2010美德日三國新興產業發展歷程盤點

2010美德日三國新興產業發展歷程盤點

美國

新材料

新導體五花八門，“分子紙”顯神通，儲能材料能力強，隱形越來越可能，材料也有“雙重性格”。

1 月，卡內基研究所研究人員設計出3種高密度的氫與金屬合金材料的計算機模型，并發現在一定壓力和溫度下，這些合金出現了超導性。

3 月，俄亥俄州立大學科學家發現由4對小于1納米的分子組成的世界最小超導體。該發現首次為納米級分子超導線的制造提供了依據。

4 月，勞倫斯伯克利國家實驗室納米科學研究中心宣稱研制出一種迄今為止最大、能在水中自組裝的二維聚合物晶體——“分子紙”。該片狀物質由擬肽和經過改造的聚合物組成，可廣泛應用于制造薄膜或者功能性設備中。

5 月，杜克大學完善了銅納米導線的制造方法，可取代銀納米材料和銦錫氧化物，用于薄膜太陽能電池及柔性顯示器。同月，萊斯大學和以色列理工學院科學家們用氯磺酸化學溶液大批量制造出高純度的石墨烯，有望降低炭素復合材料和觸摸屏的生產成本，并推進基于納米技術的新材料研發。

7 月，華盛頓州立大學使用超高壓在鉆石對頂砧（DAC）內制造出一種結構非常緊密并能夠存儲巨大能量的物質。目前除核能之外，該物質存儲的能量密度最大，未來可能用來制造新的能量儲存設備、電池和具有高度氧化能力的物質以及超高溫超導物質。

8 月，普渡大學研制出可增強光線負折射率的超材料，其中增益介質的效率提高了50倍，并可增強入射光線。有助于研發功能超強的顯微鏡、計算機甚至隱形斗篷；波士頓大學和塔夫斯大學用絲綢制造出工作在電磁波和紅外線之間的隱身斗篷，雖然在可見光下仍沒有實現隱形，但絲綢的“生物相容性”使其有望在醫學治療領域發揮出色表現。

11 月，普林斯頓大學發現了一種表面是金屬、內部是超導體的拓撲超導體晶體材料：極低溫度下，晶體內部電阻為零；同時它的表面為仍有電阻的金屬?！半p重性格”晶體材料有望改變當前的信息存儲與處理方式。

生物技術

生命認識進入新階段；DNA損傷可快檢；對付癌癥用“雞尾酒”；貼塊膏藥幫免疫；舊藥新用殺艾滋??；獲取干細胞更簡單；醫學診斷技術有新招；治療手段納米化。

在認識生命方面，美生物學家在實驗室制造出了首個完全由人造基因指令控制的細菌。人工合成了實驗老鼠的線粒體基因組。利用老鼠細胞培植出可分解毒素的人造老鼠肝臟，標志著“訂制器官”技術的進步；

公布了首個可植入式人工腎臟的原型；制造出了人造卵巢，這是人類首次制造出一個三維的身體組織結構，也是首次制造出可完全承擔人體功能的身體組織。

發明了可直接用于創面的皮膚“打印機”，實現了皮膚組織的人工制造；東弗吉尼亞醫學院迎來了由冷凍了將近20年的胚胎孕育而生的男嬰，打破了此前胚胎冷凍13年的紀錄。

通過開啟過早衰老的老鼠體內的一個端粒酶基因，扭轉了老鼠的衰老進程，老鼠的器官也得以再生，其萎縮的大腦體積增大，并且恢復了生育能力。

在DNA研究方面，揭示了單鏈DNA在穿越碳納米管時發生的“易位”過程。該研究為實現高速、低成本的一對一的基因測序，以及完善個體化治療以治愈更多疾病奠定基礎；將已有30年歷史的彗星化驗改造成一項全新的分析技術，不僅能加快DNA損傷分析進程，還能應用于流行病學和藥物篩選等。

