互动科普

碳储藏

将二氧化碳变为岩石

撰文 戴维 · 列维坦（Dave Levitan） 翻译 曹晨巍

是否存在一种简便方法，能将煤电厂烟囱释放的二氧化碳，变回静卧于地下的岩石？这将绕过当前碳储藏方案（将二氧化碳注入多孔沉积岩，如砂石）的主要症结：二氧化碳最终还是可能逃逸出来，返回地面，进入大气层，进而加热地球。

作为地壳的主要组成部分，玄武岩可能是替代沉积岩的一个不错选择。玄武岩中的镁、钙、铁等矿物质可与二氧化碳缓慢反应，在岩层孔隙中形成碳酸盐晶体，从而将碳以固体形态永久封存起来。这个反应过程也叫做“强化的风化作用”（enhanced weathering），可以捕集大量二氧化碳——工程师们正努力将这一创新想法变为现实。

2013年夏天，美国华盛顿瓦卢拉附近，工程师将大概1 000吨的二氧化碳，注入了地下800米深的层状玄武岩。接下来一整年里，他们将对碳酸盐晶体的形成速度与规模进行监测。有些科学家估测，这个过程在自然状态下需要几千年才能完成。但实验结果表明，通过人为操作，将这个时间缩短至10年以内也完全可能。皮特·麦格雷尔（Pete McGrail）是美国西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）的一名环境工程师，也是这个项目的负责人，他说：“完成整个矿化过程不需要一千年或几百年那么久，我们的时间范围是几年到几十年而已。”在减缓全球变暖这场战役里，这足以带来积极影响。研究人员在2013年12月获得了他们的首个钻探样本，接下来将会对矿化过程进行更多的了解。

在冰岛的一个被称为“碳固定”（CarbFix）的项目里，工程师计划在2年内，将1 500吨二氧化碳注入玄武岩层。参与此项目的哥伦比亚大学科学家于尔格·马特（Juerg Matter）透露说，他们将在2014年5月和6月间钻取岩石样本，而对该区域的监测会一直持续到12月。

对于碳酸盐矿物是否真如期望的那样不易泄露二氧化碳气体，也有一些科学家持怀疑态度。得克萨斯大学奥斯汀分校的地质学家和碳封存专家苏珊· 霍沃尔卡（Susan Hovorka）表示，某些情况下，地下水可能会溶解碳酸盐晶体，释放出二氧化碳。这些二氧化碳最终有可能渗回地表。她强调，我们还需要进一步测试玄武岩封存二氧化碳的能力。

不过，麦格雷尔表示，碳封存目前所面临的最主要的障碍不是技术上的，而是政策上的。如果缺乏经济激励举措，这种（或其他任何）碳封存手段将很难得到推广。

尽管如此，如果试点项目证明二氧化碳的确可被封存在地下玄武岩中，同时决策者决定征收碳税，这将会是一个切实可行的碳储藏方案。比如在印度，大约四分之一的煤电厂都坐落在名为“德干地盾”（Deccan Traps）的一片广阔区域上，而这块区域的地质构造正是以玄武岩为主。如果玄武岩确实可以把导致全球变暖的元凶，关回它最初存在的地方（化石燃料最初也在地下），可有一大堆二氧化碳排队等候呢。

2012年的一天，麻省理工学院的科学家关掉风洞，对刚刚结束的测试非常满意。这次测试的对象是一种强韧的新型超轻复合材料，它们具有网状结构，可以像乐高积木一样拼装在一起。这些材料可以组装成3D锁链结构，硬度相当于同等重量的现有超轻材料的10倍。在实验中，研究人员测试了由这种材料制成的原型机翼在强气流中扭曲、变形的情况。制造更轻巧，却更坚固、更耐用的飞机、航天器，甚至桥梁，一直是工程师们的梦想，这种组装式复合材料的出现，让他们的梦想朝着现实迈出了重要一步。

