分類： 科技觀察

首個由血液供電的設備，新型納米晶元可快速監測健康狀況。IT之家 6 月 25 日消息，匹茲堡大學與其醫學中心的研究人員開發出首個由血液供電的設備來測量血液電導率。

近年來，代謝紊亂（IT之家備註：如糖尿病和骨質疏鬆）的病例在全世界範圍內迅速增加，這些疾病的診斷通常是通過血液測試，傳統方法比較耗時，並且很難在現實生活環境中進行實時監測。

研究團隊提出了一種攜帶型毫流體納米發電機晶元設備，能夠在低頻下測量血液。該設備利用血液作為其集成的摩擦電納米發電機（TENG）中的導電物質，可以通過摩擦電效應將機械能轉化為電能。

在 TENG 系統中，電子轉移和電荷分離會產生電壓差，當材料經歷相對運動如壓縮或滑動時驅動電流。團隊分析了設備在預定載入條件下產生的電壓，以確定血液的電導率。

血液電導率是評估各種健康參數和檢測醫療狀況的寶貴指標，這種導電性主要由必需電解質的濃度決定，特別是鈉離子和氯離子。這些電解質是許多生理過程的組成部分，有助於醫生確定診斷。

研究人員表示，血液基本上是一種水基環境，其中有各種傳導或阻礙電流的分子。例如，葡萄糖溶液具有一定的導電性，通過測量它對電導率的影響，可以判斷糖尿病的狀況。

轉自：https://www.ithome.com/0/777/459.htm

呼風喚雨，是人們留存在心中的一個夢想。而氣象武器會將它變為現實。

還記得科幻大片《全球風暴》中多國科學家研製出的氣象衛星網路「荷蘭男孩」嗎？正是為了應對氣候變化造成的全球性氣象災難，人們開發出氣象衛星網路，並用其成功控制了災害天氣。但隨即這一氣象衛星網路被別有用心的人操控，搖身一變成為「氣象殺手」，給全世界帶來一場浩劫。

事實上，氣象武器早就不是什麼傳說了，歷史上也不乏運用氣象武器造成特定地區氣候異常的先例。

氣象武器是利用氣象控制技術人為製造出各種特殊氣象條件，用以干擾、破壞或直接摧毀敵方一系列武器平台的總稱。隨著氣象控制技術的不斷發展，在戰場上「呼風喚雨」已不是夢想，一些氣象武器一定程度上還具備了「末日武器」的潛力。面對一些軍事強國有增無減發展氣象武器的勢頭，人們在對此深表關注的同時，更擔心氣象武器發展帶來的破壞性影響。

戰爭與氣象早就如影相隨

2018年，第22號颱風「山竹」從太平洋深處生成，之後短短几天，就快速發展成為破壞力極強的超強颱風。無獨有偶，美國當年遭遇的近30年以來最強颶風「佛羅倫薩」，也被人們稱為「怪獸級」颶風。氣象學家曾做過估算，單是一次中等強度的颱風，就能在幾小時內裹挾著25億噸水移動數千公里。這樣的颱風從海洋中吸收的能量，相當於10億噸TNT當量。難怪人們紛紛驚嘆：要是能把颱風製成「武器」，在戰場上得有多厲害！

其實，歷史上為取得戰爭的勝利，藉助氣象開展「氣象戰」，早已不是「紙上談兵」，戰爭與氣象可謂如影相隨。無論是《三國演義》中的「借東風」，還是第二次世界大戰期間盟軍為掩護軍隊過河而在義大利河邊製造濃霧帶，從古至今巧用氣象條件奪取戰爭勝利的事例不勝枚舉。

相比於常規武器，氣象武器確實有著非比尋常的「作戰之道」：天氣中的任何變化，都蘊含著巨大能量；氣象武器有一定隱藏性，使用起來往往出其不意；氣象武器不需要消耗大量彈藥，等等。這也難怪，《孫子兵法》里把氣象作為決定戰爭勝負的五種要素之一。甚至有軍事強國明確提出，要把氣象武器技術作為未來重點發展的關鍵技術。威力巨大、作戰費效比低的氣象武器，早就得到一些軍事強國的「另眼相看」。

隨著氣象科學的快速發展，人類目前已經掌握了20多種人工影響天氣的技術。諸如人造洪水、人造乾旱、人工造霧消霧、人造寒冷酷熱、人工控制雷電和人工引導颱風等，都可在軍事應用中發揮重要作用。就拿傳說中的「太陽武器」來說，古希臘科學家阿基米德利用鏡子反射太陽光，將羅馬人的無敵艦隊燒成灰燼的故事或將成真。1994年，俄羅斯就曾在衛星軌道上安放了一種「鏡片」，實現了4萬米高空集中反射光，而聚集熱源中心溫度達數千攝氏度，幾乎可毀滅地球上的一切物體。

人們曾初嘗氣象武器的厲害

說起越南戰爭，人們一定對美國秘密實施的「大力水手」行動記憶猶新。美軍先後耗資2160萬美元，出動飛機2.6萬架次，利用東南亞地區西南季風盛行、季節性多雨的氣象條件，在越南上空投放了474萬枚降雨催化彈。為了實施史無前例的人工降雨作戰，美軍多次制定計劃，派遣眾多氣象學家進行大規模實驗。行動中，美軍派出了最為精銳的第54氣象偵察中隊，並為之配備了特別改裝的WC-130A氣象偵察機和RF-4C「鬼怪」偵察機。據估計，他們將胡志明小道地區的雨季延長了30～45天。這場大規模人工增雨，直接造成越南部分地區洪水泛濫，嚴重破壞了北越軍隊的補給線。從那時起，人們初嘗氣象武器的厲害。

第二次世界大戰以來，美國軍方甚至提出過「氣象控制比原子彈更重要」的觀點，一直致力於氣象武器研究，先後進行過數十個秘密氣象研究項目。美國政府專門建立了主攻氣象武器研究的麥金萊氣候實驗室，並逐步應用於戰場實踐。還是在越南戰場，美國空軍就曾實施過名為「熔岩突擊隊」的戰場行動，通過從空中向地表拋撒特殊化學物質，製造出了更為複雜的泥濘環境，助力美軍的戰爭行動。

除美國外，英國、蘇聯等國家都是氣象武器的追捧者。上世紀七十年代，蘇聯不斷對外發射頻率範圍集中在10赫茲頻段的電磁波，經過脈衝調製後聽起來像啄木鳥發出的聲音。有西方研究人員指出，這種頻段的電磁波能在空中形成巨大的阻斷層，使高空的氣流改變路徑，最終有可能製造出連續數月甚至數年的乾旱天氣，同樣也能造成毀滅性的洪水災害。在氣象控制方面，英國軍方目前已經有能力控制一定範圍內的晴雨天氣，且成功率高達93%以上。英國軍方還在阿富汗戰場對塔利班武裝打擊中，使用了最新研製的熱壓氣霧武器，能通過濃霧爆炸雲團造成建築物內敵人的傷亡。

通常情況下，單純擁有氣象武器並不管用，必須得配合使用氣象探測裝備、氣象信息傳輸設備、氣象預報設備等，才能一起發揮威力。目前，一些軍事強國使用軍用氣象衛星、氣象偵察飛機、多普勒天氣雷達等先進氣象探測裝備，實時獲取氣象資料和情報。之後藉助氣象信息傳輸設備，實現氣象探測數據和氣象預報數據高速率高質量傳輸。在此基礎上，即便是氣象武器真的要使用，也需要根據具體的作戰要求，結合氣象探測、傳輸和預報情況，有針對性地開展攻擊。這可不是任何一個國家都敢輕易涉獵的領域，氣象武器的背後是綜合國力和軍事實力的具體體現。

或將帶來末日災難的「雙刃劍」

別以為沒有「颱風武器」！早在1969年8月，美國就曾進行過一次代號「黛比」的颱風播撒試驗，不僅降低了颱風的最大風速，還使颱風提前轉向。此後，其又多次在大西洋上進行人工引導颱風試驗，以顯示其在人工影響颱風技術方面的實力。

