增強現(xiàn)實（AR）指將計算機生成的圖像（甚至聲音）疊加在我們對現(xiàn)實世界的感知上。從技術(shù)角度來看，AR是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為用戶可以利用它從多角度理解三維環(huán)境。實現(xiàn)AR的基礎(chǔ)是虛擬投影與現(xiàn)實世界的集成。AR的專業(yè)應(yīng)用是交互式手冊，為操作機器的人提供現(xiàn)場指導(dǎo)。

室內(nèi)自動耕作在人工智能系統(tǒng)的指導(dǎo)下，機器可以執(zhí)行傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)任務(wù)，如育苗、再植和收獲，也包括畜牧業(yè)。從長遠(yuǎn)來看，農(nóng)業(yè)可能會完全自動化，首先在缺乏人力資源和極端條件的地區(qū)實現(xiàn)，然后推廣至全球。這可能對食品文化、可持續(xù)性、社會結(jié)構(gòu)以及就業(yè)等領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N允許互不相識的人組織網(wǎng)絡(luò)來保存可信記錄的技術(shù)。區(qū)塊鏈可能會通過建設(shè)去中心化網(wǎng)絡(luò)，為所有可能的交易提供一個中立和公平的結(jié)果。企業(yè)將區(qū)塊鏈技術(shù)視為提高自身業(yè)務(wù)可追溯性的機會。區(qū)塊鏈技術(shù)可以保存不可變記錄，沒有任何麻煩或感染的風(fēng)險，網(wǎng)絡(luò)上的任何人都可以隨時對其進行驗證，可以用來增加工作的透明度。

聊天機器人是一種通過書面文字或現(xiàn)場音頻與人進行實時對話的計算機程序。隨著聊天機器人在理解和響應(yīng)用戶問題方面越來越好，它可能會不斷進化并成為主流。未來的聊天機器人可能會帶來豐富的會話用戶界面，使用戶可以自然地與計算機、智能手機和機器人等進行交互。

計算機能夠創(chuàng)造出原創(chuàng)性的藝術(shù)、創(chuàng)意和解決方案，它們看起來像在大型藝術(shù)博覽會上出現(xiàn)的作品一樣。制作這些作品的半自主人工智能系統(tǒng)由設(shè)計師支持，但通過沒有先入為主的限制和使用較高的處理能力來確定新的途徑、新的解決方案和新的想法。

無人駕駛技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要障礙之一是傳感器的相對成本和復(fù)雜性，因此需要花費大量的精力來尋找感知世界的新方法。從長遠(yuǎn)來看，無人駕駛成為常態(tài)社會將發(fā)生范式轉(zhuǎn)變，擁有私家車可能不再對很多人有吸引力，無論是陸運、空運還是海運，運輸都將成為一種商品。

外骨骼是一種體外的人造結(jié)構(gòu)，為了補償或增強自然的身體能力而設(shè)計。它被放置在人的身體上，作為一個增強放大器，增強或恢復(fù)人的機械性能。外骨骼最成熟的應(yīng)用是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它們將幫助患者從癱瘓、多發(fā)性硬化癥、腦癱和其他使人衰弱的疾病中康復(fù)。

高光譜成像在安全、國防、環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的數(shù)碼攝影只捕捉三種波長的光，從藍(lán)色到綠色再到紅色，高光譜成像可以在數(shù)百個波長上產(chǎn)生圖像。這些圖像可以用來確定在任何被成像的場景中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，有點像遠(yuǎn)距離的光譜學(xué)。高光譜成像能夠提供比常規(guī)成像系統(tǒng)更詳細(xì)的數(shù)據(jù)，目前仍處于起步階段。

語音識別和會話平臺有望成為十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢之一，語音搜索將占到所有搜索中的50％。從長遠(yuǎn)看，這種轉(zhuǎn)變使人們能夠與周圍的智能連接設(shè)備進行交互。隨著人工智能和自然語言處理技術(shù)變得越來越復(fù)雜，即使人們的語音命令中沒有明確的說明，設(shè)備也將能夠理解用戶，然后預(yù)測其意圖。

