2022全球前沿科技热点研究报告

2022全球前沿科技热点研究TechnologiesinFocus科睿唯安I编委会成员顾震宇杨荣斌鹤瞿丽曼项目组成员研究单位：陈晖薛亮杜渐盛阳 (按姓名笔划顺序排列)杜渐陈晖邓桦宋凯宋鸿张耘第Ⅰ部分：前沿科技热点研究综述 1研究的框架、方法与数据 12.前沿科技热点研究结论概述 4第Ⅱ部分：前沿科技热点解读 7 1.量子互联网(QuantumInternet) 72.三维异质集成(3DHeterogeneousIntegration，3DHI) 153.生成式AI(GeneretiveAI) 204.元宇宙(Metaverse) 245.Web3.0(Web3.0) 31 6.AI分子发现与合成(SynthesisofMoleculesAidedbyAI) 377.生物铸造厂(Biofoundry) 428.光免疫疗法(Photoimmunotherapy) 469.环状RNA(circRNA) 48 10.石墨炔(GraphdiyneorGraph-n-yne) 5311.闭环塑料(Closed-loopPlastic) 59I12.储能纤维(Energy-storageFibers) 63 13.高效钙钛矿太阳能电池(HighlyEfficientPerovskiteSolar-cell) 6714.虚拟电厂(VirtualPowerPlant，VPP) 7015.绿色制氨(GreenAmmoniaProduction) 74 16.卫星通信(SatelliteCommunication,SatCom) 79 17.零碳排放(NetZeroCO2Emission) 8518.微塑料处理(MicroplasticsTreatment) 88 19.软件定义汽车的制造(SDVanditsManufacturing) 9120.柔性感知机器人(FlexibleSensingRobot) 951上海图书馆(上海科学技术情报研究所)长期跟踪新兴前沿科技发展，本沿科技发展的热点。领域是存在领头羊效应的，无论从科技研发的投入规模还成果来看，欧美日以及部分新兴经济体的科技发展战略都应多有影响力的咨询机构长期关注新兴技术及其商业模式的对专利数据库进行分析，确定相关领域的前沿技术2四是利用科睿唯安(ClarivateAnalytics)的EssentialScienceIndicators(ESI)要包括互联网上的权威科技期刊、综合性科价值和新颖性，更能代表新兴技术和最新研究突破，可以运焦互联网科技媒体，依托网络丰富的信息数据资源构建1报研究所(ISTIS)编制简述如下。 或资助的理和总结。对这些战略或规划文献，其选择原则主要告，3 (2)主流咨询机构相关报告的分析这些咨询机构一般都按一定发布同一主题的报告。8家机构分别是：高德纳咨询公司(Gartner)、麻省理工学院(MIT)、世界经济论坛(WorldEconomicForum)、国际商业机器公司(IBM)、CBinsight、阿里巴巴达摩院、德勤(Deloitte)和埃森哲(Accenture)。 (3)技术专利文献分析C TAND(@datepublishedfrom01/01/2021to06/20/2022)。 (4)学术论文的聚类分析科睿唯安EssentialScienceIndicators(ESI)数据库中涉及自然科学的19个学科ESI高被引论文作为数据源，运词聚类分析，对得到的聚类核心文献进行手工梳理，由此得到各 4根据业界领导力(要考察科技媒体本身的专业性和权威性。另外，参考美memeLeaderBoards本大小可处理性等原则，2.前沿科技热点研究结论概述领域的研发人员的意见。本轮研究最终确定的“2022全球表Ⅰ-12022全球前沿科技热点行业(项数)信息技术(5)mInternet三维异质集成(3DHeterogeneousIntegration,3DHI)元宇宙(Metaverse)生命与健康(4)thesisofMoleculesAidedbyAI生物铸造厂(Biofoundry)光免疫疗法(Photoimmunotherapy)材料(3)石墨炔(GraphdiyneorGraph-n-yne)闭环塑料(Closed-loopPlastic)储能纤维(Energy-storageFibers)5行业(项数)能源(3)高效钙钛矿太阳能电池(HighlyEfficientPerovskiteSolar-cell)虚拟电厂(VirtualPowerPlant,VPP)绿色制氨(GreenAmmoniaProduction)空间及交通运输(1)liteCommunicationSatCom生态、气候与环境(2)零碳排放(NetZeroCO2Emission)微塑料处理(MicroplasticsTreatment)先进制造及其他(2)软件定义汽车的制造(SDVanditsManufacturing)柔性感知机器人(FlexibleSensingRobot)资料来源：上海科学技术情报研究所(ISTIS)编制点研究已经日渐夯实量子互联网的基础，我们迟早终会步入量mRNA间。脑神经学、社会科学等学科之大成者的人工智能(AI)，近年来在向多领域的应I6现去中心化的新型互联网；元宇宙(Metaverse)是虚拟现实/增强现实/混合现实 (VR/AR/XR)技术的递进与扩展[1]。相应的技术创新一直处于较为活跃高效钙钛矿太阳能电池、储能技术(包括与储能相关的材料技术)等都是研发研发的重点领域。于本项研究的惯例，我们每一轮对热点的选择有一定的数量限额，且为了给报告增加一定的新鲜感，括其在数字货币上的应用)、基因编辑、二维材料等，在后续的研究中根据其进展会重新加以介绍。7部分：前沿科技热点解读1.量子互联网(QuantumInternet)量子革命，其设想了许多量子计算机相互连接并相互交换“量联网定义换一些信息。从理论上讲，这将为量子互联网提供前所未8 (量子bit)交换的信息网络，与经典(现有的)互联网有着本质的不同。②量子互联网不会取代经典互联网，而是对其的补充(图Ⅱ-01-01)。图Ⅱ-01-01量子互联网与现行经典互联网功能比较资料来源：上海科学技术情报研究所(ISTIS)编制量子互联网的组成与必要技术上传输。未来，强大的中继器也可能兼作量子网络中的长距测量单个量子比特节点，也9小型量子计算机。