利用这种全新的材料，科学家可以制造出很多不可思议的产品，广泛用于航天、工业及消费品中。科学家之所以会以网状结构来设计复合材料，是因为他们受到动物骨骼的启发——动物的松质骨呈海绵状，多孔而坚硬，这也是骨骼质量轻、强度大的秘密。此外，因为制造方式不同于传统工艺，这种复合材料还可以克服超轻结构在尺寸上的限制。

一般的复合材料由一层层树脂制成，树脂表面则布满模块化的纤维片。经过热固化处理（heat-curing proces），树脂变硬，定型，就变成了我们想要的形状。制造大型结构时，我们往往需要巨大的圆柱型烤炉来加热大型组件，随后再用铆钉，将这些组件组装起来，得到更大的成品。而利用麻省理工学院开发的这种复合材料，我们甚至不用铆钉，就可以组装出大型物件，如一架飞机的机身，每一个组件都能与相邻组件相连，构成一个整体。组件之间的连接也可解开，我们可以随时随地对飞机或桥梁进行修复、改造以及拆卸回收。

美国康奈尔大学机械与航空航天工程学副教授霍德·利普森（Hod Lipson，他没有参与前文提到的超轻材料研发项目）表示，麻省理工学院研制的那种复合材料扩展了“材料”这个词的定义。他说，一般的材料是由原子或分子这样的基本单元，通过重复累加而构成；而这种复合材料的“重复性”，则是宏观上的，使得整体结构很坚固，又很灵活。用这种复合材料建造的结构没有结合点，因此不会因为结合点失效造成灾难性后果。另外，由于这种逐步累加的构造方式，定制组装也更容易。

麻省理工学院研制的这种复合材料，基本结构单元是一种碳纤维增强聚合物（carbon-fiber-reinforced polymer ），大约2英寸宽，呈扁平的X形结构，中间有一个方形节点，两个交叉的“臂”的末端，都有一个小环。任何两个组件都可以通过小环和节点连接起来。每个节点可以与4个小环连接，由一个碳纤维夹子固定，形成一个八面体。

麻省理工学院的科学家制造并测试了几十种组件，“臂”长从6英寸左右到0.1英寸不等。通过改变“臂”的厚度和长度，可以调整复合材料基本单元的密度和大小，进而能调整整个材料的硬度和重量——这决定了复合材料抵御形变的能力。

目前，科学家需要十分小心地用镊子连接组件。该如何优化组装过程，仍是个挑战。但麻省理工学院比特与原子中心（Center for Bits and Atoms）正在设计一个机器人小组，让它们来执行组件的拼接和修复工作。张振威（Kenneth Cheung）是复合材料研发团队的一员（那时他还是麻省理工学院的一名博士后），目前任职于美国航空航天局艾姆斯研究中心（NASA Ames Research Center）。他说，“不同机器人各司其职，比如有的负责检视，有的负责安装和拆卸，这样的机器人团队工作效率会很高”。

其他科研人员也在努力解决快速组装的问题。利普森领导的研究小组设计出一种机器人，能感知自己所在的位置，并判断下一步该前往何处。他说，这种机器人有能力建造组成单元数以亿计的结构，比如它们可以在洪水爆发时，快速修建临时堤坝，或在太空中装配卫星。

不过，这种复合材料首先要获得认证、通过安全标准测试，才能用于制造飞机或汽车。张振威说，终有一天，我们能用它制造出新奇的结构，如拥有可变形机翼的飞机、手臂上没有关节却很灵活的机器人。这种材料或许会率先出现在其他应用中——未来几年内，利用这种材料制造的无人卫星或太空探测器就会出现。

救援小组赶到煤矿塌方现场，向地下几百英尺深处的一个空区钻孔。然后，他们将一个配有摄像头的圆柱形金属机器人放入孔道，搜寻幸存者。

机器人缓慢向下前进，突然地层偏移，孔道坍缩，孔径只有之前的一半，并将机器人压住。现在该怎么办？如果这个机器人是用可变形聚合物制成的，它就可以像蠕虫一样把自己拉长，继续完成使命。

这样的“软体机器人”目前还只存在于实验室中，但材料科学、控制论、能量存储和柔性电子技术领域的快速发展，可能会改变这个现状。要不了多久，柔性机器人就会在矿井、工厂，甚至人体内完成困难的任务。

