直击新能源之巅！麻省理工新能源评论评选的14大医疗领域突破新能源（上）

《杜克大学新材料华盛顿邮报》从2001年开始，每年都会公布“10大有所突破核心技术”，即TR10（Technology Review 10），并预见其大规模商业化的潜能，以及对生命体与世隔绝和社会变迁的重大不良影响。

这些核心技术代表了当前当今世界新材料的其发展前沿和未能来其发展正向，集里反映了近期当今世界新材料其发展的取而代之特性和取而代之趋势，将引领面向未能来的侧重研究正向。其里许多核心技术现在走向市场，主导着传统产业核心技术的其发展，极大地催生了经济社会变迁其发展和新材料创取而代之。

正如《杜克大学新材料华盛顿邮报》编辑出新版JasonPontin所说，有所近期核心技术的判别比如说，那就是尽可能给人们促使高质量借助新材料的解决建议。有些核心技术是工程师们天才时尚的粉末；而有的则是地质学家们对直至困扰他们的更加为重要问题所放任的诸多设法的集大成者（比如广度修习）。评选“10大有所突破核心技术”的目的不仅仅是向人们展览品取而代之创取而代之新材料成果，同时也是为了强调是生命体的聪明才智促生了这些创取而代之核心技术。

因此脊柱网（微信：vcbeat）将为你筛选从2012年~2016年的外科应用领域的新材料有所突破。由于核心技术更加迭慢，因此只梳理最近5年至少的。鉴于文章篇幅太长，将分为上下两篇，每篇介绍七种核心技术。本文为上篇。这些核心技术是为解决更加为重要问题而生，将会极大地扩展生命体的潜能，也有有可能转变当今世界的模样，值得在未能来给予都有关注。

石墨烯下端化学合成的方式也上绘出新

它能读取较窄的突变片段，这有助于理解化学合成的比较简单地区

成熟阶段期：十分少10年后

有所突破点：将单链DNA拉过蛋白下端，侦测双链穿行时电导的比较大转变

层面：化学合成化学合成更加慢，更加便宜，更加方便，触发个性诊疗时代

该应用领域主要参加者：Oxford Nanopore

正因如此化学合成核心技术的其发展历程，无法哪一个核心技术像石墨烯下端化学合成那样慢热。1996年芝加哥的学校的Daniel Branton、加州的学校的David Deamer及其同事，在美国国家科学院诺氏PNAS杂志上首次公开转载指出新，可以用膜通道侦测多核苷酸碱基。依靠石墨烯下端开展化学合成的意念是十分准确的：让DNA双链一个个穿行石墨烯下端，同时并能鉴定每一个双链。和其他DNA化学合成作法相对于，它不需要常用荧光羰基来鉴定双链或敲除DNA小分子或者缩减到片段，能并能注意到突变走法等情况。

2005年，Bayley、Gordon Sanghera和Spike Wilcocks创建的Oxford Nanopore取而代之公司，验证了石墨烯下端化学合成的商业能够。 该核心技术获取了一种作法，使化学合成化学合成更加慢，更加便宜，并且足够方便，让眼科医生作为最基本上的化学合成作法，应运而生了与众不同外科的时代，不过准确率方面还有待降低。

尤为是2012年，Oxford Nanopore 取而代之公司推出新了一种掌上石墨烯下端化学合成仪MinION，方便运载也很便宜。它能读取较窄的突变片段，这个平台的平均读长大约在5kb有数，最高能达到20kb，这有助于理解化学合成的比较简单地区。MinION还可以弹出新平板的USB接口，在触摸屏上推断数据集填充的过程。最近公开发表的侧重研究推断MinION相当实用，能准确化学合成小化学合成（比如细菌和蛋白酶化学合成），区分亲缘关系很近的细菌和HIV，读取生命体化学合成的比较简单地区等。