⑤使用量子中继器进行长距离纠缠分布(地面和空间)，允图Ⅱ-01-02量子互联网的基本构成量子互联网发展方式、应用及现有成果图Ⅱ-01-03量子互联网发展的各个阶段及已知应用示例网的道路上取得的进展。由于美的国家，因此这些进展也可视为目前量子互联网研子网络中，最终用户接收并测量量子态，但不一定涉及纠括不受信任的节点之间的交换，这些节点对时序波动、量子比特丢失和错误的容忍度(相对较)更高。该类量子网络的一个例子已经在田纳西州Chattanooga地区，使用量子加密护关键基础设施，例如电网。量子网络中，任何两个最终用户都可以获得纠缠态，需式端到端创建量子纠缠，以及局部测量。这些网络通过支持实现与设备无关的协议(例如与设备无关的量子密钥分发和双方加密)来提供功能。对波动、损失、误差的容错低于前一类(里程碑1)。存在经典网络该类网络的一个例子是美国伊利诺伊州快车量子网络(IEQNET)。这个网由地理位置分散在芝加哥大都市区的多个站点组成，这些站点包括西北大学 NUStarLight0号的西北通信交换点)、费米实验室(FNAL)、和Argonne国家实验室(ANL)。每个站点都有一个或多个Q以执行量子通信和测量。Q节点通过光纤连接到支持包含两个逻辑上独立的量子局域网(Q-LAN)：Q-LAN1和Q-LAN2，并计划将SnetStarLight之间的其他暗光纤连在量子存储网络这类量子网络中，任何两个最终用户(节点)都可以获取并将量子信息传送给彼此。终端节点可以对它们接收有限的云量子计算，因为它允许能够准备和测量单个量平台，对BrookhavenLab(布鲁克海文实验室)–SBU(纽约州立大学石溪分校)ESnet019年4月实现了美国最长距离纠缠分布实验，覆盖了约BU SBUESnetBrookhavenLabSBU子网络原型。而且通过使用量子存储器来增强飞行光子对偏振纠缠的换点。计划中长岛量子网络扩展到纽约市，将使用一系缠源、六个量子存储器和两个纠缠交换站，预计这将成子中继器网络，同时也为全国范围的量子保护信息交换图Ⅱ-01-04长岛量子网络扩展到纽约市计划的网络配置和量子网络技术已经集成。量子中继器的成功串联和大的多机构项目探索了如何设计和构建基础设施，以建立一个到运营基础设施施并将其实现为量子互联网的完整原型，联国防部，国家安全局，美国国家航空航天局(NASA)和美国国立卫生研究院)互和集成尤其重要。在寻求这些联盟的同时，应通过大型光通信公司的密切合作来鼓励新方向和衍生应用的。主要国家大型量子互联网研发项目和优势比较，但近年来，一并取得重要成果的国家，正在启动以“构筑量子互联网的试自欧盟量子旗舰(EUQuantumFlagship)启动以来，欧洲量子互联网联盟 学和巴黎量子计算中心于2017年成立，由40个学术机构、电信运营商、系统两个都市地区的用户，以构建“欧洲制造”的量子互联网建立两个城域网络，包含量子处理器和光子客户端，使用光纤主干链路。这个网络将是完全可编程的，允许使用独硬件支持的任何应用。第二个目标是为欧洲量子互联网创转化为创新应用的平台，包括对企业家的支持、知识产权才、用例开发，以及将学术和工业界专家聚集一堂的技➢德国n如2020量子互联网。为了配合这一更新，美国能源部(DOE)和美国国家科学基金会 (NSF)分别于2020年7月和8月宣布了各自的项目。这两个项目均支持从基 (ANL)和Brookhaven国家实验室为中心进行实施。代表性的项目是Q-NEXT。中心的互联网联盟，旨在开发大都市尺度距离的纠错量子网奠定基础。该中心在亚利桑那州图森和波士顿的两个地点安验和全光量子中继实验，展示了以量子互联网为目标将量子子Gbit的人类基因组测序数据，据称这皮书km支通信网。表Ⅱ-01-01主要国家量子互联网研发优势比较(TODO须注明来(2017)、NV中验证明全光架构(2015-2018)器(2018-)加力(DoE/NSF)2021.【参考文献】[1]WhiteHousewebsite.Astrategicvisionforamericasquantumnetworks[R].2020.QuantumInternetAVisionfortheRoadAheadScienceno.6412(2018)rgfilesqitfwhitepaperpdf2.三维异质集成(3DHeterogeneousIntegration，3DHI)CMOS”经过数十年的发展，已经开始面积缩小、功耗降低(PPA)放缓。成为集成电路技术创新的重要方向之一。2022年美国国防高级研究计划局 (DARPA)启动下一代微电子制造(NGMM)项目，该项目将三维异质集成作为下一代微电子制造的关键技术，并提出建立美国三维异质集成微系统(3DHI)制造的组件堆叠在一个封装中，形成一个在功能和性能方面具有革命性改进的料的器件集成到一个封装内，如：硅基数字处理电路与GaN射频、功率器件集Die的降低。的发展现状及态势➢EDA(电子设计自动化)工具经验数据，难以达到理➢小芯片(Chiplet)Chiplet将一个系统单芯片(SoC)设计拆分成许多不同功能区块的小芯片，动小芯片间通用互连传输标准(UniversalChipletInterconnectExpress，UCIe)，协议、软件堆栈等标准，可以实现小芯片即插即用(PlugandPlay)，大大提高设计的灵活性和通用性(图Ⅱ-02-01)。图Ⅱ-02-01Chiplet产业联盟的成员构成及其贡献技术，在CMOS制程之后和后端制程 MOS。TSV核心技术是深硅刻蚀(微孔的批量刻蚀)和TSV孔内导电材混合键合技术(Hybridbonding)，是通过热处理实现由介电材料(DielectricMaterial)间隔的高密度Cu衬垫的直接连接。具有超短互连间距，超高互连密术发展的竞争态势心(IMEC)等机构支持开展了大量3DHI的研究项目。DARPA先后设立硅上化合物半导体材料(COSMOS)、多样化易用异构集成(DAHI)、通用异构集成及IP复用策略(CHIPS)、下一代微电子制造(NGMM)等项目，持续、系统地支封装和芯片设计协同优化继续摩尔定律演进。公点间距可达50-36μm。此外，英特尔还在研发下一代FoverosOmni和FoverosDirect技术。