为了制造软体机器人，工程师效仿了章鱼、蠕虫和其他无脊椎动物的运动方式。如果通过气体动力学机制运动的聚合物触手足以既经济又高效地完成任务，为何还要耗费时间和金钱，用传动器、电线和马达仿造人类手臂呢？在一次试验中，美国康奈尔大学的研究人员在小球里充满空气和咖啡渣，制作了一支“万能爪”。当它与物体接触时，会慢慢改变形状，以贴合物体。接着，将小球里的空气抽出，小球就会缓缓变硬，紧紧“握住”物体。类似的，我们也可以用柔性聚合物制造可随电流的改变而膨胀、收缩和弯曲的机器人。

尽管传统的仿脊椎动物机器人可能更快、更强壮，但由气压和电流控制的软体机器人可操控的物体种类更多，在多变的环境中适应力也更强。因为它们的组成材料充满弹性，在工厂地面翻倒或遭到踩踏时，也更不容易受损失效。

哈佛大学化学家和材料学家乔治·怀特赛兹（George Whitesides）带领的研究团队，已经制造出多种可变形的聚合物机器人（shape-shifting polymer robot），其中包括一个一米长的四足机器人，看上去像是一对“Y型”结构，通过主干连接起来。当空气泵入机器人内部，通过一层层气体通道阀门，机器人就会充气膨胀、弯曲，缓缓移动四足前行。机器人装配有单独的电池和空气压缩机，曾成功地在实验室地面上、积雪中，甚至烧红的烤架上蠕动爬行。

2011年，研究人员设计了一个通过绳索操控的“迷你版”四足机器人，可在仅几英寸高的空间里穿行。怀特赛兹表示：“如果不用绳索就能操纵这个机器人，它的应用前景将更为广阔。”他还指出，科学家目前正努力改善压缩气体在机器人内部通道中的流动情况，以免局部部位“毫无意义地膨胀”，从而提高机器人的行进速度。

在这些进展的鼓舞下，一些投资者正在申请技术授权，并在不久前创立了一家名为软体机器人（Soft Robotics）的公司，专门设计生物医疗器械。例如，一种弹性体机器人可以精巧地“握住”人体组织，或者附着在血管壁上，而不造成损伤，从而在医生进行活组织检查或血管成形术时，助上一臂之力。

根据《软体机器人》杂志创刊号的说法，未来十年内，商业化的软体机器人产品可能就会以可穿戴设备的形式，出现在人们的视野中，比如可为运动能力受损者提供物理支撑，或者帮助仓库工作人员抬举重物的人造肌肉。作为“最大机动性与操纵性项目”（Maximum Mobility and Manipulation program）的一部分，美国国防部高级研究计划局（The Defense Advanced Research Projects Agency）也乐意资助科学家开发假肢和可用于侦察的软体机器人。

不过，软体机器人能否取得成功，仍取决于几项关键技术的发展情况。美国北卡罗莱纳州立大学的研究人员正从材料的角度，开发一种能模块化、可折叠的水凝胶，可用来操纵物体。这种半透明的凝胶使用水作为溶胀剂，富有弹性，也有不错的生物相容性。在一项实验中，研究人员从一块V型水凝胶的一端注入铜离子，令V型“手臂”像镊子一样弯曲。在另一项实验中研究人员通过控制化学反应，使一块X形水凝胶像四指爪子一样抓握。

软体机器人最大的优势（可能也是最容易为我们忽视的）是其成本：聚合物材料、空气导管，再加上一个不大的电源，这些东西加起来可能也不到一个移动式金属机器人造价的零头。低廉的成本也许会促进软体机器人的大范围使用——如果人们能够接受机器人长得更像头足类动物，而不是女仆罗茜（美国动画《杰森一家 》中的角色）的话。