群體智能是指各種對象的集體行為，每個對象都執(zhí)行一些簡單的功能，并在這個過程中與其他對象進行交互?；谶@一原則設(shè)計的信息系統(tǒng)通過對其所有要素的自我組織操作，以分散的方式管理過程。群體智能類系統(tǒng)的發(fā)展前景與無人駕駛汽車、分布式能源電網(wǎng)、搜救機器人的應(yīng)用有關(guān)。

目前無人機研究一直專注于提高信息收集能力，使無人機更加精確。無人機必須靠自己導(dǎo)航，因此人們特別關(guān)注它們的感知能力。從導(dǎo)航到武器部署，所有無人機都通過傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建內(nèi)部地圖來運行，以允許其算法做出決策，在使用多波長激光從遠(yuǎn)處分析物質(zhì)的傳感器領(lǐng)域取得了廣泛進展。這些傳感器專為無人機而開發(fā)，可以可靠地檢測爆炸物，提供關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)。

未來幾十年中，機器學(xué)習(xí)、計算機視覺、自然語言處理和機器人技術(shù)方面的進步和創(chuàng)新將重塑整個科學(xué)和經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域。人工智能軟件和硬件基礎(chǔ)設(shè)施的未來發(fā)展可能會導(dǎo)致無監(jiān)督學(xué)習(xí)和一些初步形式的一般人工智能出現(xiàn)。這就需要超級智能系統(tǒng)，不僅在專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，而且在廣泛的領(lǐng)域和環(huán)境中能夠自我進化和超越人類。

全息圖是以激光為光源，用全景照相機將被攝體記錄在高分辨率的全息膠片上構(gòu)成的圖，以干涉條紋形式存在。最近的研究重點包括3D全息顯示器、聲學(xué)全息、可觸摸全息圖以及全息顯微鏡和打印機。聲學(xué)全息圖是在3D打印的超材料矩陣的幫助下產(chǎn)生的，以復(fù)雜的方式扭曲單一來源的聲波，將其轉(zhuǎn)化為聲音全息圖，這種技術(shù)既省時又便宜。最近的進展顯示，聲學(xué)全息圖可以顯著改善超聲成像和醫(yī)療選擇。

類人機器人是一種在外形和特征設(shè)計上與人類相似的機器。由于類人機器人被期望盡可能地與人類相似，所以許多項目都專注于直接模仿。靈活性被視為一種特殊類型的運動問題，近年來取得了一些進展，使機器人的四肢接近人類。類人機器人在機器需要完成與人類相同的一般任務(wù)的情況下具有明顯的優(yōu)勢。

神經(jīng)科學(xué)仍然局限于基礎(chǔ)研究，研究的最終目的是找出創(chuàng)造力和想象力是如何工作的。早期試圖找到一種來衡量、預(yù)測和系統(tǒng)地影響想象力的方法，想象力被視為創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)，是人類進步的核心。富有創(chuàng)造力的神經(jīng)科學(xué)將使人們不僅能夠進行感知，而且能夠預(yù)測并系統(tǒng)地影響想象力。長遠(yuǎn)的期望是，創(chuàng)造力的神經(jīng)科學(xué)將使我們不僅能夠測量，而且能夠預(yù)測和影響想象能力。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)依靠GPS、衛(wèi)星圖像、控制系統(tǒng)、傳感器、機器人、變速技術(shù)、遠(yuǎn)程信息技術(shù)、軟件等現(xiàn)有的最新信息和技術(shù)，在作物生長周期中（土壤整備、播種和收割）改善作物。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，通過傳感器和農(nóng)場管理軟件/硬件在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)/互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施上檢測和遠(yuǎn)程控制。未來的農(nóng)場可能不再需要人力種莊稼，自主機器人已經(jīng)被用來執(zhí)行播種、撫育農(nóng)作物和收割之類的任務(wù)。

