超越政府资助
企业家精神专注于寻找资金和创意以推进医学科学
为了减轻贫困国家传染病的负担，哈佛大学经济学家迈克尔·克雷默提倡为疫苗建立一种人为的市场。在克雷默的计划中，捐助国或机构将承诺为疫苗的开发支付一定金额，并以高价购买每剂疫苗。之后，该公司将以低价向贫困国家供应疫苗。七国集团已要求世界银行提出一项试点建议，以测试克雷默关于针对一种试验性疾病进行疫苗接种的建议。
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克雷默的方法是众多方法之一，这些方法以前所未有的创造力为医学研究规划了新路径。另一种尝试是斯科特·约翰逊的创意，他是一位 50 岁的前商人，正在与多发性硬化症进行个人斗争。他于 2003 年成立的髓磷脂修复基金会说服了该领域五位顶尖大学研究人员合并他们的实验室，并制定更像商业计划的治疗方法开发计划，任何发现的专利都由该基金会控制。“在我们开始这项工作之前，如果你问找到髓磷脂药物靶点需要多长时间，那将是 15 年，”约翰逊说。“通过这个过程，可能只需要五年。”
同样，四个领先的癌症中心联合努力，协调临床试验、共享资源并汇总他们关于一种致命骨病的研究结果：多发性骨髓瘤，一种侵蚀骨骼并迅速致死的血液癌症。领导该项目的是凯西·朱斯蒂，一位制药公司高管，她在 1996 年得知自己患有多发性骨髓瘤。作为哈佛商学院的毕业生，朱斯蒂成立了多发性骨髓瘤研究基金会，该基金会已为研究筹集了 6000 万美元。
克里斯汀·内斯林-沃尔哈德，一位先驱遗传学家，也是 1995 年诺贝尔生理学或医学奖的共同获得者，采取了可能最个性化的方法。她用自己的钱和联合国教科文组织-欧莱雅“女性投身科学计划”提供的 10 万美元奖金，以自己的名字成立了一个基金会，向年轻的女性科学家提供资助，以支付保姆和家务帮助的费用。“我们试图找到有天赋的人，”她说，“如果她们辍学，那将是非常可惜的。我们说：利用这些资金为自己争取摆脱家务的时间。”
沃伦·E·巴菲特的创新可能是最令人惊讶的。正如《财富》杂志所描述的那样，“典型的巴菲特：理性、原创，打破了极其富有的人捐款的模式”，这位世界第二富豪正在捐出他 85% 的财富，其中大部分捐给了比尔和梅琳达·盖茨基金会。在给这对夫妇的一封公开信中，巴菲特写道，他钦佩该基金会正在取得的成就，并渴望“实质性地扩大其未来的能力……你们两人都运用了真正非凡的智慧、精力和爱心来改善数百万不如我们三人幸运的同胞的生活。”巴菲特以及比尔和梅琳达·盖茨的榜样正在激励其他高管和研究专业人士发挥他们的想象力，来开展研究业务。——米歇尔·普雷斯
绿色之路
化学家和汽车制造商标志着在环境友好型燃料和汽车方面取得进展
驾驶员最近听到了很多关于乙醇燃料的消息，这种燃料比汽油燃烧更清洁，并且来源于可再生的国内生物质。加拿大生物技术公司Iogen 公司开辟了一条生产乙醇燃料的新途径。那里的研究人员没有转化价格相对较高的农作物，而是决定专注于通过转化低成本农业残渣和废物中坚韧的含糖纤维素来制造乙醇。Iogen 公司率先利用纤维素乙醇燃料，开发出可以从小麦和大麦秸秆中提取糖分的酶。该公司正在运营世界上第一个也是唯一一个示范“生物精炼厂”，该精炼厂每天可以将多达 40 吨秸秆转化为纤维素乙醇。
另一种可再生替代燃料是生物柴油——主要是植物油，经过加工后可用作清洁燃烧的柴油燃料。目前将这些油中不需要的脂肪酸转化为酯类的方法，以便所得液体可以在柴油发动机中燃烧，包括用强酸（如硫酸）或碱（如氢氧化钠）等处理。这些工艺昂贵、能源效率低下、化学浪费且对环境具有破坏性。日本横滨东京工业大学的原道和和日本的几位研究同事已经证明，用硫酸处理廉价糖、淀粉或纤维素的炭化混合物可以制成固体酸催化剂，用于制造完全不溶、制备廉价且易于回收的生物柴油。此外，它表现出比液态硫酸显着更高的催化活性。
正如研究人员正在努力使生物柴油燃料得到更广泛的应用一样，汽车工程师也在努力使柴油发动机运行得更清洁。尽管专家认为现代柴油动力汽车相对环保，但它们燃烧燃料的较高温度会导致不良的氮氧化物 (NOx) 和烟尘排放。德国汽车制造商戴姆勒-克莱斯勒是致力于制造更环保柴油发动机的领导者，该公司最近推出了 BLUETEC 技术——一种模块化尾气处理系统，可显着减少氮氧化物和烟尘的排放。BLUETEC 技术有助于打造迄今为止最清洁的柴油动力总成，使柴油汽车能够满足最严格的美国排放标准。