尼古拉·热卢杰夫（Nikolay Zheludev）的声音通过电缆、光纤和微波，从英国南安普顿大学穿越大西洋，传达至身处纽约的我的耳中。延迟与杂音给我们的交谈带来不少困难。他正向我描述一种被称为超材料（metamaterials）的人造结构，以及它们为何能让几乎任何装置或应用程序变得更快、更便宜、更高效。他说，我们的越洋对话就是个很好的例子：如果使用超材料增强的全光网络 （all-optical network），静电噪音、令人尴尬的停顿，和对话中句子结尾的串音都会消除。“我们不再受限于大自然的馈予，我们可以做得更好。”

超材料由微观元件（如金属环或金属棒）的微小阵列构成。这些微观元件可以弯曲、散射或传送电磁辐射（天然材料则无法做到），但它们的尺寸必须小于它们所要操纵的电磁波的波长。请想象一张微型网，小到可以折射光波，就像棒球场本垒板后的拦截出界球的高网那样。

接着请想象，通过调整网洞的大小和分布，我们不仅可以使光线折射或者允许其通过，还可以改变它的轨迹和颜色，甚至让它消失。因为超材料操纵光波的能力，我们可以用它建造更可靠的无线网络连接、容量更大的数据存储设备、更为先进的电子设备，甚至薄如信用卡的智能手机。

不过，要让这些想法成为现实，超材料必须在可见光下也能发挥作用。目前，超材料在波长较长的电磁波下，能发挥最佳效果，如无线电波和微波，在这种条件下，超材料元件的尺寸在十分之一微米级，所需元件可用一些常见技术制成。

2013年1月，美国杜克大学的戴维·史密斯（David Smith）教授领导的团队，展示了一台超材料微波成像仪，它只需要很小的数据存储空间和传感器，并有可能取代现在用于机场安检的那些昂贵而笨重的微波成像仪。

利用史密斯团队的技术，一家名为Kymeta的公司也开发出一种低能耗、高宽带的可重构天线，最快可在2013年推出市场，为飞机、轮船、火车和汽车上的乘客提供廉价、高速的卫星互联网。同时，科研人员也在用超材料设计“隐身斗篷”。当无线电波或微波遇到超材料外壳，它们不会被反射，而是绕过物体继续前进——这样，物体就得以在雷达下遁形。

要让超材料在较短波长下（如可见光）也能很好地发挥作用，是比较困难的，因为这意味着超材料元件的尺寸得小于1微米，接近现代计算机芯片上各种元件的大小了。此外，在很多实际应用中，还需要元件可以改变结构，从而以不同方式操纵可见光。

热卢杰夫将这些动态设备称为“超装置”（metadevices），他和同事已经在实验室里，制造了一些此类装置。2013年3月，他的团队发表了一篇光学“超装置”的“可行性证明”。这种“超装置”由蚀刻在金箔上的纳米元件构成，这些元件连接着微米线，通过改变微米线中的电流，就能使纳米元件的位置发生变化，而“超装置”的结构也随之变化，进而改变传播或反射可见光的方式。热卢杰夫称，这种技术可以用来制造超快光学通信设备和计算机的开关。

不过，要想让超材料可以同时在可见光和近红外光下发挥最好效果，首先得制造出完全平整的二维“超平面”（metasurface），哈佛大学科学家费德里科·卡帕索（Federico Capasso）表示。只有这样，科学家才可以制造更加复杂的三维结构，例如真彩色全息显示屏（true-color holographic display），或像《哈利·波特》系列电影中能让人或物体消失不见的隐身斗篷。

目前，卡帕索的团队最令人瞩目的成果是“平透镜”（flat lens），它能将光束精确地聚焦到一个小点。通过这种技术，人们可以制造出极薄的智能手机或相机——透镜和电池是决定电子产品厚度的关键因素。

要让超材料进入寻常百姓家，还有不少问题需要解决。“但我确定这玩意儿十分有前景，”卡帕索说，“一些有影响力的人告诉我，费德里科，‘你做的那玩意儿看来不错！’”

我们每天都能保持健康，这得感谢口腔中、皮肤上和肠道里数以万亿计的细菌、真菌、古细菌和病毒。对于其中的大多数微生物，科学家过去都无法研究，因为在实验室环境中，很难培养这些微生物。不过，近来低成本DNA测序技术的快速发展，使其不再是一件难事。科学家与这些微生物化敌为友，想出不少对抗顽疾、提升人们整体健康水平的奇妙方案。

