导读：解决人类难题、改善地球环境、拯救人类生命——科学是一切创新和进步的基础。
预测哪些科学进展会改变世界，其实是一个不讨好的游戏，因为，谁知道未来会是什么样子？不过，每年都有一些重要研究，会让我们兴奋不已——比如，价格低廉，却又极其高效的基因编辑技术。
在接下来的文章里，你将会看到2014年的重要突破：对活细胞进行重编码、让实验动物变得透明、用声波给电子产品供电、用唾液发电、可以根据使用者视力自动调整画面的显示器、可以造出几乎没有电阻的材料的“原子积木”……让我们一起期待，这些技术会在未来几年，给世界带来怎样的改变。【评论】
（本专题由新浪科技与《环球科学》(《科学美国人》中文版）联合推出）
乐高积木是一种很有魔力的塑料玩具，它不断地激发出一个又一个新创意。乐高积木的塑料组件体积很小，能按照不同方式组合到一起，从而变成神奇的汽车、设计巧妙的城堡和许多其他结构。而今天，新一代材料科学家正受乐高积木的启发，将这种组合方式应用到纳米世界。
这里的积木组件是一些层状材料。这些材料最薄可以达到仅有一层原子，可以按照设计好的结构，以精确的顺序一层一层地叠加到一起。这种前所未有的精密组合方式，能够制造出全新的物质，这些物质具备前所未有的电学和光学性能。科学家们进一步设想，可以利用这些物质，制造出几乎没有电阻的导电材料，运算能力更强大、运行更快的计算机，以及可弯曲、可折叠而且非常轻的可穿戴电子器件。
这些突破性的研究，是因石墨烯（graphene）的出现才产生的。石墨烯是一种片状结构的石墨新材料，厚度只有一个原子，其原子结构是一个个重复的六边形，看起来就像铁丝网围栏一样。2004年，我和英国曼彻斯特大学的同事从块状石墨上分离出了单层石墨片——石墨烯，使用的方法是利用胶带从块状石墨顶层剥离出一片片1个原子厚的晶体。过去10年间，研究人员发现了几十种可以用这个方法剥离的块状晶体，而且这样的晶体越来越多。云母（Mica）就是其中的一种晶体，还有一些具有独特名字的材料，如六方氮化硼（hexagonal boron nitride）和二硫化钼（molybdenumdisulfide）。
1973年，斯坦利·N·科恩（Stanley N. Cohen）和赫伯特·W·博耶（Herbert W. Boyer）找到了改变生物体基因组的方法，成功将蛙的DNA插入到细菌中。20世纪70年代末，博耶的基因泰克（Genetech）公司对大肠杆菌进行基因改造，使其带有一个人源基因（这个基因是人工合成的），最后生产出治疗糖尿病的胰岛素。很快，加利福尼亚州拉霍亚的索尔克生物研究所（Salk Institute for Biological Studies）的科学家培育出了第一只转基因小鼠。
基因工程领域取得的这些巨大成就改变了现代医学的进程。但是，早期的基因改造方法有两大局限：不甚精确，并且难以量产。1990年，研究人员设计出能在特定位点对DNA进行剪切的蛋白，突破了第一个局限。但是第二个问题仍没解决，非常艰苦。
时间终于到了2012年。研究人员报道，他们在细胞中发现了一种遗传机制，能让科学家以前所未有的速度编辑基因组，并且过程十分简单。此后不久，哈佛大学和麻省理工大学的一个课题组运用这种技术，一次性地对细胞基因组的多个位点进行了修改。
这种技术名叫CRISPR，是“clustered, regularly interspaced, short palindromic repeats”（即成簇、规律间隔的短回文重复序列）的缩写。利用这种序列，细菌可以对侵袭过它的病毒产生“记忆”。自从日本科学家20世纪80年代末发现CRISPR之后，科学家就一直在研究这种奇怪的基因序列。然而，直到杜德娜和卡彭蒂耶偶然注意到一种名叫Cas9的蛋白，CRISPR才显示出它作为基因组编辑工具的巨大潜力。
假如人类能让体内的细胞按照我们的要求去运作，比如让它们适时地合成胰岛素，或去攻击肿瘤，那么许多健康问题将会迎刃而解。不过，实现这一愿望并非易事。现在普遍使用的方法是，利用病毒穿透细胞膜，对细胞进行干预，但这样会对细胞造成永久性的损坏。
2009年，麻省理工学院的研究人员在不经意间解决了这一技术难题。他们当时正尝试用显微水枪向细胞注入一些大分子和纳米材料。这些物质可以改变细胞的运作机制，同时又能保证细胞存活。化学工程师阿蒙·沙雷（Armon Sharei）发现，水枪的冲击使部分细胞的外形产生了短暂的畸变。
令人吃惊的是，当细胞的外形处于畸变状态时，注射的物质成功地进入到了细胞内。沙雷说道：“这让我们意识到，如果让细胞在足够短的时间内产生形变，便可暂时克服细胞膜的阻碍。”不管怎样，显微水枪还只是一种较为粗放的方法，下一步工作是找到一种更加温和的方式来挤压细胞。
