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2025科技浪潮：這七項技術將顛覆你的想像！
自動駕駛實驗室：開啟科學研究新範式
在多倫多的Acceleration Consortium，自動駕駛實驗室正以前所未有的方式推動材料科學的發展。這裡的實驗不再依賴傳統的人工操作，取而代之的是演算法和機器人的協同工作，它們就像不知疲倦的科學研究助手，日夜不停地探索著材料科學的未知領域。
去年，一個國際團隊借助由五個AI 驅動的機器人實驗室組成的全球網路，成功發現了一系列有望用於有機固態雷射器的材料。多倫多大學的計算化學家Alán Aspuru-Guzik 參與了此項研究，他表示，這個項目充分展示了「自動駕駛」 實驗室在材料研究中的強大力量。在項目開始時，已知的有機雷射化合物僅有約十種，而最終，他們成功篩選出了21 種頂級材料，極大地推動了低成本、高能效電子產品的發展處理程序。
自動駕駛實驗室的核心在於將現代機器人技術與AI 演算法深度整合。這些演算法能夠根據預設的目標和現有的資料，規劃出複雜的實驗流程，並對實驗結果進行即時分析和解讀。通過這樣的方式，實驗室能夠實現高通量的實驗操作，在短時間內測試大量的材料組合和實驗條件，這是傳統實驗室難以企及的。阿貢國家實驗室的材料科學家Jie Xu 所開發的Polybot 平台，就是一個很好的例子。在試點實驗中，研究人員利用它成功合成了可拉伸的導電聚合物，以及在電場作用下光學性質會改變的材料。
展望未來，自動駕駛實驗室還有更大的發展潛力。多倫多大學Acceleration Consortium 的研究人員在2024 年11 月發表的論文中描述了ORGANA 系統，該系統允許科學家使用自然語言指令來指導自動化實驗室的工作，這無疑將進一步降低操作門檻，提高實驗效率。 Aspuru-Guzik 也正在探索步行機器人、電腦視覺等創新技術，力求拓展實驗室自動化的邊界。不過他也強調，在可預見的未來，人類仍將在科學研究過程中發揮不可或缺的作用，「人在回路」 是確保研究方向正確且富有創造性的關鍵。
CAR - T 細胞療法：癌症與自免疾病的新曙光
CAR - T 細胞療法，全稱為嵌合抗原受體T 細胞療法，近年來在癌症治療領域掀起了一場革命，已然成為許多血液癌症的標準治療方案。自首款CAR - T 細胞療法獲批進入臨床的七年時間裡，全球已有數萬名患者接受了這一前沿治療。對於特定類型的白血病、淋巴瘤和骨髓瘤，其臨床效果令人矚目，部分癌症患者的完全緩解率超過了50% ，最早接受CAR - T 治療的急性淋巴細胞白血病兒童患者Emily Whitehead，至今已超過十年無癌，為無數血液腫瘤患者點亮了治癒的希望之光。
在血液癌症治療取得階段性成功後，科研人員並沒有停下探索的腳步，他們將目光投向了更具挑戰性的實體瘤領域。波士頓馬薩諸塞州總醫院的腫瘤學家Marcela Maus 團隊在這方面取得了令人振奮的突破。他們精心設計了一種針對表皮生長因子受體III 型突變體（EGFRvIII）的CAR - T 療法，該療法創新性地通過分泌T 細胞結合抗體分子（TEAM），還能同時靶向野生型EGFR 蛋白，為復發性膠質母細胞瘤（GBM）的治療帶來了新的希望。在臨床試驗中，3 名勇敢接受該療法的復發性GBM 患者，大腦腫瘤在短短1 - 5 天內就迅速縮小，其中一名患者的腫瘤在第5 天幾乎完全消失，另一名患者的病情緩解時間超過了5 個月。除了腦癌，其他研究在兒童腦癌和胃腸道腫瘤的治療中也展現了鼓舞人心的前景。 Maus 博士滿懷信心地表示，如果研究人員能夠準確識別出更多合適的腫瘤特異性靶點，CAR - T 療法有望在更多癌症類型的治療中發揮重要作用，為廣大癌症患者帶來福音。