美国斯坦福大学医学院的戴维· 雷尔曼 （David Relman）教授说，几年前，研究大规模的微生物群落还是个梦想。如今，我们可以轻松进行此类实验，所费也不多。多亏宏基因组学（metagenomics）这一新兴领域的发展，科学家可以比较一个健康人和一个病人肠道内微生物群落的差异。有这些数据作后盾，科学家试图通过调控人体内的微生物群落，来治疗肥胖、炎性肠道疾病和其他疾病。

比如，科学家已经检查、分析了溃疡性结肠炎患者（患者的结肠发生溃疡，这与肠道菌群的变化有关）体内的微生物群落。在分析结果的基础上，制药巨头强生公司（Johnson  & Johnson）在2013年夏天宣布，他们与一家研究微生物组的新创公司“第二基因组”（Second Genome）合作，投入650万美元，开发新的溃疡性结肠炎疗法。

目前，治疗溃疡性结肠炎的方法以消炎药、免疫抑制剂和手术为主，往往难以奏效。而直接改变人体内的微生物组，也许副作用更少，还能减少治疗过程中的其他感染。

强生公司的商业协议是一个分水岭，里塔·科尔韦尔（Rita Colwell）说。她在美国马里兰大学和约翰斯·霍普金斯大学担任健康顾问。她还指出，“对任何生物技术来说，当它从单纯的科研兴趣转变为创业公司的基石，并得到制药公司的大笔资助，都是一个非常关键的时刻”。

目前，改善微生物环境的手段主要是粪便移植和摄入益生菌（在膳食补充剂或食物中的细菌培养物，如酸奶）。与此相比，强生公司和第二基因组公司开发的新疗法将是一个巨大的进步。虽然粪便移植可缓解艰难梭菌（Clostridium difficile，一种顽固的、具有很强耐药性、可以分泌毒素的病菌）引起的感染，但这种疗法需要多次移植，而且并不是在每个病人身上都奏效。

至于益生菌疗法，也只有少量证据表明，它能改善肠道微生物环境。实际上，两种方法都很粗犷，类似于随便把一堆细菌扔进肠道，然后看哪一种会起效果而已。

相比而言，宏基因组学的针对性更强，不仅可以提供肠道微生物群落的基因图谱，还可以根据基因分析结果，推测出不同肠道微生物之间、肠道微生物与人体之间会以怎样的方式发生相互作用。

宏基因组学面临的最大挑战，是如何处理海量数据。虽然科学家已经可以快速测定微生物群落的基因序列，但他们还需要弄明白，这些信息对我们的健康而言意味着什么。生物学家正与数学家合作，开发一些新方法，用以分析肠道微生物的基因信息。然后，医生需要弄明白，病人的肠道中，微生物环境会有哪些改变，这些变化为什么可以维持或改善人体健康。

比如，许多人身上携带有大肠杆菌，却不会患病。雷尔曼说，正如我们要防止水草入侵，以维持生态系统平衡一样，我们也要维持肠道菌群的平衡。

确实如此，宏基因组学促使我们改变思维，像照顾一块田地一样呵护我们的微生物群落。这种方法与之前的一次性疗法也迥然不同，那些疗法往往伴随着不少副作用。比如，广谱抗生素不仅会杀死有害细菌，也会一并杀死有益细菌，让其他“入侵者”有了可乘之机。又比如用来中和胃酸的非处方药质子泵抑制剂（proton-pump inhibitor，治疗消化性溃疡的药物），它们会改变肠胃里的酸碱度，影响有益菌群的繁殖。

相比之下，宏基因组疗法则是通过特定的方法，引入在健康人肠道中发挥积极作用的特定微生物，并调整人们的饮食和生活习惯，从而改善人体内部的微生物环境。

云计算是什么？将笔记本电脑和智能手机连接到远程大型计算中心，我们就可以获得比单独一台电子设备强大得多的计算能力，还可以从世界任何一个角落获取我们存储在计算中心的数据和文件。但云计算也有致命弱点，这就是数据安全——存储在云端的数据容易受到黑客攻击。