前者支持分拆芯片(diedisaggregation)设计，为芯片到芯片的互块化设计提供更高的灵活性；后者实现了由传统凸点焊接到铜对铜直接整合扇出型封装(InFO)，2.5D片上晶圆基板(CoWoS)封装，以及3D集成片上系统(SoIC)等封装技术。台积电CoWoS在芯片与基板中间加入硅中介层，实现重新布线及高密度互联；SoIC采用无凸点(noBump)直接键合技术，实采用硅中介层的2.5D封装方案，能够将一个或多个逻辑芯片(CPU、GPU等)和多个高带宽内存(HBM)芯片水平集成在硅中介层上。R-Cube则是三星的低决方案，专用于需要高性能和大面积封装技术的高性能计算(HPC)、人工智能表Ⅱ-02-01主要芯片企业三维异质封装技术发展概况5D/3DB18D中122.5D中M15D+2.5D高AMD/NVIDIA/Hynix/lMC2高Micron/SAMSUNG/IBMARMMicrosoft12中highendSmartphoneFoveros18中MIB19高CSoIC20mobiledevicesX-Cube20高mobiledevicesFoveros23Foverosrect23ISTIS编制DIC晶圆减薄抛光一体机已进入生产验证；分析平台。化的前景可以实现以chiplet形态提供硬IP核产品。这一方面将有助于更多系统公司通过、前段工艺和【参考文献】[1]SEMI.HeterogeneousIntegrationRoadmap[R].2021.DARPANextGenerationMicroelectronicsManufacturingNGMM[R].2022.8.3.生成式AI(GeneretiveAI)括文本、图像、视频和音频等)、合成数据和物理对象模型等。生成式AI被认虚拟现实、数字孪生等，能降低相关边际成本，产生巨大的生产训练数据集实施行人监测等。的发展现状及态势随着深度学习算法及图形处理等技术的不断突破取得了显著的进，生成式AI进入快速发展阶段，随着生成式对抗网络(GAN)等深度学习算法的提出与迭代，生成内容成高质量图片的StyleGAN容。随着深度神经网络技术在大模型、多模态等方面的突破，推动生成式模型主要有生成对抗网络(GAN)、识别与提取器(Transformers)、变分自编码器(VAE)等，自回归模型(ARM)以及零/单/少样本学习等也正在推动生与任务。例如，无监督学习的生成对抗网络(GAN)通过使用生成器和鉴别器这两调，仿人类认知，对输入数据重要性进行测量，用以判断关键decoder，解码数据。on。生成式AI的优势在于：①生成的合成数据(Syntheticdata)能大幅提高稀缺数据，使用合成数据可以增加训练的数据量，以提升机合成数据是数据增强的低成本有效工具，也是一种隐私匿名AIAIAI服务、芯片制造等造、恶意软件、欺诈等，将会减慢其在部分行业的渗透速AI合了多个碎片化、专业化技术及产品的工具组合，易用性发展的竞争态势谷歌公司(Google)近期也密集发布了一系列生成式AI模型。2022年上半级超采样，从而提高图像分辨率；Parti则属于自回归英伟达(NVIDIA)近年聚焦元宇宙等数据生成应用场景，推出了图像生成GauGAN、交互式AI化身生成平台OmniverseAvatar、合成数据生成引擎OmniverseReplicator，以及DLSS深度学习超级采样技术(DeepLearningSuperUWAInfinity化的前景AI创新，预计将会在构建元宇宙中大展拳脚。生成式实图打印等技术绘制假肢、有机分子，将MRI(磁共振成像)转化为CT等。如DeepMindAlphaFold0万个物蛋白质3D结构；2021年，国内的英矽智能科技公司(InsilicoMedicine)利用生成式AI全球率先生成和发现具有全新治疗靶点的分子；IBM目前正在使用生成式AI研究抗菌肽(AMP)以找到新冠肺炎治疗药物。Gartner，借助音频、视频的生成推动开发商业广告及营销创意，以及通过学习现有运念等。【参考文献】ltipleACompleteGuidetoGenerativeAIinEBOL/generative-ai/AltexsoftGenerativeAIModelsExplained[EB/OL]pswwwaltexsoftcombloggenerativeaiAnalyticsInsightWhatisGenerativeAI,ItsImpactsandLimitations?[EB/OL]httpswwwanalyticsinsightnetwhatisgenerativeaiitsimpactsand-limitations/EmergingTechnologiesandTrendsImpactRadarfor022[EB/OL]comenarticlesimpactfultechnologiesfromthegartneremerginechnologiesandtrendsimpactradarfor[5]Gartner.HypeCycleforArtificialIntelligence2022[R].2022.[6]中国信通院、京东探索研究院.人工智能生成内容(AIGC)白皮书[R].2022[7]中国信通院.人工智能白皮书(2022年)[R].20224.元宇宙(Metaverse)从词源的角度，元宇宙(Metaverse)由Meta(超越)和Universe(宇宙)其招股说明书中再次提出元宇宙概念，并列出了平台具有通向元宇友、沉浸感、随地、多样性、低延迟、经济Roblox定义的元宇宙表Ⅱ-04-01元宇宙八大关键特征为元宇宙构建了大量差异化、丰富的内容，且满足用户可以随时随地进入，以及符合人类发展的社会形态和人文精神BeamableJonRadoff素 TheSevenLayersoftheMeteverse，元宇宙的产业链从底层基础设施向外延图Ⅱ-04-02)。图Ⅱ-04-02元宇宙七层构成要素网的下一次大变革方向，代表着第三次生产力术及应用落地的节点构成。元宇宙的发展包括萌芽阶础架构大发展阶段、内容消费与虚实互通成熟阶段、终进阶段(图Ⅱ-04-03)。图Ⅱ-04-03元宇宙发展阶段际证券.建破、内容发展、技术成熟及整合，有望进入底层基础架构大发展阶段 联网，突破两者容量上限，尝试构建数字经济下的新型社会形态。围绕元宇宙的三大核心技术(AI、交互性沉浸技术、ne理想形态，将是向无限接近真实世界的经济系统和文明演变，生态开城市化进程。