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科学团队特别介绍八大新兴趋势，涵盖药物开发、可再生能源、智能农业等领域。这些领域的科学突破预示着它们将成为来年最具影响力的发展方向。这些洞见主要基于 CAS 内容合集 (CAS Content CollectionTM) 的研究成果——这是全球最大的人工标引的科学信息库。我们期待与您分享对2026年趋势的深度解析。
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。
混合型太阳能电池推动小规模可再生能源系统的发展
叠层钙钛矿太阳能电池（由钙钛矿与硅材料构成）已实现超过 34% 的能量转换效率，较现有商业硅基面板约24%的效率显著提升。效率突破源于界面钝化技术、铷铯元素成分调控以及稳定性增强等关键进展。
因此，钙钛矿-硅太阳能电池能实现更高的单位面积发电量，使太阳能发电在传统光伏难以适配的狭小屋顶、车辆等空间受限环境中成为可行方案，同时推动便携式太阳能装置的发展。
混合叠层电池基于现有硅基光伏基础设施进行升级而非替代，从而加速商业化进程并提供更灵活的供应链选择。相比之下，纯钙钛矿太阳能电池面临退化和稳定性挑战。混合太阳能电池制造商已实现量产级效率，首批商用产品预计将于2026年面市。凭借这些尖端创新，便携式太阳能发电有望很快普及至全球家庭和车辆。
靶向钠通道药物带来无阿片类止痛新希望
阿片类药物相关死亡人数终于开始下降，但最新数据显示仍有逾 5 万美国人因过量服用阿片类药物丧生。尽管数据令人震惊，但针对中重度疼痛的有效且无成瘾性替代方案始终难以实现。然而随着2025年1月苏泽替林 (Journavax) 获 FDA 批准，2026年这一重大科学突破为无阿片类止痛带来了新希望。
苏泽替林是一类新型药物中的首个代表，能选择性阻断仅存在于外周痛觉神经元的NaV1.8钠通道。与作用于中枢神经系统且存在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，苏泽替林对疼痛通路的选择性高达 31,000 倍以上，同时避免影响其他组织。此外，NaV1.8 可能并非唯一靶点——研究人员正探索 NaV1.7 和 NaV1.9 等其他钠通道的调节剂。
临床试验表明，该药物对术后及急性疼痛的镇痛效果可媲美阿片类药物，且不引发呼吸抑制、镇静或滥用风险。辉瑞、葛兰素史克、Vertex 制药等多家药企正推进类似 NaV1.8 抑制剂的研发进程，标志着二十余年来疼痛管理领域首次重大创新突破。
回收技术进步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，而这类材料在生产和废弃过程中会产生大量废弃物和二氧化碳排放。服装供应链中仅 8% 的纤维来自再生原料，部分原因在于许多纺织品采用棉与聚酯混纺工艺，导致两者难以分离。
阿凡提姆公司与阿姆斯特丹大学的研究人员近期开发出突破性回收工艺，有望解决这一难题。其序列化学回收技术采用室温下高浓度盐酸 (43% HCl)，可分离混合废纺织品中的棉与聚酯纤维。目前该工艺已实现75%的棉纤维回收率（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，目标在本十年末实现年产10万吨的商业化规模运营。
时机至关重要：自2025年1月在荷兰生效的“生产者延伸责任制”法规 (EPR)，现已强制要求时尚品牌承担纺织废料处理费用，这为采用将废料转化为原生品质材料的回收技术创造了直接经济激励，避免了降级回收或填埋处置。美国多州也在推进EPR法规。这项回收创新技术既能帮助可持续服装生产商满足新规要求，又能解决纺织废料问题。
人工智能引导的生物标志物发现推动癌症治疗新进展
蛋白质、遗传物质、外泌体等生物标志物对癌症早期检测至关重要。早期发现可提高癌症患者生存率，而人工智能技术有望突破检测局限实现预测功能。
阿斯利康与 Tempus AI 近期取得的突破性进展表明，对比学习可发掘预测治疗反应的生物标志物。其预测性生物标志物建模框架 (PBMF) 通过整合大型语言模型 (LLMs)、生成式 AI 和传统机器学习的集成模型，显著优化了免疫肿瘤学回顾性临床试验的患者筛选，较传统设计方案提升15%生存率。
这一转变标志着诊断功能正从疾病识别向精准治疗决策指导的全面升级。研究人员还利用机器学习模型在预测免疫检查点抑制剂 (ICI) 免疫疗法反应等方面取得进展。我们预计2026年将持续投入这些预测工具，人工智能驱动的癌症治疗将成为领先科学趋势之一。
新型电池技术推动可再生能源存储的商业化进程
