火星殖民真的是人类宿命吗？

火星殖民真的是人类宿命吗？

随着2012年“火星一号”计划的启动，能否将这颗红色的行星作为定居点引起了激烈的调查和讨论。尽管火星大气中氧含量不到1%，但矿物资源的存在和液态水的潜在存在使得这种恶劣的环境在不久的将来适合人类殖民----2031年。

执行这项充满雄心的任务有着相当大的技术挑战。实现这项任务的费用累计约为1000亿美元。其中4名宇航员将乘坐“单程机票”被送往火星，这项费用估计约为120亿美元。除了这些看得着的阻碍之外，还需要解决各种其他非技术、伦理方面的问题。          

在《Global Challenges》上，来自南洋理工大学的Igor Levchenko和昆士兰理工大学的Kateryna Bazaka与同事们讨论了火星殖民所面临的伦理、法律和经济挑战以及其他尚未解决的问题。

首先，火星殖民是道德的吗？

支持殖民火星的最有力的论据是人类可以在全球灾难中得以生存。然而，殖民地基础设施的发展也是至关重要的。可持续文明是指利用当地资源，进行繁衍以及形成功能化社会，每一种文明都涉及道德、政治和法律问题，例如谁来施行最合适的“文明模式”？

此外，火星的第一批定居者将面临重大的牺牲。旅程本身是七个月，严酷的隔离条件，完全缺乏隐私，没有回家的选择，这些不可避免地将给他们的精神和身体健康带来重大威胁。

换一种思考角度，我们是否应该把我们的财力和智力资源用在发展能够改善我们在地球上生活质量的技术上面？

根据Levchenko和Bazaka所言，这些问题可能需要一些时间来回答：“除非我们面临一场将立即威胁到我们在地球上生存的重大灾难，否则我们不太可能很快就我们是否需要殖民火星达成共识。我们马不停蹄地发展新的技术，并不断在近地空间扩大我们的存在，把人类过早地送往火星将使我们可能面临许多道德和伦理方面的挑战。”

工程方法助力精准医学

我们都是具有不同个体特征、能力和偏好的人。我们的生理和心理特征大不相同，不管是年龄、性别、病史还是遗传特征。虽然我们在许多领域考虑个人特征以提高生活质量，但这些考虑只是最近才开始在医学领域发挥更大的作用。             

我们不能强迫一个身材高大的人穿太小的衣服。但是在我们开发一种有效的药物时，

我们往往会把关注点集中在疾病本身上面，而忽略了患者的个体特征。然而，每个患者对活性成分或不同药物组合的反应不同。精准医学试图在正确的时间把正确的药物输送到合适的病人身上。             

最近，对人类基因组的分析已经变得更能被公众所负担得起。许多患者可以通过分析其肿瘤的遗传突变而得到更成功的治疗，并且基于遗传学的精准医学也被用于许多其他疾病的治疗。商业的基因组分析可以帮助开发一个巨大的数据库，这将大大有助于基于基因组的精准医学的进一步发展。  

生物材料工程、细胞工程、芯片上的器官、个性化植入物和个性化设备与基于基因组的方法一起使精准医学成为可能

令人惊讶的是，很少有人关注于如何利用工程方法来促进精准医学领域的发展。在近期发表在《Advanced Science》上的一篇综述中，AliKhademhosseini和他的团队讨论了通过考虑遗传和非遗传因素来提供更高治疗精度的工程方法。

他们描述了可以作为人工器官生长支架的个性化生物材料，以及用于外科干预和基于生物材料的药物输送系统的工具，这些药物输送系统可以通过将传感和药物释放集成在闭环系统中来提供按需药物释放。             

可穿戴的医疗设备可以实时监测患者的生理状态，工程免疫细胞可以直接利用患者的内部防御系统来对抗疾病。最后，

他们报道了利用患者的自体细胞来开发干细胞以提供患者特异性细胞或器官，以及利用自体细胞作为“芯片上的器官”，来提供关于个体对处方治疗反应的直接信息。

变废为宝：含碳废料的华丽变身

石墨烯和碳纳米管由于具有优异的电学、光学及机械性能，在物理、化学及生物医药领域受到了研究人员的广泛关注。如果能将廉价的前驱体通过回收处理来得到具有更高价值的石墨烯和碳纳米管材料，这将不失为一种提高经济效益的有效手段。

近日，浦项科技大学和首尔大学的Sung-Joo Kwon和Tae-Woo Lee等人关于“利用含碳废料来制备石墨烯和碳纳米管”的进展进行了综述，对相关制备方法进行了阐述。此外，该文章尝试从提高材料电学性质的角度去讨论其在电子器件领域的实际应用，最后对材料的未来前景进行了展望。

