纳米技术、干细胞研究、肿瘤早期诊断标志物、人类基因组测序，这些“高大上”的科技名词你了解几个？

习近平总书记指出：

多复变函数论、陆相成油理论、人工合成牛胰岛素等成就，高温超导、中微子物理、量子反常霍尔效应、纳米科技、干细胞研究、肿瘤早期诊断标志物、人类基因组测序等基础科学突破，两弹一星、超级杂交水稻、汉字激光照排、高性能计算机、三峡工程、载人航天、探月工程、移动通信、量子通信、北斗导航、载人深潜、高速铁路、航空母舰等工程技术成果，为我国成为一个有世界影响的大国奠定了重要基础。从总体上看，我国在主要科技领域和方向上实现了邓小平同志提出的“占有一席之地”的战略目标，正处在跨越发展的关键时期。

——《在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上的讲话》

（2016年5月30日）

纳米科技 NANOTECHNOLOGY

假如给你一根1米长的绳子，它的1/1000就是1毫米，这大约是一张银行卡的厚度，银行卡厚度的1/1000是1微米，空气中的污染物PM2.5就是直径小于2.5微米的颗粒，已经小到肉眼不可见。那么，再把1微米缩小至1/1000就是1纳米。在这个涓埃之微的尺度下研究物质的科技就是纳米科技。

纳米科技指在原子、分子或分子团簇尺度操纵物质的科学技术。原子的半径大约是0.1纳米。纳米科技的研究内容从科学界到工业界涉及相当之广，主要包括：纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。

对于宏观物质，当研究尺度缩小到纳米尺度（0.1～100纳米）时，性质会和它们在宏观时有天壤之别。例如，不透明的物质会变成透明的（铜）；惰性的物质可以变成催化剂（铂）；稳定的物质变得易燃（铝）；半导体变成了导体（硅）等。这些性质来自于物质在纳米尺度下所表现出的量子尺寸效应和表面效应。因此，当物质的体系缩小到纳米尺度时，即使宏观尺度下很普通的材料也会出现新的奇异性质。

不但纳米科学涉及多学科交叉领域，纳米技术付诸实际应用的领域同样不胜枚举，包括材料、能源、信息、制造业、生物及医药、化学及环境监测、农业等。纳米产品已经悄然走入了我们的日常生活，并将在未来成为重要产业领域。

当今，世界各国纷纷制订相关战略或计划，抢占纳米技术战略高地。美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，批准了“国家纳米科技基础结构网络计划”。欧盟议会向欧洲地区与国际社会发表一系列有关纳米科技的专案计划，宣示欧洲对于提高纳米科技竞争力的决心。日本也设立了纳米材料研究中心，想在纳米科技大发展的背景下分一杯羹。中国同样不甘落后，成立了国家纳米科学中心，将纳米科技列为国家重点基础研究发展计划（“973计划”），对相关产业进行大力扶持，剑指纳米科技或纳米产业的世界之巅。

干细胞研究 STEM CELL RESEARCH

在我们身上可能会有各种大大小小的伤口，虽然一开始很疼，但是它们最终都会愈合。那么我们要问：为什么手上掉了一小块肉，却还能长出一块新的来？原来是因为我们身上有一种叫做干细胞的东西，在身体需要的时候就能变成相应的细胞。比如，当我们的手被划破一道口子，干细胞就开始在伤口长成我们需要的肉，伤口就慢慢地愈合了。所以说，干细胞是一类未分化的细胞或原始细胞，具有自我更新和增殖能力，并可以分化成机体内至少一种成熟细胞。干细胞是一种未充分分化、尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和生物体的潜在功能，所以在医学界它又被称为“万用细胞”或“起源细胞”。其实，它就是细胞界的“备胎”。

按照其发育潜能的不同，我们可以将干细胞分为四类。

第一类是全能干细胞，具有无限的自我更新能力，除了可以分化出所有成体细胞或组织外，还可以分化为胚胎外的滋养细胞。第二类是多能干细胞，可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力，具有发育成完整个体的潜能，如胚胎干细胞（又称ES细胞）。第三类是定向的多能干细胞，可以分化出多种成体细胞或组织，但无法发育为完整的个体，典型的有造血干细胞和神经干细胞。第四类是专能干细胞，只能分化为一种或密切相关的几种细胞类型，如皮肤生发层的前体细胞。干细胞研究发展迅速，2007年，日本科学家山中伸弥发现通过外源诱导四个转录因子在人皮肤成纤维细胞中表达，可以获得类似于胚胎干细胞的多能干细胞，这种细胞被称为诱导型多能干细胞。

