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近日，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)公布了2021年度化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)榜單。
2021年度化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)
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區(qū)塊鏈技術(shù)Blockchaintechnology
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半合成生命體Semi-syntheticlife
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超浸潤(rùn)性Superwettability
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人工腐殖質(zhì)Artificialhumicmatter
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RNA和DNA的化學(xué)合成ChemicalsynthesisofRNAandDNA
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聲化學(xué)涂層Sonochemicalcoatings
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生物用化學(xué)發(fā)光Chemiluminescenceforbiologicaluse
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氨的可持續(xù)生產(chǎn)Sustainableproductionofammonia
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靶向蛋白降解Targetedproteindegradation
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單細(xì)胞代謝組學(xué)Singlecellmetabolomics
區(qū)塊鏈技術(shù)
數(shù)字化的進(jìn)步使化學(xué)創(chuàng)新更具可重復(fù)性和可追蹤性
區(qū)塊鏈可以存儲(chǔ)不同類型的信息，但迄今為止最常見的用途是作為交易的數(shù)字分類賬。值得注意的是，區(qū)塊鏈?zhǔn)侨ブ行幕?，因此沒(méi)有任何個(gè)人或團(tuán)體可以控制，并且輸入的數(shù)據(jù)會(huì)被永久記錄和訪問(wèn)。英國(guó)化學(xué)家已經(jīng)嘗試使用區(qū)塊鏈來(lái)跟蹤一系列簡(jiǎn)單的計(jì)算，其中每個(gè)階段的過(guò)程都被記錄下來(lái)并在數(shù)字分類賬中共享。一些化工公司已經(jīng)創(chuàng)建了基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的現(xiàn)代化，從而實(shí)現(xiàn)安全交易和持續(xù)跟蹤貨物。
半合成生命體
拓展生物化學(xué)和治療學(xué)的新字母
合成核苷酸的產(chǎn)生使化學(xué)家能夠構(gòu)建人工生化機(jī)器，開發(fā)的新系統(tǒng)以最大程度地減少轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程中錯(cuò)誤的數(shù)量。它們?yōu)樵O(shè)計(jì)靶向治療提供了新的化學(xué)工具，包括用于攻擊轉(zhuǎn)移性實(shí)體瘤的Thor-707，目前正在臨床試驗(yàn)中。
超浸潤(rùn)性
一個(gè)世紀(jì)之久的發(fā)現(xiàn)提供了新的機(jī)會(huì)
超浸潤(rùn)材料結(jié)合了兩種極端狀態(tài)——疏水性和親水性——具有獨(dú)特的流體動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)性。為了創(chuàng)造它們，研究人員從大自然中汲取靈感，通過(guò)研究極難弄濕的荷葉和擅長(zhǎng)吸水的蜘蛛絲。他們?cè)诮饘?、聚合物和紡織品上?gòu)建出具有納米結(jié)構(gòu)的表面，用于潛在的應(yīng)用，包括分解水、去除污染物、自清潔紡織品、油水分離和相變液體冷卻等。
人工腐殖質(zhì)
為可持續(xù)和高效農(nóng)業(yè)設(shè)計(jì)負(fù)碳解決方案
有機(jī)物質(zhì)分解為腐殖質(zhì)，為土壤添加有價(jià)值的養(yǎng)分，但是這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和甲烷。因此，人工制造腐殖質(zhì)更加可持續(xù)和高效。當(dāng)添加到土壤中時(shí)，合成混合物可以改善土壤質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量并減少肥料使用。目前，有幾種方法可以加速有機(jī)物的分解——其中熱液腐化正在成為其中最吸引人的方案之一。
