中国前沿科技领域不断取得新突破：首块石墨烯太赫兹芯片、首个人体CRISPR试验、高端金属零件3D打印
来源：水木然 （smr669），作者：水木然
从“蒸汽机”、到“发电机”、再到“计算机”，这三大科技进步先后使人类发生了三次工业革命，每一次世界都会发生翻天覆地的变化。
现在“智能化”正在推动人类的下一次工业革命。
那么智能化的关键点在哪里呢？我们以“智能手机”为例，“智能手机”是智能时代的开端产品，作为人类行为和交往的基本工具，它的革新可以直接影响我们的效率。
我们都知道，“智能手机”中有大量芯片，比如音频芯片、视频芯片、电源管理芯片、ISP芯片（拍照用）、WIFI芯片、CPU、GPU、基带等等，人们对智能手机的性能的要求越来越高，尤其是续航能力，所以这些芯片的负荷也就越来越高。但是在在材料没有更新的情况下，所有的改进都是量变而不是质变。
现在芯片的材料都是硅，硅的极限宽度是七纳米，已经临近边界。
因此这场变革的临界点落脚到了材料的创新上面。
首先，我们来认识一下大自然最基本、最神奇的元素——碳
碳，是生命的基本单元。碳原子一个一个的排列，演变成氨基酸、核苷酸，然后再一节链一节地接长，演变成为蛋白质和核酸，进而演化出细胞，最后组成了虫、鱼、鸟、兽、猴子、猩猩、直至人类。可以说“碳”是生命世界的栋梁之材。
没有碳，就没有生命。世界上已经回荡了三四十亿年的生命交响乐，可以说其主旋律就是“碳：元素的化学演变。
既然碳元素那么神奇，它形成的物质也不同凡响。碳原子的排列方式不同，就组成了不同物质。
我们平常所说的钻石（金刚石），就是由碳原子组成的。碳原子排成四面体，碳原子位于四面体的角顶及中心，具有高度的对称性，于是形成了金刚石。
但金刚石由于是天然物质，因此含有杂质。
但碳元素形成的另外一种物体石墨烯（Graphene）就不同了，它是完全纯洁的物体。虽然也是由碳原子组成（跟钻石是同素异形体）。但是石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，石墨烯是由一层碳原子构成的二维碳膜（只有一层原子厚度），它是世界上唯一只有一层原子构成的物质，特殊到必须用量子场论才能描绘。
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家将它成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，因此2010年诺贝尔物理学奖。
铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起，而碳纳米管就是石墨烯卷成了筒状。
在塑料里掺入百分之一的石墨烯，就能使塑料具备良好的导电性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。
科研人员还发现，细菌的细胞在石墨烯上无法生长，而人类的细胞则可以正常生长。
由于石墨烯的电子在一个平面内，其运动速度达到了光速的三百分之一，远远超过了电子在一般导体的运转速度，所以导电性极佳。如果用石墨烯制作电容装置，它的充放电速度是锂电池100倍——1000倍，石墨烯手机充电时间只需5秒，电池就满档，可以连续使用半个月!石墨烯电池只需充电10分钟，环保节能汽车就有可能行驶1000公里!