另一种汽车发动机技术比标准内燃动力装置具有更高的里程数，因此每行驶一英里产生的二氧化碳更少，这就是汽油-电动混合动力，它将汽油发动机与电动机结合在一起。目前的混合动力汽车在走走停停的城市驾驶中节省燃料，但在高速公路上行驶时几乎没有里程优势。来自包括通用汽车、戴姆勒-克莱斯勒和宝马在内的财团的新型双模混合动力系统提高了低速和高速时的燃油效率。与大多数混合动力汽车一样，双模系统将制动能量回收为电池电量，在停车时关闭发动机，并且可以在低速车辆速度下仅靠电力运行。但与目前的单模混合动力系统不同，双模汽车不仅在城市交通中而且在高速公路上都提供了更高的燃油效率，综合里程提高了 25%。
提高混合动力汽车环保性能的另一种方法是让它们能够存储来自电网的电力，以便有时它们可以仅靠电力运行，而不是从汽油燃烧内燃机驱动的发电机中获取电力。当两家公司，加利福尼亚州 EnergyCS 和 Clean-Tech 的合资企业 EDrive Systems 和加拿大公司 Hymotion 分别为丰田普锐斯推出了插电式混合动力升级套件时，这些插电式混合动力汽车更接近商业现实。EDrive 的系统是混合动力汽车锂离子电池系统的更大替代品，价格将在 10,000 美元到 12,000 美元之间。Hymotion 附加组件是为车队提供的补充锂离子电池系统。订单超过 100 辆的车辆，每辆车的价格为 9,500 美元。新的电池组不会改变普锐斯的基本操作；全电动功率仅限于低速。任何一个单元都可以通过连接到标准家用电源插座来充电。在这些发展之后，通往更绿色、更可持续能源未来的道路似乎正在开启——史蒂文·阿什利
解开阿尔茨海默症之谜
了解关键蛋白质的工作原理可能预示着治疗方法的出现
随着世界范围内老年人口的膨胀，战胜衰老的可怕推论——阿尔茨海默病——的竞赛变得越来越紧迫。今年，在这方面取得了一些令人鼓舞的进展。在评论员称之为“技术上的杰作”中，华盛顿大学医学院的 约翰·R·西里托 和 大卫·M·霍尔茨曼 追踪了破坏性阿尔茨海默病蛋白（称为 β-淀粉样蛋白）的产生，该蛋白发生在称为突触的神经元连接处，并将突触活动与 β-淀粉样蛋白的增加直接联系起来。
神经细胞通过释放化学物质脉冲在突触间隙中进行交流，西里托的团队发现，这些神经递质的喷发伴随着来自同一区域的 β-淀粉样蛋白的释放。这些实验不仅确定了 β-淀粉样蛋白可能的神经元存储位置和释放机制，β-淀粉样蛋白随后会在大脑的细胞间空间中造成破坏，而且还确定了蛋白质释放的可能原因在于突触激活本身。尽管这一发现并不一定意味着大脑的过度活动是导致阿尔茨海默病损害的原因，但它可能解释了为什么一些大脑活动最活跃的区域也是阿尔茨海默病患者受影响最严重的区域。
抵消这些影响的一个关键是早期检测疾病，霍尔茨曼 与同样来自 W.U. 医学院的 兰德尔·J·贝特曼 的另一项壮举应该使这成为可能。他们设计了一种测试，可以测量大脑中 β-淀粉样蛋白的产生和清除。这对组合创建了氨基酸亮氨酸的标记版本，神经元通常将其用作 β-淀粉样蛋白的构建块，然后将其施用于健康的年轻人类受试者。
贝特曼后来在志愿者的脑脊液中寻找由此产生的标记 β-淀粉样蛋白的出现，发现蛋白质的清除速度略快于其产生速度。然而，该测试也可以用于阿尔茨海默病患者，以帮助研究人员解决长期存在的问题，即该疾病是由异常高的 β-淀粉样蛋白产生还是蛋白质功能障碍的清除引起的。最终，脊髓穿刺方法可以寻找疑似阿尔茨海默病早期症状的人的 β-淀粉样蛋白升高，或测量药物疗法对已确诊患者的影响。
其中一种治疗方法可能有一天会基于路易斯安那州立大学的 罗伯特·P·哈默 开发的合成蛋白质片段，以破坏被认为会引发阿尔茨海默病患者大量脑细胞死亡的斑块的形成。斑块是纤维的聚集，当单个 β-淀粉样蛋白肽开始异常粘连在一起时形成。哈默还调整了 β-淀粉样蛋白的构建块，合成了允许 β-淀粉样蛋白相互结合的氨基酸的非粘性版本。将工程片段添加到装有正常 β-淀粉样蛋白的试管中，阻止了蛋白质形成纤维的能力，即使在暴露四个月后也是如此。如果它在人脑中也能做到同样的事情，那么数千万阿尔茨海默病患者最终可能会从有毒斑块的致命负担中解放出来。——克里斯汀·索雷斯
