崔媛媛++王惠

看透大腦的構造？哈利波特的隱形斗篷？這些真的只存在于科幻和魔幻小說中嗎？NO！在科學家的實驗室中，這些正在逐漸通過科技這一偉大的“魔法師”變成現實。在不久的未來，它們也將影響我們的生活。

1.能夠一眼看穿大腦結構的技術

新技術提供了更好的大腦成像前景。

如果你百度一下“透明老鼠”，一大波透明的嚙齒動物便會向你“襲來”。由于日本RIKEN腦科學研究所科學家的辛勤工作，如今想要看穿動物的大腦組織，已經不算什么難事兒了?？茖W家們發(fā)現了一種由尿素、甘油和肥皂構成的混合物能夠使細胞膜變得透明，還可將細胞中的色素去除，從而使整個細胞看起來透明到“消失不見”。而這種名為“ScaleS”的神奇試劑卻對熒光劑沒有任何效力，這意味著如果先用熒光蛋白標記特定的細胞，再加入“ScaleS”試劑使其他細胞消失后，就會只留下發(fā)著光的熒光蛋白部位。這項技術使得人們可以通過顯微鏡更有效地觀察小鼠大腦深層的特定結構，也可用于制作各種大腦結構的3D圖像。現在，研究人員已經使用這種方法繪制了小鼠大腦皮層的立體神經元網絡。

追光太陽能“電池帶”

此外，研究人員還運用該技術分析了患有阿爾茲海默癥（老年癡呆癥）的小鼠大腦。先前的研究曾指出大腦中β-淀粉樣蛋白與血小板的異常沉積是造成阿爾茲海默癥的重要原因，現在科學家正應用“ScaleS”分析β-淀粉樣蛋白和血小板的異常形成方式，希望可以進一步破解這種疾病。

2.“水熊牌”生物玻璃

在動物分類學中被劃分為緩步動物門的微小生物們也被統(tǒng)稱為“水熊”，是一類能夠忍耐極低或極高溫度，甚至可以在真空環(huán)境中生存的神奇生物?？茖W家發(fā)現，水熊在極端環(huán)境中，身體會縮成圓桶狀并自動脫水，體表覆蓋一種玻璃狀的分子將自己完全包裹，維持一種新陳代謝停滯的生命狀態(tài)。

要想提高玻璃強度，跟著水熊找靈感吧。

水熊的這種屬性讓芝加哥大學的科學家如獲至寶。他們鑒定出了水熊的“生物玻璃”是由一種叫作“內紊亂蛋白IDPs”的特殊蛋白形成的。這種蛋白平時在水熊體內含量并不高，且沒有固定的形狀，而一旦面臨極端條件，內紊亂蛋白的合成量則會明顯提升，并且開始以特定的組合形式排列，形成堅固的“玻璃”保護殼。

我們生活中常見的玻璃屬于非晶體，其分子結構排列是無序的。但水熊身上發(fā)現的“生物玻璃”的分子卻排列有序。這一新發(fā)現已經引導科學家們制造出了全新材質的“有序化”玻璃，并將有效提升LED、太陽能電池和光學材料的性能。

新型穿戴式設備可以追蹤碳排放量。

3.穿戴式能源傳感器

穿戴型智能設備已經在我們的生活中變得越來越普遍，例如近兩年廣泛流行的電子手環(huán)，就可以幫助我們監(jiān)測自己在運動中每天消耗的卡路里。近來，美國的研究人員開發(fā)了一種名叫“MagnifiSense”的可穿戴式能源傳感設備，但這款設備并不是用來測定人體消耗的卡路里，而是通過計量佩戴者對私家車、公交車和家用電器的使用情況，計算出其日常生活中的碳排放量。

不同的電子設備（包括微波爐、攪拌器、遙控器、電動牙刷、手提電腦、調光器等）以及汽車的馬達都會分別發(fā)出獨立的電磁輻射信號?；谶@一原理，MagnifiSense的傳感器通過識別和記錄各種設備分別釋放的電磁輻射，就可以計算出每日的碳排放量，并為環(huán)境保護工作提供更為確切的數據。