未来应用场景层面，将围绕消费元宇宙(ToC)和产业互联网(ToB)两条路径向现实及虚拟世界相互交融。术的发展现状及态势人工智能(AI)、交互技术(AR/VR/MR)、区块链、网络及运算技术、物联网(IoT)、游戏是构成元宇宙的六大核心技术。AI为元宇宙提供基础设施建海量内容生产；交互技术提供沉浸式体验与虚拟世界镜通、感知交流；区块链为用户提供底层数据的追溯性和保构建和完善；网络及运算技术提供算力及流畅、低延迟➢人工智能(AI)：为元宇宙应用场景提供技术支撑处理、智能语音、机器学习等人工智能技术为元宇应用场景提供技术支撑。人工智能建模技术的进步有望提升PGC(专业生产ARVRMR宇宙场景的关键工具，是连接数字世R天和会议)，游戏和社交将短期快速推动VR/AR用户触达，长期增长驱动力将NFT(非同质化代币)、DeFi(去中心化金融)、公链速率、智能合约、DAO (去中心化的自治组织)社交体系、去中心化交易所、分布式存储等区块链技产、虚拟身份安全，保障价值交换及交易的合法性、可监管及公平透明，为数据传输、追溯、验证、保密等提供支撑。区块链技术使得虚拟资产不受中心化机构限制，能在多个平台间自由流动，保证元宇宙经济系统得以维系。区块链作为元宇宙经济体系的核心，承载虚拟货币和数字资产的存储和流通。在经历去中NFT是元宇宙里数字版权、物权的合约，通过将资产/物品加密化，保证其独一GG持。考虑一个数字平行世界，通过庞大用户进行参与、制作、分享以常运行，因而需要保持各种物理实体的连接和感知，以及。发展的竞争态势新加坡等都依托自身禀赋和技术优势进行布局以期强化各用场景。位山东等地方政府均已经出台了关于发展地方工业元宇宙的道行动方案(2022~2025年)》，提出到2025年元宇宙相关产业规模达到3500元宇宙，侧元宇宙开发者；腾讯从消费互联网到产业互联网，元宇宙布局已深入各个I表Ⅱ-04-02)。表Ⅱ-04-02国内(上海)在元宇宙六大技术领域布局的代表企业HTCVive、字节跳动(PICO)、华为、小米、曼恒、视辰信息、亮风等鸽区块链、华为、广和通、移远通信、树图(Conflux)区块链研科技、中国移动、中国电信、中国联通、华为等报研究所(ISTIS)编制化的前景➢撬动信息技术产业新一轮发展宙新消费概念为抓手，通过整合和提升现有软硬件产品和技新一轮发展，全面激发软硬件服务厂商的技术产品创新积极将带来信息技术和经济社会融合模式革命。元宇宙与现各大行业，激发传统行业发展新动能，将会率先对社交术攻关、科学研究、前瞻探索提供了新的仿真试究仿真模拟实验从软件仿真向人机高度融合、环境更为逼变，将对装备制造、航空航天、生物医学、新材料、新能以及生命、物质、地球、海洋、宇宙等领域深度探索研究【参考文献】[1]Gartner.HypeCycleforEmergingTech,2022[R].2022-08.5.Web3.0(Web3.0)b期，是区块链行业风险投资(VC)最感兴趣的领域。的发展现状及态势从互联网发展的历史看，Web1.0(1989—2014)(只读网络)是初代互联网，底层逻辑搭建，支持单向传递信息，如早期雅虎、新浪等门—2019)(读写交互网络)以UGC(用户生成内容)为核心，社交媒体、平台经仍以平台的集中式服务为主。Web3.0(2019—现在)(智能读写网络)结合了基化机制和代币经济、创作者经济等概念，重塑了后端生产关Web化、开放性、高隐私性、共建权，同时对自己的数据和内容负有责任。用户可以通过拥有治理代币(Token)币或加密货币以“股东”i ebWebDAO技术DAO靠软件共识机制和智能合约进行治理，建立了新的民主化管理结构，推是用于开发去中心化应用程序的新技术堆栈。这些技术主要包括：如作为信任息拥有自主权Ajax(一种综合多种技术的浏览网络服务等即玩赚)；SocialFi；GameFi等内容及接入层。①协议层是作为底层架构的区块链；②基础设施层由可互操作的化金融)、NFT(非同质化代币)、dApp(去中心化应用程序)、DAO(去中心化自治组织)、元宇宙等前端应用；④接入层是如钱包、界面等用户进入Web3.0TIT架构Web1.0(只读网络)Web2.0(读写网络)Web3.0(读写交互网络)(与之交互的软硬件)(点击并输入)(触摸和滑动)(展示并描述)(实现互动的逻辑)(通过网线)过3G、4G)(通过AI、5G+边缘计算)(让计算功能更准确(SQL)(大数据)(区块链)资料来源：Deloitte(德勤)基于智能合约运行的应用程序消除了中心化的中介与管理成本；代币任交易验证、智能合约自动化、数字或实体资产代币化、自我主权身用智能眼镜或语音等实现实时信息交互)、数字信息层(借助传感和数字映射为每一个对象创建数字孪生)和物理层(通过感观了解和体验的世界)。VR/AR是术和边缘计算是优化交互体验的使能技术，区块链促进实现真正开放民系统。eb币政策紧缩等带来的市场风险；技术或机制漏洞等造成的新的完全去中心化并不可行。分散式应用程序的集中式服务则结适当的平衡，在多数情况下更趋向于混合，如专注于数据和应发展的竞争态势链应用程序，研究加密货币支付业务等，重点在后端基础TWeb用银行卡购买NFT；Paypal积极扩大海外加密支付市场，并正在构建集合支付与加密业务的超级金融应用系统，以及积极研发稳定币lCoin管态度，国内互联网企业以及电商、社交等平台都打造了国产化NFT等。与此同时，国内一系列元宇宙游戏、虚拟社交等新兴应用产品也化的前景WebDefi化金融)、隐私、NFT和元宇宙等板块。的特性。与此同时，国内也正在加紧公链研发，如上海支DeFi是指金融领域的去中心化应用，利用公链上运行的智能合约技术实现bi化交易所(DEX)、稳定币、借贷、衍生品等。其中，去中心化交易所(DEX)月已经有超过230个去中心化交易所(DEX)。