氣象武器雖然沒有躋身大規模殺傷性武器行列，但它的殺傷力和破壞力不容小覷。同時，氣象武器本身就是一把「雙刃劍」，一旦使用失誤，極有可能對作戰雙方造成難以估量的嚴重影響。美國和蘇聯從20世紀中期就開始地震武器研究，不僅進行了地下核爆炸觸發地震試驗，在控制地震能釋放方向上也已經各有所成。

1970年，美蘇兩國還曾藉助氣象武器干擾古巴降雨過程，專門展開過一場「乾旱之戰」。此外，諸如美國製造人工閃電的「天火」計劃、製造人工颶風的「烈風」計劃，以及美國國防部高級研究計劃局計劃研製的類似森林大火的「火風暴」，無一不是可給人類帶來災難的氣象武器。目前，美國空軍、海軍和國防部高級研究計劃局還在共同開展「高頻主動極光研究項目」，通過向地球大氣層發射大功率高頻電磁波，從而引起氣候異變，最終誘發暴雨、洪災、颶風等重大氣象災害。這種氣象武器一旦使用，勢必對整個地球的地質和生物等造成不可逆轉的毀滅性破壞。

早在越南戰爭結束後，聯合國就曾通過《禁止將影響氣候手段用于軍事目的公約》，明確規定禁止使用能造成大範圍、長期或嚴重氣候改變的軍事手段或其他恐怖手段。1992年通過的《聯合國氣候變化框架公約》，對這一規定再次做出了明確認定。然而，以戰爭為目的的氣象武器研發活動似乎並未「偃旗息鼓」。據不完全統計，目前世界某些軍事強國正在進行或近期進行過的氣象武器研發計劃就有數十項，有的國家已推出了可用於實戰的氣象武器。這不得不令人深思，人類能否「把持住」氣象武器這把可能誘發末日災難的「雙刃劍」！

轉自：http://www.81.cn/jfjbmap/content/2019-08/23/content_241590.htm

IT之家 6 月 3 日消息，5 月 31 日，東風柳汽與優必選科技正式簽署人形機器人應用戰略合作協議，共同推動人形機器人在汽車製造場景的應用。

通過此次合作，優必選工業版人形機器人 Walker S 將進入東風柳汽，開展汽車製造過程中的安全帶檢測、車門鎖檢測、車燈蓋板檢測、車身質檢工位、車廂後蓋檢測、內飾總檢、油液加註、前橋分裝、集配撿料、貼覆車標、配置刷寫、標籤列印等一系列工作。此外，人形機器人還將和傳統自動化設備協作作業，解決複雜場景的柔性無人化生產。

東風柳汽總經理林長波表示：

今天，我們終於非常榮幸地把優必選人形機器人 Walker S 請到了柳州，請進了我們東風柳汽的智能工廠。本次優必選人形機器人將結合最新 AI 技術的應用進入柳汽，通過實訓，將會在更為複雜的檢測、裝配、物流現場提供更優的解決方案，這不僅為柳汽的智能製造水平帶來更大的提升，也將成為汽車行業智能製造新風範，將加速推動人形機器人在汽車產業中場景化、規模化應用，為實施『龍行工程』提供新動能。

IT之家從優必選官網獲悉，全新工業版人形機器人 Walker S 身高 1.7 米，外觀比例更接近人類，搭載全新一代融合控制演算法。Walker S 可與工廠系統互通，獲得產線狀態及信息，並實時回傳採集數據並傳輸至工廠系統，實現信息的即時共享。

Walker S 搭載了 41 個高性能伺服關節以及多維力覺、多目立體視覺、全向聽覺和慣性、測距等全方位的感知系統；具備行業領先的多模態夜感器融合技術、動態環境反饋整合和自主環境探索技術等，全方位感知環境與人事物。

轉自：https://www.ithome.com/0/772/718.htm

過去十年，印度科技界創造了屬於他們的高光時刻。其科技論文發表數量以驚人的兩位數增長，迅速躍升為全球第三大出版國；其太空探索也取得了一系列令人矚目的成就；其組建了世界上規模最大的遙感衛星群。值得關注的是，印度的研發支出在 GDP 中的佔比遠低於主流科技強國的平均水平，「花小錢辦大事」是其一貫的風格。如今，經費投入不足可能成為其邁向科技強國的「絆腳石」。

印度，全球人口最多的國家，正在進行最大規模的領導人選舉。6 月 1 日之前，9.7 億的印度選民將要選出他們的新一任領導人。

本土科學家們對這個政治話題關注度頗高，其背景是，印度的學術界正處在一個關鍵節點。具體來說是政府對科研的資助體系，正在經歷重要變革，在這個國家主導了科研投入的國度，印度科學家希望，新一屆為期 5 年的政府能夠堅定地把更多資金投入基礎科研，同時增加資助透明度。

正如印度在經濟等方面的體現，這是一個充滿未來和希望的地方。年輕人口充足，好學而願意吃苦，以改善生活和階級躍升為目的，願意付出努力。在這樣的條件下，現任總理莫迪曾說，印度要在 2047 年（印度從大英帝國手裡獨立出來 100 周年）成為一個發達國家，以及更近的目標，即在 2030 年成為全球第三大經濟體。

不管從哪個角度拆解這個目標，科學、技術能力都是底層和深遠的發展動力。但現實是，在印度學術界，資金不足、資助體系不流暢困擾著這裡的最聰明的頭腦。

借著印度大選的時間點，本文我們詳細聊聊印度科學家是如何展望他們的科學強國之路。

現狀：極具性價比的印度科學

從科技的角度看印度，過去十年，印度創造了屬於他們的高光時刻。

太空領域的成就是絕對的代表。從 2013 年開始，印度成功發射了「Mangalyaan」火星探測器，成為繼美國、蘇聯和歐洲之後第四個成功探測火星的國家，這次一擊即中的成就開啟了印度一系列航天嘗試。2017 年，通過 PSLV-C37 運載火箭，印度一次性將 104 顆衛星送入太空，在當時也創下了單次發射衛星數量的新紀錄。

再看 2023 年 8 月 23 日，印度第三次探月任務「月船 3 號」成功著陸月球，成為繼美國、蘇聯和中國之後第四個在月球表面軟著陸的國家。更令人稱奇的是，完成這一切的預算僅為 7400 萬美元，甚至比拍一部科幻電影的成本還低。

對印度來說，技術成就是一種國力象徵。總理莫迪在直播畫面里用力搖著印度三色旗：「我們正在見證歷史。」極力傳達一個新的形象和信號：一個崛起中的國家在全球精英中佔據一席之地。

同樣的成就，也體現在印度的科研成果產出上。

在 2008 至 2018 的 10 年裡，印度的科技論文發表數量以驚人的兩位數增長，帶著印度整體排名從全球第九，一躍成為如今的全球第三大出版國，僅次於美國和中國。同時，其學術界在以肉眼可見的速度蓬勃生長，2014 年至 2021 年，大學數量從 760 所激增至 1113 所。

在展示出了「印度速度」的同時，學術界的運行和他們的登月任務一樣，也展現出「花小錢辦大事」的理念。

印度科學技術部（DST）的一份報告指出，印度研發支出僅佔到其 GDP 的 0.64%。作為對比，2022 年，經合組織 38 個成員國平均研發支出大約佔本國 GDP 的 2.7%，中國與此相近，根據世界銀行的數據，中國在 2021 年的研發支出佔比為 2.4%。

還有一些其他成就，比如印度相當著名的仿製葯產業。印度官方數據顯示，以產量計算，2021 至 2022 年間，印度的製藥產業在全球排名第三，其中絕大多數為平價的仿製葯。在那場影響全球的疫情當中，印度出產的仿製葯在客觀上發揮了重要作用。此外，很多人不知道的是，世界上規模最大的遙感衛星群，也是印度組建的。

