2010美德日三国新兴产业发展历程盘点

2010美德日三国新兴产业发展历程盘点

美国

新材料

新导体五花八门，“分子纸”显神通，储能材料能力强，隐形越来越可能，材料也有“双重性格”。

1 月，卡内基研究所研究人员设计出3种高密度的氢与金属合金材料的计算机模型，并发现在一定压力和温度下，这些合金出现了超导性。

3 月，俄亥俄州立大学科学家发现由4对小于1纳米的分子组成的世界最小超导体。该发现首次为纳米级分子超导线的制造提供了依据。

4 月，劳伦斯伯克利国家实验室纳米科学研究中心宣称研制出一种迄今为止最大、能在水中自组装的二维聚合物晶体——“分子纸”。该片状物质由拟肽和经过改造的聚合物组成，可广泛应用于制造薄膜或者功能性设备中。

5 月，杜克大学完善了铜纳米导线的制造方法，可取代银纳米材料和铟锡氧化物，用于薄膜太阳能电池及柔性显示器。同月，莱斯大学和以色列理工学院科学家们用氯磺酸化学溶液大批量制造出高纯度的石墨烯，有望降低炭素复合材料和触摸屏的生产成本，并推进基于纳米技术的新材料研发。

7 月，华盛顿州立大学使用超高压在钻石对顶砧（DAC）内制造出一种结构非常紧密并能够存储巨大能量的物质。目前除核能之外，该物质存储的能量密度最大，未来可能用来制造新的能量储存设备、电池和具有高度氧化能力的物质以及超高温超导物质。

8 月，普渡大学研制出可增强光线负折射率的超材料，其中增益介质的效率提高了50倍，并可增强入射光线。有助于研发功能超强的显微镜、计算机甚至隐形斗篷；波士顿大学和塔夫斯大学用丝绸制造出工作在电磁波和红外线之间的隐身斗篷，虽然在可见光下仍没有实现隐形，但丝绸的“生物相容性”使其有望在医学治疗领域发挥出色表现。

11 月，普林斯顿大学发现了一种表面是金属、内部是超导体的拓扑超导体晶体材料：极低温度下，晶体内部电阻为零；同时它的表面为仍有电阻的金属。“双重性格”晶体材料有望改变当前的信息存储与处理方式。

生物技术

生命认识进入新阶段；DNA损伤可快检；对付癌症用“鸡尾酒”；贴块膏药帮免疫；旧药新用杀艾滋病；获取干细胞更简单；医学诊断技术有新招；治疗手段纳米化。

在认识生命方面，美生物学家在实验室制造出了首个完全由人造基因指令控制的细菌。人工合成了实验老鼠的线粒体基因组。利用老鼠细胞培植出可分解毒素的人造老鼠肝脏，标志着“订制器官”技术的进步；

公布了首个可植入式人工肾脏的原型；制造出了人造卵巢，这是人类首次制造出一个三维的身体组织结构，也是首次制造出可完全承担人体功能的身体组织。

发明了可直接用于创面的皮肤“打印机”，实现了皮肤组织的人工制造；东弗吉尼亚医学院迎来了由冷冻了将近20年的胚胎孕育而生的男婴，打破了此前胚胎冷冻13年的纪录。

通过开启过早衰老的老鼠体内的一个端粒酶基因，扭转了老鼠的衰老进程，老鼠的器官也得以再生，其萎缩的大脑体积增大，并且恢复了生育能力。

在DNA研究方面，揭示了单链DNA在穿越碳纳米管时发生的“易位”过程。该研究为实现高速、低成本的一对一的基因测序，以及完善个体化治疗以治愈更多疾病奠定基础；将已有30年历史的彗星化验改造成一项全新的分析技术，不仅能加快DNA损伤分析进程，还能应用于流行病学和药物筛选等。

