未来十年世界科技重大突破预测报告出炉 2025，全球十大创新热点
□庄珺 王敏杰 金爱民 编译
全球领先的专业信息提供商汤森路透近日发布了一份题为《2025年世界十大创新预测》的报告。通过对近两年全球专利发明和科研引文数据进行分析，研究人员对10个最受商业和科研领域关注的技术进行评估，预测了未来10年的科技发展趋势。
应该说，这份榜单与大多数科技界人士的预判是接近的，一经发布即引起很大关注。我们特编译了相关文章，并约请三位专家就文中涉及的几项预测作出点评。
——编者
老年痴呆症患者减少
人们对人类基因组和基因突变的深入理解，将为老年痴呆症、阿尔兹海默症等神经退行性疾病的检测和预防提供更好的方案。
对人类基因组的分析和理解将会在2025年产生深远的影响。那时，北美婴儿潮一代（即二战后的出生高峰期）开始步入80岁的时光，而越来越多的科研经费将会用于解决他们所面对的烦恼。
目前，神经退行性疾病的研究聚焦于引起疾病（即会对神经退行性疾病的发生产生影响）的染色体变化。这对于理解人类的遗传变异至关重要，并且将使科学家能够开始修复遗传缺陷，例如那些会导致老年痴呆症的遗传缺陷。
对老年痴呆症患者的科学研究已经成功分离出了会导致不同类型痴呆症的特定染色体，导致包括常染色体显性遗传的额颞叶痴呆（FTD）和肌萎缩性侧索硬化症（ALS）在内的多种痴呆症。作为一个实例，对染色体9p及其与痴呆症的遗传关联的识别，是人类攻克痴呆症这一对人的脑功能有毁灭性打击的病症的第一步。
2025年，对基因突变导致老年痴呆症的研究和更好的检测与预防手段,将使罹患老年痴呆症的人数大幅减少。
由于纯医学研究无法获取专利，目前此类基础研究还未出现在任何专利申请中，但随着技术的发展，此类研究将会在公开专利中具有显示度。而伴随着全球人口的老龄化，通过深入理解遗传学来预防老年痴呆症这一类疾病，将变得越发重要。
●一项对额颞叶退行性病变的基因识别研究是过去两年内在此领域被引用最多的科学文献。
●2011年以来被引用最多的科学文献是对于染色体9p及其与额颞叶痴呆（FTD）和肌萎缩性侧索硬化症（ALS）关联的研究。
太阳能将成为主要能源
太阳能的收集、存储和采集方法将更加先进，并且效率更高，将成为地球最主要的能量来源。
2025年，由于光伏技术、化学键合、光催化剂及3D纳米异质物等领域所取得的进步，正使太阳能从单纯追求环保变成可服务于普通民众的实用科技。
太阳能采集与转化将会更加高效，并且能量能够储存起来，随时利用。
太阳能热和光伏发电（来自新的染料敏化和薄膜材料）,将能够为建筑物供热，以及为家庭、办公设备、生产设施等提供能源。
化学键、光合作用将会储存太阳能，新材料（如纳米钴钛氧化物、光催化剂和3D纳米异质物）将大幅提高太阳能电池转换效率。同时，利用介观氧化物薄膜的染料或量子点敏化技术，可以把太阳能电池转换效率提高10%左右。
●《CO304-改性TIO2纳米棒阵列的新型异质结构制备及其增强的光电子性质》是近两年来的高引论文。
●《大型异质结构太阳能电池的设计原则——迈向10倍速能量转换效率》被引用超过1600次。
成功预防I型糖尿病
建成通用的人类基因组工程平台，为修饰致病基因和帮助预防某些代谢疾病铺平道路。
如同Ⅱ型糖尿病，Ⅰ型糖尿病和其他代谢疾病如肌营养不良在2025年将是可以预防的，不过并不是通过饮食和锻炼来预防。用于合成专门序列的核糖核酸（RNA）介导工程技术所取得的进展，将使人类基因组工程平台得以存在。在下一个十年，人类对于地球生命的基本生物分子RNA、DNA和蛋白质及其所扮演的角色，将会有更清晰的理解。
RNA的深层运作机制、DNA到蛋白质的主要通道、像细胞的工蜂一样实现各种催化和结构功能的蛋白质都将被解密。RNA/DNA将遗传信息从一代传向下一代的过程将会更清楚。随着对于这些基本生物分子的认知的不断加深，基因组编辑和修复DNA将在人类身上得到应用，而不再仅仅用于细菌和小鼠。
对有机物和部分DNA片段进行专利授权也将成为现实，从而使谁能对什么拥有权利及自然与商业的界限在哪里等问题变得更加复杂。
人类基因组工程平台将为人类致病基因的修饰铺平道路，从而能够预防I型糖尿病等疾病。
