国外国防科技年度重大进展之十二 2020年生物医学领域十大进展

生物医学领域十大进展

一、美军资助加州大学进行基于脑电波的无声交流研究

2020年11月，在美国陆军研究办公室项目的资助下，美国加州大学的研究人员成功从大脑信号中分离出影响动作和行为的信号。该研究的目标是实现计算机和大脑之间真正的双向信号传输，基于对士兵脑神经信号的解码和读取，并利用复杂的数学算法，使机器向士兵大脑传递反馈信号，使机器得以在危害情况发生前，对士兵的行为进行校正，进而保护作战人员健康。在该研究基础上，有望实现士兵在战场上通过计算机进行无声交流。

二、美军利用可穿戴传感器数据和人工智能进行新冠肺炎远程监测

2020年5月7日，美国国防部化生放核联合项目执行办公室宣布，与PhysIQ公司和亨利·杰克逊军事医学促进基金会开展合作研究，利用physIQ平台收集、分析可穿戴传感器数据，以便更好地了解新冠肺炎的病理生理学特征。该研究将使用可穿戴传感器数据以及人工智能远程连续监测患者的生理数据，预测疾病进展和早期感染迹象，识别有可能发展为严重症状的患者，并评估治疗新方法，指导最终临床决策。该项目计划跟踪数千名患者和高危接触者以及一线医护人员，帮助确定人员应该在家自我隔离还是需要住院治疗。

三、DARPA疾病大流行预防平台项目研发的人类抗体获FDA紧急使用授权

2020年11月10日，DARPA资助的疾病大流行预防平台（P3）项目取得新的进展，所研发的人类抗体获得美国食品药品监督管理局（FDA）的紧急使用授权。该项目寻求在新发传染病暴发90天内快速识别并生产出相应抗体。新冠疫情发生后，项目承担方AbCellera公司与美国家过敏和传染病研究所疫苗研究中心（VRC）及礼来公司，合作研发出一种人类新冠病毒单克隆抗体Bamlanivimab，用于治疗12岁及以上的轻中度新冠肺炎患者。

四、DARPA生物电子组织再生项目研发再生电子补丁促进组织再生

DARPA生物电子组织再生项目旨在开发可加速身体自然愈合、实现伤口更快恢复、减少并发症的生物电子技术，实现复杂伤口的智能治疗。2020年3月，该项目资助匹兹堡大学2200万美元，用于开发“智能调节的再生电子补丁”（REPAIR）。REPAIR将作为一种小型电子设备植入创伤患者伤口处，能够在损伤修复过程中持续监测关键分子信号变化情况，并结合人工智能手段释放特定分子精准修复伤口。研发的再生电子补丁将帮助创伤士兵和退伍军人再生肌肉组织，实现创伤修复和护理的重大创新。

五、美军开发出防御生化战剂的智能透气材料

2020年5月8日，Homelandprepnews网站报道称，在美国防威胁降低局（DTRA）的“第二层皮肤”（Second Skin）计划支持下，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和麻省理工学院科学家合作开发出了可防御生化战剂的智能透气材料。该材料具有一种由数万亿个碳纳米管孔组成的基膜层，以及一种连接到膜表面的具有威胁响应能力的聚合物层。当与化学物质接触时，聚合物链会塌陷，从而堵塞管孔，阻止生化战剂威胁。该材料可用于临床医疗及战场环境中防御化学和生物威胁，为用户提供显著改善的舒适性和透气性。

六、DARPA“西格玛+”项目进行先进化学和生物传感系统部署

2020年8月，DARPA“西格玛+”（SIGMA+）项目在印第安纳州首府印第安纳波利斯大都会地区，进行了为期一周的先进化学和生物传感系统部署。该项目通过开发新的传感器和网络，扩展了原“西格玛”项目检测非法放射性材料和核材料的先进能力，使其对化学、生物和爆炸物威胁也能以高灵敏度向当局发出警报。此次测试标志着先进的实验室级化学和生物传感器首次成功用于移动探测系统中。

七、美国研发微型化高宽带脑机接口传感

2020年8月，美国埃隆·马斯克创立的Neuralink公司发布了最新的微型化高宽带传感器设备Link V0.9。该设备直径23毫米、厚度8毫米，具有高宽带1024通道连接、无线信号传输和无线充电等特点。将其置于人脑的颅顶部位后，能够感应温度气压，并读取脑电、脉搏等生理信号。该公司已将其成功安全植入到实验小猪脑内，实现了触觉信息读取和运动行为的准确预测，为后续深入开展人脑植入实验奠定了基础。

八、DeepMind人工智能公司攻克蛋白质折叠重大难题

2020年11月，谷歌公司Alphabet旗下的DeepMind人工智能公司，利用其开发的AlphaFold人工智能系统，攻克生物学界50年来的重大难题——蛋白质折叠预测。AlphaFold的最新版本可以通过氨基酸序列精确预测蛋白质折叠结构，已在国际权威“蛋白质结构预测评比”（CASP）竞赛活动中胜出。该方法可预测天然和合成的蛋白质功能，并用计算机程序代替了费时费力的人力实验，与现有方法相比，可将成本降低两个数量级，将帮助研究人员发现尚未确定的蛋白质。

九、美国科学家研发出可存储与复制DNA信息的3D打印兔子

2020年1月，美国哥伦比亚大学联合瑞士苏黎世联邦理工学院和以色列的研究人员，成功将人工DNA嵌入到3D打印的塑料小兔子模型中，嵌入DNA里写了如何打印这只兔子的指令，可通过DNA解码和编码，用于复制打印下一代“兔子”。这只3D打印的兔子模型实现了其自身数据的DNA存储和传递，相关研究论文发表在《自然-生物技术》杂志上。研究人员设计了“DNA-of-things”（DoT）存储架构来生成具有恒久内存的材料。在DoT框架中，DNA分子记录数据，然后将这些分子封装在纳米二氧化硅珠中，这些纳米二氧化硅珠被融合进各种材料，可以打印任何形状的物体。这项研究最大的突破在于证实了万物皆可实现DNA存储的理论，从存储密度来看，10吨DNA即可存储人类已经创造出的所有信息。

十、美国科学家利用天然蛋白质丝完成空气发电

2020年2月，美国马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校研发出名为“Air-gen”的空气发电器装置，这种装置由地杆菌产生的导电蛋白质纳米线组成，通过空气将电极与蛋白质纳米线连接起来，并通过自然存在于大气中的水蒸气产生电流。研究人员表示，目前的空气发电设备能够为小型电子设备提供动力，下一步计划开发一种小型空气发电“补丁”，为健康监测设备和智能手表等电子可穿戴设备提供动力，减少对传统电池的需求。这项新技术可能会对可再生能源、气候变化和医学的未来产生重大影响。