可再生能源转型要成功，必须实现数小时乃至数天的电力储存。新型材料科学电池技术在成本和材料可获得性方面已超越现有锂离子电池 (LIB)，到2026年，多种替代方案将具备公用事业所需规模的商业化条件：
- 金属空气电池：新型电池技术采用储量丰富的金属，避免了锂供应的限制。例如铁-空气电池基于铁的可逆氧化反应原理。2025年，Form Energy 公司启动该电池量产，利用铁、水、空气等丰富无毒材料实现多日储能。其最长可储存100小时电能，足以替代化石燃料调峰电站，为高比例可再生能源电网提供稳定支撑。另一项近期突破是锌-空气电池，其兼具高能量密度与长储存寿命，同样采用环保且易获取的材料。
- 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化的供应链，无需依赖锂资源。钠离子技术正迈向商业化临界点，相比锂离子电池 (LIBs)，钠离子电池具有更高的放电速率、更低的起火风险，并且在极热或极寒环境中仍能保持良好性能。其他技术包括安全性更高、成本更低的锌离子电池，以及能量密度接近锂离子电池两倍的镁离子电池。
清洁能源发电量近期已占全球总发电量的 40%，随着能源转型持续推进，可再生能源储存将成为关键环节。电池领域的科学突破预示着结构性转变——储能技术不再是化石燃料的补充，正逐步成为现代现实世界电力基础设施的基石。
CRISPR 编辑技术助力农业突破干旱耐受作物瓶颈，保障粮食安全
随着气候波动加剧，研究人员正将目光投向植物的隐秘半身——根系系统，致力于培育能在干旱压力下茁壮生长的作物。研究团队运用CRISPR/Cas9和碱基编辑技术，成功改造水稻、小麦和玉米的根系结构基因，使作物在不影响产量的前提下，实现更深层、更高效的水分吸收。这些基因编辑精准调控了根系角度和根系深度等性状，使作物能够从土壤更深层获取水分，从而显著提升抗旱能力。
与传统育种需耗时数十年固定性状不同，基因编辑技术能精准快速培育适应特定地域的抗旱品种。该方法相较其他作物基因改造技术更具优势。
转基因生物 (GMO) 涉及跨物种基因转移，这引发了消费者对食物供应链中植物可能产生非预期效应的担忧。而CRISPR技术仅改变植物现有基因组中的基因，不会引入异源基因。
CRISPR编辑植物的田间试验已启动，初期数据显示产量提升。随着监管框架完善及气候压力加剧，以根系改良为核心的基因编辑技术正日益成为长期气候智慧型农业 (climate-smart agriculture) 的关键支柱。
无细胞生物制造助力即时诊断工具
2026年生物技术领域的前沿趋势之一是无细胞生物制造的发展。这类系统无需活体生物或发酵罐即可按需生产蛋白质、酶或化学物质。
美国国防高级研究计划局 (DARPA) 和国家科学基金会 (NSF) 资助的研究人员已构建出模块化冻干无细胞系统，而LenioBio等全球企业则开发出无细胞蛋白质生产系统，以推动药物发现和疫苗研发。欧洲高校正探索如何通过机器学习进一步优化该工艺。
得益于反应隔室化与能量再生技术的突破，这些无细胞平台较传统系统更快速、更稳定且更易扩展。通过将生物过程与生物反应器解耦，它们为便携式实时可编程生产开辟了新路径——适用于诊断、治疗及可持续材料领域，尤其在需要生物学干预但细胞存在风险的场景中。
这项新型诊断技术有望显著提升应急响应能力，尤其在资源有限的环境中，可通过在诊疗现场 (point of care) 即时生产治疗药物、加速实验室检测或提供移动检测能力。到2026年，该系统有望从实验室试剂盒扩展至试点平台，应用领域将覆盖医疗保健、工业生物催化及野外可部署制造等。
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逾2.5万亿美元损失，桥梁、管道及海洋结构需持续进行应急维修。将物联网新兴技术与现有自修复材料结合，将成为2026年材料科学领域的重大突破，有望推动各行业基于实时数据分析实现全类型基础设施的预测性维护。随着监管压力增大，该技术的工业应用正加速推进。
微胶囊工程领域的最新进展——包括壳体稳定性、控释机制及修复剂化学特性——使自愈涂层能够经受工业应用考验，在恶劣环境中稳定运行。当结构受损时，内嵌微胶囊破裂释放修复剂，数小时内通过聚合反应完成裂缝密封。目前桥梁设施、海上平台及管网系统已启动早期商业部署。此外，自修复材料还具有更广泛的应用潜力，例如在生物医学领域用于可降解植入物或智能药物递送系统等。
自修复材料与物联网传感器的结合意义重大——在可见损坏出现前检测微损伤，可提前实施维护，从而延长基础设施寿命，提升安全性并可能降低成本。
这些科学突破预示着2026年可能成为可再生能源创新、绿色化学、生物技术进步、精准医疗及气候智能型农业的关键转折点。订阅 CAS 洞见，每周获取2026年及未来可能产生重大影响的科学突破动态，持续掌握新兴科学趋势。
