开云,中国工程院外籍院士畅谈前沿工程科技 中国工程院外籍院士迈克尔·霍夫曼 实现废水就地处理的“厕所革命”
发表时间：2024-09-14 | 作者：星空
焦点提醒：中国项目院外籍院士泛论前沿项目科技 中国项目院外籍院士迈克尔·霍夫曼 实现废水当场处置的“茅厕革命” 
中国项目院外籍院士迈克尔·霍夫曼
实现废水当场处置的“茅厕革命”
■本报记者 陆琦
世界茅厕组织数据显示，全球有24亿人没有茅厕或糊口在茅厕卫生较差的情况中，一些国度是以激发疟疾等年夜量疾病，由于直排污物形成泥土、食品和水污染。
在5月30日进行的中国项目院第十四次院士年夜会全院学术陈述会上， 中国项目院外籍院士、加州理工学院情况科学与项目系传授迈克尔·霍夫曼为大师带来了一场关在“茅厕革命”的陈述。
“这个项目是2011年在我研究生活生计的后半程最先的。”霍夫曼40多年的学术生活生计研究触及年夜气化学、化学动力学、催化氧化与还原、光化学、光催化、纳米手艺、超声化学、光电化学、脉冲等离子体化学、情况水化学和微生物学等普遍的范畴。
在比尔和梅琳达·盖茨基金会的帮助下，霍夫曼课题组开辟、测试并实行了便利式反映系统，该系统特地为糊口废水的当场处置而设想。
糊口废水在用一套持续的厌氧/好氧折流式生物反映器预处置以后，废水紧接着会经由过程半导体电化学阵列被处置，这里的化学需氧量（COD）和微生物量城市下降到美国情况庇护署（EPA）的从头利用尺度值以下。
“用特制的迷你反映器将处置过的废水转化成能够用来洗手和饮用的新水。”霍夫曼引见说，“处置过的废水就会被搜集到冲刷水箱中而不会被排放到四周的情况中。”
饮水与茅厕相关的疾病是五岁以下儿童灭亡的首要缘由之一，不平安供水和茅厕与儿童发展缓慢相关，影响全球1.56亿儿童。
据引见，霍夫曼课题组设想的反映系统能够经由过程消弭悬浮颗粒并削减95%以上的化学需氧量（COD）和全体消弭粪年夜肠菌群、年夜肠杆菌、病毒和年夜肠菌群来净化废水。道理是：原地氯化物与水的阴极还原所构成的氢之间的反映会发生阳极活性氯，肠道菌群消毒能够经由过程这类阳极活性氯来对于细菌和病毒。
今朝，该系统的第三代样机正在缺少废水排放处置的常规城市根本举措措施的处所进行实现实验。
2013年，霍夫曼和中国的研究院校、企业展开了合作，他们在江苏宜兴成立了公司，为成长中国度制造太阳能装备并供给相干的生物化学和电化学反映器系统。
“我们正在进行普遍的样机制造，并在一些处所展开试点。”霍夫曼引见，他们在宜兴的一所小学里安装了相干的茅厕举措措施，结果不错。同时，在一家公园里也安装了光伏发电多人用茅厕举措措施，日欢迎人数可达2600人。
另外，他们还在印度成立了与ERAM科学和科勒公司（美国/中国）的额外工业合作，出产用合用在印度城市和郊区情况的装备。
关在本钱问题，霍夫曼暗示，焦点半导体阳极的机能和耐用性晋升和材料的改良，将延续不竭地下降出产本钱，并且安装完成的处置系统能够在没有外部电源或淡水的环境下一般工作。
“今朝，用在南非、秘鲁、华南和柬埔寨的年夜型装备已拆卸终了。”霍夫曼说，“我们但愿带来一场‘茅厕革命’，5年内实现从设想理念到周全量产，成长中国度的卫生状态改良作出进献。”
中国项目院外籍院士泛论前沿项目科技 从飞机乐音节制到削减品格灾难，从智能材料到年夜数据存储，从肿瘤医治到茅厕革命……5月30日，在中国项目院第十四次院士年夜会全院学术陈述会上，来自分歧研究范畴的6位中国项目院外籍院士，与在场院士分享、交换了一系列项目科技范畴的前沿学术功效。
中国项目院外籍院士安道琳
从低乐音飞机到乐音节制
■本报见习记者 辛雨
提高潜水艇声呐系统的信噪比，轮胎与道路的彼此感化，低污染燃烧与自顺应有源燃烧节制…… 中国项目院外籍院士、英国皇家项目院院长安道琳作为这一系列研究的介入者，带来了很多新型利用，包罗声呐系统的特种涂料、海洋石油勘察的新一代声学天线和喷射引擎的燃烧节制等。
斟酌到低乐音飞机的需乞降主要性并没有获得足够的正视，安道琳带着这些新型利用，转回航空声学范畴，进一步研究协和式超音速喷射客机和飞机噪声。
最近几年来，第二代涡轮喷气飞机使得平易近用飞机的噪声级有降落趋向，而且每乘客英里耗油量也逐步削减。这不由让人思虑，从一张空白纸最先，有人能够设想一架在典型机场外面听不见声音的中程客机吗？
“这意味着声能降至约当前品级的0.3%。假如有可能设想如许一架“静音”飞机，与今朝的和下一代飞机比拟，其燃料若何燃烧和排放？”安道琳说。
是以，安道琳与40余位来自剑桥年夜学和麻省理工学院的研究人员合作，结合波音公司、劳斯莱斯、马歇尔、美国国度航空航天局（NASA）等公司机构，展开“低噪声飞机打算”。
低噪声飞机，指在白日城市情况下，飞机噪声可下降至布景值。安道琳在陈述中引见，研究开初阐发了飞机起飞和出场时，保守式飞机噪声源（透风进气口、透风排气口、涡轮机、排气喷口等）的噪声品级，这有益在进一步计较每个噪声来历的可下降水平。