4.咖啡因或影響生物鐘

眾所周知，咖啡能夠讓人在白天的工作中保持清醒、開足馬力，也能讓人在夜間輾轉反側、徹夜難眠。現在，科學家發(fā)現，咖啡因還對人們的生物鐘有影響。美國科羅拉多大學的研究人員通過檢測唾液中的褪黑素（人體生物鐘的重要調節(jié)劑），發(fā)現如果臨睡前3小時喝兩份濃咖啡，人體的生物鐘就會推遲40分鐘。這項研究發(fā)現將幫助我們更好地探索失眠的原因，也許以后還能幫助遠行的人們成功地對付時差造成的困擾。

5.陽光追蹤型太陽能電池

可彎曲的太陽能電池帶

比起固定不動的平鋪型太陽能電池板，能夠根據陽光自主調節(jié)位置的追光型太陽能電池板必然能夠吸收更多的能量。但如果要帶動整塊太陽能電池板隨陽光轉動，就需要安裝一個體積和重量都非常巨大的電機，而絕大多數的屋頂都無法承受這一重量，這也就限制了追光型太陽板的推廣和應用。

不過，美國密歇根大學最近以傳統(tǒng)的剪紙藝術為原型，設計出了一款輕量級、可彎曲的新型太陽能“電池帶”。這種“電池帶”不但質量更輕，還可以通過拉動“電池帶”的兩端，在不損壞太陽能膜的前提下，形成不同狀態(tài)的立體形狀。因此只要隨著太陽的移動調節(jié)拉力，就可以更有效地追蹤陽光（大家可以照圖自己做一個簡單的紙模型，拉動它以了解這一工作原理）。

經過測試，在使用等量的半導體太陽能材料時，這種剪紙型的“電池帶”比傳統(tǒng)的電池板可以多產生20%～40%的電能。現在僅需使用一個簡單的動力裝置，就可以輕松解決上述問題，讓追逐太陽和利用陽光變得更加切實可行起來。

6.聲波控制大腦

一種既能激活大腦、心臟和肌肉中的細胞，又能不誤傷其他細胞的新技術已經試驗成功，這樣的技術必將成為醫(yī)學的巨大進步?，F在，美國薩克生物研究學院已經在蠕蟲身上利用超聲波將此試驗測試成功。

在生物體內，神經組織通過向脊髓和大腦傳導興奮讓我們感知外界環(huán)境，并讓身體作出相應的反應。而神經細胞正是通過Na+、K+離子通過通道蛋白出入細胞膜，形成細胞內外正負電荷的變化，從而完成傳導興奮的工作。在這個試驗中，超聲波脈沖之所以能起作用，是因為研究人員將一種對觸覺敏感的通道蛋白通過基因改造的方式添加到特定的大腦神經細胞中。當受到超聲波脈沖沖擊時，這些蛋白通道就會打開，使帶電離子通過，并觸發(fā)神經興奮。通過這種方式，研究人員就可用超聲波成功“控制”蠕蟲的大腦，讓它們改變行進的方向、停止前行，或者更加頻繁地急速轉向。

在未來，這項技術將有可能應用于人類大腦，或許將替代當今的深層腦部電刺激療法成為一種治療帕金森等大腦疾病的新療法（使用腦深部電刺激療法治療帕金森病，是在腦內特定的神經處植入電極，通過釋放電刺激，抑制一些過度興奮的神經元電沖動，達到治療的目的）。

7.打破“人工光合作用”紀錄

保持了17年人工光合作用效能的記錄終于被打破啦！

模擬植物的光合作用，利用取之不盡的太陽能，將水、二氧化碳等轉化為燃料和工業(yè)原料，這就是“人工光合作用”。這種不再依賴石油、煤炭等化石燃料的新技術被新能源產業(yè)寄予厚望。在提出“人工光合作用”的30多年中，科學家們一直致力于提高人工光合作用的轉化率，讓這種新能源技術變得經濟可行。2015年，一個由德國柏林太陽能燃料研究所、德國菲勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所以及美國加州理工學院共同組成的國際研究小組成功地制造出了一種改良的太陽能電池，將人工光合轉化效率提升到了14%，打破了美國國家再生能源實驗室保持了17年的12.4%的太陽能轉化率紀錄。