利用工业廉价原料和生物质废料制备石墨烯和碳纳米管及其应用

石墨烯和碳纳米管可以通过对花生壳进行热解的方法来获得，但在热解的过程中，含有金属元素的添加剂会使材料的质量受到严重影响，进而导致材料电学性能的降低以至其在水处理和分子分离等领域的应用受到限制。利用CVD方法从含碳废料中制备得到的石墨烯质量相对更优良，并且作为电极材料已在电子领域得到了实际应用。即使这样，废料衍生化石墨烯和碳纳米管由于具有的成本竞争力和生态友好性，依然引起了科研人员浓厚的研究兴趣。

然而，废料衍生化石墨烯和碳纳米管真正能够在实际应用中崭露头角，还有很长的路要走，这需要科学家们继续致力于材料质量、电学性质以及产量的提高。

研究人员对能够量产具有光滑表面和高透光率的石墨烯及碳纳米管材料的处理方法前景进行了展望，同时指出由于石墨烯及碳纳米管具有低的可降解性和潜在的毒性，其生态可持续性也要被充分考虑。

在这一方面，Sung-Joo Kwon提出研究人员也应同时发展对衍生化石墨烯和碳纳米管材料有效的后处理方法。

等离子体在乳糖生产中大显神通

在化工和制药工业生产中，如果粉体流动性很差，将会产生设备堵塞、设备维护时间漫长、产品损失，甚至是设备的部分损坏等问题。这种差的流动性来源于分子之间的范德华力。

当粉体表面积增加时，范德华力将逐渐超过重力和库仑力，成为主导力。颗粒尺寸越小，那么颗粒间的距离会越小。

为了克服工业生产中粉体产品流动性差的问题，人们通常使用润滑剂、流动剂或流动调节剂等纳米颗粒来增加粉体之间的距离，进而减小颗粒之间的范德华力。

流动剂必须尽可能均匀地分布在粉体中以达到更高的流动性，这也必然导致了混合过程成本高昂。虽然多年来已有所改进，但这种混合过程是间歇进行的，需要数小时甚至数天才能达到所需的混合质量，进而使产品达到好的流动性。如果能使该过程连续地进行，那么生产成本将显著降低，同时产品质量可以得到更好的控制。

来自瑞士过程工程研究所的研究人员首次提出利用介质阻挡放电的方法，来实现常压下连续化增强粉体的流动性，使其从粘性状态到易流动状态。

该技术可以取代目前工业上使用的耗时的间歇工艺过程。

用于乳糖粉处理的介质阻挡放电装置。1：储罐；2：螺旋输送机；3：漏斗，4：四射流组件，4.1：接地电极，4.2：介质阻挡通道；5：旋风分离器；6：浸渍管和排气口；7：粉末收集管

研究小组利用等离子体喷射装置，来产生大量的二氧化硅纳米作为流动剂。该技术是一种制备流动剂十分有效的方法。改装后的装置中，多个喷射流围绕于中间的管排列。在工作过程中，粉体从中间的管落下来。

“这项工作的目的是制备出纳米颗粒，随后沉积于细小的粉体表面，进而提高粉体的流动性。这项技术可以取代目前工业中十分耗时的间歇混合过程。”团队成员Roger Wallimann如是说。

水凝胶用于肝移植中免疫抑制剂的控制释放

肝移植需要抑制受体的免疫系统以避免移植排斥反应。由于免疫抑制剂会威胁患者的健康，因此需要精确控制其剂量。

在《Advanced Materials》上，来自南京医科大学的Jindao Wu博士、Xuehao Wang教授、Fuqiang Wang博士以及来自中国科技大学的Gaolin Liang及其团队报告了一种实现免疫抑制剂他克莫司(tac)控制释放的方法。

Xuehao Wang教授:“排斥反应是肝移植术后的关键问题。在临床上，我们使用tac来减少排斥反应，提高存活率。

激活的PTK(蛋白酪氨酸激酶)将包封tac的超分子水凝胶打开，实现药物的释放

JindaoWu博士:“医生经常根据他们的临床经验调整tac的剂量。我们希望能够根据受者的免疫状态，实现tac的智能释放，将与tac相关的并发症风险降到最低。”

研究人员设计了两种基于肽的水凝胶化合物，它们与tac结合成凝胶来实现药物的控制释放。

Fuqiang Wang博士:“激活的PTK(蛋白酪氨酸激酶)可以用来将包封tac的超分子水凝胶打开，进而实现药物的释放。”

Gaolin Liang教授:“我们希望在不久的将来，我们这种巧妙的、简单的tac免疫抑制剂释放方法可以应用于临床治疗器官移植排斥反应。”