CAR - T 細胞療法的潛力不止於此，它在自體免疫疾病的治療領域中也展現了巨大的潛力。這類疾病通常是由於產生有害「自身抗體」 的缺陷型B 細胞攻擊人體正常組織而引發的。由德國風濕病學家Georg Schett 博士領導的研究團隊在這方面率先取得了突破。早在2021 年，他們就成功利用自體CD19 CAR - T 細胞治療了一名嚴重系統性紅斑狼瘡（SLE）患者。經過CAR - T 治療後，患者實現了血清學及臨床雙重緩解，效果顯著。此後，Schett 博士的團隊乘勝追擊，在約二十名患有狼瘡和其他自體免疫疾病的患者中成功控制了病情，迄今僅有一例復發。這項成果讓人們看到了CAR - T 細胞療法在改善其他與B 細胞相關的自體免疫疾病（包括多發性硬化）預後方面的巨大潛力。儘管CAR - T 細胞的生產與治療費用高昂，且治療過程對患者身體可能造成一定損害，但對於那些在傳統治療中苦苦掙扎的自身免疫疾病患者而言，無疑是黑暗中的一絲曙光。正如Schett 博士所說：“這類患者的長期治療費用本就十分龐大，而CAR - T 療法的進展表明，理論上患者有可能在數年內無需進一步治療，從而擺脫自身免疫疾病的困擾。”
生物修復技術：讓微生物拯救地球
在電影《侏儸紀公園》中，那句經典台詞“生命總會找到出路”，深刻地揭示了自然界頑強的生命力。這種生命力在微生物世界中體現得淋漓盡致，它們能在極端惡劣的環境中生存繁衍，甚至能以塑料這類被視為“白色污染” 代名詞的物質為食，這一特性為生物修復技術的發展提供了堅實的基礎。
塑料，作為現代生活中無處不在的材料，在帶來便利的同時，也給環境帶來了沉重的負擔。隨著時間的推移，塑膠逐漸降解為微小的顆粒，這些微塑膠不僅在土壤、水體中廣泛存在，還透過食物鏈進入人體，對生態系統和人類健康構成了潛在威脅。不過，倫敦布魯內爾大學的微生物學家Ronan McCarthy 帶來了好消息：一些細菌正在逐漸適應並利用這些塑料，為解決微塑料污染問題提供了新的想法。他的團隊正致力於誘導塑膠降解細菌在塑膠碎片表面形成緻密的生物膜，從而提高降解效率。這種生物膜就像是一個高效率的降解工廠，細菌在其中能夠將酵素直接分泌到塑膠表面，避免了酵素被水流沖走，大大提升了降解效果。
除了塑膠污染，另一類被稱為「永遠的化學物質」 的PFAS（全氟和多氟烷基物質）同樣給環境帶來了巨大挑戰。這類物質具有極強的化學穩定性和生物累積性，在環境中幾乎無法自然降解，對土壤和水體造成了長期的污染。密蘇里大學的化學家Susie Dai 則專注於研究白腐真菌對PFAS 的降解能力。她的團隊開發了一種名為RAPIMER 的平台，利用由天然纖維組裝而成的人造植物狀支架來培養白腐真菌。這些天然纖維就像一個高效能的吸附器，能夠富集環境中的污染物，然後白腐真菌就可以對其進行降解。該平台為PFAS 污染的治理提供了一種新的可能，有望在廢水處理和污泥處理等領域發揮重要作用。
除了上述研究，其他科學研究人員也積極探索利用蛋白質工程和實驗室進化方法來優化現有酵素的性能，以提高微生物對污染物的處理能力。不過，生物修復技術的大規模應用仍面臨一些挑戰。其中，監管限制和公眾對轉基因生物的擔憂是兩個主要問題。由於生物修復技術可能涉及基因改造的微生物，公眾對其安全性有疑慮，這在一定程度上限制了該技術的推廣和應用。此外，如何確保這些經過改造的微生物在環境中能穩定、安全地發揮作用，也是科學家需要解決的重要問題。
儘管面臨挑戰，但生物修復技術的前景依然廣闊。隨著研究的不斷深入，我們有理由相信，未來微生物將在環境保護中發揮更重要的作用，為我們的地球帶來更多的綠色希望。
生物學基礎模型：解鎖生命密碼的鑰匙
在人工智慧蓬勃發展的時代，生物學領域也迎來了一場變革性的技術浪潮— 生物學基礎模型。這些模型就像是一把神奇的鑰匙，為我們打開了深入理解生命奧秘的大門。
生物學基礎模型，本質上是一種基於深度學習的人工智慧演算法，它通過對海量的生物數據進行預訓練，從而學習到生物系統中的複雜模式和規律。這些資料涵蓋了基因組序列、基因表現資料、蛋白質結構與功能資訊等多個層面，就如同一個龐大的生物資訊寶庫，而基礎模型則是那個能夠從中挖掘出珍貴知識的尋寶者。
