4.4.3 基于干细胞的人体组织工程技术——干细胞治疗
干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞，是形成人体各种组织器官的原始细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，医学界称其为“万用细胞”。干细胞治疗是把健康的干细胞移植到病人或自己体内，以达到修复病变细胞或重建功能正常的细胞和组织的目的。干细胞疗法就像给机体注入新的活力，是从根本上治疗许多疾病的有效方法。
从理论上说，应用干细胞技术能治疗神经系统、循环系统等多种系统的各种疾病，且较很多传统治疗方法具有无可比拟的潜在优点：①安全：低毒性（或无毒性）；②在尚未完全了解疾病发病的确切机制前也可以应用；③治疗材料来源充足；④治疗范围广阔；⑤是最好的免疫治疗和基因治疗载体；⑥传统疗法中被认为是“不治之症”的疾病，又有了新的疗法和新的希望。
干细胞可以治疗的疾病包括神经系统疾病（如脑瘫、脊髓损伤、运动神经元病、帕金森病、脑出血、脑梗塞后遗症、脑外伤后遗症等）、免疫系统疾病（如糖尿病、皮肌炎、肌无力、血管病变、硬化病、白血病等）、肾病和其他疾病（如肝病、肝硬化、股骨头坏死等）。
目前，人类胚胎干细胞研究要想全面用于临床治疗，正亟待攻克一些难题。胚胎干细胞作为“万能细胞”，虽然有潜力发育为任何组织器官，但如何诱导它们往正确的方向分化，是个尚未解决的难题。例如，要修补受损的心脏，就要诱导干细胞使其向心肌细胞的方向分化。但目前除了神经细胞外，其他组织细胞的诱导分化效率还比较低，也就是说，能获得的目标细胞的比例还不高。此外，研究人员还必须解决如何排除那些未分化细胞的问题，必须找到植入体内的最佳时机。归根结底，种种问题就是要弄清干细胞诱导分化的最终机制和理论。如果不解决，临床治疗不但很难见效，而且植入体内的干细胞发育很可能失控，从而生长成为肿瘤。目前，干细胞治疗的动物实验中，致瘤比例接近1/4。宾夕法尼亚大学的干细胞科学家埃尔哈特博士提醒说：“干细胞不是药品，它们可能以各种方式发生改变，人们仍需要等待进一步验证。”
4.4.4 新一代工业生物技术——生物质能利用技术
工业生物技术是利用生物体系和工程原理进行大规模生产人类需要的产品的系统集成，应用较为广泛的领域主要有医药工业、食品工业、化工等。
生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质，它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物，以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：
生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质，具有可再生、低污染和分布广泛的特点。
植物通过光合作用生成的有机物，包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。生物质的能源来源于太阳，所以生物质能是太阳能的一种。生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器，生物质通过光合作用能够把太阳能富集起来，储存于有机物中，这些能量是人类发展所需能源的源泉和基础。
生物质是地球上广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物，以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。各种生物质都具有一定能量。以生物质为载体、由生物质产生的能量便是生物质能。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物中的一种能量形式，直接或间接来源于植物的光合作用。地球上的植物进行光合作用所消费的能量，占太阳照射到地球总辐射量的0.2%，这个比例虽不大，但绝对值很惊人：光合作用消费的能量是目前人类能源消费总量的40倍。可见，生物质能是一个巨大的能源。