找到了开发DNA自组装材料的最佳方法，确定用于自组装的DNA链的最佳长度应介于10个碱基到30个碱基之间。

在治疗癌症方面，研发出纳米级抗癌“鸡尾酒疗法”，首次将不同作用的纳米粒子组合形成纳米协作治疗系统；首次证实，靶向纳米粒子可传输到肿瘤中，释放出双链小干扰核糖核酸，并利用核糖核酸干扰机制关闭一个重要的癌症基因。在U87的成胶质瘤细胞系上首次完成了脑癌细胞系全基因组测序。

发现转铁蛋白与纳米粒子结合可瞄准并杀死拉莫斯癌细胞，新发现将有望发展出癌症靶向治疗的新策略，并且副作用更小；首次在组织培养皿中将人体正常细胞转变成三维癌细胞组织；研制出可以阻断与恶性黑色素瘤密切相关的B-RAF突变的抗癌药物，科学家认为，此成果堪与发现青霉素相媲美。

在病毒方面，发明由数百个微型针构成“贴布疫苗”。贴在皮肤上，微型针就会渗透进皮肤外层并且溶解，同时释放出一定剂量的流感疫苗。

揭示了T细胞阻断艾滋病病毒的作用机理；发现了两种可有效中和艾滋病病毒的抗体VRC01和VRC02，能阻止90%以上已知的艾滋病病毒菌株侵袭人体细胞；发现胞苷和健泽合用可杀艾滋病病毒。这是人们首次寻找到无毒性副作用对付艾滋病病毒的方法。

在干细胞研究方面，美国地方法院发布干细胞研究临时禁令。美国哥伦比亚特区地方法院8月23日以破坏人类胚胎为由禁止联邦资金资助人类胚胎干细胞研究，在美国社会引起巨大反响。

将老鼠皮肤细胞转化为神经细胞，绕开了诱导多功能干细胞过程。利用蛋白质可让每千克脐带血中的干细胞数量从20万激增到6亿。

在医学诊断方面，制造出可轻易进入细胞内部进行检测的V形纳米晶体管。这种纳米级场效应传感器能测量5微米直径的细胞，且不会对细胞造成任何可见伤害。

发现无痛的拉曼激光束能探出癌症初发迹象，可能很快取代X射线作为一种非侵入式的疾病诊断方式。

借由促卵泡激素受体，发现了人体多种癌症通用标记，并借助扫描方法可让多种类型癌症自动“现形”。

信息科学

iPad出奇制胜；“摩尔定律”重现生机；人机相连更紧密；信息存储技术猛增；新芯片引领电脑新风暴。

1 月，苹果公司正式发布第三代移动电子产品——平板触屏电脑iPad，其电子书功能尤其引人注目。

4 月，英特尔公司开发出通过分析大脑扫描图像就可探知人们“心思”的新软件，它将帮助失去语言能力的人，并最终让人类实现思维控制电脑。

5 月，劳伦斯利弗莫尔国家实验室研制出首个完整的生物电子系统——由三磷酸腺苷（ATP）驱动和控制的生物纳米电子混合晶体管，有望让义肢与人体神经系统直接“连线”。

同月，耶鲁大学研制出一种量子计算机所需的信号放大器，其使用在低温环境下工作的超导电路，能传输小到一个光量子所包含的微弱信号，且产生的“噪声”小到接近量子计算机要求的理想最小值。该成果不仅在固态量子计算中有很好的应用前景，也把量子度量学向前推进了一大步。

同月，杜克大学成功研制出可自组装的DNA分子开关，有望作为下一代计算机芯片的基本组件。当在其上添加不同光敏分子时，即可制造出无数个同样的细小器件，并显示出独特的“可编程”特性。利用这种技术，将来或只需一天就可完成现在全球每月生产出的芯片量。

同月，科学家研发出结合两种硬盘写入方式的新型数据存储方法，它可将目前硬盘的存储密度由每平方英寸数百吉字节提升至1太字节甚至最高提升到10太位，可用于光刻、生物传感器和纳米操控等领域。