当年，哥伦比亚的学校的车靖岳（Jingyue Ju）和芝加哥的学校的George Church教授共同开发开发计划了基于石墨烯下端的单小分子边合成边化学合成（SBS）系统会，对这一化学合成核心技术开展强化，打造了核酸的单小分子石墨烯下端化学合成平台。但迄今地质学家即将通过减缓DNA碱基通过石墨烯下端速度的方式也降低此项化学合成的准确度，只不过迄今来看，该核心技术尚不成熟阶段。

芝加哥的学校子宫微生常为学家乔纳森·汉考克

生命体也有一种类似猴子等食肉动常为的卵原肿瘤细胞会，或可视为无尽的胚胎特别联

成熟阶段期：受误导

有所突破点：粗略细胞会分选核心技术，从青少年子宫内分离出新了卵原肿瘤细胞会

层面：在麻省理工学院里大量专才卵原肿瘤细胞会，病患女同性恋不孕不育，甚至延迟子宫早衰

该应用领域主要参加者：弗吉尼亚总医院、OvaScience、Jonathan Tilly

芝加哥的学校子宫微生常为学家乔纳森·汉考克（Jonathan Tilly，同时在弗吉尼亚总医院指导了一个子宫生常为学里心）侧重研究制作团队，证明了生命体也有一种类似猴子等食肉动常为的卵原肿瘤细胞会，或可视为无尽的胚胎特别联。因为对于一个女同性恋来说，到了40岁不久，胚胎的总数和质量就会上升，“卵原肿瘤细胞会”的注意到年末为病患女同性恋不孕不育，甚至延迟子宫早衰获取取而代之作法。

这些卵原肿瘤细胞会来自于成年女同性恋的子宫，所述女同性恋成年后基本上有有可能演化成取而代之的胚胎。如果能在麻省理工学院里大量专才这种卵原肿瘤细胞会，也意味着诊疗上保有了无尽的胚胎特别联。这一注意到对女同性恋胚胎总数在出新生于时就已被限量的传统观念演化成挑战。

汉考克制作团队曾在2004年首次证明，雌性猴子在转入成年后还能持续制认真出新**会。日后汉考克制作团队研发出新一个十分粗略的细胞会分选核心技术，并常用该核心技术从青少年子宫内分离出新了卵原肿瘤细胞会，得到的细胞会像猴子卵原肿瘤细胞会一样，能参加者演化成具**会基本特征的细胞会，这些**会保有生命体子宫内**会的常为理外表和基因突变表达来开展。

汉考克回应，侧重研究年末可用确立生命体卵原肿瘤细胞会库，最更加为重要的是有可能寻觅作法让卵原肿瘤细胞会在玻璃管生殖里Xi成熟阶段的生命体**会，以改进玻璃管生殖的结果，并为不孕不育症获取取而代之疗法。不过截止到迄今，卵原肿瘤细胞会基本上受到误导，也并无法通过卵原肿瘤细胞会专才成任何早产。

总部座落波士顿的OvaScience即将将汉考克的临时工商业化。该取而代之公司的倡议创办人之外高风险投资家Christoph Westphal和芝加哥的学校抗衰老侧重讲师David Sinclair，他们创建了Sirtris Pharmaceuticals取而代之公司，并于2008年以7.2亿美元的价格购买给GlaxoSmithKline。OvaScience在2012年就募集了4300万美元，可用自觉肿瘤细胞会的生孩子病患和其他应用，迄今取而代之公司运营极佳。

失忆Dreamcast，迄今基本上受到很多误导

不太远的一天，当严重不良影响失忆丧失的病患可以从电子产品脑常为获得努力

成熟阶段期：尚不成熟阶段

有所突破点：常用失忆数据集，接收机被锗晶片类比视为一个直至失忆的方式也

层面：为直至失忆缺失病人认真复原性的Dreamcast

该应用领域主要参加者：Theodore Berger

这个或许是如此大胆，所以远在脊髓科学的另类之外，西奥多·伯格（Theodore Berger）是这个企业不以为然的先驱者的片里。他是南加州的学校洛杉矶分校的生常为外科工程师和脊髓地质学家，他设想在不太远的一天，当严重不良影响失忆丧失的病患可以从电子产品脑常为获得努力。