接下来，经由过程低噪声飞机概念设想，和低噪声促进手艺，优化起飞推力治理，以移位阈限、低策动机转速迟缓、年夜角度出场。另外，操纵低燃油耗损促进手艺，以包管较低的能源利用量。 最初，猜测噪声程度发觉，在各类前提下，该静音飞机的噪声程度约低在现无机群噪声程度25EPNdB。安道琳暗示，“低噪声飞机打算”估计将实现现无机群噪声的阶跃转变。“我们已依此开辟出一种新概念飞机，能够运载215名乘客用更少的燃油从北京飞到伦敦，更主要的是，这一航程中所发生的乐音程度急剧降落。”
“低噪声飞机打算”开辟出新奇、超低噪声节能飞机的概念设想。安道琳构成了对管道火焰燃烧振荡的根基熟悉，证实了自动反馈节制是消弭致使不不变性的粉碎性彼此感化的一种无力体例。
概况适应性、鸿沟层和概况性质相连系构成的波导极年夜地改变丈量场，进而显著下降近概况气流发生的声音。安道琳不但率先明白了这些效应，并且说明了若何经由过程恰当选择概况涂层对其进行节制。
安道琳带领英国皇家项目院与中国项目院展开了一系列行之有效的合作，包罗立异、校企合作、计谋新兴财产、进步前辈制造业和全球严重挑战等范畴。
“我尽力实现那些曾鼓励过我研究生活生计的价值不雅，也以此来鼓励青少年向项目界成长，为项目界多作进献。”安道琳说：“我认为学术与贸易相跟尾相当主要，这能够进献更好的合作模式，将使合作研究的成果产生改变。艰难的挑战也能够成为变化性研究的驱动者，我们需要更多更好的国际研究合作来驱逐这配合的挑战。”
中国项目院外籍院士田村幸雄
用全尺寸风暴摹拟器下降灾难丧失
■本报记者 倪思洁
5月30日，中国项目院第十四次院士年夜会全院学术陈述会上，在作完扼要的毛遂自荐后，国际风项目界的代表性人物、中国项目院外籍院士田村幸雄（Yukio Tamura）向在坐听众展现了积年来全球履历的几回风灾。
1970年11月，孟加拉国东巴基斯坦的Bhora飓风形成50万人灭亡，经济丧失4.6亿美元。2005年8月，卡特里娜飓风攻击美国，形成2541人灭亡和掉踪，经济丧失约在1000亿美元。2008年5月，缅甸产生了纳尔吉斯飓风，灭亡和掉踪人数到达138366人，经济丧失100亿美元。2013年11月，海燕台风攻击了菲律宾，形成7986人灭亡和掉踪……
“天然灾难频仍产生，固然我们没法猜测它的纪律，但为何我们不采纳持久应对办法？”田村幸雄说。
人类糊口在年夜气鸿沟层的规模内。在这一规模内呈现的气流一般被称为风，而热带气旋等极强风将对根本举措措施和人员形成严峻侵害。乃至弱风或中等强度风也可能致使修建物或建筑构件呈现猛烈振动，并可能对人类社会形成严峻的、持久且无形的情况影响，例如空气污染问题。
最近几年来，粉碎性气候灾难、风暴和洪灾的产生频次日趋增添，相干经济丧失也显著增添。
“建筑物愈来愈高，桥梁愈来愈长，也是以愈来愈轻易遭到风力的影响。”田村幸雄说。
按照他的统计，从2005年到2014年，每一年美国因天然灾难带来的经济丧失是450亿美元，中国是270亿美元，日本是240亿美元。
他暗示，为削减“与风力有����APP关的灾难”的风险，并终究实现更平安、更安定的社区，风力项目研究人员仍需处理很多新问题，“正如基在全球变和缓天气转变作出的假定，将来与风力相关的灾难风险将延续恶化”。
不外，持久努力在布局风项目研究的田村幸雄在研究进程中也发觉，今朝应对品格灾难的坚苦的地方在在，对建筑物和修建物抵抗数百年或数千年一见的罕有粉碎性事务的机能所展开的验证工作，仅仅基在对偶尔产生的侵害标记的恍惚判定。
“这一进程就像在暗中中试探。”田村幸雄说。
他暗示，风力项目师更感爱好的是风力荷载评估，而非建筑物和修建物的机能评估，是以采取缩比模子展开的风洞实验对其很有助益。但是，缩比模子对修建物的机能评估或极端风力和暴雨、降雪等其他景象形象要素的分析影响评估并没有助益。
“不克不及让悲剧重演！我们需要正确评估建筑物与布局的抗风机能，特别是覆层和构件系统的机能。”田村幸雄暗示。
他建议，为削减灾难风险，有需要建筑在受控前提下再现实在罕有事务的全尺寸风暴摹拟器。
“全尺寸风暴摹拟器能够对极为罕见的事务和现象进行全尺寸再现。”田村幸雄暗示，用全尺寸风暴摹拟器能够削减天然灾难中2%的经济丧失，晋升国度危机节制能力。
“我们投资今天，解救明天。将来不该该是场悲剧，而应当是我们留给孩子的一份礼品！”田村幸雄说。
中国项目院外籍院士顾敏
让年夜数据存储更绿、更快、更久长
■本报记者 李晨阳
“我们糊口在年夜数据的时期。”中国项目院外籍院士、华裔Australia科学院院士顾敏走上讲台，用一句看似陈词滥调的话最先了他的陈述。
跟着计较机收集手艺的迅猛成长，人类社会的消息量呈爆炸性增加。据互联网数据中间估算，到2020年消息量将跨越40ZB，2025年到达162ZB，消息的发生速度远远跨越数据的存储能力。
跟着脑科学打算、引力波探测等年夜科学项目标推动，科研工尴尬刁难长数据的需求也在不竭增加，科技工作者们呼喊着更长命命、更年夜容量的数据存储中间。
而人们为了贮备更多消息，也支出了庞大的价格。中国数据中间2011年的耗电量，就相当在三峡年夜坝全年的发电量。以今朝的增速计较，短短10年后，全球的石油产能都不克不及知足数据存储的耗电需求。