GameFi是游戏与金融的组合，是基于PlaytoEarn(玩赚)的逻辑构建的戏市场上交易其游戏内的虚拟资产，玩家成AxieInfinity是目前最著名的基于区块链的赚钱游戏之b断，构建了一个全新的去中心化、自主自由、开放透明的eatorCoinNFT可溯源的资产确权方式，可以公开证明数字艺术、音乐等数字资产或代币化的物理资产(如房屋、汽车等)的所【参考文献】ressionalResearchServiceWebAProposedBlockchainBasedDecentralized[2]Gartner.HypeCycleforblockchainandweb3[R],2022pletebutComplementaryVisionsoftheFutureInternet[R].2022nercomenarticleswhatiswebalWebandWebEBOL/us/en/insights/topics/digital-transformation/web-3-0-technolesinbusinesshtml能(ArtificialIntelligence,AI)技术平台精准从头设计能够穿过细胞膜的大环多AI有AI技术的AI辅助分子发现与合成技术发展AI子发现与合成技术具有非常广阔的发展空间。从药物本身，制造一款长周期、大投入以及高的试错率；从资本看，将单一药物推向市场的成本大约在2~30亿美元不等。有研究者声称候选分子通过临床试验的高损耗率(损耗率超过85%)以及药物发现阶段的复杂性是消耗成本的两AI面做出开是基于一种新型通用标准来开发和共享化合物配方，配方Chempil的计算机程序里运行，程序通过机器学习指令学习备应物，可以生产三种不同的药物分子，产量方面与传统➢AI合成路线设计及流动化学机器人平台ormforflowsynthesisoforganiccompoundsinformedbyAIplanning的文章。文章描述了一种结合AI设计合成路线和机器人执行的自动行训练，实现为给定分子提出合成路线，并根据步骤及预测产量对最优合成路程精准化欠缺(如减少反应时间、减少固体形成等)、预测以非柱层析方法为代2019年9月，英矽智能(InsilicoMedicine)在NatureBiotechnology发表题DeeplearningenablesrapididentificationofpotentDDR1kinaseinhibitors”的文章，文章主要开发了一个深度生成模型——生成张量强化学习(GENTRL)，GENTRL可行性、新颖性及生物活性，主要用于小分子的点。通过靶AI分子发现与合成的全球竞争态势AI辅助药物分子发现与合成作为医疗键康领域的核心环节，近来更是国际。I药物研发重点多聚焦神经性、癌症、心血管及胃肠道疾病的药物研发上(表Ⅱ。AI企业默沙东(美国)Numerate(美国)12物施维雅(法国)17(日本)17物(丹麦)19系统疾病的临(英国)InsilicoMedicine(美国)12AI药物发现Exscientia(英国)Alector(美国)赛诺菲(法国)Exscientia(英国)17症的双特辉瑞(美国)InsilicoMedicine(美国)20(比利时)tAI16域(英国)17诺华(瑞士)17报研究所(ISTIS)编制较之于国际，国内更多倾向AI企业积极主动开拓生物医药场景，搭建AI药物研发平台，为药物研发机构提供药物研发服务(表Ⅱ-06-02)。15分析生17发民17先导化合物(全化学空间)结务年底获真格基金数百万18传统药使+轮融系统的开管线的18AI研1820超大规技开发结台研发15多肽及蛋白药物、抗体药物研发，DNA编码化合物库(DEL)筛选服务平台18合成路20法20自创融选信息来源：上海科学技术情报研究(ISTIS)编制分子药物、抗体药物及癌症靶点的研究(表Ⅱ-06-03)。3是全物研发平线的生物1516点发现和抗体药报研究所(ISTIS)编制AI分子发现与合成的产业化前景AI业化发展前景明朗。辉瑞新冠肺炎口服药Paxlovid加速了上市速度，被世界卫生治疗高危患者的最好选择”。靶点的发现能够催生一批创新药研发项目进入发现极其不易。希格生科通过建立独有的疾病模型，在全年内将具有自主知识产权的靶向药推进到临床前候选化【参考文献】oticplatformforflowsynthesisoforganiccompoundsinformedbyAIplanningx[3]DeeplearningenablesrapididentificationofpotentDDR1kinaseinhibitors[EB/OL] essx[4]Organicsynthesisinamodularroboticsystemdrivenbyachemicalprogramming度学习快速识别有效的DDR1激酶抑制剂[EB/OL].(2022-05-25).[2022-10-13].https:///developer/article/1893580.7.生物铸造厂(Biofoundry)或“合成生物设施”等，指利用合成生物学技术，以自然界已有的自然物质或新目标是压缩生物设计、制造和测试的周期和成本，实现生物元器件和生物制造块化标准化设计。“生物铸造厂”是一种配备完全自动化设备、相关软件、标准化工作流程心设施，旨在通过专业的编程手段和标准化实验室操作生菌落(或菌斑)挑选机器人等尖端技术，可以提高合成生物技术的产出效率。经合组织(OECD)《2021年科学、技术与创新展望》报告中指出，从“生包括新材料，更环保的化学品，以及当前最炙手可热的诊生物铸造厂发展现状及态势—测试(Test)—学习(Learn)”循环，即DBTL循环(图Ⅱ-07-01)。机器人技成为可能，它们可以整合和增强人类干预。这个循环被封装可以通过DBTL循环迭代运行，以快造厂”的结合正在形成数字生物学，它可以彻底改变许多理想的生物基产品的制造。“生物铸造厂”的一大特点是设计场所(生物铸造)可以与制造场所(通常是生物精炼厂)完全分开。物铸造厂发展的竞争态势生物铸造厂”已经在公众资金的支持下建立保长期和稳定的资金来建立和支持竞争前的基础设施和协作铸造厂”网络和研究联盟，这样的研究和转化基础设施可以险并加速商业化，同时围绕“生物铸造厂”和其他新兴技术早在2012年，美军就提出了生命铸造厂(LivingFoundries)计划，主要承福大学、哈佛大学、麻省理工学院、加州理工学院、文特尔BTO014年10月，美国国防高级研究计划局又启动了“生命铸造厂——千分子”(LivingFoundries:1000Molecules)计划，该计划是利用艺开展规模化精细试验，通过跨学科合作打造革命性的生物此外，由美国能源部(DOE)能源效率办公室和可再生能源生物能源技术办公室资助，敏捷生物铸造厂(AgileBioFoundry，简称ABF)联盟计划旨在通室的能力来推进生物制造，开发一个强大、灵活的生物和“战略合作伙伴计划”(SPP)的相关条款规定。