8 月，科学家展示了世界上首台塑料计算机存储设备。该设备利用电子自旋来读写数据，能在更小的空间存储更多数据，处理程序更快且更节能，有助于当前计算机向未来全聚自旋电子计算机过渡。

9 月，英特尔公司推出全球首款集传统微处理器、图形处理器于一身的“沙桥”微处理架构。沙桥芯片上集成有10亿个晶体管，只要数秒就可完成上一代芯片数分钟才能执行的任务，电池寿命长且能耗少。

能源环保

利用病毒分离水产生氢，新型气化方法和新型的气化反应器大幅提高生物质原料转化效率；铀氮化合物或为新核燃料，太阳能高效利用有新法。

4 月，麻省理工学院利用病毒将氢从水中分离出来，在将水变成氢燃料的漫漫征程中迈出关键一步。

7 月，洛斯阿拉莫斯实验室利用光能对叠氮化铀进行了光解作用处理，首次成功获得一种罕见的铀氮（U-N）分子合成物。这种高密度、高稳定性和高热导性铀氮物质有望成为未来先进的反应堆核燃料。

8 月，斯坦福大学开发出“光子增强热离子发射”太阳能转换新工艺，效率比现有方法高出两倍多，其发电成本将有可能与石油相抗衡。

9 月，麻省理工学院研发出了仅几纳米大小、能模拟植物光合作用机制而自我组装、自我修复的“迷你”型太阳能电池，其理论光电转换效率接近100%。目前该研究还处于“摇篮”中。

能源部布鲁克海文国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室研发出一种可吸收光线并将其大面积转化成为电能的新型透明薄膜，可用于开发透明太阳能电池板，制成可发电窗户。

德国

新材料

研制出可用来制造柔性显示器的有机分子和硅纳米谐振器；改变硅材料的导热性能；开发出适用于大型车辆的热塑性纤维增强复合材料。

2 月，德国汉堡大学成功对单个原子间磁耦合特性进行了直接测量，其结果和于利希研究中心超级计算机的计算结果一致，很有希望作为量子计算机的模型系统投入使用。

3 月，德国维尔茨堡大学研制出一种新的有机分子，暴露在空气中20个月后仍能正常工作，可以用来制造高性能有机薄膜半导体，如可变形弯曲的“柔性显示器”。

4 月，德国伊尔姆瑙理工大学研制出硅纳米谐振器。这一发明可进一步提高纳米级微观结构成像的分辨率，对医学等领域的研究具有重要意义。

6 月，德国莱布尼茨固态与材料研究所对非晶体铜锆合金进行改造，可以改变“金属玻璃”较脆且无法承受拉伸负荷的缺点。

7 月，一个德法联合研究小组通过在硅材料中嵌入锗纳米晶体，有效地阻止了热传导，从而将硅的导热系数降至低于1瓦/米·开尔文，开创了硅材料用于温差发电的新应用。

9 月，德国弗劳恩霍夫化工技术研究所开发出一种适用于大型车辆的热塑性纤维增强复合材料生产方法，以此生产的材料重量比铝轻，成本都比热固性结构材料低，且在汽车碰撞时的抗冲性能远比现有材料要好，可吸收碰撞时的冲力，而不会碎裂。

生物技术

首次直接测量了植物基因突变过程的速度；研发出一种水溶性光感多肽结构；发现对蛋白质的构成起调控作用的基因开关；发现肥大细胞免疫反应机理；发现分子复合物中的全新能量转换机制。