对里枢神经系统遭受阿尔茨海默病，里风或损伤的人里，破坏的脊髓元网络往往防止直至失忆演化成。二十多年来，Berger其设计了锗晶片，以实时这些脊髓元在正常临时工时所认真的接收机妥善处理，这项临时工容许我们在一分钟至少记住经验和知识。最终，Berger想要通过在里枢神经系统里脑这样的晶片来恢复创造直至失忆的能够。

Berger通过电容器与猴子和老虎里枢神经系统结构上相连的锗晶片侧重研究妥善处理像也就是说脊髓元的个人信息，并且在脊髓假体手术里取得成功。小神经脑常为努力了时是过200,000聋人通过将声音类比为电接收机，并将其递送到里枢神经系统脊髓而听到。其他侧重研究职员在盲人的人工脑干方面取得了初步成功。

Berger还与USC的生常为外科工程师Vasilis Marmarelis共同开发，开始制认真神经假体。 他们首先常用来自猴子的鲸鱼回烟熏。知道脊髓元接收机从鲸鱼的一端移动到另一端，侧重研究职员递送随机振荡器到鲸鱼回，发展史纪录在各种两处的接收机，忘了它们是如何叠加，然后假设描述叠加的数学方程式，并且他们在计算机晶片里认真到了这些方程式。常用这些数据集，Berger和他的制作团队依靠计算机了接收机被类比视为一个直至失忆的方式也。

尽管有不确定性，Berger和他的同事直至在工程建设生命体侧重研究。 他还与他的的学校的临床眼科医生共同开发，飞行测试常用脑鲸鱼回每侧的电容器来侦测和预防严重不良影响癫痫病人的癫痫发作，甚至努力这些病人在里枢神经系统里追寻失忆。

早产DNA侦测现在其发展到无创早产突变侦测（NIPT）阶段

迄今现在可以通过母体外周血提取孕妇游离 DNA（cffDNA），开展筛查传染病

成熟阶段期：已成熟阶段

有所突破点：通过剩下管母亲血液里的孕妇DNA对突变化学合成

层面：在孕妇出新生于前开展突变侦测，无关多种突变缺陷病

该应用领域主要参加者：Illumina、Verinata、Sequenom、Natera、Ariosa、LifeCodexx、卢煜明

讲到早产DNA化学合成就必须不说Illumina和Verinata。2013年1翌年7号，Illumina——这家当今世界上最普遍常用的DNA化学合成仪的厂家以3.5亿美元出售了Verinata取而代之公司。而Verinata不过是杂货店几乎还无法收入的创业取而代之公司。带给Illumina的是Verinata的高科技核心技术：对未能出新生于孕妇开展DNA化学合成。这项核心技术可以通过剩下管母亲血液里的孕妇DNA而侦测唐氏症。在以前，唐氏症侦测意味着要从胎盘或羊水里获取孕妇的细胞会，这些方式也都具一定的流产高风险。

依靠母亲的血液可以获取孕妇化学合成个人信息，一些病人为了理解自己的基因突变性传染病或诸如癌症等传染病而放弃化学合成化学合成，但是将来生命体无需等到胃癌了才去认真化学合成，在出新生于时就知道特别的个人信息。根据里国香港地质学家卢煜明的侧重研究，母亲血液里游离的DNA里有15%是来自于孕妇。

通过并能的DNA化学合成核心技术，这些片段可以变革为大量的个人信息，不过日后，Verinata的创办人、斯坦福的学校生常为常为理学家Stephen Quake很慢注意到，依靠母亲血液里的孕妇DNA除了可以筛查染色体异常外，还可以对孕妇开展仅有化学合成化学合成，这样就可以在孕妇出新生于前无关患上囊性水肿（cystic fibrosis）、β-地里海免疫缺陷以及自闭症等高风险。而且这项突变侦测生产成本直至在上升。

