膜状超导体
更细的电缆可以有效地传输电能，创造更强的磁场。来源：《可用于电力传输和磁场的GdBa2Cu307—δ包衣电缆》
作者：D.C.van der Laa等
发表出处：《超导体科学与技术》2011年(Superconductor Science＆Technology 24：042001)
意义：传统超导材料需用7.5厘米粗的电缆结构保护，这严重制约了它们的应用。新型超导电缆的宽度小于1厘米，可以安装于军用飞机或船只上，来承载激光和其它装置所需要的高电流。它们可以大幅度提高城市地下电缆的容量，也可以紧密缠绕，制造目前电缆力不能及的强磁场，此外，对粒子加速器和质子疗法(一种放疗方法)的应用也大有益处。
方法：研究人员发明了用新型稀土金属制造的超导体，可承受比现有超导体高得多的机械负荷。他们利用这种材料对压缩力的高承受能力设计了电缆：将其以扁带形式紧密缠绕铜核心，这样就比传统电缆要细得多。
结果：研究人员使用稀土金属制造的超导电缆，直径为现有品种的1／10，而且要柔软得多。
展望：研究人员正在研发一种更加柔软的电缆。同时，他们也在检测这些电缆产生强磁场的能力。
新型电子材料
第一个由超薄材料高速晶体管。
来源：《单层MoS2晶体管》
作者：Andras Kis等
发表出处：《自然：纳米科技》2011年(Nature Nanotechnology 6：147-150)
意义：这种只有几个原子厚的新型材料具有超常的电学和光学特性，未来可能成为硅和其他传统材料的替代物。单层辉钼矿是二维的，具有透明、柔软和高传导性等特性。此处介绍的晶体管是用这种材料制作的第一个高效能设备，可用于制造高速、低能耗的数字逻辑电路，以替代已经达到应用极限的硅。此外，辉钼矿在制造高效能柔性太阳能电池和LED显示屏方面也具有优势。
方法：研究人员手工挤压辉钼矿，并使用带子将晶体一层一层削开，直到碎片只剩下3个原子的厚度。他们将在这些薄片放在衬底上，加上绝缘材料，然后使用标准方法加上电源、漏极电极和栅极制成晶体管。
结果：研究人员将超薄片层的辉钼矿制成了高效能晶体管。辉钼矿相对廉价，常被用作润滑剂。
展望：研究人员将尝试使用和辉钼矿类似的其它超薄材料，如二硫化钨，来制造电子装置。
云安全
研究人员发现了监控“云”中间谍活动的方法。
来源：《小鬼当家：通过侧信道分析进行云中并存检测》
作者：Yinqian Zhang等
发表出处：2011年IEEE安全和隐私研讨会论文集，2011年5月
意义：出于对数据安全的考虑，许多企业和机构对云服务望而却步。他们担心自己的数据和竞争对手的数据被存放在一起，或者在盗取信息的恶意软件面前不堪一击。某些客户，如NASA，曾特别要求云计算公司籽其数据与其他用户的数据进行物理隔离。如今，研究人员建立了一套原型系统，能够确保云服务使用者的数据不被其它公司窥探。
方法：此前研究人员已经发现，攻击者可以通过观察虚拟机的精细活动，例如其如何共享系统资源以及服务器的暂存，来盗取某台虚拟机的活动数据，甚至密码之类敏感信息。研究人员将这一原理应用于防御工作，他们调试了一台虚拟机来检测服务器的高速缓存，寻找同一服务器上的恶意虚拟机。这一技术不需要对现存的云技术做任何改造，也不需要云计算公司做任何额外工作。
结果：通过建立一套原型系统，研究人员可以探测到位于同一服务器上的非授权进程，准确率达80％，假阳性率仅1％，将同时监视攻击者以及非法的数据共享。
展望：研究人员正在试图拓展这一原形机的应用，研发一种可在“亚马逊网络服务”等商业化云服务上运行的完备系统。
文盲也可使用的网络搜索
帮助贫困国家，为无读写能力的人们设计网络。