这是顾敏等科学家面对的艰巨挑战，也是摆在全人类眼前的严重问题。
保守年夜数据中间由数千个硬盘阵列构成，采取低存储密度的电子或磁存储介质，占用空间广、能源耗损高、速度受限多、平安隐患年夜。为了保障数据平安，硬盘阵列还须每3到5年备份一次，这更进一步增添了资本的花费。
改革的要害在在存储介质的进级。顾敏说：“我们的处理方案是纳米光电子。”
1873年, 德国物理学家恩斯特·阿贝发觉了闻名的“衍射极限”，奠基了现代光学成像器件和光存储的根本，同时也将DVD和蓝光手艺的存储密度限制在5GB到25GB的物理瓶颈。
从那今后，若何冲破衍射极限的樊篱，就是一代代科学家奋斗的方针。上世纪90年月，斯特凡·赫尔等科学家就操纵荧光份子规避了衍射极限，取得超高分辩率荧鲜明微镜，并凭此功效斩获了2014年的诺贝尔奖。
人们所熟知的光盘也面对着一样的博璃天花板。为了让光盘体积更小、容量更年夜、属性更“绿”，顾敏和他的同事们从未停下研究的程序。
2009年，顾敏团队初次在纳米材猜中实现了五维光存储，冲破了蓝光DVD三维存储的手艺瓶颈；2013年，顾敏团队发现了冲破性的SPIN手艺，在体积不变的环境下让存储量急剧增年夜。一张SPIN光盘的容量相当在10000张DVD。
颠末不懈的攻坚克难，顾敏团队终究实现了单盘PB容量的绿色光子存储手艺，贮存能力是蓝光手艺的40万倍。也就是说，本来百米标准的PB级数据中间，此刻用一张10厘米标准的光盘就可以取代，节俭年夜量根本举措措施料和90%以上的能耗。这让EB级乃至ZB级的年夜数据中间不再是天方夜谭。
这一功效问世后，顾敏和同事们由衷感慨：“我们迎来了新纪元。”他们相信，PB容量绿色光子存储手艺的成长，将掀起消息手艺范畴的新革命, 开启一个可延续成长的年夜数据时期，为扶植加倍绿色、更年夜容量、更高速度的全光光子年夜数据中间奠基根本。
在陈述中，顾敏特殊提到了本身与中国科学家的一系列合作。他还暗示本身有一个胡想，让中国的每个县都具有光学数据中间。“中国有约3000多个县，这是一个庞大的市场。”顾敏说。
中国项目院外籍院士尼古拉斯·佩帕斯
为生物医学设想智能材料
■本报记者 李晨阳
“1992年的12月，一场疾病改变了我的人生。”陈述中，中国项目院外籍院士、美国国度项目院院士尼古拉斯·佩帕斯分享了本身的一段履历。那时他病痛难忍，没法行走，直到一种叫作β干扰素的生物活性物资打针进他的肌肉后，他的身体状态才获得好转。
“就是从那时起，我意想到了生物医学这一范畴的主要性。”他说。
在佩帕斯看来，人们正糊口在医学成长史上最为冲动人心的时期。进步前辈的生物医学材料、改进的生物份子、进步前辈的医疗器材都在提高患者的生命质量；各类新兴的手艺、理念、方式甚至医疗系统，都让“治病”这件事情得加倍个性化，能够针对每位个别设想分歧的医治方案。
在愈来愈进步前辈的生物医学处理方案中，高级生物材料的主要性不竭凸显。
“我在麻省理工学院取得硕士学位那年，最存眷的就是植入身体的材料必需无毒无害。”佩帕斯说。但是跟着这一学科的迅猛成长，他发觉无毒无害只是最根本的要求。这些材料可否被人体免疫系统接管？能不克不及尽快被人体代谢降解？在贮存情况下可否连结不变？材料本钱是不是足够低廉，不给国度财务形成过年夜承担？所有这些问题，都关系到他科研工作的成败。
2016年，佩帕斯等人在《天然》杂志上颁发文章：“制造更好、更平安的生物材料”。对临床利用的固执催促他们对一种又一种新型聚合物展开测试和尝试。
此刻，佩帕斯的眼光正投向将来的生物材料。他说：“接下来，我们将要摸索智能生物材料在年夜份子释药和份子辨认中的几种具体利用。这些材料在疾病医治、生物传感和再生医学中很是有效。”
智能生物材料能与人体内自然具有的生物化学成份进行互动，而不会引发任何副感化。当人生病时，身体没法对常规的心理生化勾当进行自立调理，假如智能材料能介入到人体的代谢、再生、愈合等天然机制中，将显著提高病人舒服度，极年夜地减缓疾苦，这无疑会是生物医学范畴的庞大奔腾。
佩帕斯进一步举例，理论上，SiRNA疗法是一种很是高效的疗法，但在临床利用中，却因为缺少一种有用的释药系统而阻滞不前。2012年，几位释药专家颁发了一种SiRNA口服释药的载体。表露在消化道中时，这类载体能反抗非凡的pH情况和消化酶，将药物靶向投递得病组织。鉴在SiRNA没法自行经由过程细胞膜，这类载体能照顾着SiRNA药物被细胞吞噬，以后再经由过程溶酶体逃逸将药物释放出来。
“这些生物材料具有极年夜的市场潜力。”佩帕斯说。他欣喜地看到，纳米手艺、生物化学、份子生物学、材料学等分歧学科的人材正集聚在一路，众擎易举，努力在经由过程智能生物材料的研发来处理医学上的严重困难。
中国项目院外籍院士迈克尔·霍夫曼
实现废水当场处置的“茅厕革命”
■本报记者 陆琦
世界茅厕组织数据显示，全球有24亿人没有茅厕或糊口在茅厕卫生较差的情况中，一些国度是以激发疟疾等年夜量疾病，由于直排污物形成泥土、食品和水污染。
在5月30日进行的中国项目院第十四次院士年夜会全院学术陈述会上， 中国项目院外籍院士、加州理工学院情况科学与项目系传授迈克尔·霍夫曼为大师带来了一场关在“茅厕革命”的陈述。
