2008年1月份的《環球科學》雜志(著名科普雜志《科學美國人》中文版)公布了2007年全球科技領袖名單，這些研究人員和機構有能力在衛生保健、消費電子等衆多領域，爲人類做出非補畢住?BR>
從人工智能到飛行汽車，衆多事例表明，對技術發展過分樂觀，始終是職業觀察家和業餘愛好者都容易犯的一個錯誤。然而，有時候，新的技術成就卻又不負衆望，甚至超出了人們對它最瘋狂的想象。
創新的真谛就在于開創前無古人的全新境界，在2007年全球科技領袖中，接近這一境界者比比皆是。
随便舉個例子：一位研究者發明了一台儀器，測量液體體積時精度可達1仄升(zeptoliter，毫微微微升，即10-21升)。
《環球科學》雜志2008年1月份封面
另一位創新者設計了一種方法，無須插上電源，即可給手機充電。你隻須坐在餐桌旁，幾尺之外便有一隻充電線圈藏在天花闆内，不聲不響地給你放在口袋裏的手機充電。還有一位富于想象的創新者，爲治療神秘的緻死性朊病毒疾病(priondiseases，如瘋牛病和庫魯病)鋪平了道路。
如果隻是做一些枝節性工作，比如又推出一種可以調節5-羟色胺水平的抗抑郁藥，或者讓微處理器的處理速度又有些許提升，那就遠遠沒有發揮《科學美國人》2007年全球科技領袖的潛力——他們有能力在衛生保健、消費電子等衆多領域，爲人類做出非凡貢獻。他們所做的，是完完全全的創新。(譯/郭凱聲校/羅绮、虞駿)
年度科學研究領袖
威康信托基金會病例控制協會
◎英國
全基因組掃描(Genome-widescan)可讓我們觀察到與疾病相關的基因變異，圖中染色體上綠色标注部分，即爲與1型糖尿病相關的基因變異
大規模的遺傳學研究将揭示主要疾病的複雜根源。
遺傳學研究不斷進步，幾乎每天都有新發現，科學家揭示人類所有疾病背後的基因缺陷似乎指日可待。然而，事實并非我們想的那麽簡單。許多常見疾病的遺傳學基礎錯綜複雜，使得疾病的預測、診斷和治療更加繁瑣。
威康信托基金會病例控制協會
(Wellcome Trust CaseControlConsortium，簡稱WTCCC)是一個由50餘家英國科研機構組成的團體。面對巨大的挑戰，他們最終揭開了那些受到多種基因影響的疾病的神秘面紗。研究者對17,000名英國人體内的某些特定基因變異進行了掃描，并于2007年6月公布了研究結果。
受試者被分爲雙向障礙組(bipolardisorder)、冠心病組、克羅恩氏病組(Crohn"sdisease，又稱節段性回腸炎)、類風濕性關節炎組、高血壓組以及1型糖尿病組和2型糖尿病組，每個疾病組的受試者多達2,000人，此外還有由3,000名健康者組成的對照組。通過這項規模空前的大型實驗，研究人員在人體基因組中找到24處位點，這些位點與上述7種疾病中的6種有關。
WTCCC的研究者将每一個疾病組中患者的基因與健康組的基因進行對照，并鎖定了兩組人群間DNA堿基有差異的位點。如此大規模的研究，可以讓研究者辨識出罕見的基因異常。研究發現：有的位點存在于基因的編碼區；有的位于非編碼區，這些區域可能具有調控其他基因功能的作用；還有一些位點則落在了“基因荒漠”之中，也就是非編碼區内功能尚不明确的地方。上述基因變異本身可能并非這些疾病的誘因，但它們如同一個個路标，可以指引其他研究者在更精細的尺度上對DNA進行研究。
人類基因組共有60億個核苷酸，兩套染色體各貢獻30億個，而每個人都有自己獨特的版本，這就是基因組的多态性(polymorphism)。在這一領域内的研究，如WTCCC開展的相關研究，可爲内科醫師提供基因變異情況的統計模式譜，幫助他們估測患者遺傳性疾病的發病幾率。這一工作的最終目标是實現個性化醫療(personalizedmedicine)——隻要提供一份血樣，讓醫生分析整套基因，就能确定他容易患哪些慢性疾病，并制訂出最有利于健康的食譜及鍛煉計劃。一旦患病，醫生也能知道，哪種藥物、多大劑量對他最爲有效。
——撰文/卡斯帕·莫斯曼(Kaspar Mossman)
譯/馮志華 校/申甯馨、虞駿
年度商業領袖
阿米瑞斯生物技術公司
◎美國加利福尼亞州埃默裏維爾市
經過基因工程改造的酵母菌将大幅提高生物燃料的産量。
新興的合成生物學爲我們提供了新一代生物燃料的候選者。
乙醇并非蘊能最豐富的燃料，而且價格不菲。位于美國加利福尼亞州埃默裏維爾市的阿米瑞斯生物技術公司(AmyrisBiotechnologies)提出了一個也許更好的解決方案。阿米瑞斯公司先列出一長串有機化合物作爲候選，這些化合物具有替代汽油、柴油和航空燃油的潛力，可以在現代發動機中燃燒，并與現有的石油基礎設施兼容；而後，公司設計改造了一些微生物，它們可以使制造乙醇的常規原料發酵，從而得到新型燃料。
構建新的酵母菌株是基因科學的一個壯舉。要實現這一目标，就得對酵母菌基因組進行實質性改造。研究者把來自一種原始植物和另外兩種生物的基因植入到酵母中，并對此前已存在的一條生化途徑(biochemicalpathway)進行精細調整。由此得到的基因工程酵母燃料産量提高了100萬倍。
作爲新興的合成生物學的領導者，阿米瑞斯公司因培育出了一株酵母菌而聲名鵲起，該酵母菌可大規模生産抗瘧藥物青蒿素(artemisinin)的前體物質。在此之前，青蒿素的生産依賴于一種供應緊缺的亞洲植物。阿米瑞斯公司被世界經濟論壇(WorldEconomicForum)評選爲2006年度技術先鋒。向發展中國家提供價格低廉、實現工業化生産的青蒿素，是該公司的目标之一。目前，這一目标即将實現。
阿米瑞斯公司堅信，憑借他們的專長，在生物燃料領域也能夠獲取同樣的利潤。他們開始尋求一種燃料，可以在實驗室中生産，并能達到能值、揮發性及水溶性的标準。
藥物和生物燃料都可以用經過基因工程改造的細菌來生産，但二者又有區别，藥物可以很昂貴，但生物燃料要用于現實生活就必須足夠便宜。所以，阿米瑞斯公司需要對每一菌株進行優化，使産生的燃料對微生物自身無毒無害，而且産量必須足夠高，使燃料經濟實用。在大規模化工生産的曆史上，這一計劃涉及的精深專業技術是史無前例的。2007年6月，阿米瑞斯公司邀請了幾位石油工業領域的專家加盟管理團隊。這項技術從實驗室向商業化的跨越已隐約可見。
撰文/卡斯帕·莫斯曼(Kaspar Mossman)
譯/馮志華 校/申甯馨、虞駿
年度政策領袖
艾克斯(X)大獎基金會
◎美國加利福尼亞州聖莫尼卡市
艾克斯大獎基金會的根本宗旨是，鼓勵實現某些造福人類的宏偉目标，比如民間組織的無人探月活動。
重賞之下，必有勇夫。數百萬美元高額獎金的誘惑，使發明家們争先恐後地投身到太空旅行、DNA測序、汽車節油及機器人技術等領域的突破性研發熱潮之中。
1927年，查爾斯·A·林白(CharlesA.Lindbergh)從紐約起飛，不着陸直抵巴黎的壯舉，令當時的航空業界驚歎不已。林白冒此大險不光是爲了尋求刺激，他還看中了獎金達25,000美元的奧泰格大獎(OrteigPrize)。今天，類似情節再度上演：已有12年曆史的非營利機構艾克斯大獎基金會策劃并組織了形形色色的科技擂台賽，吸引衆多創新好手們積極參與。