以2024 年多倫多大學研究人員開發的scGPT 模型為例，它基於超過3300 萬個細胞的單細胞轉錄組資料進行訓練，在細胞類型分類任務中展現出了驚人的精確性。無論是在正常組織還是疾病狀態下的細胞，scGPT 都能精準地識別其類型，為疾病的診斷和治療提供了有力的支援。在多發性硬化症的研究中，scGPT 透過對患者細胞數據的分析，成功地發現了與疾病相關的關鍵細胞類型和基因網絡，為揭示疾病的發病機制提供了新的線索。
除了細胞分類，生物學基礎模型在基因網絡識別和藥物研發領域也發揮著重要作用。它們能夠從複雜的基因表現資料中，識別出協同工作的基因網絡，這些基因網絡往往與特定的生物過程或疾病狀態密切相關。透過對這些基因網絡的深入研究，科學家可以更好地理解疾病的發生和發展機制，從而為開髮針對性的治療藥物提供理論基礎。在藥物研發過程中，基礎模型可以根據已知的藥物分子結構和生物活性數據，預測新的藥物分子的活性和安全性，大大縮短了藥物研發的周期，並降低了研發成本。例如，默克公司利用生物學基礎模型，透過對大量蛋白質結構和功能資料的學習，成功設計出了具有更高活性和特異性的藥物分子，為癌症和其他疾病的治療帶來了新的希望。
隨著技術的不斷進步和數據的不斷積累，生物學基礎模型的潛力還遠未被完全挖掘。未來，它們有望在個性化醫療、合成生物學等領域中發揮更重要的作用。在個人化醫療方面，基礎模型可以根據患者的個體基因資料，為其量身定製最佳的治療方案，實現真正意義上的精準治療；在合成生物學領域，基礎模型可以幫助科學家設計和建構全新的生物系統，創造出具有特定功能的人造細胞和生物分子，為解決能源、環境等全球性問題提供創新的解決方案。
永續城市冷卻技術：給城市降溫
「火爐城市」 的稱號，如今似乎已不再侷限於少數幾個城市，而是成為了許多城市在夏季共同面臨的困境。隨著全球氣候變暖的加劇，城市熱島效應愈發顯著，城市溫度不斷攀升，為人們的生活和生態環境帶來了許多挑戰。據相關資料顯示，在一些大城市，夏季城市中心的溫度比周邊郊區高出5 - 10℃，這不僅讓居民們酷熱難耐，還導致了能源消耗的大幅增加，空調、風扇等製冷裝置的使用量急劇上升，進一步加劇了能源短缺和碳排放問題。
為了應對這一嚴峻挑戰，科學家和工程師們正在積極探索各種可持續城市冷卻技術，力求為城市「降溫」。其中，「超級冷卻材料」 的研發成為了一個重要的方向。這些材料就像是城市的“隱形空調”，能夠通過特殊的物理機制，將城市建築表面的熱量散發出去，從而降低城市的整體溫度。由澳洲新南威爾士大學的Matthaios Santamouris 團隊開發的“超級冷卻材料”，在沙烏地阿拉伯利雅得的實地測試中取得了令人矚目的成果。在炎熱的沙漠氣候條件下，這種材料與其他措施相結合，成功地將環境溫度降低了近5℃，大大減輕了城市的冷氣負擔，降低了能源消耗。這種材料的原理基於被動輻射冷卻技術，它能夠反射太陽輻射，同時將建築物表面的熱量以紅外線的形式發射出去，這些紅外線能夠穿透大氣層，直接逃逸到太空，從而實現熱量的有效散發。
除了超級冷卻材料，固態空調的研發也為永續城市冷卻帶來了新的希望。傳統的空調系統依賴氫氟碳化物（HFCs）製冷劑，這些製冷劑不僅對臭氧層有破壞作用，還具有很強的溫室效應，加劇了全球氣候變暖。而固態空調則採用了全新的冷凍原理，擺脫了對HFCs 冷媒的依賴，從而更加環保。馬裡蘭大學的Ichiro Takeuchi 團隊研發的基於「彈性熱」 效應的固態空調，利用合金在壓縮和鬆弛過程中的熱量變化來實現製冷。當合金被壓縮時，它會釋放熱量；而當壓力釋放時，合金又會吸收熱量，從而實現製冷循環。雖然目前這種固態空調還存在著體積較大、功率需求較高等問題，但研究團隊正在不斷努力改進，相信在不久的將來，固態空調將成為城市製冷的重要選擇。
