告称，团队成功引发了核聚变，利用 2.05 兆焦耳的激光产生了 3.15 兆焦耳的能量。尽管这是一项里程碑式的突破，但要实现核聚变电厂为电网供电，可能还需要几十年的时间。在实现这一目标之前，仍有重大的实施障碍（如可扩展性、电厂安全、激光产生所需的能量、废弃副产品等）亟待解决。然而，核聚变点火的突破是一个重要的里程碑，将为未来的进一步发展奠定基础。