柔性機器人是機器人的一個子領(lǐng)域，用模仿生物體的材料建造機器。柔性機器人在其他方面與生物相似，突出在運動和適應(yīng)環(huán)境變化的物理結(jié)構(gòu)的能力。長期來看，在醫(yī)療和個人機器人技術(shù)中，柔性機器人將實現(xiàn)與人類之間的安全且兼容的交互。在較小的規(guī)模上，微型柔性機器人有望在藥物輸送和手術(shù)等醫(yī)療應(yīng)用中提供幫助。對于野外勘探和救災(zāi)，柔性機器人可以在復(fù)雜地形中導(dǎo)航并穿透狹窄空間。柔性機器人將進一步幫助食品處理和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高度自動化，降低成本。

非接觸式手勢識別構(gòu)成了一個自然用戶界面，極大地改變了人類與日常技術(shù)互動的方式。從手勢的識別和解析中可以收集到大量速度、動作、情緒反應(yīng)方面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)化為對使用者的精準(zhǔn)理解。非接觸界面也可以增強專業(yè)設(shè)備，如醫(yī)療或軍事設(shè)備。它還將徹底改變依賴深度消費者參與的領(lǐng)域，如媒體、通信、零售、娛樂。

如今，傳感器、電力存儲、電機和人工智能的迅速發(fā)展使飛行車接近現(xiàn)實。因此，智慧城市正在準(zhǔn)備部署個人自動駕駛交通工具，希望能解決交通問題。如果飛行汽車可以成功使用，那么它們將開始影響城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。長遠(yuǎn)看，整個城市可能會基于飛行車普遍使用的場景進行規(guī)劃調(diào)整。

神經(jīng)形態(tài)芯片非常節(jié)能，適用于移動設(shè)備、車輛和工業(yè)設(shè)備。神經(jīng)形態(tài)芯片的發(fā)展可以促進人工智能系統(tǒng)的發(fā)展，這些系統(tǒng)具有特定的用途，如物體識別、語音和手勢識別、情感分析、健康分析和機器人運動。通過合理的功耗控制，它們可以成為從玩具到仿人機器人等多樣化交互設(shè)備的關(guān)鍵組件。

目前該技術(shù)在外骨骼、上肢、內(nèi)部器官均有運用，主要設(shè)計用于幫助受傷患者。如仿生外骨骼可以增強人類的自然運動系統(tǒng)，讓使用者跑得更容易/更快。未來仿生學(xué)的目標(biāo)是“將有機體與機器融合”。這種方法將產(chǎn)生生物和機械部件融合為“機器人”的混合系統(tǒng)。仿生器官將增強生物功能，使人們更快地奔跑、看得更遠(yuǎn)、聽力更好、壽命更長，甚至可以更好地思考。

腦功能映射技術(shù)正在迅速發(fā)展，為治療神經(jīng)疾病、理解認(rèn)知和在人工環(huán)境中復(fù)制認(rèn)知奠定了基礎(chǔ)。長遠(yuǎn)看，深入了解大腦在生理和病理情況下的功能將為確定疾病原因、治療干預(yù)和預(yù)防策略提供重要信息。此外，大腦解碼的進步有力地支持了腦機接口和大腦仿真技術(shù)的發(fā)展。

腦機接口是大腦與外部設(shè)備之間的直接通信途徑，它既可以從大腦中收集信息，又可以將信息輸入大腦，使其能夠與環(huán)境互動。增強和更復(fù)雜的是“雙向”腦機接口，它記錄大腦活動并將刺激傳遞到神經(jīng)系統(tǒng)。腦機接口領(lǐng)域的研究目標(biāo)之一是通過人機共生來提高執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)（例如駕駛戰(zhàn)斗機）的效率。腦信號刺激的研究進展可能會開啟腦與腦交流的新時代。

情緒識別的主要方向仍然是“閱讀”面部表情。有研究人員開發(fā)出一種運用AI算法的芯片，能通過實時分析人臉圖像識別八種情緒。情感分析也是繼面部表情之后的一種新的技術(shù)突破，將機器人學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于書面文本可以檢測我們表達(dá)的積極或消極態(tài)度等。智能設(shè)備是我們當(dāng)前的現(xiàn)實，但“共情設(shè)備”可能是未來。