找到了開發DNA自組裝材料的最佳方法，確定用于自組裝的DNA鏈的最佳長度應介于10個堿基到30個堿基之間。

在治療癌癥方面，研發出納米級抗癌“雞尾酒療法”，首次將不同作用的納米粒子組合形成納米協作治療系統；首次證實，靶向納米粒子可傳輸到腫瘤中，釋放出雙鏈小干擾核糖核酸，并利用核糖核酸干擾機制關閉一個重要的癌癥基因。在U87的成膠質瘤細胞系上首次完成了腦癌細胞系全基因組測序。

發現轉鐵蛋白與納米粒子結合可瞄準并殺死拉莫斯癌細胞，新發現將有望發展出癌癥靶向治療的新策略，并且副作用更小；首次在組織培養皿中將人體正常細胞轉變成三維癌細胞組織；研制出可以阻斷與惡性黑色素瘤密切相關的B-RAF突變的抗癌藥物，科學家認為，此成果堪與發現青霉素相媲美。

在病毒方面，發明由數百個微型針構成“貼布疫苗”。貼在皮膚上，微型針就會滲透進皮膚外層并且溶解，同時釋放出一定劑量的流感疫苗。

揭示了T細胞阻斷艾滋病病毒的作用機理；發現了兩種可有效中和艾滋病病毒的抗體VRC01和VRC02，能阻止90%以上已知的艾滋病病毒菌株侵襲人體細胞；發現胞苷和健澤合用可殺艾滋病病毒。這是人們首次尋找到無毒性副作用對付艾滋病病毒的方法。

在干細胞研究方面，美國地方法院發布干細胞研究臨時禁令。美國哥倫比亞特區地方法院8月23日以破壞人類胚胎為由禁止聯邦資金資助人類胚胎干細胞研究，在美國社會引起巨大反響。

將老鼠皮膚細胞轉化為神經細胞，繞開了誘導多功能干細胞過程。利用蛋白質可讓每千克臍帶血中的干細胞數量從20萬激增到6億。

在醫學診斷方面，制造出可輕易進入細胞內部進行檢測的V形納米晶體管。這種納米級場效應傳感器能測量5微米直徑的細胞，且不會對細胞造成任何可見傷害。

發現無痛的拉曼激光束能探出癌癥初發跡象，可能很快取代X射線作為一種非侵入式的疾病診斷方式。

借由促卵泡激素受體，發現了人體多種癌癥通用標記，并借助掃描方法可讓多種類型癌癥自動“現形”。

信息科學

iPad出奇制勝；“摩爾定律”重現生機；人機相連更緊密；信息存儲技術猛增；新芯片引領電腦新風暴。

1 月，蘋果公司正式發布第三代移動電子產品——平板觸屏電腦iPad，其電子書功能尤其引人注目。

4 月，英特爾公司開發出通過分析大腦掃描圖像就可探知人們“心思”的新軟件，它將幫助失去語言能力的人，并最終讓人類實現思維控制電腦。

5 月，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室研制出首個完整的生物電子系統——由三磷酸腺苷（ATP）驅動和控制的生物納米電子混合晶體管，有望讓義肢與人體神經系統直接“連線”。

同月，耶魯大學研制出一種量子計算機所需的信號放大器，其使用在低溫環境下工作的超導電路，能傳輸小到一個光量子所包含的微弱信號，且產生的“噪聲”小到接近量子計算機要求的理想最小值。該成果不僅在固態量子計算中有很好的應用前景，也把量子度量學向前推進了一大步。

同月，杜克大學成功研制出可自組裝的DNA分子開關，有望作為下一代計算機芯片的基本組件。當在其上添加不同光敏分子時，即可制造出無數個同樣的細小器件，并顯示出獨特的“可編程”特性。利用這種技術，將來或只需一天就可完成現在全球每月生產出的芯片量。

同月，科學家研發出結合兩種硬盤寫入方式的新型數據存儲方法，它可將目前硬盤的存儲密度由每平方英寸數百吉字節提升至1太字節甚至最高提升到10太位，可用于光刻、生物傳感器和納米操控等領域。