通过跟踪5组拟南芥30多代的遗传发育以及比较每一代的基因与上一代的区别，首次直接测量了植物基因突变过程的速度。

研发出一种水溶性光感多肽结构，其生物学功能可以利用灯光来开启和闭合。

首次在烟草叶绿体中发现了对蛋白质的构成起调控作用的基因开关。未来这种核糖开关或许可以在提高转基因作物的生物安全性方面发挥重要作用。

发现特殊的转录因子“Neurogenin2”或“Dlx2”，可使大脑皮层的星形胶质细胞转化为功能性神经细胞。这将有助于老年痴呆症或中风等疾病的新疗法研究。

首次揭示病原体有一种类似注射器一样的运输系统，可直接将致病因子注入宿主细胞。

发现了肥大细胞免疫反应机理，证明一直以来被低估的肥大细胞，其实处于免疫系统抗病第一线，在感染后的几个小时内就已经确定了该如何防御。

揭示细胞线粒体呼吸链膜蛋白复合物Ⅰ的结构，并发现了分子复合物中的全新能量转换机制。该成果对于彻底了解细胞内电子传递和能量转化的机理至关重要。

信息科学

研发出可见光通信方式；研发出一种应用混沌理论的小型机器人；开发出一种节能的海量数据处理系统；研制出依靠算法自我组装的机器人。

1 月，科学家通过特殊方式使发光二极管高频闪烁，创造了每秒500兆的可见光通信传输新纪录。可见光通信技术比无线局域网更安全，减少了数据被窃的可能性。

1 月，科学家研发出一种应用混沌理论的小型机器人，能处理大量信息、发出指令并完成复杂任务，为研究动物神经系统提供了一种有用的参考模型。

3 月，欧洲性能最强的超级计算机之一、每秒运算次数达10亿次的超级计算机JUGENE成功模拟了42位的量子计算机，研究人员在此基础上首次研究了高位数量子计算机系统的特性。

3 月，科学家研制出全球首台依靠网络操纵的机器人，并通过互联网远程操控该机器人，完成了3个月的海底探测使命。

11 月，科学家使用遗传软件算法和快速制造技术研制出一种能自动生成的机器人结构，这种“遗传机器人”正朝着不需要人类插手即能完全自行组装的机器人进发。

能源环保

研制出多种高效太阳能电池；多途径利用风电或太阳能电力；世界首架纯生物燃料驱动飞机完成首飞；研发出特氟龙材料回收方法；激光清洗让材料清洗告别危险化学制剂。

德国微系统技术研究所和弗赖堡大学材料研究中心研制出迄今为止效率最高的混合太阳能电池。弗劳恩霍夫太阳能系统研究所研发出高效太阳能电池，效率几乎是传统硅太阳能电池2倍，使整个太阳光谱都可用于能源生产，效率达到41.1%。

德国科研人员利用短时“过剩”的风电或太阳能电将水电解为氢气和氧气，再用生成的氢气与二氧化碳反应产生甲烷，开发出一种储电的新思路。利用“过剩”电能人工合成天然气的方法，能量转换率超过60%。

德美科学家共同研发出新型铂合金催化剂可节约大量贵金属铂，使氢燃料电池的化学反应成本降低80%。

世界首架纯生物燃料驱动飞机在柏林国际航空航天展览会上完成首飞，100%采用海藻生物燃料作为动力。

拜罗伊特大学8月研发出一种经济有效且无污染的特氟龙材料回收方法，将其分解成较小分子，并以微波为加热源产生热解，从而使回收率达到93%。

激光技术专家开发出一种激光清洗工艺，使得清洗工作的能耗最高降低87%。

日本

新材料

开发出紫外线发光二极管；研制出不使用稀土类元素的混合动力车马达和世界最小的不含铅铁电体。

1 月，东京大学研究人员开发出一种可应用于制造人工骨骼和软骨的新型材料。

2 月，产业技术综合研究所开发出能发出紫外线的发光二极管，将有望取代水银灯，在医疗和餐饮等方面得到广泛应用。

3 月，东北大学金属材料研究所首次在绝缘体中实现了电信号传输。这种方式避免了电流在绝缘体中的流动，几乎不会产生热量，对未来开发创新型节能型电子产品具有重要意义。

9 月，北海道大学和新能源产业技术综合开发机构合作开发出不使用稀土类元素的混合动力车马达。

10 月，物质材料研究机构开发出不含铅的世界最小铁电体。薄膜状铁电体在不使用的时候切断电源，也依然保有原来的记忆，因此这项成果有望为开发下一代超低耗内存铺平道路。