該基金會設計的遊戲方案是，确定一個造福全人類、激動人心的目标，以一筆豐厚的獎金爲誘餌，從參賽的民間團隊中選拔出擁有最佳設計和發明的優勝者。按照他們的設想，沖着艾克斯大獎的聲望，參賽者們必将全力以赴，投入甚至會遠遠超過該基金會在授獎儀式上頒發的獎金。
事實驗證了這一預見。基金會在1995年定下了一個目标：“開創個人航空業，讓太空旅行成爲人人都能享受的時尚消遣——不但安全可靠，而且花費低廉。”2004年，莫哈維航空航天冒險公司(MojaveAerospaceVentures)率先制造出一架能夠抵達低地軌道、返回地球，并在兩周内再次飛入太空的太空飛機，勇奪安薩裏艾克斯大獎(AnsariXPrize)。參與此項競争的團隊多達26個，花在研究開發上的費用總計超過一億美元。
基金會在2006年底設立了第二項大獎，名爲阿康艾克斯大獎(ArchonXPrize)，獎金高達1,000萬美元。這項大獎将頒給第一個能在10天以内，用不到100萬美元的費用，完成100個人類基因組序列分析的民間團隊。至少4個團隊報名參加了這場角逐，他們面臨的艱巨任務是，發明一種能夠正确測出每條基因組上98%的基因序列，且錯誤數不超過6萬處的儀器。
獲獎的技術可望大大加快某些新發現的推廣應用，比如全基因組關聯研究(Genome-WideAssociationStudy)，這類研究通過分析大型患者群體，鑒别可能導緻複雜遺傳疾病的基因。阿康艾克斯大獎有一位聲名顯赫的支持者——著名理論物理學家霍金，他正在遭受肌萎縮性側索硬化症(amyotrophiclateralsclerosis)的折磨。
2007年4月，艾克斯大獎基金會還設立了汽車艾克斯大獎(AutomotiveXPrize)，征求第一種能夠隻花1加侖(約4.55升)汽油跑滿100英裏(約160千米)的量産型汽車。2007年9月，基金會又宣布推出獎金爲3,000萬美元的谷歌月球艾克斯大獎(GoogleLunarXPrize)，準備獎給第一個發射飛船降落月球的民間團隊。可能有些人的确是沖着錢來的，但毫無疑問，艾克斯大獎基金會擺下的衆多擂台，已經讓全球無數創新者躍躍欲試。
——撰文/卡斯帕·莫斯曼(Kaspar Mossman)
譯/郭凱聲 校/羅绮、虞駿
引領科學研究、商業與政策未來趨勢的領袖
把無線之夢進行到底
iPhone的“多重觸控”屏幕，可以讓用戶方便地使用标準鍵盤、觀看視頻、聽音樂、查看語音郵件列表等。
無線傳送電力，徹底擺脫羁絆。
雖然筆記本電腦、手機以及其他便攜設備給了我們極大的行動自由，但也隻有在這些設備的電池電量還撐得下去的時候，我們才能逍遙自在地到處走動。美國麻省理工學院的光子學研究員馬林·索爾亞契奇(MarinSoljacic)突發奇想，打算通過無線方式傳送電力，利用這種“無線電力”(WiTricity)技術，幫助我們擺脫限制自由的最後一道枷鎖。
索爾亞契奇把一個直徑0.6米的銅制線圈吊在天花闆上，又把另一個線圈吊在距它2.1米的地方，并在上面接了一隻60瓦的燈泡。他把第一個線圈插上電源之後，第二個線圈上的燈就亮了起來。這是因爲第一個線圈中的電流産生了磁場，從而在第二個線圈中産生了感應電流。
許多發動機都利用了這種效應，但這種效應通常隻能跨越幾毫米的間隙發揮作用。随着距離的增大，電磁感應的效果便迅速減弱。索爾亞契奇把兩個線圈調節到諧振狀态，就能在較遠的距離上實現有效的能量交換。這套系統在将來得到應用以後，筆記本電腦和手機的充電或許就會方便許多：隻要把它們放在安裝了諧振發射器的房間裏，便可對它們進行無線充電。
人們想擺脫各種束縛的沖動由來已久。蘋果公司推出了号稱“終極無線界面”的iPhone，售價高達600美元，但排隊搶購者仍大有人在。這是一種集高檔手機與最新版iPod的所有功能于一身的便攜設備。有了iPhone，人們就可以一邊輕松自如地四處閑逛，一邊享受打電話、查網頁、發短信、寫電郵、拍照片、聽音樂、看視頻等種種便利。雖然以前也有一些手機具備其中多項功能，但iPhone的全尺寸“多重觸控”(multi-touch)屏幕爲用戶的操作提供了更大的靈活性。用戶可以通過一個标準鍵盤發短信，可以通過流媒體傳輸下載觀看視頻，可以查看直觀的語音郵件列表，更不用說可以登錄紅極一時的網上音樂庫欣賞音樂了。
傳感器的無線化也使它們變得更加機動靈活。現在，傳感器已經縮小到米粒或塵粒般大小，可以持續監測生化武器，也可檢查土壤含水量。随處可見的傳感器正在改變人們監測世界的方式。然而，随機部署的傳感器網絡覆蓋範圍可能存在空白，也可能互有重疊(這對傳感器的寶貴功能來說是一種浪費)，如何查明這類情況是否存在，始終是個大難題。
美國伊利諾伊大學香槟分校的數學家羅伯特·克裏斯特(RobertGhrist)和美國波莫納學院(PomonaCollege)的數學教授維恩·德席爾瓦(Vin deSilva)，利用數學同調性(mathematicalhomology)，同時解決了空白與重疊問題。同調性可以分析圖形内的點、線以及各種幾何格局。克裏斯特和德席爾瓦把單個傳感器當作點，把成對的傳感器當作邊，而若幹條邊的集合則當作圖形，據此設計出一些算法，可以确定某個随意配置的傳感器網絡的覆蓋範圍是否存在重疊或者空白。
克裏斯特和德席爾瓦算法的優勢在于，這類算法隻需要知道哪些傳感器在另一個傳感器的覆蓋範圍内，而無須知道每個傳感器的實際位置；使用這些算法，就可以省掉昂貴的全球定位線路，也不需要手工繪出線路。一旦掌握了空白區和重疊區的位置，網絡管理人員就可以加大某些傳感器的功率，或在關鍵地點增設新的傳感器以填補空白區。
撰文/馬克·菲謝蒂(Mark Fischetti)
翻譯/郭凱聲 校/羅绮、虞駿
藥物直通車
借助狂犬病毒的一個蛋白，可将藥物釋放到真正急需治療的部位。
對科學家而言，将藥物釋放至所需部位的難度有時候并不亞于新藥研發。最典型的例子就是大腦，大腦血管壁堅實緊密，确保了絕大多數大分子不會從血液滲漏進大腦組織。因此，對于神經性疾病的治療，在某些類型的藥物給藥時，血腦屏障是難以逾越的(參見《環球科學》2006年第11期《給大腦喂藥》一文)。但是美國哈佛大學醫學院免疫疾病研究所的曼朱納特·N·斯瓦米(ManjunathN.Swamy)和他的研究小組獨辟蹊徑，設計出了巧妙的方法，能讓藥物穿過血腦屏障(blood-brainbarrier)，直接作用于腦細胞。
一些專門感染神經系統的病毒，如狂犬病毒(rabies)和疱疹病毒(herpes)，可以輕而易舉地穿越血腦屏障。爲了借用這種能力，斯瓦米的小組選擇了一個狂犬病毒表面中常見的小蛋白來僞裝藥物。科學家相信，該蛋白可打開穿越血管壁的通道，固定在蛋白上的藥物即可趁勢穿過血腦屏障。一旦進入大腦，這個蛋白還會攜帶藥物進入單個神經細胞，這一過程與狂犬病毒感染極其相似。在斯瓦米的試驗中，起治療作用的分子是一段短核苷酸鏈，名爲短鏈幹擾RNA(short-interferingRNA，簡稱siRNA)。經過特别設計後，siRNA可靶向作用于特定基因，并抑制它們的功能——這就使得直達大腦的siRNA成爲了一種用途廣泛的“萬能”工具。