开始看到光明
二维光波指向病毒和隐形人的光学成像
几年前，电气工程师 伊戈尔·I·斯莫利亚尼诺夫 通过应用时间机器的物理学推导出了金属表面电磁波的特性。这位马里兰大学的教授正在研究已成为材料科学中最热门领域之一的等离子体激元学，其中光从三维波（光子）转变为二维波（等离子体激元），例如，沿着金属板的侧面波动。如果你在板上滴一滴液体，等离子体激元会被捕获——就像黑洞内的光子一样。如果你在板上钻一个孔，等离子体激元可以从一侧传播到另一侧——就像光子穿过虫洞一样，虫洞是时空中两个不同区域之间的假想通道。事实上，这个孔可能被用来创建一个时间机器的类似物，并引起科幻小说爱好者熟悉的所有矛盾。斯莫利亚尼诺夫推断，如果时间机器不起作用，那么它们的类似物也不应该起作用，由此他得出了关于波的行为的结论。
斯莫利亚尼诺夫和他的同事现在已经使用他的液滴黑洞类似物创建了一个显微镜，可以观察到小于照明光波长的细节——任何物理学教科书都会告诉你这是不可能的壮举。关键在于等离子体激元的波长比它们转换成的光子的波长短，因此它们对更精细的特征做出反应。在一项测试中，斯莫利亚尼诺夫的团队使用波长约为 500 纳米的激光来产生波长为 70 纳米的等离子体激元。一滴甘油将它们聚焦以形成二维图像，常规光学显微镜观察到了该图像。该团队拍摄了 100 纳米宽的病毒的照片。该系统比电子显微镜更容易使用。
与等离子体激元学一样，相关的超材料科学——创造具有光学特性的人造原子，这种光学特性与任何天然原子都不同——是一扇通往如此奇妙的世界的大门，它肯定一定是虚构的，但又不是。今年春天，超材料先驱、伦敦帝国学院的 约翰·B·彭德里 与杜克大学的 大卫·舒里格 和 大卫·史密斯 以及苏格兰圣安德鲁斯大学的 乌尔夫·莱昂哈特 独立地表明，超材料外壳可以将光线重定向到物体周围，使其隐形——不仅仅是非常暗（如当前的隐形技术），而是真正隐形。尽管这种隐形装置具有明显的军事应用，但研究人员更希望将其作为超材料可以做什么的一个例子。
等离子体激元学最直接的实际应用是在电子学领域。工程师们长期以来一直寻求利用光进行计算，但光子比电子更难处理。新材料使之变得更容易。宾夕法尼亚大学的 纳德·恩格塔 和他的同事们已经提出了一套标准化的等离子体激元组件，类似于电阻器、电容器和电感器，这可以让工程师使用光而不是电来构建电路。就像将电绝缘体夹在两个导体之间会产生电容器一样，在光束中放置非等离子体激元材料（例如纳米尺寸的玻璃珠）会产生光学电容器。等离子体激元材料（金属）充当电感器。这些设备允许工程师像电子电路一样连接光学“电路”。在电路中流动的“电流”不是电荷的运动，而是与光相关的电场波动。在不久的将来，奇妙的等离子体激元世界可能会挂在 Radio Shack 的货架上。——乔治·穆瑟
母细胞的希望
干细胞生物学继续暗示未来的医疗益处
最近的研究趋势已将目标定为拥有自己的干细胞并保留胚胎，这对乔治·W·布什总统等有影响力的批评者表示赞同。即使胚胎保持完整——这些研究的目标——目前尚不清楚这些方法是否会满足布什和其他反对他们认为是不道德地篡改生命物质的人。
哈佛干细胞研究所的 凯文·埃根 和他的同事将胚胎干细胞与皮肤细胞或成纤维细胞结合在一起，创造出融合细胞，这些融合细胞重新编程自身以类似于与皮肤细胞捐赠者基因匹配的胚胎干细胞。这些细胞将具有多功能性，可以转变成任何其他细胞类型——并且不需要克隆程序，而克隆程序需要破坏胚胎。
在近期，融合细胞提供了理解基本干细胞生物学的潜在益处，从而可以理解如何使成体细胞恢复到能够转变成许多不同细胞类型的状态。该技术仍然效率低下，并且重新编程的细胞包含来自原始胚胎干细胞的染色体片段，因此无法为患者提供完全的基因匹配，研究人员正在努力解决这一缺陷。
从理论上讲，了解细胞如何回到其发育的早期状态，可能会有一天导致一种药物的出现，该药物可以触发一种过程，使暴露于该化合物的胰腺细胞可能会恢复为干细胞，然后转变成产生胰岛素的细胞。由于前方的道路漫长，研究人员强调，应该继续对从胚胎获得的干细胞进行研究。
干细胞的希望再次通过一项治疗狼疮患者的实验性疗法得到证实——狼疮是一种患者的免疫系统针对自身身体组织的疾病。由西北大学范伯格医学院的 理查德·K·伯特 领导的一个小组从患者的骨髓中移除了干细胞。然后，药物清除了白细胞群，然后将干细胞返回到体内，在那里它们形成了不太可能产生破坏性抗体的新白细胞。在一项针对 48 名患者的研究中，一半的患者在五年后没有患病。