“这个项目是2011年在我研究生活生计的后半程最先的。”霍夫曼40多年的学术生活生计研究触及年夜气化学、化学动力学、催化氧化与还原、光化学、光催化、纳米手艺、超声化学、光电化学、脉冲等离子体化学、情况水化学和微生物学等普遍的范畴。
在比尔和梅琳达·盖茨基金会的帮助下，霍夫曼课题组开辟、测试并实行了便利式反映系统，该系统特地为糊口废水的当场处置而设想。
糊口废水在用一套持续的厌氧/好氧折流式生物反映器预处置以后，废水紧接着会经由过程半导体电化学阵列被处置，这里的化学需氧量（COD）和微生物量城市下降到美国情况庇护署（EPA）的从头利用尺度值以下。
“用特制的迷你反映器将处置过的废水转化成能够用来洗手和饮用的新水。”霍夫曼引见说，“处置过的废水就会被搜集到冲刷水箱中而不会被排放到四周的情况中。”
饮水与茅厕相关的疾病是五岁以下儿童灭亡的首要缘由之一，不平安供水和茅厕与儿童发展缓慢相关，影响全球1.56亿儿童。
据引见，霍夫曼课题组设想的反映系统能够经由过程消弭悬浮颗粒并削减95%以上的化学需氧量（COD）和全体消弭粪年夜肠菌群、年夜肠杆菌、病毒和年夜肠菌群来净化废水。道理是：原地氯化物与水的阴极还原所构成的氢之间的反映会发生阳极活性氯，肠道菌群消毒能够经由过程这类阳极活性氯来对于细菌和病毒。
今朝，该系统的第三代样机正在缺少废水排放处置的常规城市根本举措措施的处所进行实现实验。
2013年，霍夫曼和中国的研究院校、企业展开了合作，他们在江苏宜兴成立了公司，为成长中国度制造太阳能装备并供给相干的生物化学和电化学反映器系统。
“我们正在进行普遍的样机制造，并在一些处所展开试点。”霍夫曼引见，他们在宜兴的一所小学里安装了相干的茅厕举措措施，结果不错。同时，在一家公园里也安装了光伏发电多人用茅厕举措措施，日欢迎人数可达2600人。
另外，他们还在印度成立了与ERAM科学和科勒公司（美国/中国）的额外工业合作，出产用合用在印度城市和郊区情况的装备。
关在本钱问题，霍夫曼暗示，焦点半导体阳极的机能和耐用性晋升和材料的改良，将延续不竭地下降出产本钱，并且安装完成的处置系统能够在没有外部电源或淡水的环境下一般工作。
“今朝，用在南非、秘鲁、华南和柬埔寨的年夜型装备已拆卸终了。”霍夫曼说，“我们但愿带来一场‘茅厕革命’，5年内实现从设想理念到周全量产，成长中国度的卫生状态改良作出进献。”
中国项目院外籍院士尼古拉斯·罗伯特·莱蒙
溶瘤病毒疗法可防治癌症
■本报见习记者 辛雨
近年，人类对癌症细胞的发生、癌细胞成长中基因和份子转变的研究，使得经由过程靶向恶性肿瘤细胞中非凡的旌旗灯号传导路子和查抄点的非常来研发新的医治方式，成为实际。
中国项目院外籍院士、英国巴茨癌症研究所所长尼古拉斯·罗伯特·莱蒙从基因组学和份子病理学角度研究癌症，在癌症的生物医治和疫苗研发方面有了新的冲破，他的科研项目触及基因润色的溶瘤病毒和从头靶向的免疫细胞在病人身上的初期临床实验。
“我的工作就是探访溶瘤病毒与癌症之间的关系。”莱蒙说。
陈述会上，莱蒙引见了溶瘤病毒感化肿瘤细胞的根基道理和进程。病毒被润色后将只会有选择性地在肿瘤细胞里复制，而不在一般细胞中复制，而且在复制进程中引发肿瘤细胞消融并释放新的病毒子。
据莱蒙引见，被释放出来的新病毒可再次传染邻近肿瘤细胞，进行下一轮的传染和溶肿瘤细胞。
将溶瘤病毒疗法利用到癌症医治中，发觉p53、pRB是溶瘤病毒疗法起要害感化的两个主要基因。p53抑癌基因经由过程调控相干旌旗灯号通路介入DNA复制与修复，假如修复掉败，P53即启动法式性凋亡进程引诱细胞他杀，禁止有癌变偏向的突变细胞的生成，从而避免细胞恶变。
经由过程对照溶瘤病毒疗法与其他常规化学疗法医治癌症的疗效，发觉溶瘤病毒疗法能使肿瘤缩小，而且颠末持久随访不雅察发觉，1年后，溶瘤病毒疗法可有用杀死癌细胞。莱蒙暗示，经证明，溶瘤病毒疗法对晚期癌症的医治也有很好的结果。
研究注解，免疫系统多是医治癌症和防止癌症复发的最无力兵器。溶瘤病毒不但能够间接消融传染的恶性肿瘤细胞，而且能够引发壮大的特同性机体免疫反映，进犯病毒抗原和肿瘤细胞特异的突变抗原。
莱蒙在陈述会上引见，溶瘤病毒经由过程DCs摄取所释放的肿瘤抗原，使得DCs成熟和肿瘤特同性T细胞启动，活化后的肿瘤特同性T细胞经血液输回，最初经由过程细胞毒性T细胞辨认和杀死年夜量的肿瘤细胞，进而避免癌细胞分散。
“这类抗肿瘤特同性免疫反映可经由过程武装溶肿瘤病毒表达细胞因子和趋化因子，来加强肿瘤特异免疫细胞向肿瘤微情况内的堆积和活性。”莱蒙说道。
莱蒙暗示，针对此免疫疗法开辟的新型的肿瘤医治制剂，首要用在医治临床中没有有用医治方式的癌症。这些癌症包罗胰腺癌和食管癌。胰腺癌被预言将在2030年成为西方世界第二年夜致死癌症，食管癌在中国部门地域是第一年夜致死癌症。
食道癌的防治，是搅扰河南省的一个很年夜的公共卫生和健康问题。莱蒙与郑州年夜学医学科学院结合研究，成立了中英份子肿瘤研究中间，并在这一范畴展开国际化和跨学科合作。将溶瘤病毒手艺利用到食管癌的医治中，对食管癌的医治和防止采纳了一系列有用办法。