荷蘭應用科學研究組織(Netherlands Organization forAppliedResearch)的漢斯·博曼斯(HansBoumans)及其同事開發出另一種微型“特洛伊木馬”，這一發明的思路和上述例子類似。研究小組稱它爲“生物開關(BioSwitch)”，主要部分就是一個生物聚合物外殼，用以保護或隐藏一些物質，然後根據需要釋放出它們。外殼的材料以及釋放内容物的觸發裝置均可根據具體情況定制。
博曼斯的研究小組發明了一種用于肉類保鮮的殺菌塑料包裝。他們先将“殺菌酶”封入由澱粉分子交聯而成的外殼内，然後在外面裹上塑料。外殼會處于不活動狀态，直到細菌出現并開始以澱粉爲食。當澱粉外殼被細菌降解時，“殺菌酶”便出其不意地被釋放出來，發揮作用。還有一個類似的系統，可将不穩定的食物調味分子封存于外殼中，一旦接觸到舌頭上的酶，便釋放出這些分子；還可以将食物中味道不好的營養素密封起來，等它遇到胃腸道中的消化酶時再行釋放。
撰文/克裏斯廷·蘇亞雷斯(Christine Soares)
譯/馮志華 校/申甯馨、虞駿
新燃料替代品
金原子團(畫圈處)阻止了燃料電池中的鉑催化劑的氧化。
工程師在新型環保燃料以及能量儲存設備等方面的研究取得新的進展。
盡管人們試圖用乙醇替代汽油，但在爲機動車持續供給能量方面，這種源自植物的乙醇燃料存在一定的缺點。缺點之一就是乙醇的燃燒熱值低：燃燒等體積的乙醇和汽油，前者釋放的能量大約比後者少1/3。
因此，當美國威斯康星大學麥迪遜分校的詹姆斯·A·迪梅希奇(JamesA.Dumesic)及其同事，發現了一種以糖爲原料人工合成新燃料的簡單方法時，科學界給予了極大關注。這種新燃料被稱爲2，5-二甲基呋喃(2,5-dimethylfuran，簡稱爲DMF)，多方面的性能超過了乙醇。DMF擁有與汽油相當的能量密度，不溶于水，而且化學性質穩定，适于儲存。盡管化學家很久以前就了解這種化合物，然而批量生産這種化合物依舊十分困難。新的兩步式生産工藝改進了一個中間制造環節，消除了障礙，爲量産DMF鋪平了道路。
除了尋找用于内燃機的新型替代燃料之外，科學家還在研究燃料電池，這爲實現環保型能源提供了一條新的出路。質子交換膜(proton-exchangemembrane，PEM)燃料電池是一種高效的氫燃料電池，它的關鍵核心是正電極表面覆蓋着的一層緻密如薄膜的鉑微粒，氧分子在這裏被分解爲獨立的帶電原子。
美國布魯克海文國家實驗室的化學家拉多斯拉夫·R·阿季奇(RadoslavR.Adzic)帶領他的研究小組，發現了一種防止電極表面鉑微粒氧化的方法。電極的氧化不僅會減緩化學反應速度，降低輸出功率，還會造成質子交換膜的降解，使燃料電池完全失效。阿季奇的研究小組在電極上噴塗一層金納米微粒，讓鉑微粒層保留了絕大部分原有的催化能力，同時還具備了抗氧化能力。
爲了持續産生電能，大多數質子交換膜燃料電池需要持續供給氫氣，或者供給能夠被催化裂解爲氫氣的碳氫化合物。不過，一些燃料電池的原型很像生物細胞，因爲它們能用化學合成的酶分解糖類(一類特殊的碳氫化合物分子)産生電子，進而輸出電能。但與真正的活細胞不同，維持反應所必需的酶在這種電池裏通常很快就會消耗殆盡。
美國聖路易斯大學的電化學家謝利·D·明特爾(Shelley D.Minteer)和她的同事塔瑪拉·克洛茨巴赫(TamaraKlotzbach)開發出一種新的方法，能夠補充這種糖燃料電池因反應而消耗的酶。她們已經發明了一種聚合物，用它把酶包裹起來，就能把後者的催化活性從數天延長到數月。
撰文/史蒂文·阿什利(Steven Ashley)
譯/王昊明 校/羅绮、虞駿
對抗室内毒素
普通的塑料制品也能夠引起疾病。
日常生活中的材料也許會對健康與環境造成威脅。
不斷有新證據表明，廚房、浴室和玩具箱中十分常見的一些物品，也會讓人生病。雙酚A(bisphenolA)就是一種潛伏的危險物質，它是嬰兒奶瓶和其他消費品中經常使用的輕型塑料的成分之一。近幾年來，科學家已經報告，低濃度的雙酚A能夠幹擾細胞分裂、導緻孕婦流産、使新生兒出現唐氏綜合征等先天缺陷。
2007年初，美國華盛頓州立大學的帕特裏夏·A·亨特(PatriciaA.Hunt)帶領的一個研究小組發現，在雌性小鼠胚胎的形成過程中，少量雙酚A就可以阻礙卵細胞的生長。接觸雙酚A之後，胚胎中40%左右的卵細胞染色體數目出現異常。這項令人震驚的發現說明，這種化學物質可以影響三代人：懷孕的準媽媽接觸雙酚A會損害女兒的生殖細胞，進而繼續破壞第三代的發育。
美國國立衛生研究院(NIH)下屬的美國國家毒理學規劃處(NationalToxicologyProgram)，最近在審查雙酚A的安全性。一些醫師也建議孕婦不要飲用裝在塑料瓶裏的水，尤其是塑料瓶出現明顯的刮傷或磨損時，因爲這也許表明這種有害化學物質正在溶解。
有毒的居家常用物品還可能對環境造成危害，其中未使用過的藥物威脅最大。消費者經常會将這些藥物沖入下水道，将藥物中包含的強效分子帶入江河湖海。被丢棄的避孕藥會引起魚類的生殖問題，過量的抗生素則會助長耐藥細菌的擴散。2007年，爲了應對這些問題，美國藥劑師協會(AmericanPharmacistsAssociation)和美國魚類及野生動物保護委員會(U.S. Fish andWildlifeService)聯合簽署一項協議，啓動了一項面對公衆的、旨在改變公衆消費習慣的運動。當病人得到處方的時候，會被告知，要通過危險廢物回收程序來處理未使用的藥物。如果當地沒有啓動這套程序，應将藥物壓碎并稀釋，然後封入塑料袋中，丢到垃圾箱之中(一些麻醉品不建議如此處理，因爲存在藥物被吸毒者從垃圾箱中取回的風險)。
一種更好的解決方法是，鼓勵消費者将未使用的藥物退回藥房。這種方法目前已經在美國的加利福尼亞州、華盛頓州和緬因州進行試點。
撰文/馬克·阿爾珀特(Mark Alpert)
譯/王昊明 校/羅绮、虞駿
超精密測量技術取得新進展
伊萊·A·薩特和彼得·W·薩特制出了世界上最小的吸管。在它的幫助下，他們發現金屬液滴的凝固過程與科學家過去所認爲的并不相同。
仄升吸量管和量子尺給“微小”一詞賦予了新的含義。
科學家們使用吸管來量取和配制精确體積的液體。現有吸管能夠量取的液體最小體積可達1阿升(attoliter，10-18升)，也就是一百億億分之一升。
美國布魯克海文國家實驗室的物理學家彼得·W·薩特(Peter W. Sutter)和伊萊·A·薩特(EliA.Sutter)已經打破了這一下限：他們制造出一種吸管，可以量取體積僅有1阿升的千分之一，即1仄升的微小液滴。如此微小的體積，隻能容納1萬到100萬個金屬原子。
