哪些科学突破有望在2026年扩大应用范围或实现大规模商业化？CAS科学团队确定了八大新兴趋势，涵盖药物开发、可再生能源、智慧农业等领域。这些领域的科学突破使其成为来年最具影响力的发展方向。这些见解主要基于 CAS内容合集TM中的研究，这是全球最大的人工标引科学信息库，我们很高兴能分享对2026年这些趋势的看法。
如需回顾科学领域这些重要趋势的详细内容，请 观看我们专家小组网络研讨会的录像，CAS首席科学家在会上讨论了其中多项科学突破。
混合太阳能电池助力小型可再生能源系统扩展
钙钛矿-硅叠层太阳能电池（由钙钛矿和硅制成）的功率转换效率已 超过34%，较目前商业化硅基电池板约24%的效率有了显著提升。这些效率的提升归功于界面钝化、铷和铯的成分调控以及稳定性增强方面的突破。
因此，钙钛矿-硅太阳能电池 能够 实现每平方米更高的发电量，使太阳能能够在空间受限的环境（如小型屋顶和车辆）中得到应用，而这些地方往往无法安装传统光伏板。它们还促进了便携式太阳能装置的发展。
混合叠层电池基于现有的硅光伏基础设施进行改进，而非将其完全取代，这为商业化提供了更快的路径，并增加了供应链的选择。相比之下，纯钙钛矿太阳能电池在降解和稳定性方面仍面临挑战。混合太阳能电池制造商已经 实现了 可量产的效率，首批商业化版本预计将于2026年投放市场。凭借这些尖端创新，便携式太阳能电力有望很快扩展到各地的家庭和车辆中。
靶向钠离子通道药物带来无阿片类药物的疼痛缓解方案
阿片类药物相关的死亡人数终于开始下降，但在最新数据中，仍有 超过50,000名 美国人死于阿片类药物过量。尽管数字令人警醒，但针对中重度疼痛的有效且无成瘾性的替代方案一直难以获得。然而，随着2025年1月FDA批准suzetrigine (Journavax) 上市，作为2026年的一项重大科学突破，无阿片类药物的疼痛缓解方案重现曙光。
Suzetrigine是首个能够选择性阻断仅存在于外周痛觉神经元中的NaV1.8钠离子通道的新型药物。与作用于中枢神经系统并具有成瘾风险的阿片类药物，或影响心脏和大脑的旧型钠离子通道阻滞剂不同，suzetrigine 实现了 对疼痛通路超过31,000倍的选择性，同时不影响其他组织。此外，NaV1.8可能并非唯一的靶点，研究人员也在关注其他钠离子通道（如NaV1.7和NaV1.9）的调节剂。
临床试验表明，该药物在缓解术后疼痛和急性疼痛方面效果与阿片类药物相当，且不会引起呼吸抑制、镇静或成瘾风险。 多家制药公司， 包括辉瑞、葛兰素史克和福泰制药等，目前正在推进类似的NaV1.8抑制剂进入研发管线，这标志着20多年来疼痛管理领域的首次重大创新。
回收技术的进步使可持续服装更接近市场
纺织工业每年产生 1.32亿吨 纤维，是25年前产量的两倍多。增长的主要原因是化石燃料基材料（如聚酯）的使用，这些材料同时也产生了大量的废物和二氧化碳排放。 在服装供应链中，仅有8%的纤维来自回收来源，原因之一是许多纺织品将棉和聚酯混合在一起，导致难以分离。
Avantium和阿姆斯特丹大学的研究人员最近 开发出一种突破性的回收工艺，有望解决这一问题。他们的顺序 化学回收法 在室温下使用高浓度盐酸（43 wt% HCl）来分离混合废旧纺织品中的棉和聚酯。目前，该工艺已实现75%的棉回收率（转化为葡萄糖）和78%的聚酯单体回收率。该技术将于2026年进入示范工厂阶段，目标是在本世纪末实现年产10万吨的商业化规模运营。
时机至关重要：2025年1月在荷兰生效的生产者责任延伸（EPR）法规现已从法律层面要求时尚品牌承担纺织废弃物处理费用，这直接产生了经济激励，促使企业采用能将废弃物转化为原生品质材料的回收技术，而非进行降级回收或填埋。EPR立法也正在美国多个州与纺织品专项法规同步推进。因此，这种回收创新不仅能帮助可持续服装生产商满足新规要求，还能有效解决纺织废弃物问题。
人工智能引导的生物标志物发现正在推动癌症治疗方案的进步
生物标志物（如蛋白质、遗传物质、外泌体等）对于癌症的早期检测至关重要。早期检测虽能提高癌症生存率，但人工智能驱动的技术有望超越检测范畴，实现预测功能。
阿斯利康（AstraZeneca）与Tempus AI近期取得的突破展示了对比学习如何发现预测治疗反应的生物标志物。他们的预测性生物标志物建模框架（PBMF）通过结合大语言模型（LLM）、生成式人工智能和传统机器学习的集成模型，改善了回顾性免疫肿瘤学临床试验中的患者筛选，与传统设计相比，生存获益提高了15%。
这一转变标志着诊断定义的更广泛重塑，即从单纯的疾病识别转向精准指导治疗决策。例如，研究人员在利用机器学习模型预测免疫检查点抑制剂（ICI）免疫疗法的反应方面也取得了进展。我们预计，这些预测工具将持续获得投资，且人工智能驱动的癌症护理将作为2026年的主要科学趋势之一得到更大发展。