《中国科学报》 (2018-06-01 第2版 学术)
焦点提醒：中国项目院外籍院士泛论前沿项目科技 中国项目院外籍院士迈克尔·霍夫曼 实现废水当场处置的“茅厕革命”
中国项目院外籍院士迈克尔·霍夫曼
实现废水当场处置的“茅厕革命”
■本报记者 陆琦
世界茅厕组织数据显示，全球有24亿人没有茅厕或糊口在茅厕卫生较差的情况中，一些国度是以激发疟疾等年夜量疾病，由于直排污物形成泥土、食品和水污染。
在5月30日进行的中国项目院第十四次院士年夜会全院学术陈述会上， 中国项目院外籍院士、加州理工学院情况科学与项目系传授迈克尔·霍夫曼为大师带来了一场关在“茅厕革命”的陈述。
“这个项目是2011年在我研究生活生计的后半程最先的。”霍夫曼40多年的学术生活生计研究触及年夜气化学、化学动力学、催化氧化与还原、光化学、光催化、纳米手艺、超声化学、光电化学、脉冲等离子体化学、情况水化学和微生物学等普遍的范畴。
在比尔和梅琳达·盖茨基金会的帮助下，霍夫曼课题组开辟、测试并实行了便利式反映系统，该系统特地为糊口废水的当场处置而设想。
糊口废水在用一套持续的厌氧/好氧折流式生物反映器预处置以后，废水紧接着会经由过程半导体电化学阵列被处置，这里的化学需氧量（COD）和微生物量城市下降到美国情况庇护署（EPA）的从头利用尺度值以下。
“用特制的迷你反映器将处置过的废水转化成能够用来洗手和饮用的新水。”霍夫曼引见说，“处置过的废水就会被搜集到冲刷水箱中而不会被排放到四周的情况中。”
饮水与茅厕相关的疾病是五岁以下儿童灭亡的首要缘由之一，不平安供水和茅厕与儿童发展缓慢相关，影响全球1.56亿儿童。
据引见，霍夫曼课题组设想的反映系统能够经由过程消弭悬浮颗粒并削减95%以上的化学需氧量（COD）和全体消弭粪年夜肠菌群、年夜肠杆菌、病毒和年夜肠菌群来净化废水。道理是：原地氯化物与水的阴极还原所构成的氢之间的反映会发生阳极活性氯，肠道菌群消毒能够经由过程这类阳极活性氯来对于细菌和病毒。
今朝，该系统的第三代样机正在缺少废水排放处置的常规城市根本举措措施的处所进行实现实验。
2013年，霍夫曼和中国的研究院校、企业展开了合作，他们在江苏宜兴成立了公司，为成长中国度制造太阳能装备并供给相干的生物化学和电化学反映器系统。
“我们正在进行普遍的样机制造，并在一些处所展开试点。”霍夫曼引见，他们在宜兴的一所小学里安装了相干的茅厕举措措施，结果不错。同时，在一家公园里也安装了光伏发电多人用茅厕举措措施，日欢迎人数可达2600人。
另外，他们还在印度成立了与ERAM科学和科勒公司（美国/中国）的额外工业合作，出产用合用在印度城市和郊区情况的装备。
关在本钱问题，霍夫曼暗示，焦点半导体阳极的机能和耐用性晋升和材料的改良，将延续不竭地下降出产本钱，并且安装完成的处置系统能够在没有外部电源或淡水的环境下一般工作。
“今朝，用在南非、秘鲁、华南和柬埔寨的年夜型装备已拆卸终了。”霍夫曼说，“我们但愿带来一场‘茅厕革命’，5年内实现从设想理念到周全量产，成长中国度的卫生状态改良作出进献。”
中国项目院外籍院士泛论前沿项目科技从飞机乐音节制到削减品格灾难，从智能材料到年夜数据存储，从肿瘤医治到茅厕革命……5月30日，在中国项目院第十四次院士年夜会全院学术陈述会上，来自分歧研究范畴的6位中国项目院外籍院士，与在场院士分享、交换了一系列项目科技范畴的前沿学术功效。
中国项目院外籍院士安道琳
从低乐音飞机到乐音节制
■本报见习记者 辛雨
提高潜水艇声呐系统的信噪比，轮胎与道路的彼此感化，低污染燃烧与自顺应有源燃烧节制…… 中国项目院外籍院士、英国皇家项目院院长安道琳作为这一系列研究的介入者，带来了很多新型利用，包罗声呐系统的特种涂料、海洋石油勘察的新一代声学天线和喷射引擎的燃烧节制等。
斟酌到低乐音飞机的需乞降主要性并没有获得足够的正视，安道琳带着这些新型利用，转回航空声学范畴，进一步研究协和式超音速喷射客机和飞机噪声。
最近几年来，第二代涡轮喷气飞机使得平易近用飞机的噪声级有降落趋向，而且每乘客英里耗油量也逐步削减。这不由让人思虑，从一张空白纸最先，有人能够设想一架在典型机场外面听不见声音的中程客机吗？
“这意味着声能降至约当前品级的0.3%。假如有可能设想如许一架“静音”飞机，与今朝的和下一代飞机比拟，其燃料若何燃烧和排放？”安道琳说。
是以，安道琳与40余位来自剑桥年夜学和麻省理工学院的研究人员合作，结合波音公司、劳斯莱斯、马歇尔、美国国度航空航天局（NASA）等公司机构，展开“低噪声飞机打算”。
低噪声飞机，指在白日城市情况下，飞机噪声可下降至布景值。安道琳在陈述中引见，研究开初阐发了飞机起飞和出场时，保守式飞机噪声源（透风进气口、透风排气口、涡轮机、排气喷口等）的噪声品级，这有益在进一步计较每个噪声来历的可下降水平。