這些研究人員使用一條鍺納米線，一端連有一小團固态金鍺合金。他們把這條兩微米長的微小部件裝進一個碳殼中，就構成了一個吸量管。在真空室裏，他們加熱并熔化合金，再用一束電子束照射碳殼的末端。電子束爲熔化的金屬打開一個出口，湧出的金屬就形成了一個微小的液滴，直徑僅40納米，體積35仄升。
幹涉儀中的糾纏态光子可以用于超高精度測量
在仄升量級下量取液體就已如此困難，那麽，在經典物理學理論不再适用的更小尺度下進行測量，又會如何呢？利用量子力學進行高精度測量的量子測量法(Quantummetrology)就是這樣一種技術。利用這種技術，日本北海道大學(HokkaidoUniversity)和英國布裏斯托爾大學(UniversityofBristol)的物理學家把光子對距離的測量精度幾乎提高了一倍。
在以前的研究中，科學家曾用糾纏于同一量子疊加态上的光子進行距離測量，這次取得的進展也建立在這一基礎之上。研究小組将兩個光子對導入一台幹涉儀，這台設備會用反射鏡産生一個環形光路，讓光波彼此幹涉。每一個光子都會一分爲二，同時沿兩條路徑運動。一組4個處于某一糾纏态的光子沿某一個方向在幹涉儀的環形光路中前進，而另一組4個光子則沿相反方向前進。反向運動的光子發生的幹涉，可以揭示兩組光子運行距離上的細微差異。
精密測量在許多領域都大有用途，比如在使用激光刻蝕計算機芯片中的超薄電路時，精密測量技術就可以大顯身手。
撰文/史蒂文·阿什利(Steven Ashley)
譯/王棟 校/羅绮、虞駿
用蚊子來對付瘧疾
蚊子可以通過遺傳改造失去傳播瘧疾的能力
科學家改造出不傳播疾病的蚊子，可以在自然界中擊敗那些傳播疾病的蚊子。
瘧疾(malaria)每年仍然會奪走上百萬人的生命。雖然噴灑殺蟲劑和派發特制蚊帳這類技術含量不高的方法，都可以降低感染率，但貧窮國家還是無力承擔這筆開銷——那裏正是瘧疾緻死病例最多的地方。
多年來，研究人員一直在尋找另一種防治策略：對蚊子進行基因改造，讓它們失去傳播疾病的能力。瘧疾由瘧原蟲導緻，這些寄生蟲在人類肝髒細胞及紅血細胞中繁殖，通過雌性按蚊(Anopheles)在人與人之間傳播。盡管幾個研究小組已經将一些基因轉入實驗室培養的蚊子體内，成功培育出了不易攜帶寄生蟲的轉基因蚊子，但這些蚊子的生育及生存能力卻不及野生蚊子。
2007年3月，美國約翰·霍普金斯大學的微生物學家馬塞洛·雅各布斯-洛雷納(MarceloJacobs-Lorena)宣布攻破了這一難關。雅各布斯-洛雷納在按蚊的基因組中插入一個基因，用來指導一種叫做SM1的肽的産生。這種肽會分布在蚊子的腸道，能夠阻止齧齒動物體内瘧原蟲的增殖。約翰·霍普金斯大學的研究小組把轉基因蚊子、野生蚊子與感染了瘧疾的小鼠關在同一個籠子裏，讓蚊子以這些小鼠的血液爲食。随着蚊子的繁衍，9代之後，轉基因蚊子占整個種群的70%。抗病蚊子不僅戰勝了野生蚊子，而且活得更好。
這項實驗還不足以說明抗感染基因可以在野外環境中廣泛散播，但至少給人帶來了希望：轉基因蚊子有可能存活。然而，不到一個月之後，美國加州理工大學的生物學家布魯斯·A·海(BruceA.Hay)又找到了證據，證明突變基因确實能在昆蟲種群中傳播開來。布魯斯的小組以果蠅爲實驗物種。他們将一段非編碼RNA(即小分子RNA)，與果蠅胚胎發育的關鍵基因連接在一起，又對這一基因進行改造，使它不受這段RNA的影響。接着，研究人員把這些經過改造的果蠅放入籠中，同時還放入了3倍數量的野生果蠅。随着種群的雜交融合，整合了小分子RNA的野生果蠅逐漸死去，因爲小分子RNA會破壞它們未受保護的關鍵發育基因，而攜帶改造基因的果蠅卻可以存活下來。9到11代後，籠子裏的果蠅後代無一例外，全都攜帶了科學家改造過的基因。
撰文/馬克·菲謝蒂(Mark Fischetti)
譯/劉旸 校/虞駿
新型材料層出不窮
出現破損時，這個塑料立方體可以從毛細管網絡中釋放出具有修複作用的化學藥劑，能夠對同一個部位重複修複7次之多。
科學家們從自然界汲取靈感，創造出新的磁性物質。
不小心切破了手指，在我們去找創可貼之前，人體就開始修補傷口了。合成材料也可以擁有類似的自我修複能力，這多虧了美國伊利諾伊大學香槟分校的南希·R·索托斯(NancyR.Sottos)、斯科特·R·懷特(ScottR.White)和他們的同事所作的努力。他們研制出一種自修複塑料，含有一個三維毛細管網絡，管中充滿有修複作用的化學藥劑。當材料破損時，藥劑就滲漏出來，在同時漏出的一種催化劑顆粒的作用下凝固。這個小組以前研制的自修複材料中，藥劑被分開存儲在一個個小隔間裏，每個部位隻能自行修複一次。改進後研制成功的新材料能對同一部位的小破損自行修複多達7次。
科學家們還試圖模仿天然器官的另一個特點——自裝配性。法國巴黎高等理工化工大學(City of ParisIndustrialPhysics and Chemistry Higher EducationInstitution)的伯努瓦·羅曼(BenotRoman)和若澤·比科(JoséBico)，利用蒸發時水滴的表面張力，折疊出超小型的六面體、棱錐體和其他結構。他們用來折疊的“紙張”是從一種彈性聚合物上裁剪下來的，長寬約1毫米，厚僅爲40微米到80微米。由于表面張力與尺寸成正比，在用更薄的聚合物自裝配成微米或納米尺度的物體這一方面，這種技術也許會非常有效。
近來，塑料和有機材料電子元器件越來越常見，但磁性材料并不多見。現在，加拿大英屬哥倫比亞省維多利亞大學的羅賓·G·希克斯(RobinG.Hicks)和加拿大安大略省溫莎大學(University ofWindsor)的拉伊沙潘·然(RajsapanJain)及其合作者，制造出了一類新的磁體，由鎳與多種有機化合物混合而成。這種黑色粉狀物質在200℃時仍能保持磁性。研究人員的最終目标是制造出磁性有機化合物。這種材料能夠輕而易舉地制成薄膜，或者其他對電子工業有用的形狀。
人們曾經認爲，隻有在接近絕對零度的超低溫下，才能觀察到物質的一種奇異狀态——玻色-愛因斯坦凝聚态(Bose-Einsteincondensate)。處于這種狀态時，大量粒子凝聚在一起，表現得像一個超級粒子。德國明斯特大學的謝爾蓋·德莫克裏托夫(SergejDemokritov)及其同事，率先在室溫下實現了這種凝聚态。得莫克裏托夫在研究中使用的是體積很小、壽命很短的磁能量包，這些磁振子(magnon)是钇鐵石榴石薄膜受到微波照射時産生的。磁振子的質量比原子小得多，因此可以在高得多的溫度下形成玻色-愛因斯坦凝聚态。
撰文/格雷厄姆·P·柯林斯(Graham P. Collins)、
查爾斯·Q·蔡(Charles Q. Choi)
譯/王棟 校/羅绮、虞駿
神經生物學新視野
記憶形成過程中，電極負責記錄下神經元發出的沖動。
生物學家在芯片表面模拟出記憶形成，還找到了診斷阿爾茨海默病的新方法。