11 月，理化学研究所开发出一种新型高分子材料，这种材料遇紫外线即反转，遇可见光则恢复原状，在利用光驱动人工肌肉以及开发新型有机薄膜太阳能电池等方面有着广泛的应用前景。

生物技术

证实RNA具有维持整个基因组稳定性的重要作用；发现引起白血病复发的主要原因；开发出脑机接口技术的新型电极；发现可将水稻产量提高五成的新基因；证实IPS细胞可用于进行癌症的免疫治疗。

证实部分过去被认为“没用”的RNA，实际上具有维持整个基因组稳定性的重要作用。为未来研制出副作用更小的抗癌药剂开辟了新的思路。

在白血病干细胞中发现了25种可引起白血病复发的主要分子。根据这一发现，可开发出仅以白血病干细胞为标靶的新型药物。

开发出一种新型神经信息传输系统，该系统通过读取脑电波，可以在屏幕上表达出512种具体信息，并可通过语音将信息读出来。

开发出一种适用于脑机接口技术的新型电极，这种电极由ECoG电极改良而来，对未来脑机接口技术的加速发展具有重要意义。

解开纳豆菌的全部遗传信息。

发现了一种可将水稻产量提高五成的新基因。该基因位于水稻染色体的第八染色体中，可以控制水稻一次枝梗的数量。

证实导致遗传性听力障碍的物质机理。这种被称为TRIOBP的物质主要存在于人的内耳部分。

证实IPS细胞可用于进行癌症的免疫治疗。开发出IPS细胞的自动培养装置，该技术不但避免了干细胞研究的伦理问题，而且更加简单方便。

发现五种与前列腺癌有关的遗传基因。

通过移植神经干细胞的方法，让受到严重脊髓损伤的瘫痪老鼠重新走起路来。该方法弥补了再建损伤脊髓方面的空白，对于中风等中枢神经系统病患的恢复治疗也有很大的启发作用。

信息科学

研制出新式存储卡；在有机单分子层制造出能自我进化的复杂电路；研发出安全软件，可从根本上杜绝对手机终端之间通话的窃听。

2 月，开发出新存储卡可每秒传输25亿比特的数据，达到原先水平的30多倍，而且传输数据时消耗的电力不足原先的十分之一。

3 月，物质材料研究机构开发出使用富勒烯族之一的C60存储、修改和读解大容量数字信息的方法，使之可能成为下一代信息元件，存储信息量是现在大容量信息存储技术的约1000倍。

4 月，日美科学家模拟大脑的工作原理，首次在有机单分子层上制造了一个同样具备自我进化功能、能够解决复杂运算问题的电路，基于这种电路的新型计算机将能够进行并行运算，胜过目前最快的超级计算机。

9 月，三菱电机公司与情报通信研究机构共同开发出安全软件，可从根本上杜绝对手机终端之间通话的窃听。

能源环保

开发出从食品废弃物中提取生物酒精的技术；合作开发灵巧电网；开发出工业废水无害处理法和丁醇高效精炼法。

4 月，新日铁工程技术公司开发出从食品废弃物中提取生物酒精的技术，一天可处理约10吨食品废弃物，可产生约500升的生物酒精成品。

8 月，大阪煤气公司等合作开发出利用催化剂将含苯废水分解为无害有机物的方法，实现了无害处理，减少二氧化碳排放并实现处理物回收再利用。

10 月，生物多样性COP10在名古屋召开，确立了《名古屋议定书》和《爱知目标》，旨在阻止地球生物大规模灭绝，保护生物多样性。

11 月，产业技术综合研究所开发出生物丁醇高效精炼法，利用膜技术可从低浓度丁醇溶液中回收浓度超出80%的高浓度丁醇。（根据《科技日报》综合整理）