很多人抱怨智能手机用不多久就得一天充几次电，但不久之后“一天一充”的现状将成为历史，充电宝也将被新技术所淘汰。
同时，就好比金刚石是地球上天然存在的最坚硬物质，石墨烯也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。
根据这个性能，比尔盖茨甚至提出要制定出新是带安全套的计划，并给了英国曼彻斯特大学10万美元基金，以研发更薄更坚韧的安全套。
在信号传输方面，石墨稀的电子传输速度极快，它制造的处理器频率有望达到1THz以上，是目前硅芯片的100到1000倍。根据IBM的研究人员们在《科学》杂志上展示的石墨烯晶体管，其最高射频速度高达100GHz（每秒1000亿次循环），而此前的最好成绩是40GHz。
在承受性方面，石墨烯可承受1 亿~2 亿A/cm2 的电流密度，这是铜耐受量的100 倍左右。
在信号感应方面，石墨烯由于有巨大的表面，所以对周围环境极其敏感，传感极为灵敏，即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到，从而捕捉到微小的电阻变化。据新加坡一个科研团队展示的科研成果，石墨烯感光元件的性能比传统传感器强1000倍，在昏暗的光线环境中，这类传感器依然能够捕捉到较为清晰的物体影像。
除此之外，有研究者试着用石墨烯纳米带来制成量子点，他们在纳米带的某些特定位置改变宽度，形成量子禁闭。
在军事方面，美军在轰炸科索沃的军事行动中就曾大量使用石墨炸弹，早在海湾战争时期，美军就在伊拉克使用这种石墨炸弹来瘫痪萨达姆政府的供电设施和通讯网。最后使伊拉克全国供电系统85%瘫痪。
而中国也在2009年宣布造出了石墨炸弹，以250公斤集束炸弹为载体，内装填147枚碳纤维子弹药，每一枚包含32束碳纤维。据了解一枚国产石墨炸弹炸弹可以覆盖6000平方米的范围，可以有效的瘫痪敌人城市的电力系统。这让美国大吃一惊。
放眼未来，互联网正在升级到物联网，无论是5G还是智能时代，未来一定是万物互联的。这就对智能设备材料的性能、传感性、敏感度都提出了更高的要求，目前来看石墨烯已经做好了充分的准备，是最好的基础材料，石墨烯才是万物互联的基石！
因此石墨烯被称为“黑金”，对于未来的超级计算机来说，石墨烯也有可能成为材料备选。科学家预言石墨烯将改变人类的21世纪。
鉴于石墨烯所蕴含的无限应用潜力，世界各国都在不遗余力推动石墨烯产业化发展。2011 年英国将石墨烯确定为今后重点发展的四项新兴技术之一，2013 年，韩国宣布将在国内形成石墨烯联盟。2013 年1 月，欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一，十年提供10亿欧元资助，将石墨烯研究提升至战略高度。全球已有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯研发。
此外，全球各大企业，尤其是通讯巨头都在争相投入，三星、苹果和谷歌公司开始积累各种与石墨烯有关的专利，未来的竞争之战已在实验室打响。
华为总裁任正非很看好石墨烯。他认为目前一些新技术新商业模式的颠覆还不足以动摇整个时代。这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代。
中国曾在80年代奉行“造不如买、买不如租”、“市场换技术”，因此中国集成电路产业遭到毁灭性的打击。在2015年4月，美国商务部决定对中国四家国家超级计算机中心禁售至强PHI计算卡，当时各种唱衰中国超算的声音不绝于耳。
然而就像毛泽东曾经讲过一句话——“封锁吧，封锁十年八年，中国的问题就解决了”！
据报道：中国现在已成功做出世界第一块石墨烯太赫兹芯片，而且世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”，已经在中国诞生。
泰晤士报指出，在截至今年初的逾2.5万件石墨烯应用专利申请中，近1/3来自中国。只有12件申请来自曼彻斯特。2015年全球石墨烯专利数据显示：排名首位的依然是中国，之后是美国、韩国、日本。