干细胞研究多次被《科学》杂志列入世界十大科技进展，是当前非常活跃且具应用前景的生命科学领域。然而，干细胞研究也涉及重大伦理问题，而且其安全性、有效性、可靠性尚待更多的临床实验研究来推进，还须更加规范合法地进行。

我国的干细胞研究起步较晚，但发展迅速。中国造血干细胞奠基人吴祖泽院士成功在世界上首次获得了人源性干细胞生长因子。2005年，我国首次报道自体骨髓干细胞移植治疗肝硬化。2013年，中国科学家首次成功从病人尿液中提取出神经干细胞。干细胞研究连续被列入国家重大科学研究计划“十二五”“十三五”专项规划，符合伦理标准、规范化的干细胞临床治疗正在逐步实现。

肿瘤早期诊断标志物

TUMOR MARKERS FOR EARLY DIAGNOSIS

肿瘤分良性、恶性两大类，二者的本质区别是后者会发生转移，恶性肿瘤等于癌症。在当今医学条件下，晚期癌症仍然很难被治愈，对抗癌症的关键在于“早发现，早诊断，早治疗”。但癌症早发现较难，如果CT或磁共振发现病兆，往往已经显著影响正常身体机能了，很多就已经基本失去了最佳的治疗机会。难道就真的没有办法做到早发现吗？

有种先进的诊断方法是通过筛查肿瘤标志物进行早期诊断。肿瘤标志物是什么？它指能够对肿瘤的早期诊断做出鉴定的人体内生化物质（蛋白质、DNA等），其存在与否以及在人体内的含量能够指出人体是否存在着相应的肿瘤。各种肿瘤标志物在种类和数量上都未必相同。

目前，随着生物学进入到精准基因组医学与生命健康医疗大数据的时代，通过发现分子层次上基因结构与功能的改变或者相应基因表达的异常行为，从而判断肿瘤的存在和发展阶段，也是肿瘤早期标志物的重要组成部分。虽然目前肿瘤标志物的分类方法还没有统一的标准，但在临床上，肿瘤早期诊断标志物基本可以分为以下几类：癌胚类抗原、糖蛋白抗原、酶类、激素类、癌基因类和与肿瘤相关的病毒等。

很多时候根据单一的肿瘤标志物并不能确定是否患有某种肿瘤，这时候就需要一次测定多个肿瘤标记物来增强诊断能力。而且，肿瘤标记物不是临床诊断的唯一依据，毕竟个体不同，还需要医生结合临床症状、影像学检查等手段综合考虑。

研究灵敏度高、特异性好的肿瘤早期诊断标志物是目前肿瘤学中一个重要学科领域。目前我国在肿瘤早期诊断标志物的研究和分类方面做出了许多原创性的工作。肿瘤标记物的开发和利用是目前国际上竞争非常激烈的一个领域，具有巨大的市场和应用潜力。

人类基因组测序 HUMAN GENOME SEQUENCING

听到“人类基因组测序”这个词，你的脑海里想必会冒出“曼哈顿原子弹计划”和“阿波罗计划”，这是人类科学史上又一伟大工程，被誉为生命科学的“登月计划”。

自从1953年沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构，开启了分子生物学时代，人类对基因结构和功能研究越来越深入。人体细胞核中有23对共46条染色体，正常情况下，一条染色体只有一条DNA（脱氧核糖核酸）分子组成。DNA分子有四种类型的脱氧核苷酸，分别由四种碱基类型决定：A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）和T（胸腺嘧啶）。基因是DNA分子上具有遗传效应的片段，或者说是遗传信息的结构与功能单位，基因组指的则是一个物种遗传信息的总和。

1986年，诺贝尔奖得主杜尔贝科在《科学》杂志撰文指出，人类基因组全核苷酸顺序的测定将有助于肿瘤问题的彻底解决，很快得到了国际社会的响应。如果将人体细胞中30亿个碱基的序列全部弄清楚后，对人体这个复杂的系统会有更好的认识，针对基因缺陷的基因疗法也会更有前景。随着我们对人类本身的了解迈上新台阶，很多疾病的病因将被揭开。

1990年由美国牵头，英国、日本、法国、德国等国相继加入，正式启动了“人类基因组计划”。该计划通过对人类基因组约30亿个碱基对序列的精确测定，探寻所有人类基因并确定它们在染色体上的位置，解读人类的全部遗传信息。人类基因组测序的核心内容是构建DNA序列图，即分析人类基因组DNA分子的基本成分——碱基的排列顺序，并绘制成序列图。

中国在1994年后启动了重大基因测序研究项目。并于1999年加入“人类基因组计划”，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb（百万碱基对）区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1%。2000年，人类基因组草图完成，2003年，精细图谱完成。