新视角 网络科技 通用疫苗前体、绿色塑料、固氮谷物……提升人类福祉,技术仍需创新|科技创新世界潮

通用疫苗前体、绿色塑料、固氮谷物……提升人类福祉,技术仍需创新|科技创新世界潮


图片来源:英国《新科学家》杂志网站

科技日报记者 刘霞

英国《新科学家》杂志网站在近日的报道中,提出了能提升人类福祉并改善地球环境的8大创新,包括更好的电池、通用疫苗前体、阿尔茨海默病治疗药物等。如果这些技术未来能取得重大突破,并被大规模利用,不啻为地球和人类的福音。

通用疫苗前体

mRNA技术的进步大大缩短了研发新疫苗所需的时间。为减少时间延迟,人们可能需要一种现成的通用疫苗前体,新病毒或细菌病原体可将其“激活”,从而生产出安全可靠的疫苗。

迄今最接近这一点的是对涵盖特定类别所有病毒(如冠状病毒)的通用疫苗的研究。去年11月,研究人员宣布研制出了一种适用于小鼠中所有20种已知甲型和乙型流感亚型的通用流感疫苗。

阿尔茨海默病疗法

不管以何标准,阿尔茨海默病疗法都排在最令人向往的科学进步的前列。

美国食品和药品管理局2021年批准了首个针对潜在病因的药物阿杜那单抗。研究显示这一药物减少了大脑中β—淀粉样蛋白斑块的数量,但临床试验中,它未能明确证明对人们的思维或记忆有任何益处。2022年第一种阿尔茨海默病药物莱卡单抗宣布上市,该药物声称可减缓认知能力下降,但有效性仍有争议,且有一些严重的副作用。

固氮谷物

与主要谷物不同,豌豆和豆类等豆科植物几乎很少需要或不需要氮肥,它们直接从与其根相关的共生细菌中获取氮。

让谷物、蔬菜和其他作物拥有类似固氮能力的想法已经存在了一个世纪。美国植物育种家诺曼·博洛格因开发无需大量氮肥的高产作物品种而荣膺诺贝尔和平奖。博洛格希望人类拥有“绿色高产的小麦、水稻、玉米、高粱和黍类,每公顷作物能从固氮细菌那里免费获得100公斤氮”。科学家们在鉴定固氮基因并将其实验性转移到非豆科植物方面已取得了一些进展。

更有效的光合作用

光合作用效率即使取得较小改善也会对作物产量产生巨大影响。

过去10年的研究表明,实现这一目标有三条途径:一是提高二磷酸核酮糖羧化酶的效率;二是寻找能使根更有效地收集水分和养分的基因,并利用合成工程将这些基因融入植物体内;三是发现产量更高、生长更快、氮利用效率更高的水稻植物。

更好的电池

现代镍镉电池的能量密度为150Wh/l,商用锂离子电池的最高能量密度为755Wh/l,美国电池制造商正在开发能量密度为1150Wh/l的锂电池。

尽管如此,电池的能量密度仍远远低于目前广泛使用的液体燃料。过去50年,电池的最高能量密度增加了5倍,如果人们能在未来50年内保持这一速度,那么电池的能量密度将达到3750Wh/l,但对于电动波音787来说,这仍然不够。

绿色塑料

目前,科学家们已研制出了源于农作物或微生物的可生物降解塑料,但产量不足1%。此外,塑料具有许多不同的功能,需要发明各种既便宜又坚固的绿色塑料。为了不与食品生产竞争,这些塑料不应由农作物衍生的化合物,而应由现成有机废物、微生物和无机材料制成。这是一个巨大的挑战,不过回报同样巨大。

不含水泥的混凝土

但不幸的是,制作混凝土必须用到水泥,而水泥的生产过程产生的碳排放约占全球碳排放量的8%。

2021年,日本东京大学科学家们开发了一种新的混凝土配方,使用酒精和催化剂,将沙子和砾石黏合在一起,而不需要用到水泥。

德国科学家尝试用碳纤维垫代替钢筋作为混凝土中的加强筋。2021年9月,由海茵建筑设计完成的全球首个碳纤维混凝土建筑“Cube”于德累斯顿正式亮相。未来,人们需将这两种技术结合起来,制造出更便宜的材料,然后在全球范围内扩大生产。

更好的回收技术

人类使用大量能源和原材料生产出越来越多的产品,但只回收了一小部分。塑料的回收率只有9%;纸张的回收率只有约60%;电子垃圾的回收率不到20%,尽管其含有的金、银、铜和稀土金属比任何已知的矿物都多。回收利用的好处众所周知,人类需要开发更好的回收技术。

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