但高光的成就不代表所有現狀，光芒甚至會產生更多不被關注的陰影。

一位印度學者指出，該國現有的資源越來越傾向於支持能夠更快落地或商業化的項目。這是在資源有限下的選擇，在強調經濟價值的背景下，應用驅動的研究佔據主導，為印度技術領域帶來了片面的繁榮，而更基礎的研究成為了被犧牲的那一部分。

科研的最終價值體現在推動社會進步，這是一個漫長的過程。基礎研究催生出具有應用價值的技術，再到下一階段的大規模應用，最終影響到每一個人。「我們必須銘記，為純粹的基礎研究留下一席之地同樣重要。持續的創新活力才能構建全面而多元的研究生態系統。」印度物理學家 Arindam Ghosh 在接受 Nature 的一次採訪中表示。

代價：頂級人才出逃

相比於印度的經濟地位 —— 這個帶有官方色彩的指標，在世界範圍內，印度的人才拿下了不成比例的成就。近年來，印度裔頂尖人才在美國、英國等發達國家「全面出擊」，勢力覆蓋商業、政治和學界。去年莫迪總理訪美參加企業家見面會時，有人調侃稱這是「老鄉見面會」，因為包括谷歌、微軟、Adobe 在內的頂級公司，CEO 都是印度面孔。

湧向美國的腳步沒有放緩。據美國《高等教育紀事報》（The Chronicle of Higher Education）報道，根據美國國土安全部數據，截至 2023 年 9 月，持有美國學生簽證的活躍人數，印度為 32 萬人，中國為 25.4 萬人。印度 15 年來首次取代中國，成為美國留學生最大來源國。

「印度的教育系統培養了高素質的理科學生。然而現在的趨勢是，學生移民到國外進行高等教育，往往永遠不會回來，這導致了印度科學界技能的喪失，」印度浦那大學天體物理學家 Debarati Chatterjee 說。

印度外交部估計，2022-2023 僅僅一年間，印度出國的學生人數（包括本科生和研究生）從 130 萬增加到 150 萬。

印度本土學術人才庫出現被「掏空」的危險。「我的團隊接待了 12 名夏季項目實習生…… 我本來很樂意接受其中任何一位學生在我的實驗室攻讀博士學位。但他們沒有一個人想留在國內。」去年升學季，印度著名學府印度科學研究所的遺傳學教授 Upendra Nongthomba 的一篇文章引發了廣泛討論。

據印度專註學術報道的媒體 Times Higher Education 報道，印度學生出國攻讀博士學位的人數激增，導致其國內大學出現大範圍招生短缺，且情況在疫情後更加惡化。一位留學諮詢機構負責人表示，2023 年，前往海外的學生人數「顯著增加」，為此前來諮詢的博士候選人數量增加了 70%。

原因更多在印度內部。「在我們國家，科研資金和獎學金髮放有非常高的不確定性，所以學生的生活都過得很拮据。」昌迪加爾大學助理教授 Noble Kurian 的評價一針見血。

這一呼籲得到了一些政治家的支持。國會議員 Shashi Tharoor 就警告說，「官僚的冷漠」已經阻止了許多學生繼續從事研究職業。「政府部門的入門級崗位的薪資要高得多…… 所以博士學位往往是國內學生們最次的選擇，」他指出。

當最優秀的人才紛紛選擇出走，其國內的人才真空問題更加棘手，如何創造一個有吸引力的研究環境，成為了印度教育界和政府必須共同面對的重要課題。一場由內而外的改革勢在必行。

改革：用正確的姿勢撒錢

歸根到底還是錢的問題。而在資助科研方面，印度政府在其中起了絕對主導的作用，這也是為什麼學者們都關注大選的影響。

頗具印度特色的現象是，在印度，大約六成的科研資金來自中央及地方政府和高校，而私營部門僅有四成。對比之下，私營部門在 OCED 成員國的研發支出中平均佔比高達 74%，歐盟 27 國中這一數字也達到了 66%。

印度其實也不乏跨國大公司，涵蓋建築、信息技術、製造和製藥等多個領域，這些企業完全有能力在支持科研甚至基礎設施建設方面做出更大的貢獻。但在現行的、不透明的體制面前，他們顯得非常吝嗇。

政府作出過努力。去年 8 月，印度議會通過了一項法案，批准成立 Anusandhan 國家研究基金會（ANRF），五年內向大學和實驗室提供 5000 億盧比（約合 60 億美元）的資金支持，以改善基礎研究的現狀，其中 70% 的資金來源於非政府渠道，比如業界和印度的富豪們。

這一莫迪親自牽頭形成的法案，被印度大報 The Economic Times 稱為：學術界的夢想。

但夢想要成真，還需要經歷更多改革。賈瓦哈拉爾・尼赫魯大學的教授 Binay Panda 最近在印度媒體 The Hindu 上發文指出，法案的確是一個必要的途徑，但在這個基礎之上，新一屆政府需要實施更詳細的計劃，並建立類似於擔保資金的託管賬戶機制。增加資金的同時也需要更加審慎地把控支出，同時打造更好的人力體系。

在那篇題為「Scientists and a wish list for the incoming government」的文章里，Binay Panda 寫下了作為一名一線學者的「願望」清單：

1. 新一屆印度政府需要以每年 50% 的速度增加研發支出至 GDP 的 4%，且鼓勵私營部門向 ANRF 捐款，提升研發投資；

2. 必須升級大學和研究機構的基礎設施，以吸引高質量教師和研究人員，同時確保招聘體系的公平性；

3. 向全球看齊，教育和研究機構的招聘達到一個透明、快速且不受任何影響的全球公認的標準；

4. 設立高效的科研資助管理系統，減少官僚體系下的繁瑣流程，確保科研部門能夠及時使用預算並快速將資金分配給科學家；

5. 科學家應享有基於證據的學術自由和創新空間，包括自主創業和參加國內外會議的自由，同時對科研成果和教育質量負責。

道理很明顯，不管是公共的還是私人的，對科學研究的投資最終可以帶來經濟增長，促進社會進步、健康和福祉的提升。尤其在發達經濟體中，這些共識為學術界帶來了源源不斷的資源支持，他們明白，科研投資能夠帶來什麼樣的成果。

在印度漫長的選舉季落幕後，無論哪個政治集團上台，都必須認識到，印度有能力並且應該在科研領域做出更多投入。

就像 Binay Panda 在文章開頭所說：印度成為主要經濟強國的必要條件，就是支持科學，支持科學家。

轉自：https://www.ithome.com/0/767/393.htm

【新智元導讀】近日，外媒曝出馬斯克的Neuralink公司的新進展：其腦機介面設備有望今年就在人體身上進行測試，這意味著人類離上傳、下載記憶更進一步。北大團隊一項「精準刪除特定記憶」的研究登上Science子刊，研究人員利用基因編輯技術，在實驗大鼠的腦中實現特定記憶的精準刪除。

去年，埃隆·馬斯克（Elon Musk）的腦機介面初創公司Neuralink公司發布的腦機介面技術讓人震撼。近日，據外媒報道，Neuralink研究已經取得很大進展，其非侵入性設備有望今年就在人體身上進行測試！

此前，Neuralink團隊已經開始在老鼠和猴子身上試驗這種設備的各種版本，結果令人印象深刻。在舊金山的演講中，馬斯克和他的團隊描述了猴子能夠用大腦控制計算機的例子。目前他們還沒有對人類進行任何測試，團隊希望最早在今年獲得FDA的批准，並開始人體試驗。

為了賦予人類這些「超能力」，馬斯克的Neuralink將在人類腦部安裝特殊的小工具，創建「直接皮質界面」來上傳和下載想法。

簡言之，Neuralink將為人腦提供升級，這可能會使我們在擁有人類水平或更高智能的AI面前更具競爭力。而馬斯克的終極目標是將人腦下載到電腦中，實現腦機融合，開啟「超人認知」的全新時代。