确定胚胎干细胞如何分化为成熟细胞最终可能会促进开发重新编程成体细胞的方法。这些技术可能使成熟细胞恢复到其“多能”状态，在这种状态下，它能够转变成不同的细胞类型。怀特海生物医学研究所的 劳里·A·博耶 和 理查德·A·杨 及其同事证明了三种蛋白质如何控制这个过程。
另一项研究发现强调了在不满足对直接医疗益处的需求的情况下探索干细胞生物学复杂性的重要性。怀特海研究所的 苏珊·L·林德奎斯特 和合作者证明，朊病毒蛋白（在畸形时会引起疯牛病）在其正常状态下在体内具有关键的干细胞相关功能。
该蛋白质似乎有助于维持体内产生血细胞的干细胞供应。怀特海的实验人员通过照射小鼠以杀死产生血液的干细胞来证明朊病毒的作用。然后进行了骨髓移植以再生血液前体。在缺乏该蛋白质的小鼠中，干细胞逐渐丧失了自我重建的能力。
布什决定将干细胞研究限制在 78 条现有细胞系上，这阻碍了该领域的发展。今天，可行的细胞系远远少于最初允许的数量，其中许多细胞系受到污染。民主党众议员 戴安娜·迪盖特 和共和党众议员 迈克·卡斯尔 试图放宽限制。他们成功获得了国会同事的支持，但最终被布什的否决权所阻止——这是他执政以来的第一次否决。没有人知道干细胞疗法是否会产生彻底的新疗法。然而，如果没有承诺继续不受政治束缚的基础研究，这种无知肯定会继续下去。——加里·斯蒂克斯
智能标签变得更智能
下一代电子标签有望超越 RFID
射频识别 (RFID) 设备在过去十年中的激增简直是非凡的。数百万驾驶员依靠其 E-ZPass 卡中的 RFID 微芯片来快速通过收费站。沃尔玛等零售商使用 RFID 技术来跟踪其庞大的库存，一些宠物主人甚至将微小的芯片植入其猫狗的皮肤下。
但是，RFID 革命最广泛的承诺之一——这些设备将取代无处不在的条形码——尚未实现，因为它们的成本太高。尽管最简单的 RFID 标签现在的单价约为 20 美分，但单价必须降至约 1 美分，制造商才能经济地将这些设备附加到超市销售的每件商品上。对于传统的硅基标签来说，这种降低可能是不可能的，因此研究人员一直在努力用更便宜的材料塑料构建 RFID。
2005 年，比利时鲁汶的微电子公司 IMEC 的一组工程师通过构建由并五苯制成的二极管克服了一个主要的技术障碍，并五苯是一种具有半导体特性的有机化合物。由于二极管将电流限制在一个方向上流动，因此 RFID 阅读器发射的振荡射频信号可以在标签的电路中感应出直流电，从而使芯片能够发送返回信号。（此信号告诉阅读器标记商品的序列号。）在 IMEC 取得突破之前，有机设备被认为速度太慢而无法为 RFID 芯片供电，但比利时小组表明，他们的二极管可以有效地从用于识别标签的高频无线电波中发电。
下一步发生在今年年初，荷兰埃因霍温的飞利浦研究实验室的 尤金尼奥·坎塔托雷 领导的一个小组宣布，他们已经构建了一个完全由塑料电子器件制成的全功能 RFID 标签。这种芯片比硅基标签更容易制造，因为该设计可以直接印刷到塑料基板上。消除复杂的组装可能会为将低成本 RFID 标签纳入产品包装铺平道路，从而为每件商品提供唯一的识别信号，而不是条形码。而且由于 RFID 阅读器的范围为几米，超市收银员可以通过一次扫描购物车中的所有物品来加快结账过程。
与此同时，惠普实验室的工程师们设计了一种微型无线芯片，最终可能会在许多应用中取代 RFID 标签。这种名为 Memory Spot 的芯片可以容纳高达 4 兆位的闪存，并以每秒 10 兆位的速度将数据传输到阅读器。RFID 标签仅携带约 500 位——仅足以存储序列号——而 Memory Spot 可以包含一个短视频剪辑、几张图像或数十页文本。这些芯片的尺寸为几毫米，可以嵌入到护照、明信片、药品标签和医院腕带中。然而，预计这些设备在未来两到五年内不会上市。——马克·阿尔珀特
鸡笼式电子器件
碳结构提供新器件和非凡的物理学
自 1985 年发现巴克球（例如巴克敏斯特富勒烯——一种由 60 个碳原子组成的纳米级球体，其连接方式类似于传统的足球）以来，研究人员一直密切关注各种鸡笼状碳结构。他们既寻求揭示这些新型化合物的基本化学和物理性质，又寻求开发可能在未来超越传统硅技术的微电子和纳米电子器件。该系列最新的成员在结构上是最简单的：石墨烯，一种扁平的单层碳原子，以石墨的标准六边形图案键合在一起。