2020年2月，美国卫生与公众服务部(HHS)为美国生物技术公司创建了mericanBiotechnology对健康安全威胁的技术解决方案。该铸造厂位于新罕布什尔州的曼彻斯特，由国防部先进再生制造研究所(ARMI)和当地的机器人创成立。该国际行业联盟由美国劳伦斯伯克利国家实验室、英国的各1家。来自中国的两家成圳先进技术研究院和天津大学合成生物学前沿科学中球合成生物学产业发展，加速合成生物学和生物制造工艺工程的商业化(图Ⅱ-07-02)。图Ⅱ-07-02全球主要的公立生物铸造厂因线路自动化装载到活细胞中，并辅以高通量测试，利用基因组数据库，绘制基因、蛋白质和代谢途径，并借助生物DBTL以设计适合生产目标产物的微生InscriptaCRISPRCRISPRMADzymes字化基因组工程台式平台Onyx。造厂发展前景产生的未来场景，可被看作生物信息的未来，其物学和人工智能融合的代表。通过合成生物学和人 (HealthyPeople)、繁荣经济(ProsperousEconomies)、弹性社会(ResilientSocieties)、安全星球(aSecurePlanet)和创新技术(InnovativeTechnologies)。铸造厂的建设成本高、持续运营费用高、准入费高，这些也是许多国生物铸造厂的公开访问和/或全球生物铸造厂网络的建立或将这一问题。除开发诊断/疗法外，还可根据需要及时进行本地厂修改现有技术，进而满足当地需求或以较低成本使用的要组成部分。各国需共同努力，并与其他关键全球组织(如世界卫生组织、流合组织、世界银行、慈善基金会、国际生物铸造厂联盟等)合作，继续开发和改进生物铸造厂技术。【参考文献】OECDScienceTechnologyandInnovationOutlook2021[R].2021考2022年5月：生物铸造厂应对疾病大流行.[EB/OL]./EBOL19]/cmsfile/News/201905/09/toutiao217086.html?group_id=66884767725067&app=8.光免疫疗法(Photoimmunotherapy)头号杀手，长期以来，人们持续致力各种癌症疗法的发hotoimmunotherapy的发展光免疫疗法是将肿瘤的光动力技术与免疫技术相结合，通常指近红外线免敏剂后，静脉注射到体内。在抗体和体内癌细胞结合后照射达病变部位。光敏剂被近红外线照射后发生化学反应，破破损后癌细胞碎片可作为免疫细胞的抗原，可以增强免疫细胞对残留癌细胞攻击的能力，提高治疗效果；与放疗、化疗等副作用很大的治疗手段相比，光免。生物风险企业实施。临床试验以数例患有头部或颈做出反应，对转移到远离照射部位处的癌细胞也有效。对于距离体表较远的深层癌症，可以从注射针头里穿过直径1~2mm的光纤进行瘤机构的科学家研究开发了一种创新性的光激活疗法，能小型蛋白质)的合成性分子以较高分辨率结合在特定的靶点，随后将人工创造的“亲合体”与在手术中使用的IR700荧光分子结合，从而识别出EGFR蛋白使得荧光染料发光，从而凸显大脑中残留肿瘤的微观区免疫疗法的全球竞争态势法，全球于近年利用光免疫疗法原理进行了相关管线/产品的研究与开发(表Ⅱ-08-01)。表Ⅱ-08-01光免疫疗法的全球研究管线/产品20效Akalux20在头颈癌、食道癌、肺癌等多种实体瘤表面表达)，药物用，是全球首次获批的头颈肿瘤光免疫治疗药物20红外二区半导体聚合物纳米颗粒核和涂光免疫疗法不仅可以增强对原发性和远移21(IRDye®700DX[IR700])和细胞表面白介素2(IL-2)受体αCD5)特异性单克隆抗体的偶联物。治疗的装置是激胞癌患者进行临床研究报研究(ISTIS)编制国内在该药物研发方面竞争激烈，上海的君实生物与复p疗法的产业化前景外光免疫疗法是近年来继传统癌症疗法后快速兴用抗体靶向原理，通过激活红外光照射患病局部，完全美国、日本及我国均在这一赛道表现出极大的研究相关产品获批上市，表现出良好的发展潜力，具备【参考文献】[1]BMCMed：光激活的光免疫疗法或能增强大脑癌症疗法的治疗效力[EB/OL]. ttpsnewsbiooncomarticlececehtmlneresponsewithEGFR-mediatedphotoimmunotherapy[J].BMCMedicine,20(1):16.L新浪医药公众号./a/461663931_121039797.9.环状RNA(circRNA)RNA新药研发领域是备受瞩目的方向之一，尤其近两年，由于种生物学功能，在肿瘤临床治疗、介导抗癌耐药研究中具有重要RNA完美避开mRNA技术上的缺陷，相当于mRNA技术RNA不易降RNAHsu到真核细胞的细胞质中存在环状RNA分RNA与疾病的相关性(图Ⅱ-09-01)。着环状RNA疗法已从幕后真正走向了前台(表Ⅱ-09-01)。/万美元021-02-04euticsA轮Kite,BMS等arondeA轮lagshipPioneering21-06-29FlagshipPioneering21-08-30arondeB轮4000ociatesInvusCPPInvestments等RNA大的转化潜力，吸引了一批国内外企业的A轮融资，该公司在2022年8月获得由默沙东(MSD)等参与的2.21亿美RT年首次公a。疗法是一类基于环状RNA与蛋白质结合的适配体(apatmer)。环形RNA的稳RNARNA疗法ng轮融资。该公司旨在利用其技术平台开发一种称为EndlessRNA(eRNA)的新，LNP前，该公司正在积极布局感月，科锐迈德提交了其首个环状mRNA肿瘤项目(cmRNA1210)。RNA的创新型美金级别天使轮融资，并在同年12PreA个技术平台：一II内含子自剪接核酶的活性可在体外环年6月，该公司再次完成超过2.8亿元人民币A轮融资。圆因生物专注于利用RNA状RNA研究技术体系，提供环状RNA基因治疗的CRO服务；二是基于前期发现的具NANARNARNA到了默沙东等RNA状RNA向临床转化是一个必然趋势。而从全球视角看，目前国内外于早期阶段，在同一起跑线上。对于国内企业而言，此时正【参考文献】/medical/a256714699217[2]mRNA2.0：环状RNA技术前景可期(上篇).[EB/OL].