来源：《语音对话网络：语音网站的创造、导航和搜索》
作者：Shcctal Agarwal等
发表出处：第16届智能用户界面国际会议论文集，2011年4月。
意义：全世界有超过10亿人是文盲。在使用网络时，比起计算机和网络费用的支出，不识字造成的困难还要更多些。IBM在印度的一个研究小组曾用四年时间开发了一个语音对话网络(spoken Web)系统。它使用电话号码作为网址，用户可以通过拨打电话号码“上传”或者聆听语音形式的信息。全球有数千人使用这一服务来共享当地作物售价等信息。如今，研究人员进一步解决了对这些信息进行搜索和分类的问题。
方法：IBM的搜索引擎首先依靠语音识别来理解用户正在搜索的关键词——例如一种杀虫剂的名字，然后在语音对话网络上寻找含有这个关键词的陈述。像传统的搜索引擎一样。它能迅速给出一个包含许多结果的列表。由于用户无法像在文字网络上那样，通过浏览整个列表来选择最佳结果，所以系统会告诉用户它找到了多少结果，并提供一些建议——例如通过记录某一特定信息的人名来精简这一列表。系统一再重复这个步骤，直到搜索结果不多于5个。最后，系统将这些结果读给用户，由其选择某个结果并“查看详情”。
结果：这种搜索引擎使人们能够通过万维网的语音版本寻找和获取信息。来自印度古吉拉特邦的40名农民对用户界面进行了测试，结果表明这一引擎便于使用。
展望：研究人员计划向语音识别网络的所有用户推出这一系统。他们也在努力改善语音识别软件的质量，因为大多数语音识别网络接人的语言。是此类软件设计者之前没关注过的印度语。
会发光的神经
让神经发光，使其可在外科手术中得到保护。
来源：《荧光肽使小鼠的周围神经在外科手术中呈高亮显示》
作者；Quyen T.Nguyen等
发表出处：《自然：生物技术》(网络版)2011年2月6日(NatureBiotechnology online，6 February，2011)
意义：将神经变得可视化，会帮助外科医生避免在手术中误伤神经。手术中的神经损伤可导致长期疼痛或瘫痪。如果是在前列腺手术中，甚至会造成失禁或者勃起功能障碍。现有的识别神经的方法仅能标记一小部分神经，而且需要花费几天的时间才能完成。
方法：为建立一种神经特异性探针，来自加州大学圣地亚哥分校(university ofCalifornia，San Diego)的研究人员首先建造了一个噬菌体(即仅感染细菌的病毒)库，
并在其衣壳上展示了不同的肽。然后他们将神经组织暴露于这些病毒中，寻找与周围神经结合最具特异性的肽。然后将荧光分子与目标肽段相连接，就建立了一种在一定波长的光下面很容易检测到的发光标志物。
结果：研究人员发明了一种可特异性地与神经组织结合的荧光肽。将其注射入小鼠体内2小时后，再经特殊波长的光激发，小鼠所有的周围神经都开始发光。这一效应可以持续数小时。研究表明，这种标志物也可以识别人体组织中的神经。
展望：在应用于人体之前，这种发光标志物还需要进一步的动物实验。这项技术专利由一家名为Avelas Biosciences的生物技术新兴公司持有，目前它正在寻找有意共同开发这一技术的合作伙伴。
细胞移植可促进组织再生
细胞移植能够促进血管发育，但新生血管细胞仍来自邻近的正常血管。
来源：《组织工程人造血管形成新生血管》
作者：Naruioshi Hibino等
发表出处：《美国实验生物学套联合会杂志》2011年(FASEBJournal，2011；DOI：10.1096/fj.11-182246)
意义：随着临床上血管重建手术对替代血管需求的不断增加，研发新的替代移植手段迫在眉睫。