迄今，现在其发展到无创早产突变侦测（NIPT）阶段，这项核心技术是通过母体外周血提取孕妇游离 DNA（cffDNA），开展筛查如唐氏综合征，Rh血型，性染色体异常，以及孕妇性别，是化学合成里竞争最为激烈的应用领域。无创早产突变侦测在仅有球，尤为是在低收入和里等收入国家逐渐普及。不过早产侦测让眼科医生面临的法律与观念责任变得十分比较简单，近日卫余秋里发行了通知，无创早产筛查和诊疗试点单位同翌年取消，筛查管理机构必须获得取而代之的职业许可证书。青少年可以决定是否对自己的化学合成开展化学合成，而未能出新生于的孕妇是必须严厉批评回应意见的。这些个人信息有但会不良影响人的一生里。甚至有人驳斥获取侦测的服务商，确实将其报告限制在20种有数最常见的严重不良影响传染病里。

广度修习核心技术催生计算机系统向前其发展的两大力量

为眼科医生获取可供选择的循证病患建议，现在认真到努力眼科医生认真出新更加好的各项政策

成熟阶段期：即将常用

有所突破点：个人信息妥善处理广度修习作法，使个人信息妥善处理的能够颇高

层面：竭力实时里枢神经系统的临时工方式也，降低诊疗效率，尤为在肿瘤病患应用领域力绘出新认真到精准病患

该应用领域主要参加者：百度、百度、草莓、IBM、IBM、Facebook、百度等

广度修习是和计算机系统的其发展广度为基础在独自一人的。却是，广度修习并不是取而代之生事常为，它是传统个人信息妥善处理（Neural Network）的其发展。个人信息妥善处理侧重研究应用领域的领军者Hinton在2006年驳斥了个人信息妥善处理广度修习作法，使个人信息妥善处理的能够颇高，向支持向量机发出新挑战。Hinton和他的学生Salakhutdinov在顶尖学术刊常为《Scince》上公开发表了一篇文章，触发了广度修习的段落。

广度修习的两大就是作法，作法贴图也经历了一个并能迭代的周期，Deep Belief Network、Sparse Coding、Recursive Neural Network, Convolutional Neural Network等各种取而代之的作法贴图被不断驳斥，而其里卷积个人信息妥善处理（Convolutional Neural Network，CNN）更加有视为绘出新像识别最炙手可热的作法贴图。迄今现在在语音识别、绘出新像识别等应用十分普遍。

在外科应用领域，以广度修习为基础的计算机系统，从修习在十分丰富的外科数据集里识别比较简单来开展的作法，到为与众不同诊疗获取对现实当今世界证据的数据分析，再到注意到与 DNA 为基础的蛋白质的碱基基因表达和怎样用其协助化学合成诊疗以及与众不同病患，在外科全像上可提分光镜、数据分析的广度和速度以及诊疗上促使了十分了不起的进步，甚至在药常为开发计划和更加普遍的病患干预上推断出新了相当大的潜能。

尤为是百度，现在成了带给广度修习和计算机系统师资的磁铁。2013 年 3 翌年，百度出售了杂货店创业企业，它的创办人是多伦多的学校的软件工程教授科尔·辛顿——是赢得默克比赛的制作团队成员。辛顿会同时兼顾的学校和百度的临时工，他说计划“在这一应用领域里驳斥想法，然后把它们用在真正的更加为重要问题上“，这些更加为重要问题之外绘出新像识别、抓取，和形式语言理解。

2012年6翌年，百度展览品了曾经最大的个人信息妥善处理之一，其里保有时是过10亿个相连。由斯坦福的学校软件工程教授吴恩达和百度侧重讲师杰夫·费伊带领的制作团队，给系统会展览品了一千万张从YouTubu视频里随机选择的绘出新片。操作系统会贴图里的一个实时脊髓元专门识别猫的绘出新像，其他着重于于人脸、白色的花朵，以及其他常为体。由于广度修习的能够，即使没人曾经判别或标记过，系统会也识别了这些独立的实例。IBM的沃森在肿瘤精准病患应用领域，尽可能在几秒至少筛选数十年癌症病患发展史里的150万份病人发展史纪录，之外个人资料和病人病患结果，并为眼科医生获取可供选择的循证病患建议，现在认真到努力眼科医生认真出新更加好的各项政策。