8 月，科學家展示了世界上首臺塑料計算機存儲設備。該設備利用電子自旋來讀寫數據，能在更小的空間存儲更多數據，處理程序更快且更節能，有助于當前計算機向未來全聚自旋電子計算機過渡。

9 月，英特爾公司推出全球首款集傳統微處理器、圖形處理器于一身的“沙橋”微處理架構。沙橋芯片上集成有10億個晶體管，只要數秒就可完成上一代芯片數分鐘才能執行的任務，電池壽命長且能耗少。

能源環保

利用病毒分離水產生氫，新型氣化方法和新型的氣化反應器大幅提高生物質原料轉化效率；鈾氮化合物或為新核燃料，太陽能高效利用有新法。

4 月，麻省理工學院利用病毒將氫從水中分離出來，在將水變成氫燃料的漫漫征程中邁出關鍵一步。

7 月，洛斯阿拉莫斯實驗室利用光能對疊氮化鈾進行了光解作用處理，首次成功獲得一種罕見的鈾氮（U-N）分子合成物。這種高密度、高穩定性和高熱導性鈾氮物質有望成為未來先進的反應堆核燃料。

8 月，斯坦福大學開發出“光子增強熱離子發射”太陽能轉換新工藝，效率比現有方法高出兩倍多，其發電成本將有可能與石油相抗衡。

9 月，麻省理工學院研發出了僅幾納米大小、能模擬植物光合作用機制而自我組裝、自我修復的“迷你”型太陽能電池，其理論光電轉換效率接近100%。目前該研究還處于“搖籃”中。

能源部布魯克海文國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室研發出一種可吸收光線并將其大面積轉化成為電能的新型透明薄膜，可用于開發透明太陽能電池板，制成可發電窗戶。

德國

新材料

研制出可用來制造柔性顯示器的有機分子和硅納米諧振器；改變硅材料的導熱性能；開發出適用于大型車輛的熱塑性纖維增強復合材料。

2 月，德國漢堡大學成功對單個原子間磁耦合特性進行了直接測量，其結果和于利希研究中心超級計算機的計算結果一致，很有希望作為量子計算機的模型系統投入使用。

3 月，德國維爾茨堡大學研制出一種新的有機分子，暴露在空氣中20個月后仍能正常工作，可以用來制造高性能有機薄膜半導體，如可變形彎曲的“柔性顯示器”。

4 月，德國伊爾姆瑙理工大學研制出硅納米諧振器。這一發明可進一步提高納米級微觀結構成像的分辨率，對醫學等領域的研究具有重要意義。

6 月，德國萊布尼茨固態與材料研究所對非晶體銅鋯合金進行改造，可以改變“金屬玻璃”較脆且無法承受拉伸負荷的缺點。

7 月，一個德法聯合研究小組通過在硅材料中嵌入鍺納米晶體，有效地阻止了熱傳導，從而將硅的導熱系數降至低于1瓦/米·開爾文，開創了硅材料用于溫差發電的新應用。

9 月，德國弗勞恩霍夫化工技術研究所開發出一種適用于大型車輛的熱塑性纖維增強復合材料生產方法，以此生產的材料重量比鋁輕，成本都比熱固性結構材料低，且在汽車碰撞時的抗沖性能遠比現有材料要好，可吸收碰撞時的沖力，而不會碎裂。

生物技術

首次直接測量了植物基因突變過程的速度；研發出一種水溶性光感多肽結構；發現對蛋白質的構成起調控作用的基因開關；發現肥大細胞免疫反應機理；發現分子復合物中的全新能量轉換機制。

