尽管时间已经来到2021，但是2020发生的许多事情依旧影响着我们的生活，新冠疫情便是其中之一。不过，过去一年对于新冠疫情的防治工作同时也刺激了科学技术的发展。显然，2021年技术发展充满前景的同时，也一定程度会受到这方面的影响。

 

　　《自然》(《Nature》)作为一本历史悠久的科学期刊，不但是目前少数依旧发表多个科学领域研究论文的杂志，同时也是众多重要、前沿的研究结果以短讯的形式发表成果 的平台之一。由此不难看出，《自然》在业内的名望与权威性。就在 近，《自然》严选出了七项2021年值得特别关注的技术，巧的是这七项技术集中在了2020年常被提起的生物学和生物医学领域。这七项技术分别为：热稳定疫苗(Thermally stable vaccines)、大脑中的全息图(Holograms in the brain)、建立更好的抗体(Building better antibodies)、三种解决单细胞分化问题的技术(The single-cell power of three)、让细胞感知力量(Feeling the force)、临床中的质谱分析(Mass spec in the clinic)、嗅出疾病(Sniffing out sickness)。

 

　　热稳定疫苗

 

　　“疫苗”作为2020年的热词之一，不但在科学技术领域是一个重要的课题，同时也是居民在网上不断提起的一个话题，而提到疫苗，热稳定疫苗自然不得不提。包括新冠疫情在内，新兴的传染性疾病正在肆虐我们的生活，而为了应对他们，疫苗自然成为了 主要的手段之一。而目前，针对疫苗的研究虽然有所进展，但仍然面临许多的问题，比如疫苗安全和有效的速度，如何大规模生产疫苗并向弱势群体提供疫苗，如何高效稳定的运输疫苗等等。

 

　　目前不少创新技术的发展便是在解决这些问题，例如用脂类纳米颗粒包裹mRNA，使疫苗具备更强的靶向性；用糖分子在不破坏疫苗的精细结构下对疫苗进行冷冻干燥从而更好的存储和运输疫苗；开发便携式RNA打印技术，从而以更加大规模、低成本的方式生产高质量疫苗。

 

　　大脑中的全息图

 

　　自2005年开始，一种用光控方法选择并打开了某种生物的一类细胞的技术就引起神经科学领域学者的兴奋，这项技术便是光遗传学，但显然，光遗传学在2021年会带来更加大的影响。

 

　　利用光遗传学，科学家可以将光线照射到组织中，而对应的用于表达的神经元则会做出一定的反应，不过这种反应其实和大脑是有区别的，大脑的活动更细微精妙。事实上，尽管光遗传学使我们能够操纵特定类型的神经元，但仍无法概括细胞之间相互交流所使用的语言。

 

　　而为了解决这些问题，神经学科学家也做出了不少努力，例如开发新的光响应蛋白。而在众多技术中，光学方面的进步似乎提供了转机。随着全息及其他光学方法的成熟，在一些非专业实验室已经可以采用它们来操控单神经元。

 

　　不过想要将这项技术发展起来，可能需要建立拥有制造定制显微镜的技术的专门实验室，通过将全息照相术纳入了显微镜成像系统，使得科学家可以通过显微镜拍照，标记他们想要激活的神经元，软件生成全息图来匹配这些激活模式。不过值得肯定的是，随着光遗传学工具和光学技术的不断发展，我们可以开始以单神经元精度探索神经编码。

 

　　建立更好的抗体

 

　　抗体是一种从上世纪90年代中期就被运用起来的治疗技术，而在 近几年，科学家的研究开始涉及抗体的结构如何影响其功能，也正因为这些研究，我们才真正开始发现抗体的潜力。在疫情侵袭的大环境下，抗体疗法也出现了新的紧迫性。

 

　　传统的抗体大多数未经修饰，只是用于与特定靶标结合，而这些抗体中不少在促使免疫细胞处理目标物方面是无效的。随着分子生物学的进步，一种经过修饰后的工程抗体被赋予了希望，通过快速修饰抗体使其更好地利用免疫系统抵抗疾病也成了这项技术重要的发展方向。

 

　　三种解决单细胞分化问题的技术

 

　　Hi-C技术、CUT&Tag技术、SHARE-seq技术似乎为研究单细胞分化问题提供了新的解决思路。

 

　　Hi-C技术是一种研究基因组3D结构的方法；技术CUT&Tag可追踪基因组上的特定生化“标记”，以帮助科学家研究这些化学修饰如何在单个活细胞中开关特定基因；SHARE-seq结合了两种测序方法来识别基因组中可被转录激活分子访问的区域。

 

　　让细胞感知力量

 

　　一项新的研究发现细胞可以感知物理力量，而这种力量可以调节基因的表达，包括增殖、发育、甚至可能是癌症。不过力量本身却很难研究，因为我们通常只能看到力量的效应，不过借助通过使用两种尖端工具来可视化和操纵活细胞中的力量，科学家也能探索物理力量与细胞功能之间的因果关系。这两个工具分别是伦敦帝国理工学院开发的GenEPi技术与促动器ActuAtor。

 

　　临床中的质谱分析

 

　　质谱分析作为常用的实验室分析技术之一，能够有效地分析复杂样品中的成百上千个分子。而在生物医药领域，一方面科学家不断的开发更高性能的质谱技术来深入探索生物组织；另一方面简化后的质谱分析工具被医生用于临床医学中。而这类简化后的手持质谱系统已经成功为外科医生识别肿瘤组织及其边界提供了帮助。

 

　　嗅出疾病

 

　　研究人员思考模仿人类的嗅觉系统来进行环境气体的检测及预估环境风险，但是与视觉，听觉和触觉不同，用于气味的化学传感器很复杂。目前针对这种特殊的化学传感器主要有多种策略，其中一种便是通过模仿自然的分层组件使感测材料具有多孔性(类似树木的光合作用)，从而达到让传感器做出更快的反应的目的。

 

　　而从技术本身来看，人工嗅觉不但可以用于环境风险风险，还能通过检测患者呼吸中气体成分浓度进行医疗诊断，甚至还能用于智能农业领域。