中国还有一个巨大优势：世界石墨的70％在中国。而且中国石墨的产地特别集中，其中６０％在黑龙江，黑龙江石墨的５０％又在鸡西，鸡西目前已探明石墨资源储量（矿石）约５．４亿吨，远景储量达８．５亿吨，显然产地越集中就越有利于石墨烯的开发。
预计到2020年石墨烯年产能将达到千吨级，全球石墨烯市场规模将超1000亿元，其中中国占比50%~80%，中国将在全球石墨烯产业中起到主导和核心作用。
水木然认为，如果石墨烯的作用被发挥出来，那么中国的大数据、物联网、云计算、智能设备等各项前沿产业也必定会取得惊人成绩，届时中国的移动电商、跨界电商、社交媒体、电子货币、移动支付等等的效率都会的大大的提升，“万物互联”的实现就不再是问题，这些影响最后都会作用于经济效率的提升。这就是石墨烯对中国的意义！
习大大在九次全国代表大会上指出：“科技是国之利器，国家赖之以强，企业赖之以赢，人民生活赖之以好。中国要强，中国人民生活要好，必须有强大科技。”
因为石墨烯的诞生地在曼彻斯特大学，去年习主席访英时曾参观曼彻斯特大学国家石墨烯研究院，由习大大牵线，华为随后宣布与之签署合作石墨烯研究项目，后来任正非在数次讲话中无比重视石墨烯技术。
中国科学家将进行世界首个人类CRISPR基因编辑临床试验
来源：生物谷（ID:BIOONNEWS)
作者：T.Shen
如今，中国科学家即将利用CRISPR–Cas9基因编辑技术将修饰后的细胞注入人体进行人类临床试验，这将是世界上首个在人类机体中进行的CRISPR试验。
进行这项研究的是来自四川大学华西医院（West China Hospital）的研究者Lu You（卢铀），他计划下个月在肺癌患者机体中检测利用CRISPR–Cas9修饰后的细胞的性能，这项临床试验已于7月6日获得了医院伦理审查委员会的批准审核。研究者卢铀，毕业于华西医科大学，长期从事肺癌和食管癌等胸部肿瘤放化疗和分子靶向治疗的临床与基础研究，肿瘤综合治疗及抗肿瘤新药临床试验研究。
来自宾夕法尼亚大学从事免疫疗法的研究人员Carl June表示，这或许是一项让我们很多人都非常激动的研究，同时也是一项将CRISPR–Cas9基因编辑技术推向人类临床试验的巨大进步。目前科学家们利用许多基因编辑技术来进行人类临床试验，其中包括研究者June进行的一项研究，他们当时利用基因编辑技术来帮助患者抵御HIV，June同时也是一项临床试验的科学顾问，这项研究计划利用CRISPR–Cas9修饰的细胞来用于癌症治疗。
上个月，由美国国立卫生研究院相关专家组成的顾问小组已经批准了这项研究计划，但该临床试验还需要得到FDA及大学伦理审查委员会的批准，美国的研究人员表示，他们将在今年年底开始这项研究计划。
这项在中国进行的人类临床试验将会招募转移性的非小细胞肺癌患者和化疗、放疗及其它疗法相继失败的肺癌患者，研究者Lu表示，目前针对癌症的疗法选择非常有限，而基于CRISPR的技术或将为多种疾病的患者带来光明，尤其是那些每天需要治疗的癌症患者。
研究者Lu的研究团队将从招募的患者机体提取免疫细胞-T细胞，随后利用CRISPR–Cas9基因编辑技术敲除细胞中的特殊基因，该基因所编码的蛋白PD-1可以扮演细胞检查点的角色，其可以对细胞发起的特殊免疫反应进行检查，从而抑制健康细胞被攻击。CRISPR–Cas9技术可以同分子向导配对来识别出携带特殊酶类的染色体上的特殊遗传序列。
随后研究者在实验室中扩增被基因编辑的细胞，并将这些修饰后的细胞重新注入到患者的血液中，这些工程化的细胞就可以在患者机体中进行循环并且“游入”癌症组织中；即将在美国进行的临床试验也利用了类似的方法来敲除编码PD-1的基因，同时研究者还计划敲除第二个基因，并在细胞重新注入患者体内之前插入第三个基因。
去年，FDA批准就已经批准了利用抵御肺癌的基于两种抗体的疗法来阻断PD-1，但研究者很难预测这些抗体疗法能够阻断PD-1以及激活机体免疫反应的程度。相比较而言，以较大的把握来剔除关键基因阻断PD-1，同时通过扩大细胞的培养来增加反应的机会，这样或许比基于抗体的疗法效果要强很多，”来自纽约市斯隆凯特林癌症纪念中心的研究者Timothy Chan这样说道。
如今我们都知道，CRISPR技术可以对基因组中错误位点的基因进行编辑，但同时也会带来有害的副作用，来自华西医院的研究者Lei Deng表示，这项临床试验所使用的细胞将会由合作者之一的一家成都的生物技术公司进行检验和鉴定，从而确保修饰后的细胞在被注入患者机体之前其纠正的基因已经被敲除了。