在2011年到2015年的五年时间，计算机系统应用领域的并购资金从2.82亿美元增长到2015年的23.88亿美元，而并购总数也从67起增长到397起。以百度、草莓、IBM、IBM、Facebook为代表的等企业巨头即将通过并购开展传统产业布局。

CRISPR的临时工方式也上，创取而代之性地依靠RNA

通过突变编辑出新版运载定向突变的猩猩的能够，为地质学家侧重研究与基因突变特别的传染病获取作法

成熟阶段期：转入到诊疗

有所突破点： 依靠化学合成工具构建出新两只运载有特定突变的老虎

层面：为生命体传染病侧重研究获取了取而代之的有价值的工具

该应用领域主要参加者：云南省灵长类生常为外科要点麻省理工学院，Jennifer Doudna（加州的学校伯克利分校），张峰（加州理工学院），George Church（芝加哥的学校）

地质学家们指出，CRISPR有可能是自20世纪70七十年**常为核心技术时代触发以来浮现的最重要的突变冶金。CRISPR系统会具抓取和替换DNA的双重功能，可以让科学们通过替换双链，轻松的转变DNA的功能。迄今现在断定，依靠CRISPR可以病患肠道的肌肉停滞、稀有肝脏传染病，使生命体细胞会免疫HIV等惊人的功能。在资本市场上，都是千万美元分级的投资。Emmanuelle Charpentier在欧洲创建了CRISPR Therapeutics。Jennifer Doudna之前与张锋共同创建了Editas Medicine，离开Editas Medicine后她现在创建了杂货店小取而代之公司Caribou Biosciences。

CRISPR/Cas是在大多数细菌和古细菌里注意到的一种天然免疫系统会，可用来对付侵扰的HIV及简而言之DNA。最先试验的是一对出新生于在昆明科灵生常为新材料有限取而代之公司（Kunming Biomedical International）和云南猩猩生常为外科侧重研究要点麻省理工学院里雌性**恒河猴明明和玲玲。在体外生殖后，地质学家用了取而代之型DNA冶金CRISPR在卵里编辑出新版修改了3个突变。业已CRISPR可以在灵长食肉动常为体内完成靶向基因突变修饰。在过去几年，CRISPR由加州的学校伯克利分校、芝加哥的学校、加州理工学院等管理机构的侧重研究职员研发出新来。这项核心技术现在开始变革地质学家对基因突变工程的理解，因为它可以让他们粗略并相较轻松地转变化学合成。

CRISPR可以粗略并相较容易地，在染色体上的某个特定部位转变DNA，理论上，这项核心技术可以在培养皿里转变任何食肉动常为细胞会类型的突变，之外生命体细胞会。CRISPR与早期的化学合成编辑出新版作法：锌指核酸酶(ZFN)以及转录激活因子样效应常为核酸酶（TALEN）系统会相似。但是后两种作法都是依靠蛋 白质来定位靶碱基，这些蛋白质往往必须填充且生产成本低落。CRISPR依靠的是RNA，使得其设计它们变得较为容易。

某个突变变异的层面往往并不说明，它很有但会致病，也有可能仅仅和某种传染病间接特别，CRISPR可以努力侧重研究职员寻觅确实能致病的突变。在究竟谁该保有CRISPR发明专利更加为重要问题上，虽然还有疑虑，人们普遍指出是Charpentier和Doudna催生了CRISPR编辑出新版的其发展，张峰则是通过断定它尽可能在真核细胞会里起作用揭示了它的相当大潜能，来自哈佛外科院的George Church独立断定了张锋的这一侧重研究注意到。

CRISPR未能来最有潜能的应用是，复原生命体组织里的突变，可以病患诸如白血病、稀有代谢传染病、亨廷顿氏病和精神分裂症等突变传染病。随着对CRISPR系统会认识的加深，实验其设计的优化新建，似乎其靶向效率会进一步降低，CRISPR以及其衍生核心技术从那以后促使紧接著和哲学上的相当大变革。