智能紋身也被稱為紙皮膚、電子皮膚或電子紋身，它由可穿戴的表皮皮膚電極組成，能夠?qū)崟r感知各種環(huán)境刺激（壓力、觸摸或接近)和生理數(shù)據(jù)(心率、呼吸、血液酒精和氧氣含量、肌肉活動、情緒）。它代表了一個一體化的感應(yīng)平臺，將為無法獲得醫(yī)療服務(wù)地區(qū)的患者提供交互式遠(yuǎn)程醫(yī)療和治療系統(tǒng)的支持。未來，柔性有機光學(xué)傳感器可以直接層壓在器官上，以監(jiān)測手術(shù)期間和手術(shù)后的血氧水平。

法國國家科學(xué)研究中心研究人員設(shè)計了一種所謂的“記憶電阻器”，一種直接在計算機芯片上實現(xiàn)的人工突觸。這種突觸能夠自主學(xué)習(xí)，還能夠?qū)υ撈骷M行建模，這對于開發(fā)更復(fù)雜的電路至關(guān)重要。未來，這些技術(shù)將成為設(shè)計計算機機器的一個重要組成部分。在模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的情況下尤其如此，要利用大腦的力量或模仿大腦的結(jié)構(gòu)還需要進一步探索研究。模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以提升效率，對于具有大量連接的超級計算機而言，將會獲得更強大的計算能力。

柔性電子是可彎曲或可伸縮的電子電路，晶體管、顯示器、電池、傳感器等組件具有這些特性。靈活性不僅可以實現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計，而且還可以實現(xiàn)新的應(yīng)用，如可穿戴設(shè)備、電子紋身或基于電子電路直接3D打印的潛在低成本解決方案。核心技術(shù)是薄膜電子學(xué)，柔性電子器件被應(yīng)用于顯示器制造、傳感器、能量儲能/轉(zhuǎn)換、醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測、人機交互等領(lǐng)域。

LED顯示器通過液晶顯示器作為像素來顯示圖像?；诩{米棒的多功能LED既能發(fā)光又能探測光，且比標(biāo)準(zhǔn)LED的刷新速度快三倍。納米LED使用少量的能量可以產(chǎn)生更寬的光波長范圍，為顯示器提供更溫暖、更鮮艷的色彩。從長遠(yuǎn)來看，既能發(fā)光又能檢測光的新型LED陣列可以幫助用戶通過非接觸式手勢控制智能設(shè)備，并使用環(huán)境光為這些設(shè)備充電。

碳納米管是一種直徑為納米級的碳基管狀材料。這些管狀碳分子的特殊性使其在納米技術(shù)、電子、光學(xué)和其他材料科學(xué)中具有價值。除了用于筆記本電腦和智能手機更快、更高效的芯片外，纖巧但功能強大的處理器還可以支持新型技術(shù)，比如可彎曲的電腦和可注射的微芯片，或者可以針對人體癌癥的納米機器等。

這一個新的概念，它利用存儲設(shè)備的物理特性來存儲和處理信息。與最先進的經(jīng)典計算機相比，這種技術(shù)有望在速度和能源效率方面提高200倍。內(nèi)存驅(qū)動計算是無限靈活且可擴展的架構(gòu)，可以比傳統(tǒng)系統(tǒng)消耗更少的能量來更快地完成計算任務(wù)。隨著數(shù)據(jù)量的飛速增長，其重要性不斷提高，將為大型可組合基礎(chǔ)架構(gòu)的數(shù)據(jù)處理提供解決方案。

石墨烯被稱為新的納米材料，導(dǎo)電性能好、化學(xué)性能穩(wěn)定，是世界上最堅固的材料。它由碳原子組成，這些碳原子被密集地堆積在二維六邊形的圖案中?；谑┚w管的電路可以解決硅晶體管的處理速度限制。它們將使用微處理器的時鐘速度提高了數(shù)千倍，同時需要的功率是硅基計算機的百分之一。