2005 年 11 月，两个独立的研究小组，一个由曼彻斯特大学的 安德烈·K·盖姆 领导，另一个由哥伦比亚大学的 菲利普·金 领导，实验证实了石墨烯的一些非凡的电子特性，这些特性早在 1947 年就已被预测。在普通的金属或半导体中，电子在许多方面表现得像遵守牛顿运动定律的粒子，只是由于与材料原子晶格的相互作用，其所谓的有效质量与电子的真实质量不同。
然而，在石墨烯中，电子的有效质量为零，它们的行为类似于遵守爱因斯坦相对论版本的基本粒子，尽管在一个极限速度约为每秒 800 公里而不是通常的每秒 30 万公里的领域中。电子以该极限速度传播，无论它们具有什么能量，就像光子（一种光粒子）始终以真空中的光速传播一样。这些结果开启了一个非凡的相对论物理学新领域，可以在桌面实验中进行探索。
石墨烯器件的开发（最终可能会超越硅）向前迈进了一大步，当时佐治亚理工学院的 沃尔特·德·希尔 与该学院和法国国家科学研究中心的合作者一起，使用了微电子行业的标准光刻和蚀刻技术来制造石墨烯电路。该小组构建了原理验证晶体管和称为量子干涉器件的环状结构，并研究了石墨烯带的特性。石墨烯可以轻松地按需成型，这可能使其优于碳纳米管，碳纳米管就像卷成细长圆柱体的石墨烯条，并且具有许多相同的电子特性，但更难构建成许多器件所需的复杂、精确的图案。
纳米管研究人员也在不断取得新突破。加州大学圣地亚哥分校的 普拉巴卡尔·R·班达鲁 和他在该校以及克莱姆森大学的同事展示了一种全新的基于纳米管的晶体管。在以前的设计中，宽金属电极充当“栅极”，控制通过位于其顶部的纳米管的电流。班达鲁和同事们转而使用 Y 形纳米管；三个分支中的任何一个都可以用作栅极电极，其电压控制着流经另外两个分支的电流。金属栅极的缺失使得晶体管可以比其未分支的同类产品小得多，从而为超越传统硅微电子器件的微型化提供了可能的途径。
在碳纳米管制成的宏观材料领域，德克萨斯大学达拉斯分校纳米技术研究所的 雷·H·鲍曼、梅·张 和 邵里·方 以及他们在该校和澳大利亚联邦科学与工业研究组织的合作者开发了一种高效的新方法来制造可能快速适应商业生产的纳米管薄片。该过程听起来异常简单：研究人员将粘合条贴在“纳米管森林”（想象一下纳米级密集的竹林）的边缘，然后以稳定的速度拉开粘合条，将森林中的垂直管拉出，使其呈水平行排列。
他们在不到一分钟的时间内制造出了厚约 20 微米、宽 5 厘米、长 1 米的薄片，并且没有什么可以阻止将该工艺扩展到更宽和更长的尺寸。一个简单的润湿和蒸发过程将薄片致密化至约 50 纳米厚。这些薄片坚固、轻便、透明、高度灵活且导电，非常适合用作太阳能电池、有机发光二极管、显示器和人造肌肉中的电极。它们也可以用作偏振光光源和许多其他不同的应用。无论是像石墨烯一样扁平还是卷成纳米管，鸡笼状的碳形式都在不断壮大。——格雷厄姆·P·柯林斯
种植替换部件
生物工程师现在从头开始培养膀胱和血管
尽管我们可能无法像蝾螈那样重新长出肢体，但人体确实具有内在的再生能力，组织工程学科已经发现了利用这种能力的方法。由天然和合成纤维制成的可生物降解支架可以接种细胞，这些细胞聚集在一起形成模拟人体天然软组织基质的薄片。
为了再现软组织的力学性能，匹兹堡大学的生物工程师 威廉·R·瓦格纳 和 迈克尔·S·萨克斯 将一种廉价聚合物聚酯脲脲制成支架。这种圆柱形支架的强度类似于肺动脉瓣的强度，因为它根据应力施加方向的不同而对应力做出不同的反应。在制造过程中，活细胞可以整合到支架中，并且可以控制其力学性能以创建定制的组织补片。
在四月份的一次会议上，瓦格纳声称，这种注入了平滑肌细胞的生物材料补片可以促进大鼠从心脏骤停中恢复后的心脏愈合并减少疤痕组织的形成。血管组织（富含血管的组织）是最难工程化的组织。研究人员希望使用注入肌肉来源干细胞的补片重复该实验，以期获得更好的结果。
加利福尼亚州生物工程公司 Cytograft 已经进入临床试验阶段，该公司已获得一项专利，该专利是关于从人类患者自身细胞中生长血管的方法。血管的机械强度来自排列成薄片的成纤维细胞（结缔组织细胞）。