生物质能的主要来源有木柴、牲畜粪便、制糖作物、城市垃圾和污水、水生植物等。
据估计，作为植物生物质的主要成分——木质素和纤维素，每年以约164bt的速度再生，如以能量换算相当于石油产量的15-20倍。如果能使这部分资源得到有效的利用，人类相当于拥有一个取之不尽的资源宝库。而且，由于生物质来源于空气中的CO2，燃烧后再生成CO2，所以不会增加空气中的CO2的含量，因此生物质与矿物质能源相比更为清洁。
4.5 材料科学与技术发展前景
近年来，材料科学与技术正在迅猛发展，新材料、新技术不断涌现，引导着材料工业的发展和壮大，使之逐渐成为重要的战略新兴产业。材料科学与技术发展前景主要体现在以下3个方面：第一，在纳米、生物、信息等前沿技术基础上，开发具有优异性能和特殊功能的新材料，并朝着功能结构一体化和智能化的方向迈进，如开发具有独特的声、光、电、热、磁等性能的特种金属功能材料，开发较传统金属结构材料具有更高的强度、韧性和耐高温、抗腐蚀等性能的高端金属结构材料，以及具有相对独特物理化学性能、适宜在特殊领域或特定环境下应用的人工合成先进高分子材料等；第二，低碳、绿色和可再生循环的新材料的研制和开发；第三，未来有广阔市场前景的新材料的基础研究。
未来材料科学和技术的内容十分宽泛，下面仅列举稀土材料、高分子材料、复合材料的应用和发展，来窥视材料科学与技术发展前景之一斑。
4.5.1 稀土材料
稀土金属除了具有典型的金属性质外，还有很多特殊的性质，并可与许多其他元素合成，进而形成特殊用途的化合物。这些性质被用于新材料的开发，制备了很多具有特殊功能的新材料，并广泛应用于冶金、金属加工、电气、玻璃、机械制造等工业领域。
根据稀土的磁学性质，人们开发出性能优异的稀土永磁材料，特别是钕铁硼磁性材料，广泛应用于计算机、交通、医疗、通信等高新技术产业；并开发出具有纳米结构的基于铽螯合物的磁性发光复合物，这种材料可应用于对生物进行标记。另外，磁伸缩材料、巨磁阻材料和磁制冷剂材料的开发也在迅速的发展之中。
根据稀土元素所具有的光学性质，人们制备了性能优异的发光材料和激光材料，它们具有吸收能力强、转化率高、发射能力强和物理性能稳定的特点，在通信、信息储存、电子显像管、医疗设备等领域已得到广泛的应用。
根据稀土元素的电学性质，制备出的稀土铝镁导线，强度比一般导线高出40%；制备出的高温超导材料，可使超导转变温度Tc从低温4.2K高到77K以上，实际操作方便，费用成本大大降低。
根据稀土元素的强氧化还原性与吸附性，人们分别制备了纳米ZrO·5CeO·5O作为催化活性体的汽车尾气净化催化剂、较传统镍镉电池更高能量密度的镍氢电池阴极材料、高性能的陶瓷材料和着色剂、抛光剂和防辐射材料、使轻质油的产量提高了5%的石油裂化催化剂，以及直接用于农业生产的植物生长调节剂等。这些新材料的开发和应用，都产生了巨大的经济效益。
目前，开发出的集成化高纯稀土金属、稀土合金快冷厚带、磁矫顽力大于65的永磁材料，及高容量大功率储能材料等都具有十分广阔的应用前景。
4.5.2 高分子材料
高分子材料主要是塑料、合成橡胶和合成纤维材料，是材料发展中十分年轻和活跃的领域。高分子中所包含的具有特殊官能团的有机结构，可以根据不同的性能和用途，进行替换和衍生，从而改变材料的功能。这种变化的多样性和复杂性，决定了高分子材料有着广泛的用途，并具有“用之不竭”的发展潜力。在传统的产业中，如家用电器、交通工具及工业、农业医疗等方面，高分子材料发挥着重要的作用。以最简单的吸水材料为例，可以看出高分子材料具有许多传统材料无可比拟的优势，如常见的棉花、海绵等天然吸水材料通常只能吸收自身重量20倍的水，而且极易被挤压出来，而用淀粉和丙烯腈制备的高分子吸水材料可吸收自身重量千倍的水，而且不易被挤出。另外，高分子材料在某些方面已可以代替钢材，而它在强度方面仍然存在着很大的开发潜力。开发具有更高强度、硬度、韧性、耐温、耐磨、耐油、耐折等特性的高分子材料，一直是人们的期望之一。随着科学技术的迅猛发展，高分子材料在信息工程、催化反应及医药和生命科学等现代科学领域，正朝着高性能化、多功能化、生物化及低成本和低污染的方向迈进，显示出了不可替代的作用和蓬勃发展的前景。