光學(xué)時鐘或原子鐘有望在時間測量和標(biāo)準(zhǔn)化方面提供更高的精度。這使其適用于多種應(yīng)用場景，并且可節(jié)省大量能源。量子邏輯時鐘具有廣闊的前景，而新的原子鐘將需要突破更多的基礎(chǔ)研究。

納米線的可重復(fù)性和可調(diào)節(jié)性以及表面特性為納米醫(yī)學(xué)提供了一種新穎的方法，成為納米電子學(xué)、光電子學(xué)以及分子尺度的化學(xué)和生物傳感的重要基石。納米線可以與微通道集成，提供從宏觀到納米的路徑，使研究人員能夠檢測和分析目標(biāo)分子，如DNA、RNA和蛋白質(zhì)。納米線的直徑非常小，可用于探針尖端。此外，基于納米線可以制造出一種柔性納米電子支架，該支架有望創(chuàng)造出可檢測化學(xué)和電學(xué)變化的傳感皮膚。納米線也可能對建筑和汽車行業(yè)產(chǎn)生重大影響。

光電子學(xué)是光子學(xué)的一個分支，致力于把電子學(xué)和光結(jié)合起來傳輸數(shù)據(jù)。光電子學(xué)的進一步研究將為開發(fā)許多不同的光電子器件開辟道路。5D光數(shù)據(jù)存儲過程包括改變?nèi)廴谑⒌墓鈱W(xué)特性，使用超快（飛秒）激光寫入技術(shù)創(chuàng)建3D納米級信息記錄。預(yù)計目前主要用于高端軍事裝備的光量子芯片將在幾年內(nèi)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。集成光量子研究的進展會革新光量子技術(shù)，同時保持與現(xiàn)有半導(dǎo)體芯片技術(shù)的兼容性。

量子計算機(QC)基于量子位元（稱為量子位元）工作，量子位元可以表示為0、1或由量子力學(xué)調(diào)節(jié)的這兩個態(tài)的任何量子疊加態(tài)。盡管有多家公司聲稱生產(chǎn)量子計算機和量子編譯器，但目前的技術(shù)沒有為量子計算機的制造提供成熟的解決方案，而第一個原型機只能在特定問題上操作。

量子密鑰分配位于量子密碼學(xué)的核心，它使用量子粒子（電子、光子）安全地建立雙方之間的共享密鑰。量子密鑰分配系統(tǒng)利用了量子力學(xué)中的一個基本原理：觀察量子粒子會自動改變其特性。因此，總是有可能檢測量子粒子是否已經(jīng)被觀察到，表明安全漏洞。如果發(fā)生這種情況，密鑰將被丟棄，另一個密鑰將被發(fā)送，直到雙方確定沒有其他人觀察到密鑰為止。 中國量子技術(shù)處于全球領(lǐng)先，目標(biāo)在2030年建立全球量子網(wǎng)絡(luò)。

自旋電子學(xué)是一個新的研究領(lǐng)域，研究電子自旋對導(dǎo)電的影響。電子自旋可用于電、光、聲音、震動和熱的能量之間的轉(zhuǎn)換。這種在不同能量形式之間切換的能力可以適用于各種各樣的設(shè)備，自旋電子學(xué)的一個潛在應(yīng)用是允許聲音向一個方向流動而不是相反方向流動的音頻設(shè)備。

生物降解電子器件是一種壽命有限的電子元件，可通過水解或生化發(fā)生反應(yīng)。這種裝置可作為醫(yī)療植入物，用于臨時體內(nèi)傳感、藥物輸送、組織工程、微流體等，通過生物或化學(xué)過程自然降解的材料通常用于食品和藥品包裝。可降解電子產(chǎn)品可以使設(shè)備更智能，例如溫度或化學(xué)監(jiān)測。

芯片實驗室將化學(xué)分析等實驗室功能集成在一個微小尺寸的設(shè)備中。目前正在開發(fā)芯片實驗室系統(tǒng)分析患者血液樣本，以檢測可能導(dǎo)致膿毒癥的微生物，并減少抗生素的不當(dāng)使用。芯片實驗室技術(shù)有望通過更好、更快速的診斷改善醫(yī)療水平，特別是在醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施落后的地區(qū)。同時，該技術(shù)可以使患者在監(jiān)測自身健康方面發(fā)揮更積極的作用。

