化學(xué)遺傳技術(shù)的原理精選(九篇)

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第1篇：化學(xué)遺傳技術(shù)的原理范文

全同態(tài)加密、無線空白電視信號頻段、飛輪儲能、光遺傳學(xué)……以前的人們尚有權(quán)利不了解這些拗口的詞匯，但從今起，你再不能說從未聽聞過它們了。美國《大眾機(jī)械》雜志在線版近日將十組科技名詞連同其發(fā)展近況一一列出，并指出：這就是2011年人們必須知道的科技概念。

1.名詞：飛輪儲能

概念：指利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能儲存起來，在需要的時(shí)候再用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的儲能方式。

如果要重組我們的電網(wǎng)以便吸收更多的可再生能源，其前提是必須找到更好的儲存能量方式。而一種已被談?wù)摿藬?shù)十年的解決方案如今正開始博取眼球――它就是飛輪儲能。

兒時(shí)玩過回力玩具車的人們可能會(huì)更好理解這種技術(shù)的基礎(chǔ)原理――飛輪儲能器中沒有任何化學(xué)活性物質(zhì)，也沒有任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，旋轉(zhuǎn)時(shí)的飛輪是純粹的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然一套飛輪系統(tǒng)要比回力車復(fù)雜得多了，它主要包括三個(gè)部分：儲存能量用的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、支撐轉(zhuǎn)子的軸承系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)換能量和功率的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。與其他形式的儲能技術(shù)相比，飛輪儲能具有使用壽命長、儲能密度高、不受充放電次數(shù)限制、安裝維護(hù)方便、對環(huán)境危害小等優(yōu)點(diǎn)。

說起來，飛輪儲能技術(shù)的起點(diǎn)可不算成功，且“一誤經(jīng)年”。但就在2011年，首個(gè)大型“飛輪計(jì)劃”即將展開――Beacon Power公司的“20兆瓦計(jì)劃”將于紐約裝置200個(gè)飛輪，每一個(gè)飛輪的磁懸浮球(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘1.6萬轉(zhuǎn)。

值得一提的是，飛輪儲能在技術(shù)領(lǐng)域大受關(guān)注，還有一部分得益于動(dòng)能回收系統(tǒng)在世界一級方程式汽車大賽(F1)上的運(yùn)用?，F(xiàn)在的F1賽事中，又再允許各個(gè)車隊(duì)采用動(dòng)能回收系統(tǒng)。這一部分的工作原理，是通過技術(shù)手段將車身制動(dòng)能量存儲起來，并在賽車加速過程中將其作為輔助動(dòng)力釋放利用。這種系統(tǒng)中，剎車時(shí)的動(dòng)能回收后可以選擇儲存在飛輪或電池。

而從技術(shù)上講，相對于鋰電池的長期能量儲存，飛輪則更適合吸收汽車大力制動(dòng)下釋放的巨大能量流。作為世界最頂尖技術(shù)集成的體育項(xiàng)目，為賽車打造飛輪動(dòng)能回收系統(tǒng)的FB公司，早在2008年公布的技術(shù)參數(shù)中飛輪轉(zhuǎn)速就能達(dá)到每分鐘64500轉(zhuǎn)。

很多人認(rèn)為F1引入動(dòng)能回收系統(tǒng)是為增加超車機(jī)會(huì)、提高比賽興奮度，那就大錯(cuò)特錯(cuò)了。F1在領(lǐng)悟全世界汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與保護(hù)環(huán)境這對矛盾時(shí)，毫不遜色于任何行業(yè)。國際汽聯(lián)主席馬克思?莫斯利在2006年就曾說過：“世界的趨勢正在發(fā)生改變……如果現(xiàn)在我們不改革，必將錯(cuò)過這一趨勢，F(xiàn)1將變得落后，并最終死亡?！逼鋵?shí)，該原則也同樣適用于其他所有行業(yè)。