●科学文献统计显示，RNA介导的人类基因组工程已成为新兴研究前沿。
●在基因工程的所有领域中，重组DNA技术是专利申请最多的。
食物短缺时代将会终结
先进的照明和成像技术，以及农作物基因改良，为室内作物生长提供了舒适的环境，并且可以检测出病变食物。
照明和成像技术将会在未来十年内取得革命性进展，这有着重大意义。
有机发光二极管（OLED）、液晶（LCD）、等离子、超光谱3D成像等技术的进步，将大幅改进全年作物生长周期，从而足以养活全球80亿人口，农业将不再像传统耕作那样易受环境因素的影响。
在2025年，转基因作物将会在室内快速生长，周围是24小时不间断照明——低能量LED发出特定波长光照，把生长受体添加到DNA中，促进作物生长。同时，作物也会具有疾病抵抗力，并且相当高产。
超光谱3D成像技术能够在早期检测出正常农作物和患病动物蛋白。
总之，未来将会大大降低因天气和环境因素造成的颗粒无收，价格波动和粮食短缺等风险，口粮问题将一去不复返。
●可以同时测定不同谷物和谷类食品中毒素及代谢物方法的研究成为新兴研究前沿。
●现在有很多食品基因改良类的专利，比如新型菠菜工厂培育具有某类特性的杂交菠菜。
航空航天运输电气化
新型电池驱动的轻质航空飞机和电动汽车，将会出现在空中和地面上。
在2025年，从A点到达B点的方式将与今天的情况有显著不同。汽车和飞机仍将存在，但会变得更智能，由电池驱动，行驶距离更远，机身更加轻量化。非碳基燃料源方面的进展，如锂离子电池、可逆储氢、燃料电池中纳米材料和薄膜电池，都将有助于这一愿景在未来成为现实。
分布式电源的充电次数将比今天多10倍以上，并将存储更多的能源，成为未来运输车辆的标准规范。
轻型多用途飞机和汽车将采用新型改进锂离子电池驱动。飞机也将利用新型材料降低机重量，并采用超导技术的电机驱动。小型商用飞机将会用于短途旅行。
由于这些新型飞机将在更短距离实现起飞和降落，获得飞行员执照可能成为21世纪新的成年礼。
●顶级科学文献报道有超快的充放电能量系统，比如超级电容器。
●《利用硅纳米线的高性能锂电池阳极》一文在《自然-纳米技术》被引用超过1300次。
数字化无处不在
小到个人物品，大到各个大陆，所有事物都以数字化连接，无处不在地响应我们的需求和喜好。
到2025年，我们今天所知的数字世界将会显得过于简单。如果你认为我们现在是过于依赖电子化，那么也许你只看到问题的表象。
得益于改进的半导体技术，石墨烯碳纳米管电容、无蜂窝网络的服务天线和5G技术的流行，无线通信将主导一切，无处不在。
从能应答我们所需所求的汽车和住房，到会思考的电器，再到互联的偏远农村和繁华都市，我们的世界被数字化控制。试想有一天，整个非洲大陆完全用数字方式连接。这一天将发生在2025年。
碳纳米结构，特别是碳基复合材料，是这种转变背后的部分驱动力，在高能量密度和功率密度的应用中处于中心位置。碳纳米复合材料在高表面积上，无论二维还是三维结构，都可以用作超级电容的电极。而且，这些超级电容器将能够存储和释放更多的能量。
我们将生活在一个超响应的数字化世界里，更多的事物而不是人，成倍地连接到互联网上。
●《与用户交互系统：用户手势驱动的智能家居系统》是未来的新兴研究前沿。
●指引无线模块监控物理控制信道，接收蜂窝基站任务的控制器模块移动通信设备专利将增加。
纤维素包装将取代塑料袋
基于纳米纤维的生物纳米复合材料包装可以100%生物降解，它将完全取代塑料袋。
如今已有人开始研发基于生物纳米复合材料和纳米纤维的包装材料。在2025年，这类包装材料将成为行业主流。
纳米纤维是一种具有高长/宽比的纳米级纤维材料，也就是说它具有假塑性（假塑性是指流体的粘度随着应变率的增加而减小）。生物纳米复合材料主要取自生物体，包括植物体。在2025年，广泛采用这类可生物降解的包装材料，将不会带来任何环境污染问题。
城市、野外、沙滩、海水等满地遍布着难以降解的毒性石化塑料包装——这种景象在下一个十年再也不会出现。正是由于生物纳米材料取得突破性进展，石化包装将被淘汰。
未来，食品、医药、电子、纺织及日常消费品，所有包装将由纤维衍生品制成。
此外，新的纤维包装将成为药品包装的理想材料，它可以控制、释放和封存药物。