如果這一技術真的在人腦中實現，人腦和電腦將實現互聯，這也意味著我們的想法、記憶可以被下載儲存，但你願意嘗試嗎？

北大團隊「精準刪除特定記憶」登上Science子刊
「記憶操縱」一直是科幻小說中的熱門話題。

在《盜夢空間》中，小李子扮演的盜夢者成功入侵併改變妻子的記憶，但這記憶最終導向了不可挽回的悲劇——妻子跳樓自殺。

在2005年奧斯卡獲獎影片《美麗心靈的永恆陽光》里，男主角在發現前女友刪除了兩人的痛苦記憶後，也決定刪去記憶，換一種角色重新開始生活。

負面記憶能否被直接刪除？這已不再只是電影情節了。就在上周，北大神經科學團隊在《Science》子刊上發表了一篇通過基因編輯精準刪除負面記憶的論文。

當地時間2020 年 3 月 18 日，北京大學神經科學研究所的伊鳴研究員和萬有教授團隊在《 Science》子刊《Science Advances》在線發表題為《CRISPR-SaCas9系統的開發，用於在大鼠大腦中進行投影和功能特定的基因編輯》「Development of a CRISPR-SaCas9 system forprojection- and function-specific gene editing in the rat brain」的研究論文，研究人員開發出一種新基因編輯技術，在實驗大鼠的腦中實現了特定記憶的精準刪除。

問題引入：

第一個問題，記憶究竟儲存在什麼地方？對於特定腦區在瞬時記憶、短期和長期記憶中扮演的角色，目前已經研究得很詳細，不過記憶儲存的最小單位到底是腦區，神經元還是突觸，還在爭論之中，現在神經心理學家普遍接受的一種觀點是，人類長時記憶的神經基礎是神經元突觸的持久性改變。

下一個問題便是，記憶可以被編輯與刪除嗎？在這項突破之前，已有不少科學家做過相關研究，比如用光遺傳學技術影響負責短期記憶儲存的海馬區、採用光線打開或者關閉大腦中神經元組等辦法。2019年 7 月，澳大利亞皇家墨爾本理工大學開發出一種受光遺傳學技術啟發的新型類腦晶元，可模仿大腦存儲和刪除信息的方式。

簡介：

目前已有的基因組編輯技術（CRISPR/Cas9），已經可以有效修飾各種細胞類型（包括神經元）中的基因。但是，大腦的構造極為複雜，即使在同一大腦區域，神經元集合在解剖學或功能上也不統一，而是分為不同的亞群，在具有特定連接或功能特徵的神經元亞群中，尤其是在大鼠和非人類靈長類動物中，要實現穩定的基因敲除或基因修飾仍然具有挑戰性。條件重組系統已被廣泛用於以時空精度研究腦功能，但是動物模型的構建可能是勞動密集型且耗時的，特別是對於轉基因大鼠而言。因此，我們需要能夠實現對特定神經元群體的基因編輯——這就是這篇文章想要解決的問題。

這篇文章的核心成果就是，科學家開發出了一種新的特定基因編輯技術（一種基於CRISPR-SaCas9系統的技術，並將其與順行/逆行AAV載體和活性依賴性細胞標記技術結合使用）。為了證明自己技術的成功，他們把內側前額葉皮質的特定神經元亞群的cbp（CREB結合蛋白）基因成功敲除了，並且證明了這項技術對於揭示記憶的神經元和迴路基礎方面的重要性。該技術的高效性和特異性可廣泛應用於神經電路研究。

開發基因編輯技術CRISPR-SaCas9

已有的基因編輯系統叫CRISPR-Cas9，利用的核酸內切酶叫Cas9。它可快速，高效，方便地修飾各種細胞類型中的內源基因，從而導致基因變化，從而使得我們可以對大腦中特定基因進行功能分析。它改變了生物科學領域的遊戲規則，有人形象地稱其為「基因魔剪」。

但它的問題有兩個：一，沒法處理在複雜的神經元集合中控制擾動、單獨處理某個亞群，二，病毒載體的容量有限。面對第二個問題，科學家們找到了Cas9的直系同源物SaCas9，遞送載體的容量比Cas9 小 1kb 以上，但基因編輯的效率卻基本一樣。

為了驗證新搞出來的CRISPR-SaCas9（以下用SaCas9指代）也可解決第一個問題，即編輯特定神經元亞群中的靶基因，他們選擇了對神經元興奮性和記憶形成至關重要的CBP作為靶基因（它可產生CREB結合蛋白），在某個神經元亞群中定點敲除它。

他們的驗證思路是這樣：既然CBP控制記憶形成，如果CBP被定點敲除，那麼這個特定神經元亞群所攜帶的記憶就沒有了，這就可以體現在大鼠的行為上。如果觀察到大鼠確實丟失了這段記憶，那麼就可以證明新技術可以修改特定亞群的基因。

證明過程：精準刪除大鼠特定記憶

一.生物學：

1. 實驗驗證SaCas9在體外可以高效滅活CBP。

2.做實驗用SaCas9進入特定神經元中敲除CBP。

3.證實CBP的減少導致學習的消退。

4. 證明SaCas9在成年大鼠成人神經元中具有出色的靶向特異性。

二.行為學：

研究團隊在兩個不同的實驗箱里誘發大鼠對箱子的恐懼記憶，進而將基因編輯技術與神經元功能標記技術結合，通過對特定印記細胞群的基因編輯，精確刪掉大鼠對其中一個箱子的記憶，而對另外一個箱子的記憶完好保留。

研究結果：

總的來說，這個研究有兩個方向上的突破。1.CRISPR-SaCas9技術可以定點敲除基因。但是這個研究敲除的是一組特定神經元上的相關基因。功能特異性敲除應該是指，在所有細胞中，只敲除正在表達特定蛋白質的細胞的特定基因。

2.這個研究驗證了CREB 蛋白質對記憶環路的作用：敲除CREB阻斷了長期記憶的形成。記憶分為短期記憶和長期記憶，如果沒有干預，就會慢慢從短期記憶轉為長期記憶。但是在敲除了特定細胞的CBP後，短期記憶沒有辦法轉化為長期記憶了。

研究意義：

1.該功能特定的CRISPR-SaCas9系統的高效性和特異性可廣泛應用於神經環路研究。可為生理、病理條件下的腦功能精確基因組干擾提供強大的策略。

2.可能發現了消除特定記憶的辦法，從而為焦慮症，恐懼症和創傷後應激障礙、慢性痛、成癮等以「病理性記憶」為特徵的疾病治療提供新思路。

《黑衣人2》中的記憶消除器

論文作者之一、北京大學神經科學研究所認知神經科學實驗室研究員伊鳴表示：記憶編碼與儲存很重要，但遺忘負面記憶也同樣重要。如果負面記憶過於頑固，有時會帶來負擔，甚至造成疾病。慢性痛、藥物成癮、慢性應激等疾病，本質上都是患者在經歷了疼痛、毒品帶來的感覺或壓力後，產生了難以清除的、長時間存在的「病理性記憶」。因此，這一系統可能也將為這類疾病的治療提供新思路。

那麼，如果真的可以刪除特定記憶，你願意這麼做么？

作者介紹

這篇論文的通訊作者是來自北京大學神經科學研究所的萬有教授和伊鳴博士。

萬有教授，教育部和衛生部神經科學重點實驗室主任、北京大學神經科學研究所所長、北京大學神經生物學系主任。博士學位，博士後學歷，教授，博士生導師。科技部「973」項目首席科學家。

主要經歷：1985年於河南醫科大學醫療系獲醫學學士學位；1990年於河南醫科大學藥理教研室獲碩士學位，1993年於武漢同濟醫科大學病生教研室獲博士學位，1995原北京醫科大學生理教研室博士後出站。1998至2000年美國伊利諾伊大學和新澤西大學訪問學者。於北京醫科大學和北京大學醫學部歷任講師(1996年)、副教授(1997年)和教授(2001)。

研究方向：採用光遺傳學、在體多通道記錄與神經計算、胞外電生理、單細胞及腦片膜片鉗、分子生物學、細胞生物學、形態學、行為藥理學等多種方法，從分子—神經元—神經網路—整體不同層面，研究疼痛慢性化的學習記憶、情緒與認知及其調控機制。