記憶是如何形成的？爲了演示記憶過程如何在生物學基本層面上發生，以色列特拉維夫大學的生物物理學家利用附着在計算機芯片上的神經元細胞，模拟了記憶的形成過程。伊泰·巴魯齊(ItayBaruchi)和埃謝爾·本-雅各布(EshelBen-Jacob)将取自大鼠胚胎的神經元細胞置于一塊芯片表面，并用64個電極與它相連，記錄細胞活動。當化學刺激物重複滴落在芯片的同一位置，研究人員可以檢測到完全相同的神經沖動。反複多次後，即使沒有化學刺激，神經元仍然會發出相同的沖動。他們聲稱，這就表明一個記憶已經形成了。
正常及病變腦組織中蛋白構成的差異，可能爲腦疾診斷提供了一種新方法。美國西北太平洋國家實驗室的理查德·D·史密斯(RichardD.Smith)和加利福尼亞大學洛杉矶分校的德斯蒙德·J·史密斯(DesmondJ.Smith)，共同構建了一套複雜的蛋白分析系統。這套系統将複雜的圖像處理功能與一系列高科技設備結合在一起。通過分析兩隻正常小鼠腦中一毫米見方的組織塊，研究人員最終确定了正常大腦組織中1,028種蛋白的含量。科學家将在未來的實驗裏，利用這種方法比較正常大腦組織與患神經退行性疾病的大腦有哪些不同。
更好的診斷方法是必需的，對阿爾茨海默病來說尤其如此。美國約翰·霍普金斯大學醫學院的斯蒂娜·M·塔克(StinaM.Tucker)、埃斯特·奧(Esther Oh)和胡安·C·特龍科索(JuanC.Troncoso)，利用綁定了澱粉樣β蛋白(amyloid-betaprotein)的抗體進行了一項實驗。在阿爾茨海默病患者腦中，澱粉樣β蛋白會形成損傷性斑塊。研究人員利用遺傳工程使實驗室小鼠患上一種類似于阿爾茨海默病的疾病。上述抗體在發病早期便與病鼠腦中的異常蛋白結合。這項發現也許會被逐步應用于人類試驗，并有朝一日與目前正在開發的藥物一起，被用于阿爾茨海默病的預防性治療。
可以想象，這種診斷方法可能會與一種利用噬菌體(phage，能夠感染細菌的病毒)破壞有害斑塊的新療法結合使用。以色列特拉維夫大學的貝卡·所羅門(BekaSolomon)展示了這種新療法的初步實驗結果。噬菌體通過鼻噴劑，被注入到100隻經遺傳改造、發展出類似阿爾茨海默病斑塊的小鼠體内。經過一年的治療，這些小鼠腦中的斑塊比未經治療的小鼠少了80%。
撰文/加裏·斯蒂克斯(Gary Stix) 譯/劉旸 校/虞駿
光子操控
微小環路可以控制光波脈沖
新技術能對光子進行不可思議的操控。
電腦芯片的數據處理能力達到了前所未有的程度，如何在芯片内部傳輸流量越來越大的信息，就成了一項艱巨的挑戰。光子元件的出現或許能解決這一難題，它使用的是光脈沖，而不是慢得多的電荷包。多年來，研究人員一直在研制所謂的矽光波導(siliconopticalwaveguide)。在這種器件中，光線沿着兩條通路之間波導脊傳播，就像沿光纖傳播一樣。
但是，這種光學互連設備必須在精确的時刻發送數據，所以需要對光脈沖進行可控延遲。一種方法是将光脈沖引入用波導制成的微小環路，光脈沖在其中回旋多次後，再繼續它們的旅程。美國紐約州約克鎮高地IBM托馬斯·J·沃森研究中心(ThomasJ.Watson Research Center)的尤裏·A·弗拉索夫(YurriA.Vlasov)及其同事，将光脈沖導入環路，運行了100圈之後，沒有任何明顯的數據損失。
利用微元件延遲光波的另一種方法，是使用光子晶體元件，它們擁有經過仔細設計的孔洞陣列，孔洞的大小和間距可以阻擋特定波段的光線(稱爲光子帶隙)。在一個擁有這種孔洞陣列的矽薄片上，制作一條沒有孔洞的通路，就構成了一個光子晶體波導。通路兩側的孔洞産生的帶隙限制了光線的傳播路徑。日本NTT物性科學基礎實驗所的田邊孝純(TakasumiTanabe)及其同事在此項研究中取得了一些進展：他們成功地将光子暫時貯存在了光子晶體納米空腔之中——這裏的空腔，指的是波導稍寬的一個小小區域。
一些研究人員想方設法延遲光線，但在美國倫斯勒理工學院(RensselaerPolytechnicInstitute)，E·佛瑞德·舒伯特(E.FredSchubert)領導的另一些研究人員卻發明了一種幾乎不反射光線的塗層。這種塗層約厚600納米，由五層納米棒層疊而成。這些納米棒由二氧化钛和二氧化矽構成，直徑約25納米，長度可達300納米。這些納米棒層疊在一個透明半導體薄片上，每一層的折射率都比下面一層更低。無塗層半導體的光反射率約爲12%；如果加上塗層，反射率可以小到0.1%。這種塗層可以應用于光子元件、發光二極管和太陽能電池上。
還有一些研究人員正在追求一個更加遠大的目标，那就是制造量子計算機。這種計算機可以利用量子力學的奇特效應，實現空前的運算處理能力。一種實現方案需要把量子數據存儲在原子的長壽命量子态中，還要用光波傳輸這些量子數據。但是，要把存儲和傳輸結合起來，就必須要讓脆弱的量子态能夠在物質與光之間傳遞。2006年，在丹麥哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所的實驗物理學家尤金·S·波爾齊克(EugeneS.Polzik)，以及德國加興馬普量子光學研究所的理論物理學家伊格納西奧·西拉克(IgnacioCirac)的共同領導下，一個研究小組成功将一組量子信息從一個光脈沖傳遞給一團原子雲。
撰文/格雷厄姆·P·柯林斯(Graham P. Collins)
譯/王棟 校/羅绮、虞駿
對抗朊病毒
過濾器裏的微珠，表面膠連了一種易于結合朊病毒的化合物。含有朊病毒的血液通過過濾器之後便不再緻病。
治療人類“瘋牛病”的方法初現曙光。
自20世紀90年代以來，全世界已出現了200多例人類“瘋牛病”——新型克雅氏病(variantCreutzfeldt-Jakobdisease)。對于這種破壞性的緻命疾病，以及其他由畸形惡性蛋白顆粒朊病毒(prion)感染所緻的疾病，至今還沒有有效的治療方案。英國倫敦神經學研究所的喬凡娜·R·馬盧奇(GiovannaR.Mallucci)及其合作者，進行了一項小鼠試驗，使人們看到了根治此類疾病的曙光。研究人員利用遺傳工程技術，使小鼠隻在出生後的前9周内産生PrP蛋白，而正常小鼠會持續表達該蛋白。如果小鼠體内存在阮病毒，PrP蛋白就會錯誤折疊，産生更多的朊病毒。
一種可以導緻羊癢病(scrapie)的朊病毒，被注射入基因改造小鼠與正常小鼠體内，兩組小鼠最初均出現認知功能減退。正常小鼠病症持續惡化。而基因改造小鼠在12周後，由于不再産生PrP蛋白，記憶功能以及一系列正常的行爲特征逐漸恢複。失去這種蛋白的小鼠，在康複過程中并沒有表現出任何異常。如果該方法可以經受更多考驗，人們将着手開發從人體内去除PrP蛋白的藥物和基因療法。