永續城市冷卻技術的發展，不僅能夠改善城市居民的生活環境，降低能源消耗，還有助於減緩全球氣候變暖的處理程序，保護我們的地球家園。從超級冷卻材料到固態空調，每一項技術的突破都凝聚著科學研究人員的智慧和努力，也為我們的城市未來帶來了更多的綠色可能性。在未來的城市規劃和建設中，這些永續城市冷卻技術可望得到更廣泛的應用，讓我們的城市在炎炎夏日也能保持清涼與舒適。
單細胞微生物分析技術：探索微觀世界的利器
在我們所處的這個星球上，微生物無所不在，它們在海洋、土壤、空氣，甚至我們的身體內建構了一個龐大而複雜的生態系統。以大腸桿菌為例，僅僅是這一個物種，在單一菌落內，其基因組的幾乎每個位置都可能發生突變，這種基因組的多樣性使得大腸桿菌在不同的環境中展現出不同的生存策略和功能特性。而在人體腸道內，數以兆計的微生物共同構成了一個複雜的群落，它們與人體的健康密切相關，不僅參與食物的消化和營養的吸收，還在免疫系統的發育和調節中發揮關鍵作用。
然而，長期以來，研究微生物群落的複雜性一直是科學介面臨的一大挑戰。傳統的微生物研究方法往往只能對群體微生物進行分析，無法深入到單個細胞層面，這就好比用一台解析度較低的相機去拍攝一幅精細的畫作，只能看到大致的輪廓，卻無法捕捉到其中的細節。破解微生物細胞的細胞壁是一個難題，細胞壁就像一層堅固的堡壘，保護著微生物細胞，但也給研究人員取得細胞內的物質帶來了困難。此外，單一微生物細胞內的DNA 和RNA 含量極少，如何有效率地純化這些微量物質，也是研究人員需要攻克的難關。
不過，隨著科技的不斷進步，單細胞微生物分析技術應運而生，為我們打開了一扇通往微觀世界的新窗口。在轉錄組學研究方面，所取得的進展尤其顯著，目前已經有至少六種技術可供使用。由德國維爾茨堡亥姆霍茲RNA 感染研究所的生物化學家Jörg Vogel 團隊開發的細菌MATQ - seq 技術，能夠在數千個微生物中，對每個細胞的數百個基因表現進行分析。透過這種技術，研究人員可以深入理解微生物在不同環境條件下的基因表現變化，從而揭示它們的代謝途徑和功能機制。在研究腸道微生物對人體飲食變化的反應時，MATQ - seq 技術可以幫助我們精確分析那些微生物的基因表現發生了改變，以及這些變化如何影響它們與人體的相互作用。
在微生物DNA 分析方面，也有了新的突破。杜克大學的生物醫學工程師Ophelia Venturelli 和多倫多大學的Freeman Lan 團隊去年成功開發了DoTA - seq 方法。這種方法就像是一個微觀世界的“採樣器”，它能夠將單個細胞捕獲在微小的液滴中，然後對每個細胞基因組中的數十個位點進行選擇性測序。 DoTA - seq 方法的優點在於它具有廣泛的適用性，能夠對各種不同類型和物種的細菌細胞進行分析。利用DoTA - seq 技術，研究人員可以深入研究人類腸道微生物群落的基因組多樣性，理解不同微生物在腸道生態系統中的角色和功能，以及它們如何受到飲食、藥物等因素的影響。
儘管單細胞微生物分析技術已經取得了顯著的進展，但目前這些技術仍處於相對小眾的地位。沒有一項技術實現了商業化，這意味著它們在推廣和應用方面面臨著一定的困難。有些技術還需要依賴複雜的儀器裝置，這些裝置不僅價格昂貴，而且操作難度高，使得許多科學研究人員望而卻步。此外，由於該領域還處於發展初期，許多科學研究人員對單細胞微生物分析技術的理解和認識還不夠深入，因此存在一定的知識空白。
光子計算：為AI 發展注入新動力
隨著人工智慧技術的飛速發展，AI 演算法對運算能力的需求呈指數級增長，這給傳統的電子計算技術帶來了前所未有的挑戰。一方面，電子處理器的性能逐漸逼近物理極限，難以滿足AI 日益增長的計算需求；另一方面，AI 訓練和運行過程中巨大的能源消耗，也成為了可持續發展的一大障礙。在這樣的背景下，光子計算技術應運而生，為AI 的發展帶來了新的希望。