分子識別可以看作是對分子間相互作用的研究。從醫(yī)學(xué)角度來看，分子識別決定了一個化合物是否具有臨床性質(zhì)?；诜肿幼R別的生物傳感應(yīng)用的納米材料對臨床條件特別重要，其中識別成分可以是酶、DNA、RNA、催化抗體、適體和標(biāo)記的生物分子。目前分子識別技術(shù)在便攜式設(shè)備診斷、電反應(yīng)診斷、藥物篩查方面都有不同程度的運用。從長期看，分子識別是構(gòu)建生命過程的基石之一。

生物電子學(xué)是利用生物材料或生物體系結(jié)構(gòu)來設(shè)計和制造信息處理機械和相關(guān)設(shè)備的技術(shù)。這一領(lǐng)域利用生物燃料電池、仿生學(xué)和用于信息處理、信息存儲、電子元件和執(zhí)行器的生物材料。該研究領(lǐng)域的重要方向是生物材料和小型電子設(shè)備之間的互補性和相互作用。

生物信息學(xué)是一個新的研究領(lǐng)域，它結(jié)合了生物學(xué)、數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)等多個學(xué)科的方法、技術(shù)和數(shù)據(jù)。它的目標(biāo)是開發(fā)新的工具來繪制和分析生物有機體的數(shù)據(jù)。生物信息學(xué)的用途包括識別候選基因和核苷酸，目的是更好地了解疾病的遺傳基礎(chǔ)、獨特的適應(yīng)性、理想的特性，或種群之間的差異。

植物通訊是指植物和其他生物之間的交流，不管是同一種還是不同類型的植物、土壤和昆蟲，還是更復(fù)雜的生物。目前有研究團隊正在探索將植物作為傳感器的方法。對植物通訊的深入研究可能會有潛在的應(yīng)用前景。

基因編輯也被稱為“基因組工程”，它是DNA被插入、刪除、修改或替換到生物體的基因組中的工具。通常的編輯方法是通過工程核酸酶（分子剪刀）在基因組中的靶點產(chǎn)生斷裂雙鏈?；蚓庉媽⑦M入許多不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其中大多數(shù)前景仍然無法預(yù)想。在構(gòu)想新用途時需要很多創(chuàng)造力，并且需要考慮很多道德和法規(guī)問題。

基因治療的重點是基因突變，基因突變使其產(chǎn)生異常蛋白質(zhì)。除了變異，基因治療的基本原理是，缺陷基因被治療基因（也稱為功能基因）取代或滅活，這種基因通過病毒或“裸DNA”進入人體?；蛑委煶蔀榭尚械募夹g(shù)能力正在擴大，但基因治療的成熟度和大規(guī)模采用的復(fù)雜性仍待觀察，此外政策和各種倫理困境的解決也很重要。

抗生素耐藥性是全球人類健康面臨的最嚴(yán)重的風(fēng)險之一，這就意味著要面對多方面挑戰(zhàn)，包括：感染預(yù)防、新抗生素的開發(fā)以及對抗感染的替代方法、限制過度使用和確保有效性治療。在未來，一旦確定了感染的原因，醫(yī)生將可以在現(xiàn)場決定是否采用適當(dāng)?shù)目股刂委?，以及哪種抗生素最有效。

生物打印是3D打印的一種特殊應(yīng)用，它使用聚合物或基因工程的生物材料生產(chǎn)組織和器官，其中一些組織和器官可植入人體。生物打印的優(yōu)點是材料的個體適應(yīng)性較好并且具有較少的副作用，包括植入物排斥反應(yīng)。

基因表達(dá)是一個基因的核苷酸序列被用來指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成和產(chǎn)生各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)的過程。通過了解如何控制基因表達(dá)，科學(xué)家們希望破解每個基因在人類和動物發(fā)育中的作用。通過研究人體對基因表達(dá)的控制，可以預(yù)見人的衰老程度和速度。在胚胎發(fā)育和多功能干細(xì)胞生物學(xué)階段控制基因表達(dá)可能會徹底改變輔助生殖和再生醫(yī)學(xué)。