這一新的紀錄將更為經濟有效地使水分解成為氧氣和氫氣（一種重要的新型能源——氫燃料）。氫氣具有非常高的能量密度，可以在許多方面替代化石燃料，同時，氫在燃燒中還不會放出二氧化碳等有害氣體，將大大減少地球上的碳排放量。未來“人工光合作用”很有可能脫離實驗室的小打小鬧，而進入商業(yè)化的大生產和應用中。

8.科學飲食的最新方法

最好的減肥和養(yǎng)生方法莫過于聽從自己腸道的指引。瑞典查爾姆斯理工大學的科學家在這一方面邁出了定制個性化飲食的第一步，這就是：先搞清楚個人消化系統(tǒng)的細菌構成情況。通過研究發(fā)現，在人類消化系統(tǒng)中存在上千種不同類型的細菌和其他微生物群落（它們統(tǒng)一被稱為“腸道微生物”），其中許多微生物都以一種或多種固定的方式進行代謝。每個人的腸道微生物多樣性差異其實非常大，這些差異影響著不同人對同一類型食物的代謝水平，也影響著不同人的減肥效果。為什么有些人吃很多高糖類食品都可以維持苗條的身材，而另一些人卻一吃就胖，也許我們應該換個角度，從探索腸道微生物尋找答案了。

隨著科學研究的進一步深入，將可以讓腸道微生物來告訴我們每個人該怎樣吃才會健康并不致于肥胖。從長遠來看，還有望為那些代謝功能較差的人適當補充腸道菌群，讓他們也變得更加健康。未來的飲食建議也許真的會根據個人的腸道微生物來進行專屬訂制啦！

9.預知植物大小

要是只看到植物的幼苗，就能預測到它將來能長多大，這該是一件多棒的事情！現在比利時VIB研究所的科學家開發(fā)的新技術就把這個夢想變成了現實。

我們都知道，DNA中包含著幾乎全套的遺傳信息，但這些遺傳信息并不是在每一個植物細胞中都同步表達。例如：負責植物開花的遺傳信息就不會在根部細胞中表達。DNA的遺傳信息必須通過轉錄成RNA并合成蛋白質才可成功表達。換句話說，RNA可以更好地反映出基因的活躍程度。研究人員通過對玉米幼苗葉片的細胞分裂區(qū)域進行了RNA的研究，確定了植物生長和植株大小的決定機制，并已將一組RNA分子與植物的外部特征聯(lián)系起來（如最終的葉大小和生物量的產生）。該項技術正是依據了這一研究結論。

長期以來，植物學家都是通過雜交育種的方法讓新產生的植物產量提升或可以更好地抵抗病蟲害，但選擇合適的雜交植株卻是非常耗時耗力的，需要等待它們從幼苗長成植株或結出果實后再加以判斷。顯然，這項新技術在未來將幫助植物育種人員很快辨認出長勢最好的植株，再也不用掰著手指頭等植物長大了;這種新技術還將可以幫助育種人員在幼苗期就判斷出植物的抗病蟲害能力，并因此顯著地提升植物雜交育種的速度。

10.超薄的“隱形斗篷”

哈利波特的魔法隱形斗篷離真實化越來越近。

這是一種超薄的“隱形斗篷”，在可見光下可以將物體“隱藏”起來。

這種斗篷的表面是采用一種人工合成材料，它的納米結構可以將光線反射到“錯誤”的路徑上去，改變光線進入眼睛的方式，從而讓我們覺得物體消失不見了。同時，這款斗篷異常輕薄，厚度僅有80納米（1納米=10-9米）。目前，這個所謂的“隱形斗篷”的尺寸還在微觀級別，僅用顯微鏡才能看到。但美國伯克利實驗室的研究學家們相信，未來將可以繼續(xù)擴展這種“隱形斗篷”的尺寸，讓它包裹更大的物體。另外，這種技術在未來還可能用于3D展示中。