光子計算技術，簡單來說，就是利用光子作為資訊的載體來進行資料處理與計算。光子具有許多獨特的優勢，使其在計算領域展現出巨大的潛力。光子的傳播速度極快，能夠以光速在真空中傳播，這使得光子計算在資料傳輸和處理速度上遠遠超過了傳統的電子計算。光子之間幾乎不存在相互干擾，多條光束可以在同一空間中平行傳播而互不影響，這為實現高度平行的計算提供了可能。光子計算還具有較低的能耗，能夠有效降低計算過程中的能源消耗，符合永續發展的概念。
在AI 領域，光子計算技術的應用可以顯著提升計算效率。在深度學習模型的訓練過程中，需要進行大量的矩陣運算，這些運算對計算資源的需求極大。傳統的電子計算在處理這些大規模矩陣運算時，往往需要耗費大量的時間和能源。而光子計算則可以利用其並行處理的優勢，同時處理多個資料通道，大大加快了矩陣運算的速度，從而縮短了模型的訓練時間。在圖像識別任務中，光子計算能夠快速處理大量的圖像材料，精確地識別出圖像中的物體和特徵，為智慧安防、自動駕駛等領域提供了強大的技術支援。
近年來，光子計算技術取得了一系列重要的突破。由清華大學的研究團隊開發的Taichi 光子晶片，在特定任務上的計算效率比輝達最先進的圖形處理單元（GPU）高出了100 倍，展現出了光子計算在AI 領域的巨大潛力。英國牛津大學的研究人員也展示了兩種光子硬體設計，它們在帕金森氏症的早期檢測中表現出色，能夠透過分析患者的運動資料，精確地識別出疾病的跡象，為醫療診斷提供了新的手段。
儘管光子計算技術在AI 領域展現了巨大的潛力，但目前仍面臨一些挑戰。光子計算裝置的製造工藝還不夠成熟，成本較高，限制了其大規模的應用。光子與電子之間的介面技術也有待進一步完善，以實現兩者之間的高效協同工作。光子計算的演算法和軟體生態系統還不夠完善，需要進一步的研究和開發。
展望未來，隨著技術的不斷進步和創新，光子計算有望在AI 領域發揮更重要的作用。它將為AI 的發展提供更強大的計算支援，推動AI 技術在各個領域的廣泛應用，從智慧交通、智慧家庭到醫療健康、金融服務，光子計算與AI 的結合將為我們的生活帶來更多的便利和創新。
總結與展望
回顧2025 年這七項值得關注的技術，它們無一不展現出科技創新的巨大力量，正從各個維度深刻地改變著我們的世界。自動駕駛實驗室以AI 和機器人為核心，為科學研究開闢了全新的道路，大幅提升了科研效率，拓展了探索的邊界；CAR - T細胞療法在癌症治療和自體免疫疾病領域取得的突破，為無數患者帶來了生的希望和生活質量的改善；生物修復技術借助微生物的神奇能力，為解決環境污染這一全球性難題提供了可行的方案；生物學基礎模型則為生命科學研究搭建了新的平台，幫助我們更深入地理解生命的負面；可持續城市冷卻技術致力於進一步發展奧秘，為生態研究和醫學發展提供了關鍵的微觀視角；光子計算技術則為AI的發展注入了新的動力，解決了傳統計算技術的瓶頸，推動AI 在更多領域實現突破。
這些技術的發展並非孤立，而是相互關聯、相互促進，共同建構一個充滿創新活力的科技生態系統。在未來，它們有望進一步融合，創造出更多意想不到的奇蹟。自動駕駛實驗室或許能藉助光子計算的強大算力，實現更複雜的實驗設計和資料分析；CAR - T 細胞療法可能會受益於生物學基礎模型的精準預測，開發出更具針對性的治療方案；生物修復技術與可持續城市冷卻技術相結合，為打造綠色、宜居的城市環境提供全方位的解決方案。
作為科技的關注者和受益者，我們每個人都應該保持對這些技術發展的關注。科技的進步不只是科學家和工程師們的事，它與我們的生活息息相關。每一項新技術的誕生，都可能帶來新的機會與挑戰。關注科技發展，我們能更好地適應未來的變化，抓住機遇，為自己和社會創造更多的價值。無論是投入科技創新的浪潮，或是在日常生活中享受科技帶來的便利，我們都在參與這場科技變革。讓我們共同期待這些技術在未來綻放出更絢爛的光彩，為人類的進步和發展書寫新的篇章。 （學術脈搏）