2.名詞：無線空白電視信號頻段

概念：空白電視信號頻段(white space)，是指各電視頻道之間的無線傳輸節(jié)目的頻段。這些無線頻譜的設(shè)計(jì)初衷，是為了防止無線傳播的電視信號之間的干擾。

如果我們能看到電磁譜在空間中的狀態(tài)，必然會(huì)為它們的擁擠不堪而大驚失色。

早在2008年，在美國無線頻譜拍賣結(jié)果公布不到一周之后，互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎巨頭谷歌公司就向FCC(美國聯(lián)邦通信委員會(huì))提出一項(xiàng)建議，建議其將閑置的電視頻段開放用于無線寬帶接入。谷歌希望政府能夠開放閑置的電視頻段，用于無線網(wǎng)絡(luò)的接入服務(wù)，以擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。

據(jù)稱，谷歌并不是為了發(fā)展某一任何特定業(yè)務(wù)而要求推動(dòng)空白波段的使用。當(dāng)時(shí)他們認(rèn)為利用空白波段有多種商業(yè)模式可以應(yīng)用，例如構(gòu)建小型對等網(wǎng)絡(luò)，或者建立選擇性全國范圍的無線載波。谷歌早已看到，很大范圍的頻譜范圍沒有被利用，或者利用并不充分。而與其他的自然資源不同，這種頻譜不會(huì)消耗，如果不充分加以利用將會(huì)是一種巨大的浪費(fèi)。

而更妙的是，空白電視信號頻段利用的是短波，相對于我們熟悉的無線網(wǎng)絡(luò)(WIFI)來講，它在面對長距離以及墻體、樹木等障礙物的阻隔時(shí)，表現(xiàn)的會(huì)更出色?，F(xiàn)在，有先見之明的谷歌，已在美國俄亥俄州的一家醫(yī)院與Spectrum Bridge公司共同協(xié)作一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，建成了一種類似“智能網(wǎng)格”的系統(tǒng)。

據(jù)悉，在微軟公司的企業(yè)園區(qū)，也已經(jīng)有了一個(gè)運(yùn)用該技術(shù)而成的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)。

3.名詞：水力壓裂法

概念：又稱水壓致裂法，是一種絕對地應(yīng)力測量方法。

或許所有的美國人都在受益于“水力壓裂法”，盡管半數(shù)以上的人可能沒有聽說過這個(gè)名詞。

在今時(shí)今日，美國各級政府、企業(yè)對頁巖油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展寄予了厚望。美國頁巖油資源極其豐富，在科羅拉多州、猶他州和懷俄明州，被鎖在頁巖之中的油存量達(dá)上萬億桶以上，而正是憑借“水力壓裂法”，以前根本不可能企及的大量頁巖油正在被開采。

這種技術(shù)方法，在測量時(shí)首先取一段基巖的鉆孔，用封隔器將上下兩端密封起來；然后注入液體，加壓直到孔壁破裂，隨之記錄壓力隨時(shí)間的變化，并用印模器或井下電視觀測破裂方位。根據(jù)記錄的破裂壓力、關(guān)泵壓力和破裂方位，利用相應(yīng)的公式算出原地應(yīng)力的大小和方向。

該方法于20世紀(jì)50年代就被科學(xué)家在理論上進(jìn)行論證，60年代加以完善，在分析了壓裂液滲入的影響后，開始作出大量野外和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)工作。由于水力壓裂法操作簡便，且無須水力壓裂法知道巖石的彈性參量，而得到廣泛應(yīng)用。由于頁巖油在美國的戰(zhàn)略資源地位和自身需求，美國已進(jìn)行很多水力壓裂法地應(yīng)力測量，德國、日本和中國現(xiàn)在也已相繼開展此項(xiàng)工作。資料顯示，目前利用此法已能在5000米深處進(jìn)行測量。