伊鳴博士，北京大學神經科學研究所研究員，北京大學百人計劃研究員。

學術經歷：於北京大學醫學部臨床醫學專業獲醫學學士學位，英國倫敦大學學院（University College London, UCL）解剖與發育生物學系神經科學專業獲哲學博士學位（導師John O』Keefe教授，獲2014年諾貝爾生理學或醫學獎）。2012年2月入選北京大學青年百人計劃，現為北京大學神經科學研究所研究員。

（註：上述個人資料來自北京大學神經科學研究所網站，可能不是最新版，如有偏差請指正）

轉自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/117372312

IT之家 4 月 9 日消息，空軍軍醫大學西京醫院在國內異種移植研究領域一直走在前列，於 3 月 10 日完成國內首例豬肝人體移植，又於 3 月 25 日完成國內首例多基因編輯豬腎人體移植。

3 月 25 日，在空軍軍醫大學西京醫院竇科峰院士、肝膽外科陶開山主任團隊指導下，泌尿外科秦衛軍主任團隊實施多基因編輯豬-腦死亡受者異種腎移植手術，將一隻多基因編輯豬的腎臟，移植到一位腦死亡受者體內。

據介紹，腎臟移植是治癒終末期腎病的唯一方法。而器官短缺，已成為移植領域面臨的全球性難題。在我國，終末期腎病患者超過百萬，每年開展的同種異體腎移植手術僅 1 萬餘例，很多人因等不到合適的腎臟而失去生命。

近年來，隨著基因編輯技術和免疫學的深入發展，異種移植研究取得了飛速進展，有望成為解決器官短缺的有效途徑。其中，基因編輯豬腎移植研究取得了一系列重大突破：國外已開展 6 例基因編輯豬-腦死亡患者異種腎移植、1 例基因編輯豬-人異種腎移植手術。

2020 年以來，西京醫院泌尿外科先後參與開展多例基因編輯豬-猴腎移植及肝腎聯合移植研究，為豬腎移植到人體奠定了基礎。

在既往研究的基礎上，團隊以多基因編輯豬為供體，腦死亡患者為受體，開展了此次創新探索。實施方案先後通過學術委員會、倫理委員會、器官移植委員會和動物委員會論證，嚴格按照國家有關規定逐項進行。

• 供體豬：由成都中科奧格生物科技有限公司提供，O 型血，42.5 公斤，敲除了 3 個會引起超急性排斥反應的基因，轉入了 1 個人補體調節蛋白基因、1 個人凝血調節蛋白基因。
• 移植受者：接受本次異種腎移植手術的是一位經過醫院三次評估均認定為腦死亡的患者，家屬同意無償參與異種腎移植研究，為人類醫學進步做出貢獻。

醫院泌尿外科、肝膽外科、麻醉科、重症醫學科、腎臟內科、實驗外科、外科手術室、超聲科、藥劑科、輸血科、檢驗科、神經外科、神經內科、放射科、病理科、心血管外科、呼吸內科、心臟內科、營養科、免疫科、內分泌科等 21 個科室通力協作，開展了上述研究。

手術團隊將基因編輯豬腎移植到受者右側髂窩，先後行移植腎動脈與受者髂外動脈端側吻合，移植腎靜脈與受者髂外靜脈端側吻合。血管吻合完畢、開放血流後，移植腎顏色紅潤，質地良好，即刻產生尿液。術中超聲顯示移植腎血流灌注良好，未見超急性排斥反應發生。行移植腎輸尿管膀胱吻合後，切除受者自體雙側腎臟，手術歷時 6 小時 15 分鐘順利結束。

目前移植腎已持續工作 9 天，在受者體內功能良好，正常產生尿液。期間，研究團隊完整觀察到異種移植腎臟在人體內的工作狀態、各項指標及過程，進一步探索異種腎移植免疫排斥、凝血障礙、病原感染等機制。

據秦衛軍主任介紹，此次手術是中國異種腎移植邁向前沿領域的重要一步，將為異種腎移植臨床研究和臨床應用奠定基礎，未來或將為終末期腎病患者提供新的治療選擇。

「異種器官移植研究已進入加速期，為移植器官短缺提供了一種極具想像力的解決方案，或為無數等待器官移植的患者爭取到等待時間或延續生命。」竇科峰院士說到。

據IT之家此前報道，3 月 16 日，世界首例豬腎成功移植到活人體內，美國麻省總醫院將經過 69 個基因組編輯的豬腎移植到一名 62 歲的終末期腎病（ESRD）男性患者體內。

轉自：https://www.ithome.com/0/760/684.htm

3 月 25 日消息，據中國科學院自動化研究所消息，該所蒿傑研究組與中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心杜久林研究組、穆宇研究組合作研究開發了一套實感智能計算-控制平台，可快速提取和分析斑馬魚全腦神經元活動，實現神經元集群活動的閉環調控。

相關研究論文以 Real-time analysis of large-scale neuronal imaging enables closed-loop investigation of neural dynamics 為題，在線發表於《自然・神經科學》（Nature Neuroscience）。

據介紹，該研究藉助天文學領域的數據處理技術，採用 FPGA-GPU 混合架構，成功對高達 500MB/s的大數據流神經功能數據進行實時配准、信號提取和分析。通過這一技術突破，研究團隊首次實現了對斑馬魚全腦十萬級神經元的實時監控，進而對任意選擇的神經元集群活動進行解碼，以控制外部設備。

這一成果標誌著基於全腦單細胞光學成像的虛擬現實、光遺傳調控等技術在腦科學閉環研究領域的應用邁出了關鍵一步。

全腦範圍單神經元活動成像是解析大腦並行分散式計算原理的有力工具，但其巨大的數據實時處理需求成為了技術發展的瓶頸，導致難以實時分析以及在大尺度上閉環調控和研究腦功能。

啟發於天文學領域中快速射電暴檢測技術，研究人員借鑒其系統設計策略，利用 FPGA 編程的靈活性建立光學神經信號預處理系統，對來自光學感測器的信號規整化，並將其發送給基於 GPU 的實時處理系統，進行高速非線性配准，提取各信道的神經信號，依據編碼規則進行解碼，以獲得用於控制外部器件的反饋信號。該系統通過實時監測斑馬魚全腦神經元的活動，生成反饋信號，反饋間隔小於 70.5 毫秒。

系統性能在三個腦科學閉環研究場景下得到展示：與任意特定神經元集群活動鎖相的實時光遺傳學刺激，與特定大腦功能狀態鎖相的實時視覺刺激，以及基於神經元集群活動的虛擬現實控制。

• 閉環實時光遺傳學神經調控：通過功能聚類識別全腦神經元集群，將選定集群的自發活動作為觸發信號，實施實時光遺傳學刺激於目標神經元集群。相對於開環，閉環刺激有效激活了下游腦區。
• 鎖相的實時視覺刺激實驗：通過對藍斑去甲腎上腺素能系統活動的實時監測，在表徵動物清醒狀態的藍斑興奮時相上施加視覺刺激，觀察到大腦中其他神經元的反應更為強烈。這表明，大腦狀態可調節對視覺信息的處理，同時指出閉環感覺刺激有助於精確研究大腦內部狀態與外界環境的相互作用。
• 全腦光學腦機介面實現的虛擬現實：實時將高維的全腦所有神經元活動降維到多個神經元集群的活動，並將任一集群的活動與視覺環境閉環聯接，建立了基於光學成像、直接從腦神經活動到視覺環境的虛擬現實系統。在該虛擬現實中，可以隨意調整神經活動與環境耦合的增益，使控制環境的神經元集群根據增益變化適應性地調整其輸出。依託大數據流的實時分析和高通量全腦成像技術，未來研究將篩選適合光學腦機介面的神經群體活動特徵，揭示其機制，並開發出更高效的光學腦機介面技術。