方法：耶鲁大学的科学家将研究分为3部分。首先从两组实验用小鼠开始，第一组表达一种基因使其所有细胞发绿光，第二组为正常组。研究人员抽出“绿小鼠”的骨髓细胞，加入提前设计好的支架内，然后籽其移植入正常鼠体内。这些预先植入的骨髓细胞改善了移植物的效能。但可以观察到绿色细胞迅速丢失，而新生血管并非绿色。这说明植入的细胞虽然促进了血管发育，但其本身并不会转化为血管壁组织。研究的第二步是鉴定这些宿主骨髓产生的细胞是否为新生细胞的来源。研究人员将雄鼠的骨髓细胞植入移植支架，而后植入雌鼠体内，然后发现新生血管的细胞是雌性的，说明其并非由雄鼠骨髓细胞产生。最后，研究人员将雄鼠血管碎片连上支架移植入雌鼠体内，分析表明，雄性组织碎片附近的血管壁为雄性细胞，而其它部分为雌性细胞，说明形成新血管的细胞由邻近的正常血管迁移而来。
结果：研究人员证实植入前的细胞移植可以促进新生组织建立。
展望：如果附加的临床试验获得成功，科学家们将能够利用人体自身的修复机制，通过生物工程解决组织再生问题。
家用心脏监护仪
植入式无线感受器可显著降低心脏病患者的住院率。
来源：《慢性心力衰竭的肺动脉血液动力学无线监测：一项随机对照实验》
作者：William T.Abraham等
发表出处：《柳叶刀》，2011年(Lancet 377(9788)：658-666)
美国大约有200万人受到心脏病的困扰。对于这些患者而言，血压的波动会恶化充血症状，从而引发体液在身体其他部位的储留。这种血压变化通常发生于表观症状恶化之前的数周或者数月，而现有的检测手段是入侵性的，通常只用于病人最初的评估中。植入式无线血压感受器的出现，使得医生可在患者出院后持续监测其血压，并藉此调整治疗方案，以免患者再次病发入院。
方法：这种设备由两个安置在动脉内适当位置的金属环和一个记录血流状况的压力传感器构成。它通过简单的导管式手术植入体内，当患者躺在一个内置有接收器的枕头上时，这一设备就被激活，然后感受器开始读取数据，并通过无线发送到医生的电脑上。
结果：这种可测量肺动脉血压的植入式无线感受器显著降低了心脏病患者的住院率。在一项涉及美国64家医疗中心550名患者的研究中，接受这种感受器监测的心脏病患者们，在接受移植后的15个月内，其住院率比那些仅接受观察和传统手段(如体重和血压)检测的病人们低40％。
展望：制造这一设备的公司名为Cardiomems，它正在向美国食品药品管理局(FDA)申请批准。同时，它也计划将该设备的接收器集成到患者的手机中，这样医生和患者将可以实时得到血压数据。
用计算机设计抗流感蛋白
研究人员用计算机设计出一种新型抗病毒蛋白质，能够有效抵抗流感。
来源：《用计算机设计以流感病毒血凝素保守区为靶标的蛋白》
作者：S.J.Fleishman等
发表出处：《科学》2011年(Science，2011；332(6031)：816DOI：IO.1126/science.1202617)
意义：研究人员设计抗病毒蛋白的目标之一，是阻断参与入侵细胞和病毒复制过程的分子。这种由计算机辅助设计的，以表面分子为靶标的抗病毒蛋白具有诊断和治疗价值。
方法：来自华盛顿大学(University of Washington)和美国斯克利普斯研究所(TheScripps Research Institute)的研究人员将注意力集中在流感病毒表面的血凝素分子上——它对病毒入侵人体呼吸道十分重要。他们的工作类似于设计一个形状和结构合理，带有识别和互锁机制的小飞船，与出故障的空间站对接并扰乱其活动，只不过这一工作是在原子和分子尺度上完成。研究的关键在于使生物分子识别特定分子，并在预定位置与之结合。研究人员首先将一些蛋白分解开，观察这些分解结构如何与靶标互相作用。他们使用Rosetta@Home计算平台分析了上亿种蛋白与血清素的相互作用，设计出两种能紧密结合1918年流感大爆发病毒株血清素的蛋白质。