[2022-01-20]//p/56668685810.石墨炔(GraphdiyneorGraph-n-yne)e石墨炔是一种二维(2D)碳的同素异形体材料，由sp和sp2两种杂化态的构的全碳材料，被誉为是最稳定的一种人工合成的二炔碳的同素异形体。根据 (n=1，2，3…，其中n是炔链的数量)表示。石墨炔还包括α、β、γ、δ、学键、大共轭体系、较多的活性位点、优良的化学杂化碳组成，厚度仅为一个原子。石墨炔层与层之间通过范德华力和π-π相互材料的特征，并且可以通过合成不同单体利用自下而上法膜、粉末和纳米墙)已通过各种合成方法(干法和湿法)被制备出来，并应用现到应用的发展历程(时间)R.H.ughmansp和sp2杂化的碳原子(时间)HaleyMM,BrandSCandPakJJ的(2010)(3.61cm2)γ型石墨语“石墨炔”SeanC.DanielMalkographyne似石在费米能级附表现出了狄拉征shuiang015)PHJ阳能电池掺杂进电KimH析元hiwenJinNishiharaH(时间)HuangCS法路化Ds(GY/TNT)异质结构(2022)报研究所(ISTIS)编制术的发展现状及态势成方法，使其可以通过反应条件优化、杂原子掺杂米片；通过杂原子掺杂，获得异原子掺杂石墨炔纳米颗炔的单层及多层可控制备、结构表征、性能调控等方面术发展的竞争态势与图Ⅱ-10-01全球各区域石墨炔专利申请人国别分布图Ⅱ-10-02全球专利申请重要申请人分布资料来源：上海科学技术情报研究所(ISTIS)应用Incopat专利系统编制图Ⅱ-10-03专利权人间的引证关系请人有东华大学、复旦大学、上海应用技术大学、同济大学、上海大学等(图图Ⅱ-10-04石墨炔领域上海的主要申请人业化的前景备工艺的不断提高，其研究同时，γ-石墨炔外部的自旋轨道耦合占主导地位，通过施加电场可以闭合其带隙，因点，有望用于锂离子电池领域；石墨炔具有本征均匀体过滤和分离等。此外，多种成键方式使得石墨炔具作为有前途的材料出现在许多领域，但。由于其独特的性能和特点，我们认为所有的挑战和限【参考文献】[3]Baughman,R.H.;Eckhardt,H.;Kertesz,M.Structure‐propertypredictionsfornewplanarformsofcarbon:Layeredphasescontainingsp2andspatoms.JournalofChemicalPhysics.,1987,87:6687-6699.[4]HaleyMM,BrandSCandPakJJ.Carbonnetworksbasedondehydrobenzoannulenes:synthesisofgraphdiynesubstructuresangewChemIntEd36,835-838.angLiHuibiaoLiuetalArchitectureofgraphdiynenanoscalefilmsChemicalCommunications6:3256-3258.anielMalkoChristianNeissFrancescViesandAndreasGrlingCompetitionforgraphenegraphyneswithdirectiondependentdiracconesPhysRevLett2,108,086804.entelectrontransportobtainedbydopingPCBMwithgraphdiyneinplanar-heterojunctionperovskitesolarcells.NanoLett.2015,15(4):2756–2762.11.闭环塑料(Closed-loopPlastic)耐腐蚀以及绝缘性好等优势成为了人类社会 (UNEP)发布的报告显示，全球每年的塑料产量从1950年的200万吨飙升至现在的4亿吨左右，其中仅有21%的生产塑料得到了恰当处理(其中12%被焚受到质疑，多研究指出：现有的可降解标准和认证无法反映现降解塑料生产一次性塑料制品，强调要发展塑料回收再生利法国的禁塑令也禁止了特定种类的可降解塑料，并强调塑料物理和化学回收再生利用方法是塑料闭环的必需组成部分。的发展现状及态势回收指的是：在不明显改变材料化学结构(研磨、洗涤、分离、熔化、复聚乙烯(PE)、聚乙烯、对苯二甲酸酯(PET)等，是一种成熟的塑料材料回收到食品和医药等高价值应用领域要求，化学回收在废和重组，产物与石油基塑料质量相同，可应用于食品和物或单体的化学回收方法，其中的气化裂解法是在热裂解基础上增加氧化介质(空气、氧气或水蒸气)，将废高温条件，能耗高，同时类塑料在酸、碱、水、醇、催化剂等条件下，由高分子缩和/或单体的化学回收方法，其需要相对均质的原料，并通过将材料分解为其组成单体。并非所有聚合物都很适合这种工艺，其中聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚苯乙烯(PS)的应用最为突出，聚氨酯(PU)、聚碳酸酸(PC)、聚乳酸(PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)等也已有工业应用。发展的竞争态势PlasticEnergy成熟的、可专利技术以及成功和持续加工塑料的能力。其开发了一种“热解”工艺S%森和道达尔。在法国、西班牙、荷兰和美国(德克萨斯州)，PlasticEnergy有六家工厂正在处于建设或规划阶段，每年的塑料废弃物处理量预计可达15000~33000吨，计划投产时间为2022~2024年。第安纳州的一座年产能10万吨的热解工厂即将完工(投资2.6亿美元，处理量原和欧洲兴建多个世界规模的、12万吨级的HydroPRS™(水热塑料回收解决方案)年产能将达到60万吨，全世界第一家使用Mura公司HydroPRS™工艺的工厂位于英国提赛德(Teesside)，预计将于2023aHydroPRS™工艺利用超临界水、热量和压力，将废塑料转化为有价值的化学原化合物提供氢气，来生产短链、稳定的碳氢化roHydrochemolyticHTCPE学原料。与更传统的精炼技术(如热解和气化)相比，该技术的优势在于其具有较低的操作温度(240-390°C)、不依赖氢气。llotechPlasTCat(BTX)、乙烯和丙化的前景高价值、品类单一、较为干净的废塑料；化学回收可以处理污染的废塑料。