这些薄片被制成圆柱体，并衬有取自静脉内壁的内皮细胞。血管需要数周才能成熟。但它们的植入不会像外来于患者身体的材料那样引发自身免疫或炎症反应的担忧。
在阿根廷的一项可行性试验中，Cytograft 将其工程血管植入了两名透析患者体内。至少在九个月内，两者都没有遇到植入物的问题。工程组织可以替代目前植入在静脉和动脉之间以促进机器过滤血液的合成分流器。至少 30% 的这些分流器在仅仅一年后就会失效。该公司的技术也可能用于冠状动脉搭桥手术，并且该产品可能适用于儿童。
组织工程进展的一个障碍是，一旦植入患者体内，肌肉等厚组织无法从人体自身的网络中获得足够的新血管渗透，以保持组织存活。为了解决这个问题，由以色列海法以色列理工学院的 舒拉米特·莱文伯格 领导的一个多机构团队创建了能够产生自身血管的小块肌肉。
研究人员在塑料可生物降解支架上结合了三种类型的细胞：肌母细胞（变成肌纤维）、内皮细胞（形成血管管）和成纤维细胞（是稳定细胞壁的平滑肌细胞的前体）。内皮细胞变成血管，募集成纤维细胞并导致它们分化成平滑肌细胞。一旦植入大鼠体内，不到一半的血管被血液灌注。但是，当用三种细胞类型植入时，存活的细胞数量是用肌母细胞和成纤维细胞（没有产生血管的内皮细胞）组成的植入物的两倍。该技术最终可能有助于解决为工程细胞提供氧气和营养物质并允许它们清除废物的持久挑战。——布里·芬戈尔德
移动中的机器人
改进的数学模型和传感器赋予机器人更强的移动性
2005 年 10 月，各团队观看他们的机器人在崎岖的莫哈韦沙漠中导航，这是国防高级研究计划局 (DARPA) 赞助的挑战赛的一部分。去年的挑战赛陷入停顿，没有一个参赛者完成了超过 150 英里比赛的 5%。但去年，一切都变了。四台机器人在不到 10 小时内完成了比赛，斯坦福赛车队机器人的获胜机器人 Stanley 创下了高达 38 英里/小时的速度。这种戏剧性的命运转变可以归因于软件和传感器的进步。
当车载激光和雷达系统扫描地形时，机器学习算法跟踪和研究图像，使经过改装的大众途锐 Stanley 能够快速避开障碍物并协商转弯。用于分析前方道路的概率方法使 Stanley 避免了一个常见的陷阱：幻觉出虚构的障碍物。
虽然 Stanley 可能有一个人的名字，但双足机器人 RABBIT 具有令人吃惊的人类步态。密歇根大学安娜堡分校的控制理论家 杰西·W·格里兹尔 已经在 RABBIT 上测试了他新的步行和跑步数学模型，RABBIT 的小腿逐渐变细为轮子而不是脚。由于该机器人无法在一只腿上静态平衡，因此该模型比其他模型更充分地考虑了重力的影响。随着科学家们努力自动化更多的人类任务，机器人可能会表现出令人愉悦的形式和功能。——布里·芬戈尔德
廉价测序
光学技术朝着 1000 美元基因组的目标迈进
在 2005 年，破译一个人基因组的惊人成本大幅下降，从 2000 万美元降至大约十分之一的水平。哈佛医学院的 乔治·M·丘奇 以及哈佛大学和圣路易斯华盛顿大学的合作者利用现成的设备设计的 DNA 测序技术可能有助于实现联邦政府到 2015 年将价格降至 1000 美元的目标，专家表示，这将使解码个人基因以用于常规医疗目的成为可能。
教会团体开发的 DIY 方法基于将广泛可用的、相对廉价的显微镜与高速数码相机相结合。荧光标签被附加到研究人员希望读取的 DNA 的每个核苷酸上，四种 DNA 核苷酸中的每一种都有一种颜色。相机将这些颜色数据馈送到计算机，以便解码成 DNA 序列。他们在 2005 年发表的关于他们研究的报告中，包含了关于实验室如何构建自己的此类设备的详细说明。
位于康涅狄格州布兰福德的 454 生命科学公司 的一项相关技术也采用了与显微镜耦合的相机来对 DNA 进行测序，只不过该方法使用的是发光化学反应而不是荧光标签。测序通常也依赖细菌来扩增 DNA 靶标的拷贝；这两种新方法都使用珠子来捕获 DNA，并使用酶来复制它。教会团体的版本比传统测序方法快大约 20 倍，成本为 14 万美元。454 公司的方法的通量比传统测序方法高出约 100 倍，一台机器的成本约为 50 万美元。
与这些光学技术形成对比的是，当前的基因测序依赖于电泳，它使用电场根据分子的大小和电荷来分离分子。H. Kumar Wickramasinghe 在 IBM 阿尔马登研究中心及其同事于 5 月份报告了一项技术，该技术可以比传统电泳快大约 10 万倍地分选 DNA 片段，尽管只能处理长度不超过 40 个核苷酸的片段。