不过，对最大的两个安全隐患，我们可能已经有了解决方案。麻省理工大学的科学家称，他们发明了一种方法，可以让服务器免受“内存访问模式分析黑客攻击”（memory-access pattern-analysis hack）和定时攻击（timing attacks）。简单地说，这个方法就是安装一种名为“飞升”（Ascend）的芯片，每当有远程服务器请求访问数据时，芯片可放出“烟幕弹”，迷惑对方。

即使对数据加密，计算机存储和访问数据的方式——它的内存访问模式，仍可能暴露令人不安的隐私资料。假设你在谷歌地图中搜索从美国波士顿到加拿大多伦多的行车路线，“通过分析内存访问模式，窃听者可以得知你的方位、行驶路线和目的地，”麻省理工学院的计算机专家克里斯托弗· 弗莱彻（Christopher Fletcher）说。

云端服务器也会因为进行特定计算所花的时间而泄露秘密。比如，当一个云端服务器收到指令，对比一名犯罪嫌疑人在监控录像中的照片与网络上的某些图片时，“虽然照片本身会被加密，逃过侵入者的眼睛，但云端的间谍软件仍然可以推测出，与监控照片相比较的网络照片是什么样子，”弗莱彻说。比较所需的时间可能反映了有关嫌疑人照片的某些信息。“长相相差很大的照片很容易区分，但要识别出外貌相似的人的照片，计算机需要更长的时间，”他解释说。

正因它们的隐蔽性，这两种攻击都特别危险。使用谷歌地图和分析犯罪嫌疑人的照片时，无论是否受到黑客入侵，人们最后得到的结果都是一样的。“因此，人们并不知道自己的信息安全受到了威胁，”弗莱彻说。

为了防范内存访问攻击，一台服务器在向某个地址请求访问数据时，可以同时访问它所知的所有地址。访问完成之后，再将其他数据统统删除。但这种方法的弊端显而易见：耗时太长，因此不怎么实际。

“飞升”芯片采用了一种更为经济的做法。首先，它将一份可能访问的数据分配到数据网络上的任一节点。当一台计算机要向某个节点（比如多伦多的一个地址）访问数据时，它必须向网络中与此相连的所有节点都发出访问请求。因此，通过网络中的任何一条访问路径，侵入者都无法判断这台计算机真正想访问的是哪一个节点。而且，“飞升”芯片还可以经常转换节点，增强安全性。

“飞升”芯片阻击定时攻击的方法更简单：它会以固定时间间隔，向计算机内存发送请求。弗莱彻说，“哪怕计算机的处理器繁忙，不需要任何新数据时也是如此。这样，入侵者就无法判断计算机获取特定信息时花了多少时间”。

安全性的提高是有代价的：“飞升”芯片在处理用户常用的普通程序时，耗费的时间是常规服务器芯片的6倍。这就好像与现在的反应速度相比，谷歌要多花好几秒后才能给出反馈，”弗莱彻说。更大的问题在于（至少目前看来），“飞升”芯片仅在理论上存在。2013年6月在以色列特拉维夫召开的计算机体系结构国际研讨会上，弗莱彻和同事详细介绍了“飞升”芯片的结构设计，芯片建造工作也已在进行中。他们希望能在2015年初完成芯片原型的制作。

在发展中国家，因为制造条件或保存条件不当，再加上各种假冒伪劣药品，有近30%的药物质量堪忧。这些伪劣药物可能引发严重副作用，甚至导致死亡。不过，要分辨药品的质量优劣，仍是个不小的挑战。不少国家缺乏监管和常规检查。测试仪器也相对匮乏、笨重、耗资不菲，还需要对医护人员进行大量培训——即使如此，也只能提供药物中部分成分的信息。

美国波士顿大学开发了一种名为“药物检查”（Pharma-Check）的新型装置，更为便携、廉价，而且可以提供更多信息。这个工具盒大小的装置可以检测药物中活性成分的浓度，以及它们从药物中释放的速率。正是对释放速率的检测能力，将这项技术与一般技术区分开来，领导这项研究的生物医学工程师穆罕默德·扎曼（Muhammad Zaman）说道。如果活性成分释放速率过快，可能会造成用药过量，危及病人生命。