藥物輸送是指給人或動物施用治療劑或藥物復(fù)合物，以達(dá)到治療效果的一種治療方法。藥物傳遞技術(shù)的進步通常是為了提高藥物的功效和吸收程度，同時減少其副作用。納米材料和新材料正在徹底改變這個領(lǐng)域。提升藥物輸送能力將導(dǎo)致藥物更快達(dá)到其目標(biāo)，副作用會越來越少，并在必要時停用或重新激活。

表觀遺傳技術(shù)指的是基因功能的可遺傳變化，而這些改變并不需要DNA序列的改變。盡管實驗表明一些表觀遺傳變化是可逆的，但“表觀遺傳”一詞已經(jīng)包括在不改變DNA序列的情況下改變基因活性的過程，并導(dǎo)致可傳遞給子細(xì)胞的修飾。目前有一些證據(jù)表明，許多疾病和各種健康指標(biāo)都與表觀遺傳機制有關(guān)，包括多種癌癥、認(rèn)知功能障礙、呼吸系統(tǒng)、心血管、生殖、自身免疫和神經(jīng)行為疾病。

基因疫苗是由DNA或RNA合成的非蛋白疫苗，可促進人體免疫力提升，預(yù)防傳染性疾病擴散。它是在基因治療技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。DNA疫苗的前景非常穩(wěn)定，便于大量生產(chǎn)且易于運輸。當(dāng)基因組疫苗成為常態(tài)時，由于持續(xù)時間長，涵蓋了廣泛的病原體，并且很容易適應(yīng)后者的突變新形式，因此需要的免疫次數(shù)更少。

微生物無處不在，它們形成的微生物群對人類健康既有好處也有壞處。受早年接觸微生物和飲食等因素的影響，人與人之間的微生物組構(gòu)成有很大的差異。此外人體的不同部位有不同的微生物群。雖然已經(jīng)知道腸道細(xì)菌的組成對某些基因的活性有影響，但這究竟是如何發(fā)生的仍有待證實。一項新的研究揭示了一種潛在的方法，即“好的”腸道細(xì)菌可以控制人類的基因活性，并可能有助于預(yù)防結(jié)直腸癌。

再生醫(yī)學(xué)是一個新興的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它致力于找到修復(fù)或替換因疾病、先天性問題或創(chuàng)傷而受損的細(xì)胞、組織甚至整個器官的方法。通過組織工程、干細(xì)胞的細(xì)胞療法，以及人工培養(yǎng)的組織或器官來實現(xiàn)。

重編程的人類細(xì)胞通常指免疫系統(tǒng)的基因重新編程的白細(xì)胞或誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞，其外觀類似于胚胎干細(xì)胞。最近有研究證明，可生物降解的納米顆?？赏ㄟ^對免疫細(xì)胞進行遺傳編程，在小鼠模型中識別、清除或減緩白血病的進展，并使得免疫細(xì)胞仍在體內(nèi)。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞是一種可以直接從成體細(xì)胞中產(chǎn)生的多能干細(xì)胞。就像胚胎中自然產(chǎn)生的干細(xì)胞一樣，它們可以成為任何其他類型的細(xì)胞，可以發(fā)育為皮膚、神經(jīng)、肌肉或幾乎任何其他細(xì)胞類型。

與目前的治療方法相比，靶向觸發(fā)不同類型細(xì)胞死亡的關(guān)鍵調(diào)控分子可能是一種更有效、毒性更小、更不容易產(chǎn)生耐藥性的癌癥治療方法。識別新的細(xì)胞死亡機制并嘗試協(xié)同激活和控制多種細(xì)胞死亡途徑是一種新興對抗癌癥的方法，預(yù)示著癌癥治療有效性的重大飛躍。同時它有望減輕或解決困擾該領(lǐng)域的某些毒性和耐藥性問題。