该方法将电泳与原子力显微镜相结合，原子力显微镜通过在其表面上运行极其锋利的探针来扫描表面，就像盲人使用手指阅读盲文页上的凸起一样。当对探针尖端施加电场时，分子将以不同分子种类特有的速度在其表面上向上或向下滑动。研究人员指出，他们的工作不仅可以帮助加速 DNA 测序，还可以以前所未有的控制精度将分子输送到表面上。这种精密的程度可能在新兴的分子电子学领域中用于制造电路，证明是有用的。——Charles Q. Choi
材料进展
设计师们设计了从纳米棒到珍珠母的新结构
当科学家在纳米尺度上操纵构造模块时，非凡的特性就会涌现出来。德国拜罗伊特大学的 Natalia Dubrovinskaia 及其同事发现的钻石纳米棒，紧密地堆积成一种比钻石更坚硬的致密形式。在 2005 年 8 月，科学家们报告说，他们通过在 2,200 摄氏度和 200 倍正常大气压下压缩巴基球——每个由 60 个碳原子组成的足球状分子——创造了这种化合物，这个过程可能适合大规模生产。纳米棒材料的潜在工业应用包括切割和抛光合金和陶瓷。
碳也是纽约州特洛伊的伦斯勒理工学院的 Pulickel M. Ajayan 及其同事选择用来制造超弹性弹簧的材料。研究人员使用由碳纳米管制成的泡沫来设计弹簧，该弹簧结合了刚度和可压缩性的特性。刚性材料需要很大的力才能挤压，但通常在超过其极限后会断裂，而可压缩物质通常容易弯曲，但之后可以反弹到其通常的形状，几乎没有损坏。反复压缩垫子通常会将其压扁，并失去弹性。但是，即使经过 10,000 次挤压，纳米管泡沫仍保持弹性，这种特性可能使该材料适用于人造关节或减振器。
有时，科学家们从自然界中汲取灵感，提出了新型材料。现代陶瓷坚固但易碎，但软体动物的贝壳在保持固有韧性的同时表现出强度，这是因为它们精细分层的珍珠母，或称珠母层。复制赋予珍珠母材料特性的复杂结构已被证明极其困难，因为其组件的尺寸在纳米到微米尺度之间变化。
劳伦斯伯克利国家实验室的 Antoni P. Tomsia 及其同事发现，他们只需冷冻装载有羟基磷灰石（骨骼的矿物质成分）的水性悬浮液，就可以模仿其结构。他们构建了一种多层类珍珠母材料，该材料可能用于人造骨骼和关节或组织再生。
从自然界汲取灵感的研究也可能被证明对电子工业有用，电子工业通常需要高温和苛刻的酸或碱来制造硅或其他半导体的薄膜。加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的 Daniel E. Morse 在 4 月份透露，通过将模仿海绵（marine sponges）的酶放在金表面上，他的团队创建了用于生长半导体薄膜的模板。
海绵利用称为硅蛋白酶的酶，构建具有玻璃针状内部结构的复杂骨架，这些酶既充当组装玻璃的催化剂，又充当将材料成型为针状的物理模板。Morse 及其同事开发了当组合在一起时，作用类似于硅蛋白酶的化合物。然后，他们将它们放在金表面上，作为生长半导体薄膜的模板。来自不起眼的海绵的灵感最终可能会产生更强大的电池和高效的太阳能电池。——Charles Q. Choi
视力拯救者
可能帮助盲人看到东西的技术现在正在实验室中
传统观点认为，中枢神经系统——大脑、脊髓和眼睛——在成年人中无法自愈。一旦受伤，患者将终生受损。动物实验已证明受伤神经纤维的再生。但是，这些技术通常需要在受伤时或受伤前应用。
标准思维不再成立。波士顿儿童医院的 Larry I. Benowitz 及其同事发现了一种分子，该分子比任何其他研究过的分子都能更好地触发神经再生，并且在受伤后几天应用时也能证明有效。科学家们发现，一种蛋白质，oncomodulin，是由巨噬细胞这种免疫细胞在受损的眼睛中分泌的。他们发现，当与增强其活性的化合物一起给予时，oncomodulin 可以使受伤视神经的大鼠的神经再生增加五到七倍。
Benowitz 认为，oncomodulin 有朝一日可能有助于逆转由青光眼、肿瘤或创伤引起的视神经损伤，并计划研究该疗法是否可以帮助治疗中风和脊髓损伤。测试尚未证明该化合物对人类是否有效，但其基因存在于许多脊椎动物物种中。