然而，在這些療法出現之前，朊病毒通過輸血進行傳染的可能性仍然存在。美國巴爾的摩退役老兵體檢中心的羅伯特·羅韋爾(RobertRohwer)及其同事，發明了一種能從紅血細胞中去除朊病毒的過濾器。研究人員對上百萬種化學物質進行了檢測，最終發現了一種易于結合朊病毒的化合物——L13。他們把L13膠連到微珠表面，并用這些微珠填充過濾器。含有羊癢病病毒的血液通過過濾器淨化後，再注入倉鼠體内，便不會再緻病了。
撰文/加裏·斯蒂克斯(Gary Stix)
譯/劉旸 校/虞駿
太陽能發電效率有望提高
科學家深入解讀細菌(上圖)的光合作用機制，有助于改進太陽能技術。
受植物的啓發，太陽能的前景一片大好。
用太陽能發電不會向大氣排放溫室氣體，但是太陽能發電的成本比使用煤和天然氣的火電站要高得多。爲了提高太陽能發電的競争力，研究人員一直在尋求各種改進方案，使太陽能電池更加有效地把陽光轉換爲電能。
最基礎的科學研究或許可以爲我們提供一些啓示。光合作用(photosynthesis)把陽光轉化爲化學能的效率，幾乎達到百分之百，這種神奇的本領促使研究人員開始深入發掘光合作用的複雜機理。美國芝加哥大學的格雷戈裏·S·恩格爾(GregoryS.Engel)曾在加利福尼亞大學伯克利分校任職，他領導的一個研究團隊将一種綠硫細菌冷卻到77K(-196.15℃)，然後用超短脈沖激光照射細菌，這樣就能夠跟蹤能量在細菌光合作用器官中的流動情況。
研究人員發現，使用這種光譜分析技術，他們可以解釋植物如何高效地把太陽能傳送到分子反應中心，将它轉換爲化學能。對光合作用的傳統觀點是，負責捕獲光的分子，即發色團(chromophore)，吸收來自太陽的能量，然後沿着任意一條可能的路徑，把太陽能從一個發色團傳遞到下一個發色團，最終抵達某個反應中心。
但這項研究卻揭示了一個與傳統見解大相徑庭的結果：在光合作用系統中，能量以波動方式同時沿着所有的路徑移動。這種量子效應保證能量将通過效率最高的路徑傳送，可以瞬時抵達目的地。對光合作用的新認識，最終有可能成爲一種人造光合作用過程的基礎。把這一過程納入太陽能電池的設計中，就可大大提高太陽能電池的轉換效率。
其他一些科學家則在尋找更好的辦法，利用陽光來解決建築物的冷暖調節問題。美國倫斯勒理工學院(RensselaerPolytechnicInstitute)的史蒂文·範德塞爾(StevenVanDessel)及其同事，研制了一套把太陽能電池闆與熱電式熱泵結合起來的原型系統——“活性建築物外包層”(ActiveBuildingEnvelope，縮寫爲ABE)。在這套系統中，太陽能電池闆産生的電力驅動熱泵向建築物内部供應暖氣或冷氣，具體取決于電流流動的方向。該研究小組還打算用薄膜型太陽能電池和熱電材料取代目前使用的厚重元件，他們正在考察這種想法的可行性。這類透明薄膜可以像釉料那樣，覆蓋在建築物的窗戶以及汽車的擋風玻璃和天窗上。
撰文/馬克·阿爾珀特(Mark Alpert)
譯/郭凱聲 校/羅绮、虞駿
控制幹細胞
納米絲可以向細胞傳遞信号，誘導幹細胞分化爲不同類型的組織細胞。
幹細胞的重要特征在一系列突破性發現中被揭示。
幹細胞可以分化爲任何一種細胞，這使人們在探索如何恢複病變或創傷組織的過程中，對它們寄予厚望，但也正是這一特性使它們難以駕馭。近來，科學家的一系列突破性進展使幹細胞的許多固有特性被一一揭開，這将幫助人們進一步實現對幹細胞的控制。
日本京都大學的山中伸彌(ShinyaYamanaka)曾經活化了普通小鼠表皮細胞中的4個基因，從而讓這些細胞具備了胚胎幹細胞(Embryonicstemcell，縮寫爲ESC)的大多數特性。最近，他又演示了一種更精準的方法，能夠把改造後類似ESC的細胞分離出來。這種方法的有效性已被其他幾個實驗室證實。
反過來，誘導人工培養的胚胎幹細胞分化爲表皮細胞或其他組織細胞也非易事。這需要某些特定基因的活化，再加上周圍環境發出特殊信号。美國加利福尼亞大學伯克利分校的楊培東(PeidongYang)和舊金山市格拉德斯通心血管病研究所(GladstoneInstitute of CardiovascularDisease)的布魯斯·R·康克林(BruceR.Conklin)展示了一種新方法：将胚胎幹細胞培養在納米矽絲叢中，就能向細胞傳遞那些外部信号。楊培東和康克林預測，未來的研究人員可以借助納米絲向細胞傳遞電脈沖或化學物質，誘導幹細胞分化成特定的組織細胞。
一部分科學家緻力于操縱胚胎幹細胞進行分化，另一些研究者卻在探索，如何讓成年人體内的幹細胞保持未分化狀态。2007年，美國哈佛大學醫學院的弗蘭克·D·麥基翁(FrankD.McKeon)發現，一個叫做p63的基因的活性，是細胞維持幹細胞狀态的關鍵，至少在上皮細胞中确實如此。(上皮細胞包括皮膚、前列腺、乳腺及胸腺組織的細胞。)
對于研究成體幹細胞與健康和疾病關系的工作者來說，獲得實驗材料不算難事。然而胚胎幹細胞的來源卻嚴重不足，研究者需要千方百計搞到卵細胞并培養胚胎。一種新的回收方法将使異常并作廢的胚胎成爲胚胎幹細胞研究的材料來源。體外受精過程中，如果兩個精子進入同一個卵細胞，就會産生具有多倍染色體的異常胚胎。美國哈佛幹細胞研究所的凱文·埃根(KevinEggan)和他的小組，在實驗中用這種胚胎取代了珍貴的卵細胞。他們發現，如果取走異常細胞中的染色體，并換上新的遺傳物質，這些胚胎仍然能夠發育，成功率和卵細胞培育的胚胎相同，而且能夠産生外觀正常的幹細胞。
撰文/克裏斯廷·蘇亞雷斯(Christine Soares)
譯/劉旸 校/虞駿
打印矽芯片和自旋的妙用
這個用聚矽烷制作的晶體管确實是“打印”出來的。
打印機可以打印出芯片，電子自旋則在計算機邏輯門中找到了用武之地。
現在回過頭來看看老式打印機，那冰冷的“吱吱”聲和讨厭的邊緣穿孔打印紙，是否讓你覺得很落伍？然而10年之後，當你再次回首端詳今天被我們稱爲“打印機”的設備時，肯定也會覺得落伍——到那時，能夠打出整件物品的三維立體打印機，售價已經在逐步下降，新型打印機甚至能夠打印出電子電路闆乃至功能完整的電路。研究人員現在已經發明了一種能打印出矽芯片的打印機。
這種設備是日本精工愛普生公司的材料科學家古澤昌宏(MasahiroFurusawa，音譯)及其同事設計研制的，能夠噴出聚矽烷(polysilane)，也就是一種由氫和矽構成的聚合物。一旦聚矽烷沉積下來，把它放進廚房烤箱，設定在清洗模式的溫度下烘烤，便可把它所含的氫除掉，剩下來的就是晶體矽了。這種技術可以代替傳統的微芯片生産工藝。傳統工藝要求将矽提純，并在矽基片上進行制版和蝕刻，不僅過程複雜，而且十分浪費：99%的矽都在制作過程中被浪費掉了。雖然矽打印機依然是一種很難伺候的設備，打印出來的芯片在精細程度上也趕不上傳統技術。不過，它或許可以降低低精度矽器件的成本，比如顯示器電路和太陽能電池等。