中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心杜久林研究員、中國科學院自動化研究所蒿傑研究員、中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心穆宇研究員為共同通訊作者；暨南大學 / 深圳市神經科學研究院尚春峰研究員（原中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心副研究員）、中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心汪玙璠博士、中國科學院自動化研究所趙美婷助理研究員為共同第一作者；中國科學院自動化研究所范秋香助理研究員，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心趙姍博士生、錢禹工程師和徐聖進研究員做出了重要貢獻。

該工作得到科技部、基金委、中國科學院、上海市和深圳市的資助。研究成果已授權發明專利「光學腦機介面系統和方法」（專利號：ZL20231 0131178.9）。

轉自：https://www.ithome.com/0/757/828.htm

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41593-024-01595-6

人民網北京3月20日電 （記者趙竹青）記者從中國科學院獲悉，中國科學院自動化研究所蒿傑研究組與中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心杜久林研究組、穆宇研究組合作研究開發了一套實感智能計算-控制平台，在國際上首次實現對斑馬魚全腦十萬級神經元的實時監測與閉環腦機控制。相關研究成果近日在線發表於《自然·神經科學》雜誌。

該平台能夠在高時空解析度數據帶寬下快速提取和分析解碼斑馬魚的全腦神經元活動，並控制外部器件進行神經閉環調控，實現腦機控制。在這個從感知到行為控制的完整迴路中，研究人員不僅能觀察斑馬魚全腦活動，還能根據監測結果實時自動調整刺激，進而控制行為。

依託大數據流的實時分析和高通量全腦成像技術，研究團隊未來將進一步研究篩選適合光學腦機介面的神經群體活動特徵，以揭示其機制，開發出更高效的光學腦機介面技術，推進腦科學研究範式的發展。

斑馬魚與人體的基因親緣高達87%，很多人類具有的特徵及反應均具有。這一技術突破，也為更多研究人員提供了一種全新的研究範式，對於解讀大腦的工作原理、治療神經系統疾病如癲癇、偏癱等都有著巨大的潛在價值。

轉自：

https://m.gmw.cn/2024-03/20/content_1303691002.htm

我國科學家利用光學腦機介面實現斑馬魚「全腦操控」

http://finance.people.com.cn/n1/2024/0320/c1004-40199764.html

生物晶元，又稱蛋白晶元或基因晶元，它們起源於DNA雜交探針技術與半導體工業技術相結合的結晶。該技術系指將大量探針分子固定於支持物上後與帶熒游標記的DNA或其他樣品分子（例如蛋白，因子或小分子）進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數量和序列信息。

生物晶元簡介

生物晶元技術起源於核酸分子雜交。所謂生物晶元一般指高密度固定在互相支持介質上的生物信息分子（如基因片段、DNA片段或多肽、蛋白質、糖分子、組織等）的微陣列雜交型晶元（micro-arrays），陣列中每個分子的序列及位置都是已知的，並且是預先設定好的序列點陣。微流控晶元（microfluidic chips）和液相生物晶元是比微陣列晶元後發展的生物晶元新技術，生物晶元技術是系統生物技術的基本內容。

生物晶元（biochip或bioarray）是根據生物分子間特異相互作用的原理，將生化分析過程集成於晶元表面，從而實現對DNA、RNA、多肽、蛋白質以及其他生物成分的高通量快速檢測。狹義的生物晶元概念是指通過不同方法將生物分子（寡核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗體、抗原等）固著於矽片、玻璃片（珠）、塑料片（珠）、凝膠、尼龍膜等固相遞質上形成的生物分子點陣。因此生物晶元技術又稱微陳列（microarray）技術，含有大量生物信息的固相基質稱為微陣列，又稱生物晶元。生物晶元在此類晶元的基礎上又發展出微流體晶元（microfluidics chip），亦稱微電子晶元（microelectronic chip），也就是縮微實驗室晶元。

什麼是生物晶元呢？簡單說，生物晶元就是在一塊玻璃片、矽片、尼龍膜等材料上放上生物樣品，然後由一種儀器收集信號，用計算機分析數據結果。人們可能很容易把生物晶元與電子晶元聯繫起來。事實上，兩者確有一個最基本的共同點：在微小尺寸上具有海量的數據信息。但它們是完全不同的兩種東西，電子晶元上布列的是一個個半導體電子單元，而生物晶元上布列的是一個個生物探針分子。

晶元的概念取之於集成的概念，如電子晶元的意思就是把大的東西變成小的東西，集成在一起。生物晶元也是集成，不過是生物材料的集成。像實驗室檢測一樣，在生物晶元上檢查血糖、蛋白、酶活性等，是基於同樣的生物反應原理。所以生物晶元就是一個載體平台。這個平台的材料則有很多種，如硅，玻璃，膜（纖維素膜）等，還有一些三維結構的多聚體，平台上則密密麻麻地擺滿了各種生物材料。晶元只是一個載體。做什麼東西、檢測什麼，還是靠生物學家來完成。也就是說，原來要在很大的實驗室中需要很多個試管的反應，現在被移至一張晶元上同時發生了。

世界發展

進入21世紀，隨著生物技術的迅速發展，電子技術和生物技術相結合誕生了半導體晶元的兄弟——生物晶元，這將給我們的生活帶來一場深刻的革命。這場革命對於全世界的可持續發展都會起到不可估量的貢獻。

生物晶元技術的發展最初得益於埃德溫·邁勒·薩瑟恩（Edwin Mellor Southern）提出的核酸雜交理論，即標記的核酸分子能夠與被固化的與之互補配對的核酸分子雜交。從這一角度而言，Southern雜交可以被看作是生物晶元的雛形。弗雷德里克·桑格（Fred Sanger）和吉爾伯特（Walter Gilbert）發明了現在廣泛使用的DNA測序方法，並由此在1980年獲得了諾貝爾獎。另一個諾貝爾獎獲得者卡里·穆利斯（Kary Mullis）在1983年首先發明了PCR，以及後來在此基礎上的一系列研究使得微量的DNA可以放大，並能用實驗方法進行檢測。

生物晶元這一名詞最早是在二十世紀八十年代初提出的，當時主要指分子電子器件。它是生命科學領域中迅速發展起來的一項高新技術，主要是指通過微加工技術和微電子技術在固格體晶元表面構建的微型生物化學分析系統，以實現對細胞、蛋白質、DNA以及其他生物組分的準確、快速、大信息量的檢測。美國海軍實驗室研究員卡特（Carter） 等試圖把有機功能分子或生物活性分子進行組裝，想構建微功能單元，實現信息的獲取、貯存、處理和傳輸等功能。用以研製仿生信息處理系統和生物計算機，從而產生了”分子電子學”，同時取得了一些重要進展：如分子開關、分子貯存器、分子導線和分子神經元等分子器件，更引起科學界關注的是建立了基於DNA或蛋白質等分子計算的實驗室模型。

進入二十世紀九十年代，人類基因組計劃(Human Genome Project，HGP)和分子生物學相關學科的發展也為基因晶元技術的出現和發展提供了有利條件。與此同時，另一類”生物晶元”引起了人們的關注，通過機器人自動列印或光引導化學合成技術在矽片、玻璃、凝膠或尼龍膜上製造的生物分子微陣列，實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞或其它生物組分準確、快速、大信息量的篩選或檢測。