通過跟蹤5組擬南芥30多代的遺傳發育以及比較每一代的基因與上一代的區別，首次直接測量了植物基因突變過程的速度。

研發出一種水溶性光感多肽結構，其生物學功能可以利用燈光來開啟和閉合。

首次在煙草葉綠體中發現了對蛋白質的構成起調控作用的基因開關。未來這種核糖開關或許可以在提高轉基因作物的生物安全性方面發揮重要作用。

發現特殊的轉錄因子“Neurogenin2”或“Dlx2”，可使大腦皮層的星形膠質細胞轉化為功能性神經細胞。這將有助于老年癡呆癥或中風等疾病的新療法研究。

首次揭示病原體有一種類似注射器一樣的運輸系統，可直接將致病因子注入宿主細胞。

發現了肥大細胞免疫反應機理，證明一直以來被低估的肥大細胞，其實處于免疫系統抗病第一線，在感染后的幾個小時內就已經確定了該如何防御。

揭示細胞線粒體呼吸鏈膜蛋白復合物Ⅰ的結構，并發現了分子復合物中的全新能量轉換機制。該成果對于徹底了解細胞內電子傳遞和能量轉化的機理至關重要。

信息科學

研發出可見光通信方式；研發出一種應用混沌理論的小型機器人；開發出一種節能的海量數據處理系統；研制出依靠算法自我組裝的機器人。

1 月，科學家通過特殊方式使發光二極管高頻閃爍，創造了每秒500兆的可見光通信傳輸新紀錄。可見光通信技術比無線局域網更安全，減少了數據被竊的可能性。

1 月，科學家研發出一種應用混沌理論的小型機器人，能處理大量信息、發出指令并完成復雜任務，為研究動物神經系統提供了一種有用的參考模型。

3 月，歐洲性能最強的超級計算機之一、每秒運算次數達10億次的超級計算機JUGENE成功模擬了42位的量子計算機，研究人員在此基礎上首次研究了高位數量子計算機系統的特性。

3 月，科學家研制出全球首臺依靠網絡操縱的機器人，并通過互聯網遠程操控該機器人，完成了3個月的海底探測使命。

11 月，科學家使用遺傳軟件算法和快速制造技術研制出一種能自動生成的機器人結構，這種“遺傳機器人”正朝著不需要人類插手即能完全自行組裝的機器人進發。

能源環保

研制出多種高效太陽能電池；多途徑利用風電或太陽能電力；世界首架純生物燃料驅動飛機完成首飛；研發出特氟龍材料回收方法；激光清洗讓材料清洗告別危險化學制劑。

德國微系統技術研究所和弗賴堡大學材料研究中心研制出迄今為止效率最高的混合太陽能電池。弗勞恩霍夫太陽能系統研究所研發出高效太陽能電池，效率幾乎是傳統硅太陽能電池2倍，使整個太陽光譜都可用于能源生產，效率達到41.1%。

德國科研人員利用短時“過剩”的風電或太陽能電將水電解為氫氣和氧氣，再用生成的氫氣與二氧化碳反應產生甲烷，開發出一種儲電的新思路。利用“過?！彪娔苋斯ず铣商烊粴獾姆椒?，能量轉換率超過60%。

德美科學家共同研發出新型鉑合金催化劑可節約大量貴金屬鉑，使氫燃料電池的化學反應成本降低80%。

世界首架純生物燃料驅動飛機在柏林國際航空航天展覽會上完成首飛，100%采用海藻生物燃料作為動力。

拜羅伊特大學8月研發出一種經濟有效且無污染的特氟龍材料回收方法，將其分解成較小分子，并以微波為加熱源產生熱解，從而使回收率達到93%。

激光技術專家開發出一種激光清洗工藝，使得清洗工作的能耗最高降低87%。

日本

新材料

開發出紫外線發光二極管；研制出不使用稀土類元素的混合動力車馬達和世界最小的不含鉛鐵電體。

1 月，東京大學研究人員開發出一種可應用于制造人工骨骼和軟骨的新型材料。

2 月，產業技術綜合研究所開發出能發出紫外線的發光二極管，將有望取代水銀燈，在醫療和餐飲等方面得到廣泛應用。

3 月，東北大學金屬材料研究所首次在絕緣體中實現了電信號傳輸。這種方式避免了電流在絕緣體中的流動，幾乎不會產生熱量，對未來開發創新型節能型電子產品具有重要意義。

9 月，北海道大學和新能源產業技術綜合開發機構合作開發出不使用稀土類元素的混合動力車馬達。

10 月，物質材料研究機構開發出不含鉛的世界最小鐵電體。薄膜狀鐵電體在不使用的時候切斷電源，也依然保有原來的記憶，因此這項成果有望為開發下一代超低耗內存鋪平道路。