由于这项技术可以靶向作用T细胞，而T细胞可以以多种非特异性的方式来介导多种免疫反应，因此研究者Timothy Chan担心，这种方法或许有可能诱导过度的自体免疫反应，从而使得细胞开始攻击机体肠道组织或者肾上腺及其它正常组织。如今研究人员从肿瘤特殊位点提取出了特殊的T细胞，因为这些T细胞可以特异性地攻击癌细胞；研究者Deng说道，该临床试验中靶向作用的肺癌肿瘤组织或许并不容易接近，如今我们将再次确保FDA批准的抗体疗法的作用，以使其不会产生较高比率的自体免疫反应。
研究者指出，目前进行的I期临床试验将会检测这种方法的安全性，Deng表示，我们将检测三种不同的剂量体系对10名患者的作用效果，同时我们计划逐渐增加患者的作用剂量，并且从一名患者开始进行研究，同时监测患者是否会出现副作用，并且密切关注患者血液中的标志物的水平，以此来揭示疗法是否在患者机体中发挥作用。
研究者Lu说道，进行审核的过程花费了半年时间，同时我们还需要投资大量的时间和人力，其中包括同医院内部的审查委员会密切沟通，而且NIH对其它CRISPR试验的批准同时也加强了医院内部审查委员会对这项临床试验的自信。
来自北海道大学的研究者Tetsuya Ishii说道，如今中国在CRISPR技术上发展迅速，已经获得了相当大的声誉；据研究者Lu介绍，他们也将会快速推进这项临床试验，因为他们经历过对癌症患者进行的临床试验疗法。
研究者June并不惊讶为何中国的研究队伍可以在CRISPR临床实验上走在世界前列，如今中国对生物医药研究领域高度关注。Ishii指出，如果临床试验一开始就被纳入研究计划的话，那么在CRISPR基因编辑领域中国或许会将进行一系列临床试验 ，比如对人类胚胎进行首个CRISPR基因编辑试验，以及开发出首个CRISPR编辑的猴子。
2015年我国中山大学黄军就教授同中山大学附属第一医院的周灿权教授就在Protein&Cell发表了他们的援救成果，文章中他们利用CRISPR/Cas9系统对人类胚胎基因组改造的研究结果，该研究一度引发了新一轮的伦理学争论。今年4月份，刊登于国际杂志the Journal of Assisted Reproduction and Genetics上的一项研究论文中，来自广州医科大学的研究人员利用基因编辑技术CRISPR/Cas9对人类胚胎进行了遗传性修饰用来抵御HIV，该研究也遭到一度热议。
最后研究者Lu说道，我希望我们是第一个进行这项临床试验的人，更重要的是，我们希望可以通过这项临床试验获得足够多的积极性证据。
华中科大研发成功具有锻件性能的高端金属零件3D打印
来源：（IDww_51shape_com),
本文新闻源自新华社
7月22日华中科技大学通报，由该校数字装备与技术国家重点实验室张海鸥教授主导研发的金属3D打印新技术“智能微铸锻”，近日成功3D打印出具有锻件性能的高端金属零件。有望改变国际上由西方国家领导的金属丝3D打印格局。
锻件性能
张海鸥教授主导研发的金属3D打印新技术名为“智能微铸锻”。张海鸥团队经过十多年攻关，大幅提高了制件强度和韧性，提高了构件的疲劳寿命和可靠性。不仅能打印薄壁金属零件，而且能打印出大壁厚差的金属零件，省去了传统锻压机的成本，通过计算机直接控制成形路径，降低了设备投资和原材料成本。
目前，由“智能微铸锻”打印出的高性能金属锻件，已达到2.2米长约260公斤。现有设备已打印飞机用钛合金、海洋深潜器、核电用钢等八种金属材料。
经由这种微铸锻生产的零部件，各项技术指标和性能均稳定超过传统铸件。同时，该技术以金属丝材为原料，材料利用率达到80%以上。由于这一技术能同时控制零件的形状尺寸和组织性能，大大缩小了产品周期。制造一个两吨重的大型金属铸件，过去需要三个月以上，现在仅需十天左右。
3D科学谷
Review
的确，随着航空产业不断的发展，锻造技术的瓶颈已逐渐显现，一方面是满足在大型复杂整体结构件和精密复杂构件的制造方面显现出技术的灵活性不足。另一方面，锻造的结构工件在随后的机加工过程中材料去除率达到70％之多，对于钛合金这样昂贵的材料来说浪费大。