未來的電子設備玩家在回憶如今電路中的電流時，也會覺得非常落伍。今天的電路在傳送信号時，是用電子的存在與否來表示數據的，完全沒有考慮電子的自旋(spin，與經典物理學中的“旋轉”相對應的一個量子力學性質)。目前正在崛起的自旋電子學(spintronics)，就是要充分利用這種以前無人問津的信息資源。目前，自旋電子學隻在硬盤上實現了應用。研究人員正在努力探索如何把這項技術應用到執行計算任務的邏輯門上，主要原因在于，改變電子自旋所需的能量，比改變電流方向所需的能量要少。然而這項技術的難點在于，探測并操作自旋需要借助磁鐵，把磁鐵集成到矽電路中是件相當棘手的事情。(參見《環球科學》2007年第11期《鑽石量子計算機的心髒》一文。)
美國加利福尼亞大學聖叠戈分校的物理學家阿南·德裏(HananDery)及其同事，提出了一項可行的邏輯門設計方案。這個方案把固定的磁鐵與不同的電壓結合起來，根據電子的自旋以及我們所需的門功能來操縱電子。研究小組還提出了一個粗略的構想，要用這種邏輯門制造自旋電子計算機，不過是否可行還須拭目以待。
撰文/喬治·馬瑟(George Musser)
譯/郭凱聲 校/羅绮、虞駿
以假亂真的智能假肢
芝加哥康複中心的患者正展示假肢可以實現的各種手部功能。
上面這兩幅截面圖顯示，聚合物纖維促進了膝部新韌帶的生長。
新的假肢開創了仿生技術革新之路。
人體修複術的研究，往往在戰争期間或戰争剛結束時取得突飛猛進。令人遺憾的是，過去幾年也不例外。美國芝加哥康複中心的托德·A·庫伊肯(ToddA.Kuiken)和他領導的團隊，在“神經定向再分布”(targetedreinnervation)技術上取得了開創性的進展。這項技術專門探索如何把人造手臂接在神經系統上。他們從傷者失去手臂的那一側肩膀上取出神經，移植到胸部。裝了假肢的人想移動假肢時，隻要用力使胸部肌肉收縮，電極就會探測到這一活動，并将信息傳遞給假肢，使它做出相應動作。研究人員已經開始試驗雙向連接，試圖把假肢傳感器發來的信号轉發給感覺神經。
這種假肢是賽格威(Segway)的發明人、DEKA研發公司的迪安·卡門(DeanKamen)研制的。它的詳細情況目前隻在一段網絡視頻中有所披露，但效果着實令人眼界大開。在某場演示中，一位裝着這種假肢原型産品的工程師用假手抓住了一個水瓶，撿起了一支筆，還刮了刮自己的鼻子，看起來酷似美國科幻電視劇集《無敵女金剛》(BionicWoman)中的場景。我們隻能期望，這種假肢的售價不要像賽格威那樣貴得離譜，而是讓大多數人都能夠負擔得起。
在美國，每年有20多萬人遭遇膝部韌帶撕裂傷，這種損傷會造成極大痛苦，而且很難治愈。美國弗吉尼亞大學的加圖·T·洛朗森(CatoT.Laurencin)領導的團隊，開發出一類新型聚合物，可以充當組織支架，促進新韌帶的生長。在對家兔膝蓋進行的試驗中，再生的韌帶可以承受相當于正常韌帶1/3的張力。不可否認，大約有一半的兔子會再次發生韌帶撕裂，不過洛朗森認爲，這是因爲他們很難說服兔子乖乖接受物理治療。
撰文/喬治·馬瑟(George Musser)
譯/郭凱聲 校/羅绮、虞駿
尋找捷徑的最快方法
谷歌地圖中的“谷歌街景”功能可以顯示美國各城市的街道圖片
TrafficAid系統(右圖)，則把探測到的手機信号轉換成一幅實時路況圖。
計算行駛路線并預測交通堵塞的全新方法，可以大大節省花在路上的時間。
以前，爲了給上網求助的問路者提供即時幫助，MapQuest和谷歌地圖(GoogleMaps)之類的導航地圖程序不得不對問題進行簡化，換句話說，它們無法完整地考慮每一條通往目的地的可能路線。不過，現在情況已經不同了。德國卡爾斯魯厄大學的科學家設計了一種計算機程序，可以迅速計算出所有可能的行駛路線中最快捷的一條，所需計算量也不算太大。
項目科學家多米尼克·舒爾斯特(DominikSchultes)設計了這套程序，他的出發點非常簡單：驅車前往某處時，通常需要經過若幹個十字路口，這些十字路口之間沒有多少連接路線。預先計算出發地(或目的地)與最近十字路口之間的連接路徑，再計算各條幹線彼此交叉的所有地方，也就是所謂的交通節點(transitnode)之間的連接狀況，便可以找出最佳路線。在道路縱橫密布的西歐和美國地圖上，研究人員測試了這種高度節省計算量的算法，發現計算效率提升了足足100倍。
爲了真正确保司機們開車時不會迷失方向，谷歌公司已經在谷歌地圖中加入了一項名爲“谷歌街景”(GoogleStreetView)的功能，爲司機提供精确到街道的實景導航圖。“谷歌街景”會把行駛路線上的街道全景抓拍圖片，按照行駛順序一張張顯示出來，讓司機從駕駛座上便能參照圖片核對自己路過的道路标志了。
即使有了最可靠的路線指南，無法預料的交通狀況也會造成出行不利。IntelliOne公司緻力于把交通網與通信網結合起來，它們不久前推出TrafficAid系統，可以把匿名的手機信号轉換爲一張精确的實時交通路況圖。
利用無處不在的手機網絡，這套系統無須沿着交通路線安裝獨立的傳感器。相反，一些特殊的服務器可以探測某一部手機的确切位置和速度。IntelliOne公司将這些信号數據傳送到數據庫中，将探測到的手機與具體的道路聯系起來，生成準确而及時的路況信息。
由于不再依靠攝像機、路邊雷達和路面監視器傳來的交通信息，TrafficAid系統能夠更迅速地刷新手機信号分布圖，計算出汽車實際速度，誤差在5~8千米/小時以内。
撰文/彼得·謝爾戈(Peter Sergo)
譯/郭凱聲 校/羅绮、虞駿
透視技術和催眠藥物
T射線透視設備變得非常輕便
新藥物可以對抗血吸蟲病。
科學家的獨立研究取得了一系列技術進展。
T射線透視儀
從理論上來說，太赫茲射線(terahertzradiation)可以透過人體、塑料、纖維和陶瓷，在不損傷材料的前提下，安全檢測内部是否存在異物。這種射線的頻率約爲百億赫茲，介于微波和紅外線之間，可以在醫療領域幫助檢測腫瘤，在安全領域協助發現炸彈。幾十年過去了，所謂的T射線設備仍然易碎而笨重(至少45千克)，很難走出實驗室，得到廣泛應用。然而，經過了短短幾個月的努力，美國倫斯勒理工學院的布賴恩·舒爾金(BrianSchulkin)就制造出一種簡易T射線成像儀。這個被稱爲“迷你Z”的設備僅重2.3千克，一隻公文包就能裝下。科學家用樣機檢測出了用來制造航天飛機隔熱層的泡沫材料樣品中的人工瑕疵。舒爾金接下來計劃開發掌上型T射線設備。
撰文/查爾斯·Q·蔡(Charles Q. Choi)
減輕背部負擔
學生書包裏幾本又厚又重的課本足以造成肌肉勞損。美國賓夕法尼亞大學和馬薩諸塞州伍茲霍爾市海洋生物學實驗室的勞倫斯·C·羅梅(LawrenceC.Rome)及其同事，發明了一種可以最大程度減小背包壓力的懸吊系統。在行走過程中，人的身體通常以幾厘米的幅度上下起伏，書包也随之一上一下。一個2.3千克重的筆記本電腦，行走過程中會對背部産生相當于3.7千克的沖擊力，跑動過程中沖擊力将增大到6.9千克。利用滑輪和彈力繩，研究人員使這種由運動産生的上下起伏減少了一半以上，從而使背包在感覺上輕了1/5。