替代性电池技术助力可再生能源存储商业化
为了实现可再生能源转型，我们必须能够存储数小时甚至数天产生的电力。新型材料科学电池技术在成本和材料可用性方面正超越当前的锂离子电池（LIBs）。到2026年，多种方案将具备公用事业规模的商业化条件：
- 金属空气电池：新型电池技术使用储量丰富的金属，不存在锂的供应限制。例如，铁空气电池基于铁的可逆生锈原理。2025年，Form Energy开始规模化生产此类电池，利用铁、水和空气等廉价无毒材料实现多日储能。它们能够存储长达100小时的电力，足以替代化石燃料调峰电厂并稳定高比例可再生能源电网。另一项近期进展是锌空气电池，其具有高能量密度和长保质期的特点，同样使用环保且广泛可用的材料。
- 金属离子电池：与金属空气电池类似，金属离子电池拥有更简单的供应链，不依赖锂。钠离子技术就是一个现已达到商业化临界点的例子。与锂离子电池相比，这些电池的放电率更高、火灾风险更低，且在极端冷热环境下表现良好。其他技术还包括比锂离子电池更安全、成本更低的锌离子电池，以及体积容量近乎翻倍的镁离子电池。
清洁能源近期占比达到40%的全球电力供应，随着能源转型的持续，可再生能源存储将至关重要。电池领域的科学突破预示着结构性转变——存储电力不再仅仅是化石燃料的补充，而是正在成为我们现代现实世界电力基础设施的基石。
CRISPR基因编辑农业助力培育耐旱作物以保障粮食安全
随着气候波动加剧，研究人员正转向植物的“隐形半身”——根系，以开发能在干旱胁迫下茁壮成长的作物。研究团队利用CRISPR/Cas9和碱基编辑工具，成功改良了水稻、小麦和玉米的根系结构基因，在不影响产量的前提下促进了更深层、更高效的水分吸收。这些编辑针对根系角度和深度等性状，使植物能够从更深层的土壤中获取水分。
与需要数十年才能固定此类性状的传统育种不同，基因编辑能够精准、快速地开发出针对特定地理环境的耐旱品种。这种方法在作物基因改良方面也比其他形式更具优势。
转基因生物（GMO）涉及转移不同物种的基因，这引发了消费者对进入食物链的植物产生意外影响的担忧。然而，CRISPR技术仅改变植物现有基因组中的基因，不会引入其他物种的基因。
CRISPR编辑植物的田间试验已经在进行中，早期结果显示产量有所增加。随着监管框架的演变和气候压力的增大，以根系为重点的基因编辑正成为长期气候智能型农业的基石。
无细胞生物制造助力即时诊断工具的发展
2026年生物技术领域的主要科学趋势之一是无细胞生物制造的发展。这些系统无需活体生物或发酵罐，即可按需生产蛋白质、酶或化学品。
美国国防部高级研究计划局（DARPA）和国家科学基金会（NSF）资助的研究人员已经构建了模块化的冷冻干燥系统，而LenioBio等全球性公司也开发了用于无细胞蛋白质生产的系统，以推动药物发现和疫苗开发。欧洲的大学也在研究如何利用机器学习进一步优化这一过程。
得益于反应区隔化和能量再生技术的进步，这些无细胞平台比传统系统更快、更稳定且更易于扩展。通过将生物学与生物反应器解耦，它们为诊断、治疗和可持续材料的便携式、实时、可编程生产打开了大门——适用于任何需要生物学功能但细胞本身存在局限性的场景。
这项新型诊断技术可以通过在护理点现场制造治疗药物、加速实验室检测或提供移动检测能力，改善应急响应，特别是在资源匮乏地区。到2026年，这些系统有望从实验室套件扩展为试点平台，应用范围将涵盖医疗保健、工业生物催化和现场制造等领域。
物联网传感器与智能涂层助力基础设施实现自我修复
腐蚀 每年给全球经济造成超过 2.5 万亿美元的损失，桥梁、管道和海洋结构物需要持续进行被动式维修。将物联网 (IoT) 新兴技术与现有的 自修复材料 相结合，是 2026 年材料科学领域的一项重大突破，有望推动各行业基于实时数据分析，对各类基础设施实施预测性维护。随着监管压力日益增大，工业界对该技术的采用正呈现增长态势。
在 微胶囊工程 方面的最新进展，包括壳体稳定性、受控释放机制以及修复剂化学性能的提升，使得自修复涂层现已能够经受工业应用考验，并在严苛环境中可靠运行。当发生损伤时，嵌入的微胶囊会破裂并释放出修复剂，通过聚合反应在数小时内密封裂缝。目前，桥梁基础设施、海上平台和管道网络已开始进行早期商业部署。自修复材料还具有其他用途，包括在 生物医学领域 的应用。
将自修复材料与物联网传感器相结合意义重大，因为在可见的劣化发生前检测到微小损伤，便可在重大问题出现前进行维护，从而在延长基础设施使用寿命、提高安全性的同时，有效降低成本。
这些科学突破表明，2026 年可能是可再生能源创新、绿色化学、生物技术进步、精准医疗和气候智能型农业的关键一年。如需了解这些新兴科学趋势，请 订阅 CAS Insights，获取关于有望在 2026 年及以后产生影响的科学突破的每周更新。
