《环球科学》2007年全球科技领袖揭晓

生物谷

引领科学研究、商业与政策未来趋势的领袖

把无线之梦进行到底

iPhone的“多重触控”屏幕，可以让用户方便地使用标准键盘、观看视频、听音乐、查看语音邮件列表等。

　　无线传送电力，彻底摆脱羁绊。

虽然笔记本电脑、手机以及其他便携设备给了我们极大的行动自由，但也只有在这些设备的电池电量还撑得下去的时候，我们才能逍遥自在地到处走动。美国麻省理工学院的光子学研究员马林·索尔亚契奇(Marin Soljacic)突发奇想，打算通过无线方式传送电力，利用这种“无线电力”(WiTricity)技术，帮助我们摆脱限制自由的最后一道枷锁。

索尔亚契奇把一个直径0.6米的铜制线圈吊在天花板上，又把另一个线圈吊在距它2.1米的地方，并在上面接了一只60瓦的灯泡。他把第一个线圈插上电源之后，第二个线圈上的灯就亮了起来。这是因为第一个线圈中的电流产生了磁场，从而在第二个线圈中产生了感应电流。

许多发动机都利用了这种效应，但这种效应通常只能跨越几毫米的间隙发挥作用。随着距离的增大，电磁感应的效果便迅速减弱。索尔亚契奇把两个线圈调节到谐振状态，就能在较远的距离上实现有效的能量交换。这套系统在将来得到应用以后，笔记本电脑和手机的充电或许就会方便许多：只要把它们放在安装了谐振发射器的房间里，便可对它们进行无线充电。

人们想摆脱各种束缚的冲动由来已久。苹果公司推出了号称“终极无线界面”的iPhone，售价高达600美元，但排队抢购者仍大有人在。这是一种集高档手机与最新版iPod的所有功能于一身的便携设备。有了iPhone，人们就可以一边轻松自如地四处闲逛，一边享受打电话、查网页、发短信、写电邮、拍照片、听音乐、看视频等种种便利。虽然以前也有一些手机具备其中多项功能，但iPhone的全尺寸“多重触控”(multi-touch)屏幕为用户的操作提供了更大的灵活性。用户可以通过一个标准键盘发短信，可以通过流媒体传输下载观看视频，可以查看直观的语音邮件列表，更不用说可以登录红极一时的网上音乐库欣赏音乐了。

传感器的无线化也使它们变得更加机动灵活。现在，传感器已经缩小到米粒或尘粒般大小，可以持续监测生化武器，也可检查土壤含水量。随处可见的传感器正在改变人们监测世界的方式。然而，随机部署的传感器网络覆盖范围可能存在空白，也可能互有重叠(这对传感器的宝贵功能来说是一种浪费)，如何查明这类情况是否存在，始终是个大难题。

美国伊利诺伊大学香槟分校的数学家罗伯特·克里斯特(Robert Ghrist)和美国波莫纳学院(Pomona College)的数学教授维恩·德席尔瓦(Vin de Silva)，利用数学同调性(mathematical homology)，同时解决了空白与重叠问题。同调性可以分析图形内的点、线以及各种几何格局。克里斯特和德席尔瓦把单个传感器当作点，把成对的传感器当作边，而若干条边的集合则当作图形，据此设计出一些算法，可以确定某个随意配置的传感器网络的覆盖范围是否存在重叠或者空白。

克里斯特和德席尔瓦算法的优势在于，这类算法只需要知道哪些传感器在另一个传感器的覆盖范围内，而无须知道每个传感器的实际位置；使用这些算法，就可以省掉昂贵的全球定位线路，也不需要手工绘出线路。一旦掌握了空白区和重叠区的位置，网络管理人员就可以加大某些传感器的功率，或在关键地点增设新的传感器以填补空白区。

撰文/马克·菲谢蒂(Mark Fischetti)

翻译/郭凯声校/罗绮、虞骏

药物直通车

借助狂犬病毒的一个蛋白，可将药物释放到真正急需治疗的部位。

对科学家而言，将药物释放至所需部位的难度有时候并不亚于新药研发。最典型的例子就是大脑，大脑血管壁坚实紧密，确保了绝大多数大分子不会从血液渗漏进大脑组织。因此，对于神经性疾病的治疗，在某些类型的药物给药时，血脑屏障是难以逾越的(参见《环球科学》2006年第11期《给大脑喂药》一文)。但是美国哈佛大学医学院免疫疾病研究所的曼朱纳特·N·斯瓦米(Manjunath N. Swamy)和他的研究小组独辟蹊径，设计出了巧妙的方法，能让药物穿过血脑屏障(blood-brain barrier)，直接作用于脑细胞。

一些专门感染神经系统的病毒，如狂犬病毒(rabies)和疱疹病毒(herpes)，可以轻而易举地穿越血脑屏障。为了借用这种能力，斯瓦米的小组选择了一个狂犬病毒表面中常见的小蛋白来伪装药物。科学家相信，该蛋白可打开穿越血管壁的通道，固定在蛋白上的药物即可趁势穿过血脑屏障。一旦进入大脑，这个蛋白还会携带药物进入单个神经细胞，这一过程与狂犬病毒感染极其相似。在斯瓦米的试验中，起治疗作用的分子是一段短核苷酸链，名为短链干扰RNA(short-interfering RNA，简称siRNA)。经过特别设计后，siRNA可靶向作用于特定基因，并抑制它们的功能——这就使得直达大脑的siRNA成为了一种用途广泛的“万能”工具。

荷兰应用科学研究组织(Netherlands Organization for Applied Research)的汉斯·博曼斯(Hans Boumans)及其同事开发出另一种微型“特洛伊木马”，这一发明的思路和上述例子类似。研究小组称它为“生物开关(BioSwitch)”，主要部分就是一个生物聚合物外壳，用以保护或隐藏一些物质，然后根据需要释放出它们。外壳的材料以及释放内容物的触发装置均可根据具体情况定制。

博曼斯的研究小组发明了一种用于肉类保鲜的杀菌塑料包装。他们先将“杀菌酶”封入由淀粉分子交联而成的外壳内，然后在外面裹上塑料。外壳会处于不活动状态，直到细菌出现并开始以淀粉为食。当淀粉外壳被细菌降解时，“杀菌酶”便出其不意地被释放出来，发挥作用。还有一个类似的系统，可将不稳定的食物调味分子封存于外壳中，一旦接触到舌头上的酶，便释放出这些分子；还可以将食物中味道不好的营养素密封起来，等它遇到胃肠道中的消化酶时再行释放。

撰文/克里斯廷·苏亚雷斯(Christine Soares)

译/冯志华校/申宁馨、虞骏

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