4.名詞：醫(yī)用同位素匱乏

概念：同位素是一種放射性元素，它是核醫(yī)學(xué)顯像研究中應(yīng)用最廣泛的放射性元素，可檢測癌癥、心臟病以及其他多種疾病在患者體內(nèi)的擴(kuò)散程度。

作為核醫(yī)學(xué)顯像研究中應(yīng)用最廣泛的放射性元素，醫(yī)用同位素僅在美國，每天就要應(yīng)用于至少5萬項(xiàng)醫(yī)療程序。

全世界約三分之一的醫(yī)學(xué)影像用“萬能核素”――锝99m，都是由加拿大喬克里弗核反應(yīng)堆提供的。锝99m由于能夠在人體內(nèi)迅速衰變，而產(chǎn)生的輻射劑量卻很小，成為了很多核醫(yī)學(xué)檢查的理想核素，如監(jiān)測心血管血流以及癌細(xì)胞在骨組織中的擴(kuò)散。

不過，在2009年，喬克里弗核反應(yīng)堆因發(fā)生重水泄漏需要關(guān)閉一段時(shí)間，加拿大政府于當(dāng)年6月曾宣布其要停止喬克里弗核反應(yīng)堆的運(yùn)行，同時(shí)退出醫(yī)用同位素生產(chǎn)領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)他們認(rèn)為，其東部安大略省的喬克里弗核反應(yīng)堆已經(jīng)有50多年的歷史，正常運(yùn)行已經(jīng)難以保證。

在那一年宣布“罷工”之時(shí)，卻沒有另一座替代核反應(yīng)堆的出現(xiàn)。加政府的資金只好先用于喬克里弗核反應(yīng)堆的維修，期望延長其壽命。此時(shí)已有人們擔(dān)心，加拿大最終關(guān)停這一核反應(yīng)堆、徹底退出醫(yī)用同位素生產(chǎn)領(lǐng)域后，可能導(dǎo)致全球性醫(yī)用同位素供應(yīng)短缺，從而引發(fā)醫(yī)療危機(jī)。

盡管維修過程進(jìn)展緩慢，但在去年，這座反應(yīng)堆經(jīng)過15個(gè)月的停堆維修后，重新啟動(dòng)運(yùn)行。這使那些嚴(yán)重依賴核醫(yī)學(xué)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)得以暫緩一口氣。然而，核醫(yī)學(xué)界已發(fā)出嚴(yán)重警告，喬克里弗反應(yīng)堆最終將于2016年徹底關(guān)閉，而目前，尚無替代方案。

5.名詞：復(fù)合事件處理

概念：可看作一種處理串流(Streaming)的數(shù)據(jù)庫處理。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中所處理的資料是有許多行(Row)的數(shù)據(jù)表(table)，復(fù)合事件處理將事件串流當(dāng)作是數(shù)據(jù)表來處理，事件類型里的屬性相當(dāng)于數(shù)據(jù)表的字段。

對于政府和企業(yè)來講，處理包含海量信息、圖片的龐大數(shù)據(jù)，已是例行公事。但現(xiàn)在，這一模式正在發(fā)生變化。

以高吞吐量、高利用性、低延遲度為目標(biāo)的復(fù)合事件處理，能夠不僅僅處理單一的事件，也處理由多個(gè)事件所組成的復(fù)合事件。相較于以往簡單事件，復(fù)合事件處理監(jiān)測分析事件流(Event streaming)，當(dāng)特定事件發(fā)生時(shí)才去觸發(fā)某些動(dòng)作。

關(guān)于“復(fù)合事件”的概念，史丹佛大學(xué)的戴維?盧克漢姆與布萊恩?弗萊瑟卡早在上世紀(jì)90年代就已提出，在理論的架構(gòu)中，使用模式比對、事件的相互關(guān)系、事件間的聚合關(guān)系，目的則是從事件云(event cloud)中找出有意義的事件，以便更加彈性使用事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，并使企業(yè)或政府快速的開發(fā)出較復(fù)雜的架構(gòu)。