接下来，经由过程低噪声飞机概念设想，和低噪声促进手艺，优化起飞推力治理，以移位阈限、低策动机转速迟缓、年夜角度出场。另外，操纵低燃油耗损促进手艺，以包管较低的能源利用量。 最初，猜测噪声程度发觉，在各类前提下，该静音飞机的噪声程度约低在现无机群噪声程度25EPNdB。安道琳暗示，“低噪声飞机打算”估计将实现现无机群噪声的阶跃转变。“我们已依此开辟出一种新概念飞机，能够运载215名乘客用更少的燃油从北京飞到伦敦，更主要的是，这一航程中所发生的乐音程度急剧降落。”
“低噪声飞机打算”开辟出新奇、超低噪声节能飞机的概念设想。安道琳构成了对管道火焰燃烧振荡的根基熟悉，证实了自动反馈节制是消弭致使不不变性的粉碎性彼此感化的一种无力体例。
概况适应性、鸿沟层和概况性质相连系构成的波导极年夜地改变丈量场，进而显著下降近概况气流发生的声音。安道琳不但率先明白了这些效应，并且说明了若何经由过程恰当选择概况涂层对其进行节制。
安道琳带领英国皇家项目院与中国项目院展开了一系列行之有效的合作，包罗立异、校企合作、计谋新兴财产、进步前辈制造业和全球严重挑战等范畴。
“我尽力实现那些曾鼓励过我研究生活生计的价值不雅，也以此来鼓励青少年向项目界成长，为项目界多作进献。”安道琳说：“我认为学术与贸易相跟尾相当主要，这能够进献更好的合作模式，将使合作研究的成果产生改变。艰难的挑战也能够成为变化性研究的驱动者，我们需要更多更好的国际研究合作来驱逐这配合的挑战。”
中国项目院外籍院士田村幸雄
用全尺寸风暴摹拟器下降灾难丧失
■本报记者 倪思洁
5月30日，中国项目院第十四次院士年夜会全院学术陈述会上，在作完扼要的毛遂自荐后，国际风项目界的代表性人物、中国项目院外籍院士田村幸雄（Yukio Tamura）向在坐听众展现了积年来全球履历的几回风灾。
1970年11月，孟加拉国东巴基斯坦的Bhora飓风形成50万人灭亡，经济丧失4.6亿美元。2005年8月，卡特里娜飓风攻击美国，形成2541人灭亡和掉踪，经济丧失约在1000亿美元。2008年5月，缅甸产生了纳尔吉斯飓风，灭亡和掉踪人数到达138366人，经济丧失100亿美元。2013年11月，海燕台风攻击了菲律宾，形成7986人灭亡和掉踪……
“天然灾难频仍产生，固然我们没法猜测它的纪律，但为何我们不采纳持久应对办法？”田村幸雄说。
人类糊口在年夜气鸿沟层的规模内。在这一规模内呈现的气流一般被称为风，而热带气旋等极强风将对根本举措措施和人员形成严峻侵害。乃至弱风或中等强度风也可能致使修建物或建筑构件呈现猛烈振动，并可能对人类社会形成严峻的、持久且无形的情况影响，例如空气污染问题。
最近几年来，粉碎性气候灾难、风暴和洪灾的产生频次日趋增添，相干经济丧失也显著增添。
“建筑物愈来愈高，桥梁愈来愈长，也是以愈来愈轻易遭到风力的影响。”田村幸雄说。
按照他的统计，从2005年到2014年，每一年美国因天然灾难带来的经济丧失是450亿美元，中国是270亿美元，日本是240亿美元。
他暗示，为削减“与风力有����APP关的灾难”的风险，并终究实现更平安、更安定的社区，风力项目研究人员仍需处理很多新问题，“正如基在全球变和缓天气转变作出的假定，将来与风力相关的灾难风险将延续恶化”。
不外，持久努力在布局风项目研究的田村幸雄在研究进程中也发觉，今朝应对品格灾难的坚苦的地方在在，对建筑物和修建物抵抗数百年或数千年一见的罕有粉碎性事务的机能所展开的验证工作，仅仅基在对偶尔产生的侵害标记的恍惚判定。
“这一进程就像在暗中中试探。”田村幸雄说。
他暗示，风力项目师更感爱好的是风力荷载评估，而非建筑物和修建物的机能评估，是以采取缩比模子展开的风洞实验对其很有助益。但是，缩比模子对修建物的机能评估或极端风力和暴雨、降雪等其他景象形象要素的分析影响评估并没有助益。
“不克不及让悲剧重演！我们需要正确评估建筑物与布局的抗风机能，特别是覆层和构件系统的机能。”田村幸雄暗示。
他建议，为削减灾难风险，有需要建筑在受控前提下再现实在罕有事务的全尺寸风暴摹拟器。
“全尺寸风暴摹拟器能够对极为罕见的事务和现象进行全尺寸再现。”田村幸雄暗示，用全尺寸风暴摹拟器能够削减天然灾难中2%的经济丧失，晋升国度危机节制能力。
“我们投资今天，解救明天。将来不该该是场悲剧，而应当是我们留给孩子的一份礼品！”田村幸雄说。
中国项目院外籍院士顾敏
让年夜数据存储更绿、更快、更久长
■本报记者 李晨阳
“我们糊口在年夜数据的时期。”中国项目院外籍院士、华裔Australia科学院院士顾敏走上讲台，用一句看似陈词滥调的话最先了他的陈述。
跟着计较机收集手艺的迅猛成长，人类社会的消息量呈爆炸性增加。据互联网数据中间估算，到2020年消息量将跨越40ZB，2025年到达162ZB，消息的发生速度远远跨越数据的存储能力。
跟着脑科学打算、引力波探测等年夜科学项目标推动，科研工尴尬刁难长数据的需求也在不竭增加，科技工作者们呼喊着更长命命、更年夜容量的数据存储中间。
而人们为了贮备更多消息，也支出了庞大的价格。中国数据中间2011年的耗电量，就相当在三峡年夜坝全年的发电量。以今朝的增速计较，短短10年后，全球的石油产能都不克不及知足数据存储的耗电需求。
这是顾敏等科学家面对的艰巨挑战，也是摆在全人类眼前的严重问题。