●《源于木质纤维素生物质的半纤维素和纤维素的综合转换》成为高引论文。
●研究表明，生物复合纤维-海藻酸盐薄膜包装将会越来越受青睐。
癌症治疗毒副作用大大减少
通过与特定蛋白质结合和使用抗体，药物将实现精准治疗，从而使癌症病人因为药物的毒副作用而变得虚弱不堪的情况得以改善。
正如大数据使公司能够提供个性化的客户体验，生命科学也同样在从对所有人一刀切的药物向非常精确和有针对性的治疗发展，病人的体验将因此得到显著的提升。
不过，个性化医疗并不是新鲜事物。几年来，制药界一直致力于定位特定分子、发挥靶向作用的治疗方法，并且已经开发出了许多用于治疗某一疾病特定症状的药物。
减少治疗过程中并发症的药物将是药物开发的重点。靶向药物的开发也已成为潮流，它们能结合特定蛋白质并使用抗体来发挥精准的治疗作用。
基于一些基因突变研究的进展，使得科学家和医生能针对这些导致癌症的基因突变实施修饰，比如HER2（乳腺癌）、BRAFV600（黑色素瘤）和ROS1（肺癌）。此外，抗体生产和靶向性技术的进步将显著改善某些癌症的治疗，如运用程序性死亡配体-1抗体治疗晚期癌症患者的试验已获得初步理想结果。
以上进步将给癌症患者带来福音，使患者在2025年能拥有更具针对性且只有很小毒副作用的药物治疗。
●《由多区测序揭示的肿瘤内的异质性和分枝进化》一文在不到两年的时间里被引用了600次。
●《癌症中抗PD-1抗体的安全性、活性和免疫相关》一文两年被引用400次以上。
DNA图谱分析成为常规检验
微全分析系统（单细胞分析）的演化和纳米技术的进展，再加上应用更为广泛的大数据技术，使绘制DNA图谱成为了每个人在出生时以及年度体检时的规定动作。
随着实验室可操作的物质的体积变得越来越微小，精确医学筛检的可能性也越来越大。血液检查将成为历史，纳米探针将被用来采集病人的长时程数据，并提供更大的准确度。
微全分析系统将在灵敏度和专一度的指标上更接近活体检测诊断。目前仍处于研究阶段的单细胞分析将成为主流，并必然替代传统的流式细胞计，实现免疫检验中细胞的隔离、纯化和分离。
在下一个十年，大数据将嵌入到社会的方方面面，医学研究人员和医生们也将大为受益。2025年，人们将在出生时以及每年体检时得到自己的DNA图谱，从而得以及时发现可能提示自身免疫性疾病发病的细微变化。
●以2012年9月的两篇论文为中心的基因组学研究成为新兴的前沿。《人类基因组中的DNA元素大百科全书》被引用800多次，《可触及的人类基因组染色质远景》被引用200次，两者合计被引用1000多次。
●《人类细胞全基因组范围CRISPRsCas9敲除筛选》一文自2014年1月发表以来已被引用4次。
量子隐形传递不再是科幻
运动技术用于了解大型强子对撞机产生的希格斯玻色子，使得量子隐形传态更加普遍。
当我们进入21世纪，“星际迷航”电影中所听说的频繁使用的请求，将不再是一个抽象概念。自从2013年欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）的成功实验以来，希格斯粒子相关的研究有所增加。事实上，2014年这一主题的论文一直是基础物理学科领域最流行的。
用来理解对撞机中产生的颗粒的测量技术，正通过使用新的运动学技术实现突破。运动学是经典力学的一种，旨在在动力作用下研究点、对象和对象组的运动。
我们正处在此领域突破性爆发的前夜，这是一个新兴的前沿研究领域。早期指标表明，研究的加速进行将导致2025年量子隐形传态的测试成为可能。
虽然到2025年，人类尚未能实现瞬移穿越空间，投资于其他物质形态的量子隐形传态的测试持续进行中。
●在学术文献中，除了希格斯玻色子的报告，其他粒子物理方面都引起了广泛的关注，2012年，在中国的大亚湾观察到电子反中微子消失的报告，被引用了400多次。
●有关希格斯玻色子报道质子追逐基本粒子的状态，并聚合成高能光子的基本粒子，以及在机体内形成材料能量，并以光速成长为的光速的平方，这些相关应用专利正被申请。
（译者均为上海市科学学研究所博士、助理研究员）
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