RNA和DNA的化學(xué)合成
COVID疫苗后核酸在藥物化學(xué)中的應(yīng)用前景
基于mRNA的COVID疫苗的成功問(wèn)世，為更多針對(duì)癌癥、糖尿病和其他傳染病的新型療法鋪平了道路。RNA和DNA的化學(xué)合成現(xiàn)在是全自動(dòng)的，并且可以在幾個(gè)臺(tái)式合成設(shè)備中使用。該技術(shù)仍在不斷進(jìn)步，例如使用了與傳統(tǒng)噴墨打印機(jī)相同的原理。利用這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家們將不同的DNA鏈直接并精確地打印到硅基微反應(yīng)器中——這些設(shè)備在化學(xué)、生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)方面有無(wú)數(shù)的應(yīng)用。
聲化學(xué)涂層
更安全、更耐用、具有增值特性的材料
聲化學(xué)——使用(超)聲波來(lái)觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)，具有制造創(chuàng)新材料的巨大潛力，特別是用于抗菌涂層或智能涂層等表面，通過(guò)簡(jiǎn)單的顏色變化就可以檢測(cè)致病菌的菌株。目前，開發(fā)中的應(yīng)用包括延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期，以及提高鋰離子電池的性能和穩(wěn)定性。業(yè)界現(xiàn)在正在正在探索新的可能性，以將這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)大到工業(yè)環(huán)境中，并開發(fā)能夠連續(xù)生產(chǎn)涂層材料的滾筒制備法(roll-to-rollmethods)。
生物用化學(xué)發(fā)光
水溶性二氧雜環(huán)丁烷提高了生物檢測(cè)的速度和靈敏度
發(fā)光分子在許多應(yīng)用中都非常有用，無(wú)論是在犯罪現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)血液(魯米諾)還是在顯微鏡下照亮生物樣本(綠色熒光蛋白)?？茖W(xué)家們還在不斷地改進(jìn)發(fā)光分子，以應(yīng)用于高效二極管、安全信號(hào)、生物研究等方面。例如基于二氧雜環(huán)丁烷的化學(xué)發(fā)光探針，即使在沒(méi)有有機(jī)溶劑的幫助下，在有水的情況下也能發(fā)出明亮的光，這使它們特別適用于對(duì)生命系統(tǒng)進(jìn)行成像。二氧雜環(huán)丁烷探針在檢測(cè)某些類型的腫瘤方面顯示出了巨大的前景，甚至有助于區(qū)分癌癥亞型。
氨的可持續(xù)生產(chǎn)
Harber-Bosch工藝的綠色替代品
用于合成氨的哈伯-博世(Haber-Bosch)是有史以來(lái)最成功的化學(xué)反應(yīng)之一。但它是高能源密集型的工藝，并且會(huì)排放大量二氧化碳，科學(xué)家們需要一種可持續(xù)的替代途徑來(lái)生產(chǎn)氨。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們?cè)O(shè)想了兩種互補(bǔ)的戰(zhàn)略。一方面，他們從大自然中尋找靈感——特別是細(xì)菌和藍(lán)藻中的固氮酶，由于有了鐵和鉬的輔酶，它們可以減少氮?dú)?。另一方面，化學(xué)家也利用電的力量來(lái)打破三重氮-氮鍵，同時(shí)從水中獲取氫原子。如果使用的能源來(lái)自可再生資源——風(fēng)能、水電、太陽(yáng)能——這個(gè)過(guò)程就會(huì)變得加倍的可持續(xù)，因?yàn)樗苊饬藢?duì)從化石燃料中獲得氫氣的依賴。
靶向蛋白質(zhì)降解
利用我們的細(xì)胞機(jī)制來(lái)革新制藥業(yè)
這項(xiàng)技術(shù)使研究人員能夠控制體內(nèi)有害蛋白質(zhì)的數(shù)量，而不是試圖改變或抑制其活性。一種降解劑藥物可以通過(guò)蛋白酶體降解來(lái)破壞多種致病蛋白質(zhì)，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)吸引了大型制藥公司的投資，并催生了多家初創(chuàng)企業(yè)。臨床試驗(yàn)顯示了它在治療癌癥方面的前景，研究人員還探索蛋白酶體降解用于治療與蛋白質(zhì)堆積有關(guān)的疾病的可能性，包括神經(jīng)退行性疾病，如帕金森癥和阿爾茨海默癥。
單細(xì)胞代謝組學(xué)
分析生物分子，一次一個(gè)細(xì)胞
單細(xì)胞代謝組學(xué)可以確定單個(gè)細(xì)胞的代謝特征。隨著成像手段和技術(shù)的發(fā)展，例如質(zhì)譜等技術(shù)的進(jìn)步為認(rèn)識(shí)單個(gè)細(xì)胞提供了新的視角。在冠狀病毒泛濫或在未來(lái)可能會(huì)爆發(fā)的未知情況的背景下，單細(xì)胞代謝組學(xué)將展示其巨大的可能性。一些研究利用它們的力量來(lái)更好地了解感染過(guò)程，以及入侵的病毒與我們的細(xì)胞之間的相互作用。