其中一種背包設計甚至可以發電，輸出功率超過7瓦特，足以給手機充電。羅梅已經成立了一家名爲“輕盈背包”(LightningPacks)的公司，想把這些設想變成現實。
撰文/喬治·馬瑟(George Musser)
更有效的安眠藥
9年前，科學家發現，嗜睡症(narcolepsy，一種突然産生睡意的病症)是大腦缺乏食欲肽(orexin)引發的。瑞士Actelion制藥公司根據這一知識，開發出一種新型安眠藥，通過抑制兩個食欲肽受體達到催眠效果。實驗顯示，該藥有效成分——一種被稱爲ACT-078573的化合物，可以有效使動物或人類進入睡眠。
撰文/加裏·斯蒂克斯(Gary Stix)
抵禦寄生蟲的新武器
血吸蟲病(schistosomiasis)是一種寄生蟲病，會讓人虛弱無力。全球每年約有兩億人感染此病，使它成爲僅次于瘧疾的世界衛生難題。目前，這種慢性病的常用治療藥物隻有一種——吡喹酮(praziquantel)，這不禁令人擔心：有朝一日，血吸蟲産生抗性後，我們該如何應對？美國加利福尼亞大學舊金山分校的康納·R·卡弗裏(ConorR.Caffrey)及其同事，研制出了一種可以殺滅血吸蟲的新藥。通過深入研究，他們發現K11777藥物會幹擾血吸蟲消化酶的功能，從而将它們從實驗室小鼠體内清除幹淨。
如果這種藥物對人類同樣有效，人們将考慮在發病前期用吡喹酮，後期用K11777的複合療法。
撰文/查爾斯·Q·蔡(Charles Q. Choi)
禽流感研究的資源共享
直到不久以前，各個從事禽流感研究的實驗室，仍舊對自己的研究結果嚴格保密，以緻全世界隻有15個研究機構可以獲得禽流感病毒相關基因的序列，這實際上阻礙了對禽流感的研究進展。然而，意大利帕多瓦市維亞勒大學(VialleUniversity)的伊拉裏亞·卡普阿(IlariaCapua)沒有将她的研究結果輸入自己實驗室的數據庫，而是公布在了面向大衆公開的基因銀行(GenBank)上。她還勇敢地号召其他實驗室效仿她的作法。
她的努力爲“全球共享禽流感數據倡議”(Global Initiative on Sharing AvianInfluenzaData)鋪平了道路。通過這項倡議，研究人員可以保有研究成果的知識産權，科學發現又可以自由共享。
撰文/查爾斯·Q·蔡(Charles Q. Choi)
譯/劉旸 校/虞駿
《科學美國人》2007年全球科技領袖名單
2008年1月份的《環球科學》雜志(著名科普雜志《科學美國人》中文版)公布了2007年全球科技領袖名單，這些研究人員和機構有能力在衛生保健、消費電子等衆多領域，爲人類做出非凡貢獻。
以下爲《科學美國人》2007年全球科技領袖名單
年度科學研究領袖
1.威康信托基金會病例控制協會
年度商業領袖
2.阿米瑞斯生物技術公司
年度政策領袖
3.艾克斯(X)大獎基金會
引領科學研究、商業與政策未來趨勢的領袖
把無線之夢進行到底
4.馬林·索爾亞契奇，美國麻省理工學院(研究)
5.蘋果公司(商業)
6.羅伯特·克裏斯特，美國伊利諾伊大學香槟分校；
維恩·德席爾瓦，美國波莫納學院(研究)
藥物直通車
7.曼朱納特·N·斯瓦米，美國哈佛大學醫學院免疫疾病研究所(研究)
8.漢斯·博曼斯，荷蘭應用科學研究組織(研究)
新燃料替代品
9.詹姆斯·A·迪梅希奇，美國威斯康星大學麥迪遜分校(研究)
10.拉多斯拉夫·R·阿季奇，美國布魯克海文國家實驗室(研究)
11.謝利·D·明特爾、塔瑪拉·克洛茨巴赫，美國聖路易斯大學(研究)
對抗室内毒素
12.帕特裏夏·A·亨特，美國華盛頓州立大學(研究)
13.美國藥劑師協會、美國魚類及野生動物保護委員會(政策)
超精密測量技術取得新進展
14.彼得·W·薩特、伊萊·A·薩特，美國布魯克海文國家實驗室(研究)
15.日本北海道大學和英國布裏斯托爾大學的物理學家團隊(研究)
用蚊子來對付瘧疾
16.馬塞洛·雅各布斯-洛雷納，美國約翰·霍普金斯大學(研究)
17.布魯斯·A·海，美國加州理工大學(研究)
新型材料層出不窮
18.南希·R·索托斯、斯科特·R·懷特，美國伊利諾伊大學香槟分校(研究)
19.伯努瓦·羅曼、若澤·比科，法國巴黎高等理工化工大學(研究)
20.羅賓·G·希克斯，加拿大英屬哥倫比亞省維多利亞大學；
拉伊沙潘·然，加拿大安大略省溫莎大學(研究)
21.謝爾蓋·德莫克裏托夫，德國明斯特大學(研究)
神經生物學新視野
22.伊泰·巴魯齊、埃謝爾·本-雅各布，以色列特拉維夫大學(研究)
23.理查德·D·史密斯，美國西北太平洋國家實驗室；
德斯蒙德·J·史密斯，美國加利福尼亞大學洛杉矶分校(研究)
24.斯蒂娜·M·塔克、埃斯特·奧、胡安·C·特龍科索，美國約翰·霍普金斯大學醫學院(研究)
25.貝卡·所羅門，以色列特拉維夫大學(研究)
光子操控
26.尤裏·A·弗拉索夫，IBM托馬斯·J·沃森研究中心(研究)
27.田邊孝純，日本NTT物性科學基礎實驗所(研究)
28.E·佛瑞德·舒伯特，美國倫斯勒理工學院(研究)
29.尤金·S·波爾齊克，丹麥哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所；
伊格納西奧·西拉克，德國馬普量子光學研究所(研究)
對抗朊病毒
30.喬凡娜·R·馬盧奇，英國倫敦神經學研究所(研究)
31.羅伯特·羅韋爾，美國巴爾的摩退役老兵體檢中心(研究)
太陽能發電效率有望提高
32.格雷戈裏·S·恩格爾，美國芝加哥大學(研究)
33.史蒂文·範德塞爾，美國倫斯勒理工學院(研究)
控制幹細胞
34.山中伸彌，日本京都大學(研究)
35.楊培東，美國加利福尼亞大學伯克利分校；
布魯斯·R·康克林，美國舊金山市格拉德斯通心血管病研究所(研究)
36.弗蘭克·D·麥基翁，美國哈佛大學醫學院(研究)
37.凱文·埃根，美國哈佛幹細胞研究所(研究)
打印矽芯片和自旋的妙用
38.古澤昌宏，日本精工愛普生公司(商業)
39.阿南·德裏，美國加利福尼亞大學聖叠戈分校(研究)
以假亂真的智能假肢
40.托德·A·庫伊肯，美國芝加哥康複中心(研究)
41.迪安·卡門，DEKA研發公司(研究)
42.加圖·T·洛朗森，美國弗吉尼亞大學(研究)
尋找捷徑的最快方法
43.多米尼克·舒爾斯特，德國卡爾斯魯厄大學(研究)
44.谷歌公司(商業)
45.IntelliOne公司(商業)
透視技術和催眠藥物
46.布賴恩·舒爾金，美國倫斯勒理工學院(研究)
47.勞倫斯·C·羅梅，美國賓夕法尼亞大學、馬薩諸塞州伍茲霍爾市海洋生物學實驗室(研究)
48.Actelion制藥公司，瑞士(商業)
49.康納·R·卡弗裏，美國加利福尼亞大學舊金山分校(研究)
50.伊拉裏亞·卡普阿，意大利維亞勒大學(政策） | |
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