另一项发明为一些盲人可能能够观看图像和视频带来了希望。视觉障碍艺术家和诗人 Elizabeth Goldring 是麻省理工学院高级视觉研究中心的资深研究员，她开发了这样一种“视觉机器”。该设备在过去十年中创建，成本约为 4,000 美元，而其更大、更笨重的灵感来源的价格标签为 100,000 美元。Goldring 通过她的医生发现了一种扫描激光眼底镜。该仪器将图像直接投射到视网膜上，绕过了导致她失明的眼睛内的出血。（手术已经恢复了 Goldring 一只眼睛的视力。）
台式视觉机器用更便宜的发光二极管代替了眼底镜的激光，发光二极管是另一种高强度光源。Goldring 及其同事在 2 月份报告说，在一项针对 10 名志愿者的视觉机器的初步临床试验中，大多数志愿者是法定盲人，其中 6 名正确解释了 Goldring 开发的视觉语言的所有 10 个例子，该视觉语言由包含图形和符号的简短单词组成。研究人员现在正朝着大规模彩色视觉机器的临床试验努力。在初步试验中测试的设备产生黑白图像。
另一种假肢可能会在未来使截肢者能够使用来自剩余肌肉的电信号，从而使他或她可以通过思考更自然地移动人造手臂。目前一代的这项技术仅允许三种运动——弯曲肘部、旋转手腕和抓握手。它通常只允许一次控制一个动作。此外，当前假肢中的电极会穿透神经，这仅能检测到神经内有限数量的神经元，并可能导致疤痕。
为了帮助开发下一代假肢，使其能够执行多达 22 种与人类表现更匹配的不同运动，约翰霍普金斯大学的 Protagoras Cutchis 设计了一种植入周围神经鞘周围而不是穿透神经本身的电极阵列。这项发明可以检测来自神经内每个细胞的单独电信号，从而有可能增强对假肢的控制。因此，当人类失灵时，机器正变得越来越能够弥补不足。——Charles Choi
大脑地图和拯救互联网一系列技术与推动明智的公共政策相辅相成终极计算机
量子计算机曾经是一种理论上的奇物，它的概念是将信息存储在 0 和 1 的量子叠加态中，被称为量子比特或 qubits，现在正缓慢地走向现实。简单的量子计算演示通常依赖于相对笨拙的实验装置，这些装置不容易让数百或数千个量子比特像奔腾处理器上的逻辑门一样协同工作。今年，研究人员最终设计出了能够对单个带电原子的量子态进行基本存储和操纵的微芯片，这些原子是实现实用量子比特最有希望的候选者。密歇根大学安娜堡分校的 Christopher Monroe 和博尔德国家标准与技术研究院的 David J. Wineland 都制造了能够存储少量原子的芯片，为可以处理更多数量原子的更精密的芯片铺平了道路。——JR Minkel
网络中立性
电话和有线电视公司最近开始提出向主要的互联网内容提供商（如谷歌和 Vonage）收取“优质”带宽访问费用的想法。消费者团体对拟议的篡改所谓的网络中立性（即所有互联网流量都应以相同的方式传输和收费的概念）感到愤怒，他们游说联邦通信委员会将中立性奉为监管原则。哥伦比亚大学法学教授 Timothy Wu 一直是阐明和表达中立性价值的领导者。不幸的是，今年 6 月，众议院投票否决了由马萨诸塞州的爱德华·马基提出的《2006 年网络中立性法案》，这是将网络中立性原则巩固为法律的若干拟议法案之一。
DNA 构建模块
纳米技术的一个子学科致力于使用 DNA 分子构建结构。去年，牛津大学与阿姆斯特丹自由大学联合描述了使用 DNA 构建四面体，一种具有三个面和一个底面的金字塔。这种刚性结构宽 10 纳米，并且可以想象地形成电子电路的构建模块，该电路沿着三个维度的路径发送电流。Andrew J. Turberfield 设计的技术允许在短短几分钟内制造数万亿个这样的结构。——Gary Stix
大脑图谱
三年前，微软联合创始人 Paul G. Allen 捐赠了 1 亿美元，成立了艾伦脑科学研究所。它的第一个项目将是艾伦脑图谱，旨在加速绘制小鼠大脑中每个基因在何时何地活跃的图谱。今年 9 月，该研究所公布了完整的图谱，这是一个三维地图，描绘了 21,000 个基因在时间和空间中的活动，分辨率达到了单个细胞。该地图是通过将整个小鼠大脑分成薄片，并探测每一片以确定哪些基因活跃以及在何处活跃而拼凑而成的。由于小鼠和人类共享高达 90% 的相同基因，研究人员希望这样的地图将为人类大脑发育、功能和疾病（包括阿尔茨海默病、成瘾和自闭症）的遗传学提供见解。——JR Minkel