保守年夜数据中间由数千个硬盘阵列构成，采取低存储密度的电子或磁存储介质，占用空间广、能源耗损高、速度受限多、平安隐患年夜。为了保障数据平安，硬盘阵列还须每3到5年备份一次，这更进一步增添了资本的花费。
改革的要害在在存储介质的进级。顾敏说：“我们的处理方案是纳米光电子。”
1873年, 德国物理学家恩斯特·阿贝发觉了闻名的“衍射极限”，奠基了现代光学成像器件和光存储的根本，同时也将DVD和蓝光手艺的存储密度限制在5GB到25GB的物理瓶颈。
从那今后，若何冲破衍射极限的樊篱，就是一代代科学家奋斗的方针。上世纪90年月，斯特凡·赫尔等科学家就操纵荧光份子规避了衍射极限，取得超高分辩率荧鲜明微镜，并凭此功效斩获了2014年的诺贝尔奖。
人们所熟知的光盘也面对着一样的博璃天花板。为了让光盘体积更小、容量更年夜、属性更“绿”，顾敏和他的同事们从未停下研究的程序。
2009年，顾敏团队初次在纳米材猜中实现了五维光存储，冲破了蓝光DVD三维存储的手艺瓶颈；2013年，顾敏团队发现了冲破性的SPIN手艺，在体积不变的环境下让存储量急剧增年夜。一张SPIN光盘的容量相当在10000张DVD。
颠末不懈的攻坚克难，顾敏团队终究实现了单盘PB容量的绿色光子存储手艺，贮存能力是蓝光手艺的40万倍。也就是说，本来百米标准的PB级数据中间，此刻用一张10厘米标准的光盘就可以取代，节俭年夜量根本举措措施料和90%以上的能耗。这让EB级乃至ZB级的年夜数据中间不再是天方夜谭。
这一功效问世后，顾敏和同事们由衷感慨：“我们迎来了新纪元。”他们相信，PB容量绿色光子存储手艺的成长，将掀起消息手艺范畴的新革命, 开启一个可延续成长的年夜数据时期，为扶植加倍绿色、更年夜容量、更高速度的全光光子年夜数据中间奠基根本。
在陈述中，顾敏特殊提到了本身与中国科学家的一系列合作。他还暗示本身有一个胡想，让中国的每个县都具有光学数据中间。“中国有约3000多个县，这是一个庞大的市场。”顾敏说。
中国项目院外籍院士尼古拉斯·佩帕斯
为生物医学设想智能材料
■本报记者 李晨阳
“1992年的12月，一场疾病改变了我的人生。”陈述中，中国项目院外籍院士、美国国度项目院院士尼古拉斯·佩帕斯分享了本身的一段履历。那时他病痛难忍，没法行走，直到一种叫作β干扰素的生物活性物资打针进他的肌肉后，他的身体状态才获得好转。
“就是从那时起，我意想到了生物医学这一范畴的主要性。”他说。
在佩帕斯看来，人们正糊口在医学成长史上最为冲动人心的时期。进步前辈的生物医学材料、改进的生物份子、进步前辈的医疗器材都在提高患者的生命质量；各类新兴的手艺、理念、方式甚至医疗系统，都让“治病”这件事情得加倍个性化，能够针对每位个别设想分歧的医治方案。
在愈来愈进步前辈的生物医学处理方案中，高级生物材料的主要性不竭凸显。
“我在麻省理工学院取得硕士学位那年，最存眷的就是植入身体的材料必需无毒无害。”佩帕斯说。但是跟着这一学科的迅猛成长，他发觉无毒无害只是最根本的要求。这些材料可否被人体免疫系统接管？能不克不及尽快被人体代谢降解？在贮存情况下可否连结不变？材料本钱是不是足够低廉，不给国度财务形成过年夜承担？所有这些问题，都关系到他科研工作的成败。
2016年，佩帕斯等人在《天然》杂志上颁发文章：“制造更好、更平安的生物材料”。对临床利用的固执催促他们对一种又一种新型聚合物展开测试和尝试。
此刻，佩帕斯的眼光正投向将来的生物材料。他说：“接下来，我们将要摸索智能生物材料在年夜份子释药和份子辨认中的几种具体利用。这些材料在疾病医治、生物传感和再生医学中很是有效。”
智能生物材料能与人体内自然具有的生物化学成份进行互动，而不会引发任何副感化。当人生病时，身体没法对常规的心理生化勾当进行自立调理，假如智能材料能介入到人体的代谢、再生、愈合等天然机制中，将显著提高病人舒服度，极年夜地减缓疾苦，这无疑会是生物医学范畴的庞大奔腾。
佩帕斯进一步举例，理论上，SiRNA疗法是一种很是高效的疗法，但在临床利用中，却因为缺少一种有用的释药系统而阻滞不前。2012年，几位释药专家颁发了一种SiRNA口服释药的载体。表露在消化道中时，这类载体能反抗非凡的pH情况和消化酶，将药物靶向投递得病组织。鉴在SiRNA没法自行经由过程细胞膜，这类载体能照顾着SiRNA药物被细胞吞噬，以后再经由过程溶酶体逃逸将药物释放出来。
“这些生物材料具有极年夜的市场潜力。”佩帕斯说。他欣喜地看到，纳米手艺、生物化学、份子生物学、材料学等分歧学科的人材正集聚在一路，众擎易举，努力在经由过程智能生物材料的研发来处理医学上的严重困难。
中国项目院外籍院士迈克尔·霍夫曼
实现废水当场处置的“茅厕革命”
■本报记者 陆琦
世界茅厕组织数据显示，全球有24亿人没有茅厕或糊口在茅厕卫生较差的情况中，一些国度是以激发疟疾等年夜量疾病，由于直排污物形成泥土、食品和水污染。
在5月30日进行的中国项目院第十四次院士年夜会全院学术陈述会上， 中国项目院外籍院士、加州理工学院情况科学与项目系传授迈克尔·霍夫曼为大师带来了一场关在“茅厕革命”的陈述。
