哪些科学突破有望在 2026 年拓展其应用范围或实现大规模商业可行性？我们的 CAS 科学团队已识别出八大新兴趋势，涵盖药物开发、可再生能源、智慧农业等多个领域。这些领域的科学突破使其有望成为来年最具影响力的进展之一。这些洞察在很大程度上依赖于使用 CAS 内容合集TM（全球最大的人工收录科学信息库）进行的研究，我们很高兴在此分享我们对 2026 年这些趋势的看法。
如需了解这些科学领域的重要趋势综述，请观看我们专家小组网络研讨会的录制视频，CAS 资深科学家在其中讨论了若干科学突破。
混合太阳能电池正扩展小型可再生能源系统
钙钛矿-硅叠层太阳能电池的功率转换效率已超过 34%，较现有最高约 24% 的商业硅基电池板有显著提升。这些效率的提升得益于界面钝化、使用铷铯的成分调控以及稳定性增强等方面的突破。
因此，钙钛矿-硅太阳能电池可在单位面积内产生更多电能，这使得太阳能发电在空间受限的环境中（如较小屋顶及车辆）变得可行，而传统光伏电池可能无法安装。它们也推动了便携式太阳能装置的发展。
混合叠层电池也在现有硅基光伏基础设施基础上发展，而非完全取代它，这提供了更快的商业化路径和更多的供应链选择。相比之下，纯钙钛矿太阳能电池在降解和稳定性方面面临挑战。混合太阳能电池制造商已实现可投入量产的高效率，首批商业版本预计将在 2026 年面市。凭借这些尖端创新，便携式太阳能发电有望很快推广至各地的家庭和车辆。
靶向钠通道药物带来无需阿片类药物的镇痛效果
阿片类药物相关死亡人数终于开始下降，然而根据最新数据，仍有超过 5 万美国人死于阿片类药物过量。尽管数字令人震惊，针对中度至重度疼痛的有效且非成瘾性替代方案依然难以获得。不过，随着苏泽曲吉（Suzetrigine，商品名为 Journavax）于 2025 年 1 月获得美国 FDA 批准，无需阿片类药物的镇痛方案有望成为 2026 年的重大科学突破。
Suzetrigine 是新型药物类别的首创，它能选择性阻断仅存在于外周痛觉神经元中的 NaV1.8 钠通道。与作用于中枢神经系统并带来成瘾风险的阿片类药物不同，也不同于影响心脏和大脑的传统钠通道阻滞剂，Suzetrigine 实现了对疼痛通路超过 31,000 倍的高选择性，且不影响其他组织。此外，NaV1.8 可能并非唯一靶点，研究人员也在探索针对其他钠通道（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的效果与阿片类药物相当，且不会引发呼吸抑制、镇静作用，也无成瘾或滥用风险。包括辉瑞、葛兰素史克和福泰制药在内的多家制药公司，目前正在推进类似的 NaV1.8 抑制剂进入研发管线，这标志着疼痛管理领域 20 多年来的首次重大创新。
回收技术的进步正推动可持续服装走向市场
纺织业每年产生 1.32 亿吨纤维，是 25 年前产量的两倍多。增长主要源于聚酯等化石燃料基材料的使用，这也导致了大量废弃物和二氧化碳排放。在服装供应链中，仅 8% 的纤维源自回收材料，原因之一在于许多纺织品以难以分离的方式混纺了棉与聚酯纤维。
Avantium 公司与阿姆斯特丹大学的研究人员近期开发了一项突破性回收工艺，有望解决此问题。他们的分步化学回收法在室温下使用高浓度盐酸 (43 wt% HCI)，以分离混合废纺织品中的棉与聚酯。截至目前，该工艺已实现 75% 的棉（以葡萄糖形式）回收率和 78% 的聚酯单体回收率。该技术将于 2026 年推进至示范工厂，目标是在本年代末实现年处理 10 万吨的商业化运营规模。
时机的把握至关重要：荷兰自 2025 年 1 月起生效的“生产者责任延伸”(EPR) 法规现已强制要求时尚品牌为纺织废弃物处理付费，这为采用回收技术（将废弃物转化为原生品质材料，而非降级回收或填埋）创造了直接的经济激励。美国多个州也在推进 EPR 立法及针对纺织品的专项法规。因此，这项回收创新可帮助可持续服装生产商在应对纺织废弃物问题的同时，满足新的法规要求。
人工智能引导的生物标志物发现正推动癌症治疗方案的进步
蛋白质、遗传物质、外泌体等生物标志物对于癌症的早期检测至关重要。早期检测能提高癌症患者的生存率，而人工智能驱动的技术可能正推动其从检测迈向预测。
AstraZeneca 与 Tempus AI 近期的一项突破展示了对比学习如何能发现可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) 在回顾性免疫肿瘤学临床试验中优化了患者选择，通过整合大型语言模型 (LLM)、生成式人工智能及传统机器学习的集成模型，与传统设计相比带来了 15% 的生存获益。
这一转变标志着诊断正被更广泛地重新定义，即从识别疾病转向精准指导治疗决策。例如，在使用机器学习模型预测对免疫检查点抑制剂治疗的反应方面，研究人员已取得进展。我们预计，对这些预测工具的投资将持续增加，人工智能驱动的癌症诊疗也将得到更大发展，成为 2026 年最重要的科学趋势之一。
替代性电池技术正推动可再生能源存储的商业化