但是目前废塑料的回收利用以物理回收利用料制品的力学性能大幅下降，不宜制作高档次制品。改提高再生塑料的综合性能，对原料纯度要求较高，无施还不够完善。再生加工利用环节机械化和自动化程度➢化学回收再生技术存在的问题是低价值、混合和受污染的废塑料，掺杂或附着有油墨、化学纤维等杂质，因而工艺流程非常复杂，技术难高，也无有针对性的扶持政策和专属量产品标准，从经济用。此外，化学回收技术也需要依托较高的垃圾和塑料分离【参考文献】[1]RichardCollins.ChemicalRecyclingandDissolutionofPlastics2023-2033[R].[2]VTTTechnicalResearchCentreofFinland.Recyclingfoodpackaging:Discussionpaper[R].2022.03.38(2):1-812.储能纤维(Energy-storageFibers)手环、智能手表为代表定地提供足够电能的微型、柔性储能器件，将成为影响整个可穿戴终端产业未因素。丝等方法使新型纤维状聚合物材料具有特殊的电性能，并将其编织成自带储能功能的织物，也就是本文所述的储能纤维。能纤维的特性，学术界正积极研发新的材料和生产技术以推的发展现状及态势基底，通过在其表面进行涂层处理以负载目喷射、沉积和干燥技术，这一方法可以物支撑基底之间界面黏合性较差的问题，同时还能大幅提高纤，面基底上平行放置两根及以上的电极材料，电极之间为电极进行扭曲缠绕在一起。该结构无需平而，极组成的类似于核壳结构的器件结构。该类型结构同承载，两电极之间具有较大的接触面积，在弯曲状态下能保倍增其存储容量，但存在无法与活性材料充分接触mV电压。度和功率密度。常用的电解质一般分为水系电解质、离。电导率，但由于水分解电位的限制，水系电解解质虽然能有效增加电压窗口的范围，但其凝胶/固态电解质主要指质子传导凝胶聚合物电解质(H2SO4-PVA、磷酸-范围内应用。发展的竞争态势介绍。维锂电池的规模化构建”的成果，被审稿人评价为“储能和可穿戴技术领域的纤维电池的规模化生产新路线，实现了一系列千米级纤图Ⅱ-12-01复旦大学彭慧胜团队研发的大面积储能织物0圈后，电池容量保持率仍达到10万次后，其人在《今日材料》杂志上发布了最新研究成果“Thermallydrawnrechargeabler在外部的物体是一种超长纤维形式的可充电锂离子电池。这种纤维不仅防水，经申请了专利(US11355774B2)，作者之一的Khudiyev表示，这种纤维电池可化的前景代目前扁平、刚性和笨重的电池，进一步提升可穿戴设备的复维要真正实现商业化量产，需要、评。【参考文献】MengLiaoChuangWangHuishengPengetal.Industrialscaleproductionoffibrebatteriesbyasolutionextrusionmethod[J].NatureNanotechnology,2022,17:372-377.GrenaJungTaeLeeetalThermallydrawnrechargeablebatteryfiberenablespervasivepower[J].Materialstoday,2022,52:80-89.wwallaboutcircuitscomnewsMITupsenergystoragewithworldslongestflexiblefiber-lithium-ion-battery/.ingyingZhangElectronicfibersandtextiles:Recentprogressandperspective[J].iScience,2021,24.HuishengPengFiberElectronicsAnEmergingFieldJBatteries&Supercaps,2019,[6]万骏,肖志恒,姜会钰.基于二维材料的纤维型储能织物的研究进展[J].纺织导13.高效钙钛矿太阳能电池(HighlyEfficientPerovskiteSolar-cell)矿电池的25.7% 为50%)，成为了最有希望进入光伏的发展现状及态势镀膜：钙钛矿电池作为新型太阳能薄膜电池，其制备工艺与其他薄膜电池液喷涂法、气相沉积法等方式，制备高纯度、缺陷少、高覆盖率、致密的钙钛矿层薄膜与传输薄膜，以改善不同层结构之间。封装：钙钛矿太阳能电池中的各功能层材料对空气中的水蒸汽、氧气，紫外光，压力等比较敏感，遇水、氧气、或者受到紫外线直接照射会发生材料改性分解、功能丧失的情况。封装技术能够有效地将工作元件与外界环境隔离，上述工艺涉及原材料、设备、技术等产业链。其中钙钛矿原料资源丰富，术发展的国际竞争态势士洛桑联邦理工学院(EPFL)的MichaelGrätzel有“染料敏化太阳能电池之父”些领军人物所在的研究小组普遍在太阳能电池领域有很深手，推动技术创新以及商业化。山国家科学技术大学的Nam-GyuPark与来五年投入1.5万亿韩元(约合人民币82.58亿元)用于提高ls光伏市场源自2012年韩华对德国太阳能企业Q.CELLS的成功收购，其和德国钙的世界纪录。能电池为碳中和目标助力，相对阳能电池的研究依靠传统企业，目前的主力是松下和东aithMW业化的前景，据，W化的单晶硅组件来看，垂直一体化厂商的单晶硅组件最优内部生产成本目前约为0.21~0.22美元/W，按较低生产成本数平方厘米或1平换效率随之下降，因此在大面积制备技术方面还有待完。➢材料稳定性差很快分解，昼夜温差造成的水蒸气也将对其造成破坏，因此十分严苛。此外，氧气氧化、光辐照、紫外线等都会对材料达45%，但是，在制绒硅片上如力从而提高效率，其绒面呈倒金字塔状，粗糙程度达到数个【参考文献】kJaffeThesecellscouldbethekeytoefficientcheapsolarenergyButtheyhavesemiconductorsanddevicesJAPLMaterials9.10(2021):109202.14.虚拟电厂(VirtualPowerPlant，VPP)有随机性、间歇性和波动性的特点，且随着新能源装机比例荷的进一步增长，对电力系统灵活调节能力提出了越来越高本态势技术将多个独立实体(发电厂、可中断负荷、储能系统等)整合、抽象为一个