使用“药物检查”时，首先需要将药物溶解于几百毫升水中，然后向水中加入第二种溶液（检查工具中已经备好的）。这种溶液名为荧光探测剂（fluorescent probe），可与某一种或某一类药物中的活性成分结合。随后，探测剂与溶解的药物会在测试硅片上的微小通道中发生反应（硅片由硅和聚合物制成，并在上面蚀刻出微小的通道），发出荧光。

传感器接收到光信号后，相应的软件就可以根据信号强度，计算出药物成分的浓度。监控信号随时间的变化情况，即可知道相应成分的溶解速率。这样，几分钟内，医生、监管官员或卫生工作者就可以明确判定药物是否安全。

2013年冬天，在国际援助项目“改善药物质量”（Promoting the Quality of Medicines）的帮助下，扎曼在加纳和印度尼西亚对“药物检查”的原型机进行了测试。目前，该团队已经制作了三种抗疟疾和抗菌药物的探测剂（这几种药物是最有可能出现劣质药物的）。他们还准备增加子宫收缩剂（用于引产）、抗肺结核药物和抗HIV药物的探测剂。

研究人员需要为每一种活性成分设计探测剂，而且“药物检查”每次只能检测一种成分。另外，它也无法直接检测其他无用成分，如廉价的填充剂。不过，由于杂质（填充剂）的存在往往会影响活性成分的释放速率，因此“药物检查”还是可以间接证明它们的存在。

“药物检查”只是微流体学（在直径小于一毫米的管道内操纵液体的技术）取得的重要进展之一。扎曼说，“放在10年前，‘药物检查’这样的装置是难以想象的。”未来，这种所谓的“芯片实验室”也许能用来检测膳食补充剂或兽药，甚至快速检测血液或唾液样本。

其他科研人员也在开发检测劣质药物的方法。比如，美国圣玛丽学院和圣母大学的化学家发明了一种试纸，使用者润湿试纸，在上面抹擦药物碎屑，试纸就会产生各种颜色，据此可以确认药物的成分。

如果小型药厂、药店、医院，以及医务人员和政府监管人员都配有此类测试工具，那么在药品传输链上的每个环节，我们都可对药物质量进行检测。这种严格的检查可大大减少低劣仿制药的出现，防止网上售卖的假冒流行药品（如万艾可）流入发展中国家。

近年来，科研人员一直在努力发展柔性电子显示屏，如果取得成功，就意味着我们将拥有可卷曲的平板电脑，以及带有可拉伸屏幕（嵌入衣料纤维中）的衣服。目前，最大的困难是找到一种延展性良好的超薄底层（或基底，显示屏构筑其上）。聚合物发光二极管（PLED）是有机发光二极管（OLED）的一种，只有几微米厚，由它制造的柔韧显示屏可以在昂贵奢华的超薄电视中找到。但问题在于，它们需要构建在塑料或玻璃基底之上，而这些基底的厚度往往是PLED的1 000到10 000倍，而且它们也不易弯曲。

不过，通过改进制备工艺，我们可以告别这些厚重、柔韧性差的基底。一个由澳大利亚和日本科学家组成的研究团队，通过“即剥即贴”（peel-and-stick）技术，成功制造出只有2微米厚的聚酯薄膜——厚度仅为厨房中常见的塑料薄膜厚度的几分之一。

首先，他们将一层1.4微米厚的聚酯薄膜贴在坚硬的玻璃上，这层聚酯薄膜将作为PLED的基底。奥地利约翰尼斯·开普勒大学的材料学家马修·怀特（Matthew White）表示，聚酯薄膜与我们贴在智能手机或平板电脑屏幕上的塑料保护膜有些相似。“我们在不久前才意识到，我们可以借鉴这种方法，将其运用在设备制造中，将基底的厚度推到极致。”