11 月，理化學研究所開發出一種新型高分子材料，這種材料遇紫外線即反轉，遇可見光則恢復原狀，在利用光驅動人工肌肉以及開發新型有機薄膜太陽能電池等方面有著廣泛的應用前景。

生物技術

證實RNA具有維持整個基因組穩定性的重要作用；發現引起白血病復發的主要原因；開發出腦機接口技術的新型電極；發現可將水稻產量提高五成的新基因；證實IPS細胞可用于進行癌癥的免疫治療。

證實部分過去被認為“沒用”的RNA，實際上具有維持整個基因組穩定性的重要作用。為未來研制出副作用更小的抗癌藥劑開辟了新的思路。

在白血病干細胞中發現了25種可引起白血病復發的主要分子。根據這一發現，可開發出僅以白血病干細胞為標靶的新型藥物。

開發出一種新型神經信息傳輸系統，該系統通過讀取腦電波，可以在屏幕上表達出512種具體信息，并可通過語音將信息讀出來。

開發出一種適用于腦機接口技術的新型電極，這種電極由ECoG電極改良而來，對未來腦機接口技術的加速發展具有重要意義。

解開納豆菌的全部遺傳信息。

發現了一種可將水稻產量提高五成的新基因。該基因位于水稻染色體的第八染色體中，可以控制水稻一次枝梗的數量。

證實導致遺傳性聽力障礙的物質機理。這種被稱為TRIOBP的物質主要存在于人的內耳部分。

證實IPS細胞可用于進行癌癥的免疫治療。開發出IPS細胞的自動培養裝置，該技術不但避免了干細胞研究的倫理問題，而且更加簡單方便。

發現五種與前列腺癌有關的遺傳基因。

通過移植神經干細胞的方法，讓受到嚴重脊髓損傷的癱瘓老鼠重新走起路來。該方法彌補了再建損傷脊髓方面的空白，對于中風等中樞神經系統病患的恢復治療也有很大的啟發作用。

信息科學

研制出新式存儲卡；在有機單分子層制造出能自我進化的復雜電路；研發出安全軟件，可從根本上杜絕對手機終端之間通話的竊聽。

2 月，開發出新存儲卡可每秒傳輸25億比特的數據，達到原先水平的30多倍，而且傳輸數據時消耗的電力不足原先的十分之一。

3 月，物質材料研究機構開發出使用富勒烯族之一的C60存儲、修改和讀解大容量數字信息的方法，使之可能成為下一代信息元件，存儲信息量是現在大容量信息存儲技術的約1000倍。

4 月，日美科學家模擬大腦的工作原理，首次在有機單分子層上制造了一個同樣具備自我進化功能、能夠解決復雜運算問題的電路，基于這種電路的新型計算機將能夠進行并行運算，勝過目前最快的超級計算機。

9 月，三菱電機公司與情報通信研究機構共同開發出安全軟件，可從根本上杜絕對手機終端之間通話的竊聽。

能源環保

開發出從食品廢棄物中提取生物酒精的技術；合作開發靈巧電網；開發出工業廢水無害處理法和丁醇高效精煉法。

4 月，新日鐵工程技術公司開發出從食品廢棄物中提取生物酒精的技術，一天可處理約10噸食品廢棄物，可產生約500升的生物酒精成品。

8 月，大阪煤氣公司等合作開發出利用催化劑將含苯廢水分解為無害有機物的方法，實現了無害處理，減少二氧化碳排放并實現處理物回收再利用。

10 月，生物多樣性COP10在名古屋召開，確立了《名古屋議定書》和《愛知目標》，旨在阻止地球生物大規模滅絕，保護生物多樣性。

11 月，產業技術綜合研究所開發出生物丁醇高效精煉法，利用膜技術可從低濃度丁醇溶液中回收濃度超出80%的高濃度丁醇。（根據《科技日報》綜合整理）