●1991年Affymatrix公司福德（Fodor）組織半導體專家和分子生物學專家共同研製出利用光蝕刻光導合成多肽；
●1992年運用半導體照相平板技術，對原位合成製備的DNA晶元作了首次報道，這是世界上第一塊基因晶元；
●1993年設計了一種寡核苷酸生物晶元；
●1994年又提出用光導合成的寡核苷酸晶元進行DNA序列快速分析；
●1996年靈活運用了照相平板印刷、計算機、半導體、激光共聚焦掃描、寡核苷酸合成及熒游標記探針雜交等多學科技術創造了世界上第一塊商業化的生物晶元；
●1995年，斯坦福大學布朗（P．Brown）實驗室發明了第一塊以玻璃為載體的基因微矩陣晶元。
●2001年，全世界生物晶元市場已達170億美元，用生物晶元進行藥理遺傳學和藥理基因組學研究所涉及的世界藥物市場每年約1800億美元；
●2000-2004年的五年內，在應用生物晶元的市場銷售達到200億美元左右。
●2005年，僅美國用於基因組研究的晶元銷售額即達50億美元，2010年有可能上升為400億美元，這還不包括用於疾病預防及診治及其它領域中的基因晶元，部分預計比基因組研究用量還要大上百倍。因此，基因晶元及相關產品產業將取代微電子晶元產業，成為21世紀最大的產業。
●2004年3月，英國著名諮詢公司弗若斯特·沙利文(Frost & Sulivan)公司出版了關於全球晶元市場的分析報告《世界DNA晶元市場的戰略分析》。報告認為，全球DNA生物晶元市場每年平均增長6.7%，2003年的市場總值是5.96億美元，2010年將達到93.7億美元。納儂市場（NanoMarkets）調研公司預測，以納米器械作為解決方案的醫療技術將在2009年達到13億美元，並在2012年增加到250億美元，而其中以晶元實驗室最具發展潛力，市場增長率最快。
●2012年12月，三位美國科學家獲得了美國專利與商標辦公室（ US PTO）授予的一項關於量子級神經動態計算晶元專利，該晶元功能強大，能夠通過高速非標準運算模擬解決問題，將為未來量子計算領域的發展起到巨大的推動作用。該電腦晶元是生物過程和物理過程的結合，通過模仿生物系統在介面界面運用突觸神經元連接並反饋學習，有潛力賦予計算機超強的運算能力和超快的速度，可廣泛運用于軍用和民用領域，而該專利則涉及生產該電腦晶元的幾種不同途徑。

中國近年發展成果

近年取得的科研成果如下：
●「十五」期間，中國生物晶元研究共申請國內專利356項，國外專利62項。
●2005年4月，由科技部組織實施的國家重大科技專項「功能基因組和生物晶元」在生物晶元產業取得階段成果，診斷檢測晶元產品、高密度基因晶元產品、食品安全檢測晶元、擁有自主知識產權的生物晶元創新技術創建等一系列成果蜂擁而出。
●2005年，由南開大學王磊博士任首席科學家的國家「863」專項—「重要病原微生物檢測生物晶元」課題組經過兩年的潛心科研攻關，取得重大成果，「重要致病菌檢測晶元」第一代樣品研製成功，並且開始制定企業和產品的質量標準，這標誌著中國第一個具有世界水平的微生物晶元研究進入產業化階段，從而使天津市建設世界級微生物檢測生物晶元研發和產業化基地，搶佔全球生物晶元研發制高點邁出歷史性的一步。
●2005年4月26日，中國生物晶元產業的骨幹企業北京博奧生物晶元有限責任公司（生物晶元北京國家工程研究中心）和美國昂飛公司(Affymetrix)建立戰略合作關係，並共同簽訂了《生物晶元相關產品的共同研發協議》和《DNA晶元服務平台協議》兩個重要的全面合作協議，對於中國生物晶元產業來說這是一個歷史的時刻，也標誌著以博奧生物為代表的中國生物晶元企業已在全球競爭日益激烈的生物晶元產業中躋身領跑者的地位。
●2006年，生物晶元北京國家工程研究中心又成功研製了一種利用生物晶元對骨髓進行分析處理的技術，這在全球尚屬首次，可以大大提高骨髓分型的速度和準確度。這種用於骨髓分型的生物晶元，只有手指大小，僅一張就可以存儲上萬個人的白細胞抗原基因。過去在中國，這種技術長期依賴進口，價格很高。每進行一份骨髓分型，就要支付500元的費用，而這種晶元的造價只是國外的1/3，精密度可以超過99%，比國外高出好幾個百分點。
●2006年7月，中國科學院力學研究所國家微重力實驗室靳剛課題組在中科院知識創新工程和國家自然科學基金的資助下，主持研究的「蛋白質晶元生物感測器系統」實現實驗室樣機，目前已實現乙肝五項指標同時檢測、腫瘤標誌物檢測、微量抗原抗體檢測、SARS抗體藥物鑒定、病毒檢測及急性心肌梗死診斷標誌物檢測等多項應用實驗。全程只需40分鐘，采血只需幾十微升血液。該項研究成果有望為中國的生物晶元技術開闢新的途徑。
●2006年，由東北大學方肇倫院士領銜國內10家高校、科研單位共同打造的晶元實驗室「微流控生物化學分析系統」通過驗收，該項研究成果將使中國醫療臨床化驗發生革命性變革，徹底改變了中國在微流控分析領域的落後面貌。
●2006年，第四軍醫大學預防醫學系郭國禎採用輻射生物學效應原理，應用Mpmbe軟體設計探針篩選參與輻射生物學效應基因，成功研製出一款由143個基因組成的電離輻射相關低密度寡核苷酸基因晶元，該晶元為檢測不同輻射敏感性腫瘤細胞的差異表達基因提供了一個新的技術平台。
●2006年03月西安交通大學第二醫院檢驗科何謙博士等成功研發出丙型肝炎病毒(HCV)不同片段抗體蛋白晶元檢測新技術。該技術的問世，為丙型肝炎患者的確診、獻血人員的篩選及治療藥物的研發等，提供了先進的檢測手段。
●此外，美國斯坦福大學華裔科學家王善祥及其研究團隊利用磁納米技術有望取代通常採用的熒光探測癌蛋白技術，更快更方便地獲得檢測結果；中國台北榮民總醫院和賽亞基因科技共同研發生物晶元，可快速找出遺傳疾病的異常基因，將可成為家族篩檢的利器。

存在問題

對於中國生物晶元工業來講。關鍵問題有3個：

(1)製作技術：晶元製作技術原理並不複雜，就製作涉及的每項技術而言，中國已具有實際能力，中國發展生物晶元的難點是如何實現各種相關技術的整合集成。

(2)基因、蛋白質等前沿研究：除去製作技術外，關鍵就是晶元上放置的基因和蛋白質等物質了。如果製作用於檢測核苷酸多態性以診斷某種遺傳病，或者用於基因測序，那麼晶元探針上一般放置的是有8個鹼基的寡核苷酸片段，基因晶元和蛋白質晶元則相應放置的是基因標誌性片段EST(表達序列標籤)、全長基因或蛋白質。因此製作生物晶元首先要解決的是DNA探針、基因以及蛋白質的儘可能全面和快速地收集問題。

(3)專利和產權：以生物晶元技術為核心的各相關產業正在全球崛起，一個不容忽視的問題就是專利和產權的問題。專家指出世界工業發達國家已開始有計劃、大投入、爭先恐後地對該領域知識產權進行跑馬圈地式的保護。北京國家工程研究中心主任程京教授說：「就生物晶元領域而言，目前全世界都在『跑馬圈地』，專利和自主產權比什麼都重要。我們不能再像計算機晶元那樣受制於人。」現在，科學家、企業家和金融界已經聯起手來，組成了結構上更為合理、運作上更具可操作性的商業運行構架，通過全球定位布局，建立產權結構清晰的公司．為生物晶元在中國的產業化奠定良好基礎。

生物晶元雖然只有10多年的歷史，但包含的種類較多，分類方式和種類也沒有完全的統一。它的作用方式分類：

(1)主動式晶元：是指把生物實驗中的樣本處理純化、反應標記及檢測等多個實驗步驟集成，通過一步反應就可主動完成。其特點是快速、操作簡單，因此有人又將它稱為功能生物晶元。主要包括微流體晶元(microftuidic chip)和縮微晶元實驗室(lab on chip，也叫「晶元實驗室」，是生物晶元技術的高境界)。

(2)被動式晶元：即各種微陣列晶元，是指把生物實驗中的多個實驗集成，但操作步驟不變。其特點是高度的並行性，目前的大部分晶元屬於此類。由於這類晶元主要是獲得大量的生物大分子信息，最終通過生物信息學進行數據挖掘分析，因此這類晶元又稱為信息生物晶元。包括基因晶元、蛋白晶元、細胞晶元和組織晶元。

