前不久，世界经济论坛在达沃斯年会上发布了 2016 年度十大新式技能，这些技能无疑会在改进人们日子、推进职业革新和维护地球生态等范畴发生巨大作用。
与早年比较，本年选中的新式技能在生物科学范畴要更杰出，且除了考量不同技能对人类的优点外，也更顾及其对环境的影响。
一. 纳米传感器和纳米级物联网将对医学发生巨大影响
物联网正处在迅速开展扩张的阶段，分析师们估计直到 2020 年时，物联网设备总数量会到达 300 亿。物联网可以赋予一般事物意想不到的才能，尤其是那些由人工智能体系进行监控的设备。
比方，当你下班回家时，房门会辨认承认你是主人，主动开门。又如一位心脏病患者，当他的心脏现已呈现了机能虚弱的痕迹时，被植入了患者体内的心脏监护器就会收到信号而且当即向医师呼救。
现在，科学家现已开端了缩小传感器的研讨，期望能将毫米或微米等级的传感器缩小到对纳米等级，这样就可以使纳米传感器进入人体循环体系中。这项要害研讨是传统物联网向纳米级物联网跨进的第一步，一旦成功，纳米级物联网将会对未来的医学和医药制造发生巨大影响。
迄今为止，科学家经过运用组成生物学的东西来润饰单细胞生物如细菌的办法，现已制造出了一些现在世界上最先进的纳米传感器。他们的方针是研制出一种外形简练时髦的生物电脑，这种生物电脑可以运用 DNA 和蛋白质去辨认的特定的化学物质靶标，并存储很多信息，然后改动色彩或许修改一些易于检测的信号来记载这些信息的方位。
Synlogic 是一家坐落马萨诸塞州剑桥的草创公司，他们现在致力于将经核算生物学研讨可医治一些稀有的代谢紊乱疾病的益生菌株商品化。
从智能纳米传感器到纳米等级物联网的过渡现已是不行避免的，但也行将面对一些严峻的应战。其间，需求跨过的一个技能妨碍是需将自供电纳米设备所需的一切组件集成，该设备用于检测改变和向网络发送信号。
其它妨碍包含一些关于隐私和安全的扎手问题。由于纳米资料本身存在毒性，因而导入体内的任何纳米器材，都对人体都有必定的毒性或引发一系列的免疫反响。
除了医学范畴之外，纳米传感器与纳米等级物联网还将会对未来的修建、农业等方面发生巨大影响。当纳米时代实在来暂时，咱们的身体、家庭、环境、工厂都会得到更好的开展。在未来，你将会看到几十亿、几百亿的纳米传感器收到海量的实时信息，并同步到云端。
二. 让开放式人工智能体系成为你的个人健康助理
与大多数一般人比较，公司 CEO 具有一个显着优势是他们不需求花费过多时刻在日常小事上，如安排约会、做行程安排方案、查找信息等，由于他们会延聘私家助理来处理处理这些作业。但跟着一个开放式人工智能体系的问世，只需求付几杯拿铁咖啡的价格，咱们也将可以享用这种奢华效劳了。
苹果 Siri、微软 Cortana、谷歌 OK Google 以及亚马逊 Echo，都可以经过自然语言程序将人类提出的问题进行辨认处理，可是它们也常常会给出：「对不住，我不知道这件事」或许「这是我从网上找到的」的答复，因而用户不行能把它们和忠实的助理联系起来。此外，这些体系仍是遭到专利维护的，所以很难为它们扩展新的功用。
在曩昔的几年中，一些新式技能的诞生都是以树立功用强大的、拟人化的数字助理为意图，因而就呈现了开放式人工智能体系。该体系不只可以衔接到咱们的移动设备和核算机并经过它们进入短信、邮件、联系人、日历、和作业档案，还可以衔接到卧室的温控器，可穿戴设备、乃至轿车。
在互联网与物联网下，用户的个人数据之间是相互衔接的，不管身处何地都可以做到立刻与开放式人工智能体系攀谈，这将在未来几年内提高数百万人的日子水平以和幸福感。
有了开放式人工智能体系，经过搜集一些匿名健康数据和供给个性化的健康咨询，可以实质性的改进用户的健康状况而且为他们削减医疗方面的开支。到现在，机器在很大程度上是不能察觉到咱们的身体、日子和作业上的细节。
假如高价延聘助理，他就会调查到你什么时候无聊、疲倦、饥饿或许患病，一起还会知道什么人、什么事物对你很重要。因而，这也是开放式人工智能体系的方针开展方向，研讨者们正在尽力让体系获得这些可以了解人类的才能。
与高薪延聘的真人助理相同，数字时代的 AI 帮手也会忠实的为咱们效劳，而且维护咱们的健康、安全和隐私。它们将会以客户利益最大化为效劳主旨，这些对人工智能的研讨来说都是很风趣且含义严重的应战。
三. 晋级光遗传技能照亮神经学
在曩昔，神经学家和心理学家可以调查到大脑对各种影响会做出怎样的反响，而且现已制造出基因是怎样在整个脑中表达的，可是他们其时无法操控单神经元，以及敞开和封闭其他品种的脑细胞。
关于研讨人员来说，解说大脑发生行为是经过什么途径完结的，本身就是一件十分困难的事。因而，关于帕金森氏症和抑郁症等疾病也不能进行有用的医治。
科学家们早年尝试过运用电极来记载神经元的活动，这在必定程度上是有用的。可是由于电极影响会影响到邻近的每一个神经元，所以底子无法区别不同品种的脑细胞，得到的记载成果也显得粗糙、不精准。