“这个项目是2011年在我研究生活生计的后半程最先的。”霍夫曼40多年的学术生活生计研究触及年夜气化学、化学动力学、催化氧化与还原、光化学、光催化、纳米手艺、超声化学、光电化学、脉冲等离子体化学、情况水化学和微生物学等普遍的范畴。
在比尔和梅琳达·盖茨基金会的帮助下，霍夫曼课题组开辟、测试并实行了便利式反映系统，该系统特地为糊口废水的当场处置而设想。
糊口废水在用一套持续的厌氧/好氧折流式生物反映器预处置以后，废水紧接着会经由过程半导体电化学阵列被处置，这里的化学需氧量（COD）和微生物量城市下降到美国情况庇护署（EPA）的从头利用尺度值以下。
“用特制的迷你反映器将处置过的废水转化成能够用来洗手和饮用的新水。”霍夫曼引见说，“处置过的废水就会被搜集到冲刷水箱中而不会被排放到四周的情况中。”
饮水与茅厕相关的疾病是五岁以下儿童灭亡的首要缘由之一，不平安供水和茅厕与儿童发展缓慢相关，影响全球1.56亿儿童。
据引见，霍夫曼课题组设想的反映系统能够经由过程消弭悬浮颗粒并削减95%以上的化学需氧量（COD）和全体消弭粪年夜肠菌群、年夜肠杆菌、病毒和年夜肠菌群来净化废水。道理是：原地氯化物与水的阴极还原所构成的氢之间的反映会发生阳极活性氯，肠道菌群消毒能够经由过程这类阳极活性氯来对于细菌和病毒。
今朝，该系统的第三代样机正在缺少废水排放处置的常规城市根本举措措施的处所进行实现实验。
2013年，霍夫曼和中国的研究院校、企业展开了合作，他们在江苏宜兴成立了公司，为成长中国度制造太阳能装备并供给相干的生物化学和电化学反映器系统。
“我们正在进行普遍的样机制造，并在一些处所展开试点。”霍夫曼引见，他们在宜兴的一所小学里安装了相干的茅厕举措措施，结果不错。同时，在一家公园里也安装了光伏发电多人用茅厕举措措施，日欢迎人数可达2600人。
另外，他们还在印度成立了与ERAM科学和科勒公司（美国/中国）的额外工业合作，出产用合用在印度城市和郊区情况的装备。
关在本钱问题，霍夫曼暗示，焦点半导体阳极的机能和耐用性晋升和材料的改良，将延续不竭地下降出产本钱，并且安装完成的处置系统能够在没有外部电源或淡水的环境下一般工作。
“今朝，用在南非、秘鲁、华南和柬埔寨的年夜型装备已拆卸终了。”霍夫曼说，“我们但愿带来一场‘茅厕革命’，5年内实现从设想理念到周全量产，成长中国度的卫生状态改良作出进献。”
中国项目院外籍院士尼古拉斯·罗伯特·莱蒙
溶瘤病毒疗法可防治癌症
■本报见习记者 辛雨
近年，人类对癌症细胞的发生、癌细胞成长中基因和份子转变的研究，使得经由过程靶向恶性肿瘤细胞中非凡的旌旗灯号传导路子和查抄点的非常来研发新的医治方式，成为实际。
中国项目院外籍院士、英国巴茨癌症研究所所长尼古拉斯·罗伯特·莱蒙从基因组学和份子病理学角度研究癌症，在癌症的生物医治和疫苗研发方面有了新的冲破，他的科研项目触及基因润色的溶瘤病毒和从头靶向的免疫细胞在病人身上的初期临床实验。
“我的工作就是探访溶瘤病毒与癌症之间的关系。”莱蒙说。
陈述会上，莱蒙引见了溶瘤病毒感化肿瘤细胞的根基道理和进程。病毒被润色后将只会有选择性地在肿瘤细胞里复制，而不在一般细胞中复制，而且在复制进程中引发肿瘤细胞消融并释放新的病毒子。
据莱蒙引见，被释放出来的新病毒可再次传染邻近肿瘤细胞，进行下一轮的传染和溶肿瘤细胞。
将溶瘤病毒疗法利用到癌症医治中，发觉p53、pRB是溶瘤病毒疗法起要害感化的两个主要基因。p53抑癌基因经由过程调控相干旌旗灯号通路介入DNA复制与修复，假如修复掉败，P53即启动法式性凋亡进程引诱细胞他杀，禁止有癌变偏向的突变细胞的生成，从而避免细胞恶变。
经由过程对照溶瘤病毒疗法与其他常规化学疗法医治癌症的疗效，发觉溶瘤病毒疗法能使肿瘤缩小，而且颠末持久随访不雅察发觉，1年后，溶瘤病毒疗法可有用杀死癌细胞。莱蒙暗示，经证明，溶瘤病毒疗法对晚期癌症的医治也有很好的结果。
研究注解，免疫系统多是医治癌症和防止癌症复发的最无力兵器。溶瘤病毒不但能够间接消融传染的恶性肿瘤细胞，而且能够引发壮大的特同性机体免疫反映，进犯病毒抗原和肿瘤细胞特异的突变抗原。
莱蒙在陈述会上引见，溶瘤病毒经由过程DCs摄取所释放的肿瘤抗原，使得DCs成熟和肿瘤特同性T细胞启动，活化后的肿瘤特同性T细胞经血液输回，最初经由过程细胞毒性T细胞辨认和杀死年夜量的肿瘤细胞，进而避免癌细胞分散。
“这类抗肿瘤特同性免疫反映可经由过程武装溶肿瘤病毒表达细胞因子和趋化因子，来加强肿瘤特异免疫细胞向肿瘤微情况内的堆积和活性。”莱蒙说道。
莱蒙暗示，针对此免疫疗法开辟的新型的肿瘤医治制剂，首要用在医治临床中没有有用医治方式的癌症。这些癌症包罗胰腺癌和食管癌。胰腺癌被预言将在2030年成为西方世界第二年夜致死癌症，食管癌在中国部门地域是第一年夜致死癌症。
食道癌的防治，是搅扰河南省的一个很年夜的公共卫生和健康问题。莱蒙与郑州年夜学医学科学院结合研究，成立了中英份子肿瘤研究中间，并在这一范畴展开国际化和跨学科合作。将溶瘤病毒手艺利用到食管癌的医治中，对食管癌的医治和防止采纳了一系列有用办法。
《中国科学报》 (2018-06-01 第2版 学术)