以往，使用關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫時(shí)，先將數(shù)據(jù)存入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，再用某些語法將數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)表做處理；而像提供符合事件處理的StreamBase公司和Tibco公司，則再把處理數(shù)據(jù)的過程提前，不用通過保存的動(dòng)作，就在串流中將事件做處理。因此采用的語言也不同。

證券交易、恐怖活動(dòng)監(jiān)視、可疑信用卡停用等等，運(yùn)用復(fù)合事件處理的項(xiàng)目不一而足，而該方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是模式比對的能力――找出事件中各集合的活動(dòng)、歷史事件中的因果關(guān)系、邏輯運(yùn)算等等，觸發(fā)新的事件反應(yīng)，讓企業(yè)或政府能夠達(dá)到實(shí)時(shí)決策。而這些對比查詢過程，都在內(nèi)存內(nèi)進(jìn)行，不須經(jīng)由儲存裝置。

6.名詞：光遺傳學(xué)

概念：結(jié)合遺傳工程與光來操作個(gè)別神經(jīng)細(xì)胞的活性。

到目前為止，要刺激特定的神經(jīng)元，研究人員依然只能依靠電脈沖這種不精確和難以控制的技術(shù)。這也恰恰是光遺傳學(xué)這塊新領(lǐng)域讓人興奮的原因。光遺傳學(xué)是研究人員使用一種新的光控方法選擇并打開了某種生物的一類細(xì)胞，這對于脊髓中某類神經(jīng)元的特殊功能的研究同樣提供了啟發(fā)。

借助光纖和設(shè)計(jì)的病毒，研究者便能高度精確地對神經(jīng)元進(jìn)行刺激。這也將令移植技術(shù)獲得諸如接管因?yàn)橥鈧蛑酗L(fēng)而受到損傷的大腦區(qū)域的功能之類的發(fā)展。其原理是：首先，一個(gè)被設(shè)計(jì)出來、旨在當(dāng)某些特定神經(jīng)元被光擊中時(shí)激活它們的病毒被注入大腦，然后研究人員便能夠通過一條連接著電極的光纖纜繩向大腦發(fā)出光線，按照意愿控制神經(jīng)元的開閉。

可以說，光遺傳學(xué)開辟了一個(gè)新的讓人激動(dòng)的研究領(lǐng)域，人們得以挑選一種類型的細(xì)胞然后發(fā)現(xiàn)其功能。相關(guān)的研究一開始使用老鼠進(jìn)行試驗(yàn)，但現(xiàn)在研究人員已經(jīng)把該技術(shù)應(yīng)用到猴子身上。美國國防部高級研究計(jì)劃局最近更是宣布了一項(xiàng)旨在運(yùn)用光遺傳技術(shù)幫助傷殘老兵的項(xiàng)目計(jì)劃。

同時(shí)，光遺傳學(xué)也幫助科學(xué)家解答一個(gè)長期存在的難題，即關(guān)于脊髓中某類神經(jīng)元的特殊功能的研究。作為工具，其能夠激活清醒哺乳動(dòng)物的單一神經(jīng)元，并直接演示神經(jīng)元激活表現(xiàn)出的行為結(jié)果，從而使得研究人員能夠獲得關(guān)于脊髓回路的一些重要信息。再接下來，則是將光遺傳學(xué)研究中的新技術(shù)，推廣到所有類型的神經(jīng)細(xì)胞，比如大腦的嗅覺、視覺、觸覺、聽覺細(xì)胞等。

7.名詞：機(jī)械響應(yīng)聚合物

概念：可感知和回應(yīng)環(huán)境的“智能”材料。簡單的說，是被施加了機(jī)械力后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的聚合材料。其發(fā)出的信號可以變色，而這緣于內(nèi)部一種特殊成分破裂后引起的化學(xué)反應(yīng)，因此可借以看到材料的損傷情況。