直到 2005 年，这个难以处理的问题总算有了新打破。据神经基因学家们探究发现，可以运用一种新的技能来记载神经元的活动，即运用基因工程的办法使神经元对特别色彩的光作出反响。
这种技能于 20 世纪 70 时代树立，被称为光遗传技能。它首要用于色素蛋白的研讨，也就是视紫红质和视蛋白基因宗族编码的研讨。这些蛋白质的作业方式和光激活离子泵相似，在微生物以及视力损害的人群身上运用视紫红质，可以协助吸取入射光的能量及信息。
现在，生物学家将一个或多个视蛋白基因刺进小白鼠特定的神经元，他们就可以运用可见光随意操控特定的神经元敞开或封闭。
多年来，科学家们现已使这些蛋白质能对不同色彩都做出呼应，从深红色到绿色到黄色再到蓝色都可以完结。经过将不同的基因导入不同的细胞，再运用各种色彩的光脉冲来激活一个神经元，就可以在准确的时刻序列上断定几个相邻的神经元。
这个难题的处理是神经科学开展中的一项重要行进，究竟关于具有生命活性的大脑来说，时刻是十分要害的。由于即便大脑发送出的是相同信号，假如时刻相差几毫秒就有或许呈现彻底相反的作用。
光遗传技能的开展加速推进了脑科学开展行进的脚步，可是试验人员在将光深度传送到脑安排的问题上却又遇到了阻止。
好在现在现已呈现了一种灵敏的超薄无线微芯片，它们可以被深度插进脑安排中，而且对脑掩盖安排的损害十分小。这种设备正在被作为打针设备来协助无线操控神经元，现在还处于测验阶段。
光遗传技能现已为帕金森氏症、缓慢痛苦、视力损害、抑郁症等脑部疾病的医治打开了新的大门。还有研讨标明，在某些情况下，非侵入性光疗法能经过封闭特定的神经细胞来医治缓慢痛苦。现在，全球每 4 人中就约有 1 人患有精神疾病，而精神疾病更是大脑损害的首要来历，惋惜光遗传学对其的医治暂时还不能完结。
四. 人体器官芯片技能为医药研讨带来了新的机会
或许除了在好莱坞的特效工厂以外，你不行能看到漂浮在生物试验室里的活的人体器官。不考虑坚持器官在体外坚持生命活性的技能困难，完好器官的移植关于科学试验中的运用十分宝贵。
可是，其实许多重要的生物学研讨和实践药物测验只经过其实在起作用的器官就可以完结，并不必定需求在小白鼠或人体身上完结。跟着人体器官向微型功用器材开展，现在现已呈现了一项新技能，在芯片上就可以完结这方面的需求。
在 2010 年，来自 Wyss 研讨所的 Donald Ingber 研制出了一种肺芯片，初次在芯片完结了这种技能。
所以各组织纷繁投身该技能的研制，以 Ingber 与 Wyss 研讨所的其他研讨人员为领头人，科研人员与工业界以及政府达到合作关系，包含美国国防部高档研讨方案局，为此投入了 7500 万美元。到现在，现已有多家媒体报道过肺、肝、肾、心脏、骨髓和角膜被成功制成微型模型的新闻。
器官芯片的作业原理
Wyss 研讨所选用制造核算机芯片的技能，将活的人体器官细胞植入到芯片中，一起芯片可以仿照细胞在人体内的环境。一个器官芯片的体积与一个闪盘适当，由柔性的半透明聚合物制成。
在芯片的槽道中有三个并排的流体通道，两头的通道是真空通道，中心的通道是植入细胞的通道。直径小于一毫米的通道与从人体器官上提取的细胞相连，可以在芯片内杂乱的管道中活动。当营养物质、血液、需求测验的化合物，如试验性药物从微流管中泵入时，这些器官的细胞能仿制一些活体器官的要害功用。
在中心通道的正中心有一层有透性的生物膜，薄膜上布满小孔。在薄膜的上面铺满一层肺细胞，薄膜的另一面铺满血管细胞。因而，薄膜上面可以流转空气，下面可以流转血液。别的，两边的真空通道可以缩短，一起带动中心的通道一起缩短，所以肺细胞也跟着缩短，这就仿照了人体肺泡在呼吸进程中的缩短生理进程。
相同的，血液中的细菌也可以从通道进入，科学家们就可以调查到细胞在细菌感染后的免疫反响，这些试验对人体都不会形成任何危险。因而，这项技能可以让科学家们清楚的看到、了解在早年他们不曾亲眼见过的生物学机制和生理行为。
为医药研讨带来新机会
器官芯片的呈现将推进新药研制。药企可以经过仿照人体器官的功用，去愈加实在、准确的测验挑选药物。在 2015 年，就有一家公司运用芯片仿照内排泄细胞排泄激素到血液中的途径，并运用该内排泄细胞芯片对医治糖尿病的药物进行了要害测验。
还有一些团队正在探究如安在个性化医学上运用器官芯片。从原理上说来，患者本身细胞构建是可以用于这些芯片上的。对其进行测验，成果显现可以运转，因而器官芯片在个体化疗法方面很或许获得成功。
最终，咱们有理由信任，器官芯片可以大大下降医药职业中药物试验关于试验动物的依赖性。全世界每年都有数以百万计的动物由于药物试验献身，在社会上引发着剧烈的争辩。
除开道德的考虑，研讨人员现已证明试验动物的巨大糟蹋是由于很少有人可以在药物如安在人类体内反响提出牢靠见地，因而需求经过很多重复的动物试验进行研讨。在这方面，与在动物身上进行药物测验比较，经过器官芯片测验或许会获得更好的作用。
