碳基|阿里达摩院：2021十大科技趋势！( 三 )

碳基材料为柔性电子提供了更好的选择。碳基材料包括零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯、三维的石墨及金刚石等，这其中，碳纳米管和石墨烯凭借优异的电性能、透光性特别是延展性，被公认为是柔性电子的“天选”材料。但一直以来，主要受限于材料制备技术，难以获得大面积、高质量的碳基材料成为限制其应用的最大障碍。

近年来，碳基材料制备取得了突破性进展。2020年，研究人员在8英寸基底上成功制备了高密度高纯半导体阵列碳纳米管材料[1]，材料纯度可达99.9999%，突破了碳纳米管集成电路关键的材料瓶颈，并同步开发了全自动的提纯和组装设备，具备了量产的技术积累。基于此种材料，研究人员还批量制备了场效应晶体管和环形振荡器电路，性能超越类似尺寸的硅基器件和电路。与此同时，石墨烯的大面积制备已经实现，特别是利用化学气相沉积法制备的石墨烯材料，已经证明具备优异的电学性能。这些都意味着碳基集成电路已经初步具备工业化基础，“碳时代”即将到来。

随着材料技术的突破和发展，碳基柔性电子有望在医疗健康等领域率先实现规模应用。例如，“电子皮肤”可将外界作用于其上的力或热转换为电信号进行处理，让残疾人的义肢兼具美观和功能性；可植入的柔性电子设备为复杂疾病的治疗，如帕金森、癫痫、抑郁症等提供了新的治疗手段。

02 比特跃迁

趋势四：AI提升药物及疫苗研发效率

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AI已广泛应用于医疗影像、病历管理等辅助诊断场景，但AI在疫苗研发及药物临床研究的应用依旧处于探索阶段。随着新型AI算法的迭代及算力的突破，AI将有效解决疫苗/药物研发周期长、成本高等难题，例如提升化合物筛选、建立疾病模型、发现新靶点、先导化合物发现及先导药物优化等环节的效率。AI与疫苗、药物临床研究的结合可以减少重复劳动与时间消耗，提升研发效率，极大的推动医疗服务和药物的普惠化。
随着新冠疫情的全球蔓延和深远影响，医疗行业从未像今天这样高度重视疫苗和药物的研发效率。以AI为代表的科技技术被广泛关注，AI在医疗CT读片、影像分析、使用自然语言处理（NLP）录入病例等易于建立标准的领域，有着绝佳的工作效率与准确率，已经逐步应用在医疗诊断辅助领域。未来AI将从医疗影像/语言类等辅助诊断应用走向疫苗设计及药物临床研究，在疫苗化合物筛选、建立疾病模型、发现新靶点、先导化合物发现、先导药物优化及老药新用等环节上广泛参与。今年12月1日美国科学家首次用AI精准预测了蛋白质折叠形状，这将帮助研究人员进一步发现疾病的发病原理并开发新药。

《Natrue》数据显示：一款新药的平均研发成本大约是26亿美元，耗时约10年，成功率不到10%。而一款新药从研发到最后上市，需要经过药物发现、临床前研究、临床研究以及审批与上市 4 个阶段。其中，药物发现是非常重要的环节，它决定了一次研发的具体目标。这个环节又分为疾病选择、靶点发现和化合物合成几个步骤。其中仅化合物合成一步，一种药品就需要对5000～10000种化合物进行筛选，最后仅有 5 种左右进入最后的研究阶段。由于工程量巨大，所以药品研发的临床前研究阶段一般需要耗时3至6 年。

AI与药物筛选结合是未来明确的方向，通过筛选流程和实验过程模型化，利用虚拟药物筛选、模拟计算筛选出药物的高概率结构，可以大幅减少化合物筛选的时间消耗。而且AI的帮助不仅是新药研发，通过匹配、发掘疾病与现有药物之间的数据关联性，老药新用也能快速在其他适应症上给予有效性证明。