生物晶元成分分類

(1)基因晶元(gene chip)：又稱DNA晶元(DNA chip)或DNA微陣列(DNA microarray)，是將cDNA或寡核苷酸按微陣列方式固定在微型載體上製成。

(2)蛋白質晶元(protein chip或protein microarray)：是將蛋白質或抗原等一些非核酸生命物質按微陣列方式固定在微型載體上獲得。晶元上的探針構成為蛋白質或晶元作用對象為蛋白質者統稱為蛋白質晶元。

(3)細胞晶元(cell chip)：是將細胞按照特定的方式固定在載體上，用來檢測細胞間相互影響或相互作用。

(4)組織晶元(tissue chip)：是將組織切片等按照特定的方式固定在載體上，用來進行免疫組織化學等組織內成分差異研究。

(5)其他：如晶元實驗室(Lab on chip)，用於生命物質的分離、檢測的微型化晶元。現在，已經有不少的研究人員試圖將整個生化檢測分析過程縮微到晶元上，形成所謂的「晶元實驗室」(Lab on chip）。晶元實驗室是生物晶元技術發展的最終目標。它將樣品的製備、生化反應到檢測分析的整個過程集約化形成微型分析系統。由加熱器、微泵、微閥、微流量控制器、微電極、電子化學和電子發光探測器等組成的晶元實驗室已經問世，並出現了將生化反應、樣品製備、檢測和分析等部分集成的晶元）。「晶元實驗室」可以完成諸如樣品製備、試劑輸送、生化反應、結果檢測、信息處理和傳遞等一系列複雜工作。這些微型集成化分析系統攜帶方便，可用於緊急場合、野外操作甚至放在航天器上。例如可以將樣品的製備和PCR擴增反應同時完成於一塊小小的晶元之上。再如Gene Logic公司設計製造的生物晶元可以從待檢樣品中分離出DNA或RNA，並對其進行熒游標記，然後當樣品流過固定於柵欄狀微通道內的寡核苷酸探針時便可捕獲與之互補的靶核酸序列。應用其自己開發的檢測設備即可實現對雜交結果的檢測與分析。這種晶元由於寡核苷酸探針具有較大的吸附表面積，所以可以靈敏地檢測到稀有基因的變化。同時，由於該晶元設計的微通道具有濃縮和富集作用，所以可以加速雜交反應，縮短測試時間，從而降低了測試成本。

使用壽命

按照美國生物晶元製備標準，使用壽命約為10-15年。

本文轉自：https://baike.baidu.com/item/生物晶元/570761

由血栓造成的血管阻塞性疾病是全球致死率最高的疾病，是威脅人類的頭號殺手。靜脈注射組織纖溶酶原激活劑（tPA）是臨床上治療缺血性卒中、肺栓塞（PE）和其他血栓相關疾病的首選治療方案。

然而，由於tPA存在出血併發症高風險、循環半衰期短和靶向性差等缺點，只有有限比例的患者（不足7%的缺血性卒中患者）能夠從溶栓中獲益。精確地將tPA遞送到血栓部位並按需釋放以減少脫靶和過量效應，是溶栓治療面臨的主要障礙。

在臨床前模型中，納米載體已被證明可以維持tPA的活性並增加其循環時間。通過靶向配體或磁場，血栓靶向給葯可以提高tPA在血栓形成部位的濃度。一系列外源性或內源性的刺激（包括磁場、超聲波、剪切應力和H2O2等）被用來觸發納米載體釋放tPA。儘管該領域已經取得了一些進展，但在動物模型中溶栓效果有限，部分原因是納米載體的結構異質性和溶栓藥物的裝載不明確，導致生物分布和葯代動力學失控。此外，由於血栓形成生物標誌物（例如凝血酶或纖維蛋白）在不同生理過程中濃度動態變化，目前的策略存在傳遞準確性差的問題。

理想的納米載體不僅要能夠靶向，還要能夠識別生物標誌物的局部濃度，從而只在確定血栓形成部位時才觸發tPA的釋放。因此，通過納米載體精確控制tPA的負載、遞送和釋放，也就是實現tPA的精準給葯，仍然極具挑戰性。

2024年3月6日，南京郵電大學汪聯輝教授、高宇副教授、晁潔教授等在Nature子刊Nature Materials上發表了題為：An intelligent DNA nanodevice for precision thrombolysis 的研究論文。

該研究開發了一種智能DNA溶栓納米機器，可在血管內複雜病生理環境下識別血栓的生物標誌物凝血酶，並通過針對凝血酶濃度的邏輯運算區分血栓和傷口凝塊，實現靶向血栓的精準給葯。

近年來，研究人員通過理性設計和製造結構明確的DNA納米結構作為藥物遞送平台，實現藥物分子和功能基團在化學計量和空間上的整合。基於DNA摺紙納米技術，可以構建具有均勻形狀和尺寸的DNA納米結構，並用於開發腫瘤靶向和刺激響應遞送的抗癌藥物和疫苗。

而目前還沒有研究將DNA納米結構用於體內溶栓治療藥物的遞送。在這項研究中，研究團隊基於DNA摺紙技術構建了90×60納米的矩形納米片，每個DNA納米片表面可精確地安排一定數量的tPA分子，並精確控制其位置，從而實現對tPA分子在空間和數量上的精準可控裝載。

通過與預先設計的連鎖DNA三鏈結構雜交，矩形DNA納米片被封閉成管狀DNA納米器件，並屏蔽tPA分子在循環過程中的暴露。通過調節凝血酶適配體交聯鏈和鎖鏈之間的互補鹼基數量，可實現可調閾值控制器對凝血酶濃度的不同響應範圍。在靜脈注射tPA-DNA溶栓納米機器後，能夠按照設定順序自動執行針對凝血酶的追蹤識別、邏輯運算和響應打開的系列任務。由於凝血酶與凝血酶適配體之間的高親和力，它促進了tPA-DNA溶栓納米機器在血栓形成部位的積累。只有當凝血酶的濃度超過閾值（即正常凝血和血栓之間的差異時）DNA溶栓納米機器才會被激活，連鎖的DNA三鏈結構解離，暴露出tPA分子進行溶栓。

基於DNA納米技術的智能DNA溶栓納米機器

接下來，研究團隊在缺血性卒中模型和肺栓塞模型中驗證了該DNA溶栓納米機器的溶栓效果。

相較於臨床溶栓藥物tPA，該研究開發的智能DNA溶栓納米機器在缺血性卒中及肺栓塞的溶栓效率分別提高了3.7倍和2.1倍， 完全溶栓所需的劑量相較於tPA降低了6倍，且 顯著降低了臨床溶栓藥物導致的凝血異常，從而將腦中風的治療窗口期從癥狀發生後的3小時延長到6小時，有望顯著提高卒中患者接受溶栓治療並獲益的人數。

智能DNA溶栓納米機器在 肺栓塞小鼠模型中的治療效果

總的來說，該研究開發了一種DNA溶栓納米機器，可精確地給葯tPA用於精準溶栓治療。其通過 選擇性地跟蹤和靶向血栓形成部位並根據凝血酶濃度按需釋放溶栓劑，從而在提高治療效果的同時最小化副作用。

研究團隊表示，DNA溶栓納米機器由人體的鹼基構成，可由人體內酶降解並經肝腎代謝，因此具有優異的生物相容性，臨床轉化前景好。研究團隊計劃在未來3至5年內完成該智能DNA溶栓納米機器在大型動物模型中的藥效及安全性評估、成藥性研究及規模化生產工藝優化，並積極申報臨床試驗并力爭獲得臨床試驗批件。

南京郵電大學汪聯輝教授、晁潔教授、高宇副教授為該論文的共同通訊作者，南京郵電大學博士生印珏王思雨王嘉輝為論文共同第一作者。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41563-024-01826-y

本文轉自：https://www.163.com/dy/article/ISTPK80A053296CT.html