據(jù)《大眾機(jī)械》描述，以美國為例，基礎(chǔ)設(shè)施需要全部更新，但很顯然一切不可能一蹴而就，因此需要一個(gè)可靠的算法讓人們知道哪一部分結(jié)構(gòu)會(huì)最先崩潰，以便安排最為合理的改造計(jì)劃。這時(shí)候，我們就可以拿出“機(jī)械響應(yīng)聚合物”這項(xiàng)技術(shù)。

當(dāng)機(jī)械響應(yīng)聚合物這種材料受到力的作用時(shí)，它會(huì)改變顏色，因而可以看到材料的損傷程度。這個(gè)現(xiàn)象的原理可以用于許多場合，除了大方面的基礎(chǔ)設(shè)施改造，還可用于各種物體的涂層，從橋梁到機(jī)翼，甚至對起重行業(yè)的鋼絲繩進(jìn)行檢測，以維護(hù)高危險(xiǎn)度作業(yè)的安全。

對于工程師們而言，這項(xiàng)技術(shù)令他們大松一口氣，因?yàn)樵摬牧峡山档推湓陉P(guān)鍵結(jié)構(gòu)中的過失疏忽。而且，當(dāng)金屬和混凝土材料開始腐朽和無法承重時(shí)，眾多小裂縫是典型的提醒信號，但是在一般情況下，塑料斷裂前幾乎不會(huì)有任何征兆。而現(xiàn)在，機(jī)械響應(yīng)聚合物的變色將在其斷裂前給出預(yù)警。

在2010年8月，美國伊利諾斯大學(xué)的研究人員公布了對變色聚合材料的研究成果，就為更好地進(jìn)行鋼絲繩的檢查和探傷鋪平了道路。其在自修復(fù)功能材料研究基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，利用包括環(huán)氧樹脂涂層、纖維復(fù)合材料和橡膠等，過程則是通過共價(jià)鍵將化合物螺吡喃巧妙融合到聚合材料中，當(dāng)中心某種成分鏈接斷裂后，其從吸光形式轉(zhuǎn)變成可見光譜，就使顏色發(fā)生變化。盡管該技術(shù)還沒有達(dá)到商業(yè)應(yīng)用的水平，但卻為開發(fā)出損傷探測的有效方法鋪平了道路。

8.名詞：手機(jī)診斷

概念：這種手機(jī)不僅具備普通手機(jī)那樣接打電話的功能，還可作為一種醫(yī)療器械產(chǎn)品使用。

時(shí)至今日，對于廣大發(fā)展中國家而言，訓(xùn)練有素的醫(yī)療護(hù)理依舊是僧多粥少，但手機(jī)卻早已經(jīng)成了大路貨。實(shí)際上，地球上80%到90%的人現(xiàn)在都生活在移動(dòng)通訊塔的覆蓋范圍之內(nèi)。這也讓手機(jī)成為將現(xiàn)代醫(yī)學(xué)帶進(jìn)偏遠(yuǎn)貧窮地區(qū)的有力工具。

在一項(xiàng)由麻省理工學(xué)院旗下組織SanaMobile和Click-Diagnotics負(fù)責(zé)的先驅(qū)性研究，便是讓農(nóng)村地區(qū)的醫(yī)療工作者把X光等醫(yī)療信息，通過手機(jī)遠(yuǎn)程傳輸給外地的專家，幫助其完成診斷；此外，加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家與洛杉磯分校獲得項(xiàng)目突破獎(jiǎng)的研究者，已經(jīng)將廉價(jià)顯微鏡的配件與普通手機(jī)組合起來，使之可以即使記錄和分析顯微鏡圖片，以檢測出瘧疾病毒或結(jié)核病病菌。這款伯克利分校設(shè)計(jì)、并成為手機(jī)顯微的的診斷工具，將在今年開始實(shí)地測驗(yàn)。