为确保向可再生能源的成功转型，我们必须将所发的电力持续储存数小时乃至数天。新型材料科学电池技术在成本、材料可获得性方面正超越当前的锂离子电池，并且在 2026 年，数种方案将准备就绪，以满足公用事业规模的商业化需求：
- 金属-空气电池：新型电池技术使用储量丰富的金属，避免了锂的资源约束。例如，铁-空气电池基于铁的可逆氧化（生锈）原理。2025 年，Form Energy 公司已开始大规模生产此类电池，利用铁、水和空气等储量丰富且无毒的原料实现多日储能。凭借长达 100 小时的持续放电能力，其持久性足以替代基于化石燃料的调峰电站，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，它具有高能量密度和长储存寿命，同样使用了环境友好且广泛可得的材料。
- 金属离子电池： 类似于金属空气电池，金属离子电池的供应链更简单，不依赖锂。钠离子技术是一个现已达到商业临界点的例子。这些电池的放电速率更高，火灾风险低于锂离子电池，并且在极热或极冷环境中都能良好发挥作用。其他技术包括锌离子电池，其安全性和成本低于锂离子电池，以及镁离子电池，其体积 容量几乎 是锂离子电池的两倍。
清洁能源发电量近期已占全球发电总量的 40%。随着能源转型的持续推进，可再生能源存储将变得至关重要。电池领域的科学突破标志着一个结构性转变，储存的电力不再仅仅是化石燃料的补充，它正逐步成为我们现代真实世界电力基础设施的基石。
CRISPR 编辑农业正为粮食安全解锁耐旱作物
随着气候波动加剧，研究人员正转向植物的“隐藏一半”，即根系，以开发能在干旱环境下仍能茁壮成长的作物。利用 CRISPR/Cas9 和碱基编辑工具的团队，已成功在水稻、小麦和玉米中修饰了根系构型基因，以促进更深层、更高效的吸水能力，同时不影响产量。这些编辑针对如根系角度和深度等性状，使植物能从更深的土壤层获取水分。
与传统育种（可能需要数十年才能固定此类性状）不同，基因编辑允许为特定地理区域快速、精准地开发抗旱栽培品种。相较于其他形式的作物基因改造，此方法也较少引发问题。
转基因生物 (GMO) 涉及从不同物种转移基因，这引发了消费者对进入我们食物链的植物可能产生非预期影响的担忧。然而，CRISPR 技术仅改变植物自身基因组中的基因，并不引入其他物种的基因。
CRISPR 编辑植物的田间试验已在推进中，早期结果显示产量有所提升。随着监管框架的演化和气候压力的加剧，以根系为焦点的基因编辑正成为长期气候智慧型农业的基石。
无细胞生物制造推动即时诊断工具发展
2026 年生物技术领域最重要的科学趋势之一是无细胞生物制造系统的发展。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。
由 DARPA 和美国国家科学基金会资助的美国研究人员已构建出模块化、冻干式的系统；与此同时，全球性公司如 LenioBio 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研发。欧洲的多所大学也在研究如何利用机器学习进一步优化此流程。
得益于反应区室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速、更稳定且更易扩展。通过将生物过程与生物反应器解耦，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，在需要生物学应用而细胞成为负担的任何地方皆可实现。
这项新的诊断技术可通过在护理点生产治疗药物、加速实验室检测或提供移动检测能力，来改善应急响应，尤其是在资源有限的环境中。到 2026 年，这些系统有望从实验室试剂盒扩展为试点平台，其应用将遍及医疗保健、工业生物催化和现场就绪制造等多个领域。
物联网传感器与智能涂层赋能自修复基础设施
腐蚀每年给全球经济造成超过 2.5 万亿美元的损失，桥梁、管道和海洋结构等需要持续进行被动维修。将物联网新兴技术与现有自修复材料相结合，是 2026 年材料科学领域的一项引领性突破，有望基于实时数据分析推动各行业对所有类型基础设施实施预测性维护。随着监管压力的加大，该技术的工业应用正蓄势待发。
微胶囊工程在囊壳稳定性、可控释放机制及修复剂化学方面的最新进展，现已使自修复涂层能够承受工业应用，并在严苛环境中可靠地发挥作用。当损伤发生时，内嵌的微胶囊破裂并释放修复剂，这些修复剂聚合后可在数小时内密封破损处。目前，在桥梁基础设施、海上平台和管道网络中，早期商业化部署已在进行。自修复材料在其他领域也有应用，包括生物医学领域。
将自修复材料与物联网传感器相结合至关重要，因为能在可见劣化前检测到微损伤，使得维护工作得以在重大问题发生前进行，从而延长基础设施寿命，同时提升安全性并可能降低成本。
这些科学突破表明，2026 年可能成为可再生能源创新、绿色化学、生物技术进步、精准医疗和气候智慧型农业的关键一年。请订阅 CAS Insights 以随时了解这些新兴科学趋势，获取关于将在 2026 年及未来产生影响的科学突破的每周更新。