洛克希德·马丁空间系统公司就曾经400万美元从Sciaky公司那里购买了一台EBAM 3D打印机，这台机器能够制造出直径近150厘米的燃料箱，将燃料箱的制造成本削减了一半。与金属粉末熔化技术不同，这项技术采用的原材料是金属丝。而在国际上，除了Sciaky通过电子束达到熔化金属丝的目的，还有Norsk Titanium的快速等离子沉积™技术用于金属丝的增材制造。
华中科技大学的“智能微铸锻”技术或类似于Sciaky的EBAM技术，这种以金属丝为原材料的增材制造技术，无需模具的自由近净成形，且全数字化、高柔性，打印的零件材质全致密、没有宏观偏析和缩松，具有较高的性能等都带来代替航空领域锻造技术的可能。在产业化方面，纽约州已与Norsk Titanium达成公私合作伙伴关系协议，纽约州投资1.25亿美元工业规模的3D打印工厂。
如果从实验室到商业化的转化顺利，华中科技大学张海鸥教授的这项技术或将改变由Sciaky和Norsk Titanium占主导的市场格局。
当然，与当前金属增材制造领域最常见的以金属粉为原材料的铺粉和送粉技术相比，3D科学谷认为华中科大这项技术与铺粉和送粉技术并无直接竞争关系。更多内容，请点击延伸阅读3D科学谷一张图看懂世界范围内金属3D打印。
科技才是推动社会前进的最根本动力，科技变革在前，商业变革在后，经济变革再随后，这才是世界进步的基本逻辑。
如果一项商业模式的创新，不是基于科技创新之上，经济就很容易形成泡沫。
而如果“商业”创新可以和“科技”创新相得益彰，经济危机的周期、拐点甚至可以被延长，这就是科技的真正魅力之处。
这就是科技、商业和经济之间的关系。
欧洲为什么会衰落？因为欧洲被第三次工业革命（互联网浪潮）抛弃了，所以债务危机日益严峻。
日本亦然，从上世纪80年代末开始，日本的电子工业和汽车工业的科技进步遇到了瓶颈，也同样没有刮起互联网浪潮，所以经济一蹶不振。如今拼命在智能科技方面努力。
美国经济为什么可以延迟到20世纪初？那是因为美国是第三次工业革命的倡导者，美国的科技一直在领跑全球，直到08年次贷危机之前。
中国为什么可以不断在世界历史舞台崛起？因为中国互联网的高速发展给中国经济的着陆预留了很多缓冲地带，这使中国有足够的时间调整自己。
今年在人民大会堂举办的全国科技创新大会上，坚持不炒饭房、不搞金融的任正非，向习近平总书记、李克强总理、两院院士的汇报，水木然提取了部分发言给大家欣赏：
《以创新为核心竞争力 为祖国百年科技振兴而奋斗》
从科技的角度来看，未来二、三十年人类社会将演变成一个智能社会，其深度和广度我们还想象不到。越是前途不确定，越需要创造。
华为已感到前途茫茫，找不到方向。华为已前进在迷航中。重大创新是无人区的生存法则，没有理论突破，没有技术突破，没有大量的技术累积，是不可能产生爆发性创新的。 华为正在本行业逐步攻入无人区，处在无人领航，无既定规则，无人跟随的困境。华为跟着人跑的“机会主义”高速度，会逐步慢下来，创立引导理论的责任已经到来。 对未来的探索本来就没有“失败”这个名词，不完美的英雄，也是英雄。 鸡蛋从外向内打破是煎蛋，从里面打破飞出来的是孔雀。 若这个时期时发生资本大规模雇佣“智能机器人”，两极分化会更严重。这时，有可能西方制造业重回低成本，产业将转移回西方，我们将空心化。 我们国家百年振兴中国梦的基础在教育，教育的基础在老师。教育要瞄准未来。未来社会是一个智能社会，不是以一般劳动力为中心的社会，没有文化不能驾驭。 今天的孩子，就是二、三十年后冲锋的博士、硕士、专家、技师、技工、现代农民。因此，发展技术的唯一出路在教育 ，也只有教育。我们要更多关心农村老师与孩子。让老师成为最光荣的职业，成为优秀青年的向往，用最优秀的人去培养更优秀的人。 任正非的发言用这八个字总结：科技兴邦，教育为本。 总之，中国和美国已经是第四次工业革命赛道上最领先的两个国家，（为什么中国可以在工业4.0时代领先，大家可以看我的另外一本书《工业4.0大革命》）。但是如今，无论美国还是中国，经济泡沫都很严重，美国的实体经济被金融掏空，中国实体经济被房地产掏空。在这种情况下，就看双方谁能更快更好的回归实体经济。因为中美的竞争，归根结底还是科技的竞争！本部分内容来源：水木然 （smr669），作者：水木然