结果：研究人员使用计算机设计出了原本并不存在的新型抗病毒蛋白质，它可靶向流感病毒表面的特异性分子。
展望：这些计算机设计的蛋白靶标为血清素保守区，对其他流感病毒株也会有抵抗作用。研究人员还指出，需要其它实验来证实此类蛋白在诊断和治疗方面的实际效用。
超级能源储存器
活化石墨烯可制成优秀的超级电容器。
来源：《活化石墨烯制成的碳基超级电容器》
作者：Yanwu Zhu等
发表出处：《科学》。2011年5月12日(Science，12 May 2011DOI：IO.1126/science.1200770)
意义：电池和超级电容器都可用于存储电能。前者通过金属电极和电解液完成这一过程，由于化学反应需要时间，能量储存和释放速度相对较慢，但可以储存大量能量，存储时间也相对较长；后者以电极表面的离子形式存储电能，电极上的孔洞能够增加电极的表面积，从而增大储电量。但大部分超级电容器储电量不及电池，这限制了它们在电动汽车等行业的应用。
方法：德州大学奥斯汀分校(UT-Austin)的研究人员
采取以前用于“化学活化”活性炭的方法，用氢氧化钾从化学上改变石墨烯的结构。这种材料是一种单分子厚度隔壁的连续三维多孔结构，具有显著的负曲率，类似于一个内外倒置的巴克球(碳60，足球烯)，其小孔孔径仅有1-5纳米。利用这种新材料制造的超级电容器，能量密度接近铅酸电池，并仍保持超级电容器放电快的特点。
结果：这种新型的碳纳米结构可以作为吸收电荷的“超级海绵”安装在“超级电容器”中。在大幅提高能源储存装置存储容量的同时，，还可保持超高速能量释放、充电时间快、充放电寿命超过1万个循环以上等特性。
展望：研究人员正在进一步分析这种新材料的三维网络结构，以明确针对特殊应用需要如何调节小孔的孔径。同时，科学家们正在探索其工业应用——这种电容器的特性尤其适合那些需要快速释放能量的电动设备，如电动汽车等。
让窗户变成发电机
新型透明太阳能电池可平铺在窗户表面用来发电。
来源：《用于窗户和能源净化的透明近红外有机太阳能光电池》
作者：Richard R.I.unt等
发表出处：《应用物理快报》。2011年3月12日(AppliedPhysics Lettem，17 March，2011)
意义：如果这项研究进展顺利，建筑物的窗户表面将能用来产生电力，同时还不会影响透光度。
方法：研发这种有机太阳能电池的关键在于，要在利用红外光能量的同时，让可见光通过。先前也有很多研究者尝试研制透明太阳能电池，结果不是效率超低(只有不到1％的入射太阳辐射被转换成电力)，就是阻挡太多光线以至于影响室内采光。麻省理工学院(Massachusetts Instituteof Technology，MIT)研究者们为其太阳能电池研制了一种特殊的化学配方，当与部份反射红外线的涂层结合时，它能提供高度的可见光穿透力，较之不透明的有机太阳能电池，其转换效率更好。
结果：原型电池转换效率目前可达1.7％，高于之前的透明太阳能电池。研究人员希望将其提高到12％，使之能与现有商业化太阳能电池板相比。
展望：除了适合在制造新窗户时直接涂在玻璃表面，这种材料也能够涂在弹性材料上，然后平铺在现有的窗户上。研究者预期，随着对可制造性的进一步开发，这项技术将能在十年内商业化，用以解决家庭能源需求。
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