而同樣是在加州，加利福尼亞州最大電訊公司Qaulcomm開發(fā)出一套無線醫(yī)療服務(wù)新軟件，但凡在加州擁有一只上網(wǎng)手機(jī)的人使用Qualcomm電訊公司開發(fā)的醫(yī)療服務(wù)新軟件系統(tǒng)，即可隨時(shí)隨地解決健康問題。

9.名詞：同態(tài)加密

概念：以往加密手段的一個(gè)弊處在于它通常是將數(shù)據(jù)保存在盒子內(nèi)而不讓外界使用或者分析數(shù)據(jù)，除非使用解密密鑰將盒子打開，而完全同態(tài)加密方案可以讓你在數(shù)據(jù)加密的情況下對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算。

IBM的工程師們近日突破了一項(xiàng)折騰他們幾十年的老大難問題：如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，這樣其他人可以進(jìn)行排序和搜索，而無需實(shí)際揭示它的內(nèi)容。

如果說，一種加密算法，對于乘法和加法都能找到對應(yīng)的操作，就稱其為全同態(tài)加密算法。換句話說，它的意義就在于，對于允許任意復(fù)雜的明文操作，都能構(gòu)造出相應(yīng)的加密操作。但直到目前還沒有真正可用的全同態(tài)加密算法，因?yàn)椤霸谕郊用芊桨赋蔀閷?shí)用工具前，還需要進(jìn)行很多理論上的工作以提高其效率”。不過，IBM的研究員已使其該方向上前進(jìn)了一大步，有效性已在逐步改善。

隨著云計(jì)算將在未來變得越來越普及，同步加密技術(shù)將允許公司將敏感的信息儲存在遠(yuǎn)程服務(wù)器里，既避免從當(dāng)?shù)氐闹鳈C(jī)端發(fā)生泄密，又依然保證了信息的使用和搜索。用戶也得以使用搜索引擎進(jìn)行查詢并獲取結(jié)果，而不用擔(dān)心搜索引擎會(huì)留下自己的查詢記錄。

這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于“雙盲”設(shè)計(jì)――可以檢測加密漏洞并進(jìn)行修復(fù)，而不會(huì)造成信息泄露。而最好的消息還在于，它能夠在幾分鐘之內(nèi)部署在普通的電腦上，而非成為那些天價(jià)超級計(jì)算機(jī)的專屬。

10.名詞：100GBPS光纖

概念：GBPS，千兆比特每秒，作為交換機(jī)的背板帶寬單位，其代表了交換機(jī)接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。目前，100GBPS光纖的應(yīng)用和部署正在日益加快。

感謝智能手機(jī)這類堪稱數(shù)據(jù)饕餮的電子產(chǎn)品，整個(gè)世界正陷入到對帶寬的無限饑渴當(dāng)中。

幸運(yùn)地是，新一代光纖能夠滿足這個(gè)巨大的需求，它將令人類從現(xiàn)在的10GBPS到40GBPS的速度一躍邁入100GBPS的傳輸新時(shí)代。屆時(shí)，同步轉(zhuǎn)播1.5萬個(gè)高清電視頻道亦毫無壓力。由于新的光纜在極化和光脈沖相位中分別編入了2個(gè)比特而不是1個(gè)比特，所以每個(gè)信號可以包含的數(shù)據(jù)數(shù)量增加了4倍，并且還減少了電纜中微觀缺陷的影響。

目前，阿爾卡特-朗訊公司已經(jīng)在兩所德國大學(xué)之間進(jìn)行了38公里距離的測試，并單獨(dú)在達(dá)拉斯的威瑞森公司進(jìn)了100GBPS以太網(wǎng)設(shè)備的檢測?，F(xiàn)在，高速率光纜已經(jīng)商品化，或許在未來幾年，就能夠傳送你所使用的信息。