聚酯薄膜就位后，怀特和同事将PLED沉积到薄膜表面。PLED由三层材料组成：一层100纳米厚的金属电极；一层200纳米厚的透明电极；二者之间，还有一层225~330纳米厚的发光层。这三层材料都置于聚酯薄膜表面后，研究人员将它们整个从玻璃上剥下来。这种方法得到的显示屏轻盈、柔韧，压不皱，和厨房里的保鲜膜一样。

将PLED沉积在薄薄的橡胶基底上，就得到了可拉伸的显示屏。理论上，显示屏的拉伸度完全决定于基底的拉伸度。

2013年夏天，科学家制备了两块柔性的8像素PLED显示屏，一块发红光，一块发橙光。每个像素长6毫米，宽3毫米，远大于如今高清屏幕的像素大小。不过，在亮度上，这两块PLED接近达到显示质量。研究人员也相信，他们很容易就能进一步缩小像素。

这种显示屏要进入市场，还有不少阻碍亟待解决。最大的挑战在于，金属电极在空气中不稳定，不到一小时，屏幕像素就开始变暗。此项技术要迎来黄金时期，还需要新的材料。此外，目前这种屏幕的能效仍然不高。不过怀特表示，他们的团队已经确定一个方向，可以把能效提高到和普通照明灯一样。

在尼泊尔的农村，婴儿出生时，往往用一根粗棉线将切断的脐带绑住。在许多文化中，人们用灰、油、泥巴甚至粪便擦拭脐带残端。在发展中国家，常常可以见到助产士不洗手，用未经消毒的小刀、剪刀、刀片甚至碎玻璃切断脐带。切下不久的脐带极易滋生细菌，正因为上面这些做法，发展中国家新生婴儿面临的最大威胁便是感染。

传统医学观念一直认为，脐带残端在自然脱落前都不需要特别处理。这种做法在西方医院的无菌环境里运行良好。然而，在发展中国家，医生们开始反思这种做法是否妥当。如果用洗必泰（Chlorhexidine，一种便宜、常见的抗菌剂）处理脐带残端，每年可拯救50万新生儿的生命。

洗必泰已经在医疗手术中使用多年，有效、安全、使用简单，且无需冷藏。它比一般肥皂水的杀菌能力更强，但刺激性比其他抗菌剂要弱。洗必泰也不昂贵：一支一次性管剂仅需23美分。

2002年，约翰斯·霍普金斯大学的公共卫生研究员卢克·马拉尼（Luke Mullany）及其同事，在尼泊尔开展了一项实地试验，试图确定使用抗菌剂对新生儿的死亡率是否有显著影响。结果十分明确：如果在出生第一天就在脐带残端轻涂洗必泰，新生儿死亡率会下降24%。

研究人员估计，如果洗必泰在欠发达国家得到广泛使用，不论是在家中生产，还是在新生儿死亡率较高的医疗机构，夭折的新生儿中大约有六分之一可以幸免。北卡罗来纳大学教堂山分校的新生儿专家卡尔·博斯（Carl Bose）没有参与这项试验，但他说：“这个措施有机会改变整个格局。”

在尼泊尔，大多数婴儿在家中出生。医护工作者已经开始在该国75个地区中的41个，向孕期最后一个月的孕妇免费发放一次性洗必泰硅胶管。直到目前，这项计划都由西方组织主导，但尼泊尔政府打算从2013年起，拨款资助这项计划，并在2015年前在全国范围内发放洗必泰。类似的试点计划在尼日利亚、桑给巴尔和赞比亚也在进行中。

据说，对于在家庭环境中出生（死亡率高）的婴儿，世界卫生组织将正式提出建议，在出生首周内使用抗菌剂。支持者称，这是个明智的决策，但也指出，世界卫生组织仍在资源贫乏的地区推荐“干燥脐带护理”法（dry cord care，不对脐带残端进行特别处理）。他们认为，世界卫生组织也需要在这些环境中推广洗必泰。

虽然使用抗菌剂会增加脐带残端脱落所需的时间，但研究表明这不会带来额外风险。博斯表示，“如果世界卫生组织不专门建议某件事情，那么它们通常不会发生，导致时机错失。”

本文译者 曹晨巍是香港城市大学物理及材料学系博士研究生。