直观的里枢神经系统全像绘出新让脊髓地质学家更加比较简单侧重地检视里枢神经系统骨架

甚为精密的里枢神经系统全像绘出新，第一次在细胞会水平上阐释了生命体里枢神经系统，为脊髓地质学家获取理解读其无穷技术性的指南

成熟阶段期：尚未能完仅有成熟阶段

有所突破点：分光镜，以20微米的尺度显现出了生命体里枢神经系统的骨架

层面：尽可能让脊髓地质学家更加比较简单侧重地检视里枢神经系统骨架，理解里枢神经系统不同地区之间的电磁力，神经骨架及其普通人举动的操纵

该应用领域主要参加者：Katrin Amunts（德国尤利希生常为外科），Alan Evans（蒙特利尔脊髓学侧重研究所），Karl Deisseroth（斯坦福的学校）、圣路易斯华盛顿的学校

人神经直至是个鬼魂地带，生命体也直至竭力理解人神经的仅有部，“欧洲人神经计划”（驳斥在巨型计算机上普通人神经依靠计算机）、“美国神经计划”（要从多个维度获取里枢神经系统娱乐活动数据集并严厉批评依靠计算机）这些雄心勃勃的计划，都在设法创建一个普遍的里枢神经系统娱乐活动的绘出新片。

里枢神经系统绘出新谱的早期临时工确实要归功于脊髓解剖学家们，其里最有名的确实是布鲁人口为129人（Korbinian Brodmann）在20世纪初的临时工。在此之前，关于里枢神经系统的不同地区负责不同功能的观念现在随着颅相学的流行而兴起，在布洛卡（Broca）等神经区的功能而得到加速。然而，布鲁人口为129人关注于神经区的细胞会依托，未能从3D空间内来确立里枢神经系统的贴图。3D里枢神经系统贴图的浮现，得益于法国脊髓解剖学家Jean Talairach，他在于1967年驳斥一个3D的里枢神经系统贴图，与Tounoux 于1988年进一步完善此里枢神经系统贴图。

迄今最国际标准的堆栈，是加拿大蒙特利尔脊髓侧重研究所（Montreal Neurological Institute，MNI）于90七十年代表所确立的MNI第四部堆栈。在最初的设法里，他们扫描了241个正常志愿者的里枢神经系统骨架，按照Talairach里枢神经系统绘出新谱的方式也，常用标志性的里枢神经系统骨架对每个受试者的里枢神经系统开展标定，得到每个里枢神经系统的AC-PC线和里枢神经系统的结构上线条。迄今常用更加为普遍的是ICBM152堆栈，也是由MNI出新品，然而MNI305和ICBM152堆栈里无法吻合地见到每个里枢神经系统的骨架。

在德国尤利希生常为外科与MNI共同完成的“Bigbrain”项目里，确立了第一个细胞会分级的时是分光镜的里枢神经系统3D贴图：由7404个组织烟熏构成的，精度达到20微米，几乎粗略到了小分子分级。这个花了十年的地绘出新集，在时是级计算机的努力下将它们数字化缝合在独自一人，时是直观3D里枢神经系统贴图的确立，年末为更进一步脊髓全像获取一个十分标准的里枢神经系统绘出新谱，也为更进一步确立标准3D里枢神经系统贴图获取了取而代之的简而言之。

直观的里枢神经系统全像绘出新得益于核心技术的创取而代之，比如德国尤利希生常为外科的Amunts即将开发计划一种这样的核心技术，常用偏振光来改建神经组织里的脊髓纤维的贴图骨架。在斯坦福的学校的脊髓地质学家和生常为工程师Karl Deisseroth的麻省理工学院开发计划了一种名为Clarity的核心技术，容许地质学家直接见到比较简单神经里脊髓元和电阻器的骨架。当年7翌年，美国圣路易斯华盛顿的学校的一个侧重研究小组引述，他们描画出新迄今最仅有面、最粗略的生命体里枢神经系统绘出新谱，其里97个生命体里枢神经系统皮层地区在此之前从未能描述过，属于首次公布。

（文里数据集特别联于网上公开资料）