DARPA 2021财年生物技术项目研发方向与进展分析

编者按

DARPA 2021财年预算在生物技术领域共投资3.74亿美元，比2020财年上涨17.6%，新增6个项目，在研项目共计26个。生物技术项目主要聚焦传染病防护，战伤救治、战场防护和效能增强，作战人员损伤修复，战场环境监测，后勤保障，农业与环境安全以及生物战防御七大领域，呈现聚焦单兵战场救治、防护和效能增强技术，聚力战场环境监测与后勤保障技术，大力研发传染病防控医疗对策和加快生物技术装备化发展与作战应用的特点。

一、 2021财年生物技术项目研究方向与进展

（一）传染病防护

一是“预防新兴致病威胁”项目，2018年发布项目征询书，为期3年半，2018~2021财年预算共计4400余万美元，开发病毒性传染病的源头干预方法。主要研究病毒与昆虫、动物以及人类宿主的相互作用，开发多尺度模型和试验平台验证病毒跨物种传播模型，开发病毒向人类跨物种传播的干预措施，包括从病毒宿主移除病毒突变，减少动物宿主病毒载量的抗病毒剂、疫苗和干扰颗粒等。

二是“CRISPR病原体检测仪”项目，2019年11月发布项目征询书，共计6000万美元，2021财年预算为1355万美元，旨在开发15分钟内一次筛查10种以上病原体或宿主生物标志物样本的设备，以及15分钟内同时筛查1000个临床和环境样本的大规模多重检测平台，提高美国防部传染病防控能力，保持战备。项目将基因编辑器整合到分布式生物检测器中，快速、按需地诊断地方性、新兴和工程化的致病威胁，也可用于化学和放射性威胁的检测。

三是“细菌监视”项目，2018年发布项目征询书，2018~2021财年预算共计4799万美元，旨在研究能快速检测国家行为体或恐怖组织实施的工程化或未知的细菌性病原体设备，为国防部提供新型生物防护能力，威慑其他国家或组织实施的生物威胁。项目将研制快速筛选大量未知细菌菌株并揭示细菌表型的便携式设备，将细菌从多细菌共生环境中分离，使细菌在模拟寄宿环境中长时间存活并试验，开展细菌的物理化学试验确定其致病性。

四是“全球按需核酸制备”项目，2019年10月发布项目征询书，2021财年预算为1072.8万美元，旨在研发可在24小时内快速生产、配制和包装数百种核酸治疗剂的移动平台，用于美国防部部署部队的传染病防控。该平台具有弹性、可移动、易于访问的核酸医疗对策制造的能力。具体技术包括设计新的生物化学方法提高核酸合成速度、效率和准确性；设计符合监管标准的自动化生产质量管理规范的核酸生产管线；开发新型在线核酸纯化和分析工具。

五是“超越传染病”项目，2016年发布项目征询书，为期4年，2017~2021财年预算共计6600余万美元，主要利用病毒的治疗性干扰颗粒（TIP）干扰病毒在宿主内复制，开发针对病毒变异的广谱性抗病毒制剂。截至2021财年，DARPA对项目持续投资。

六是“大流行病预防平台”项目，2017年发布项目征询书，为期4年，2018~2021年预算共计7367.5万美元，旨在研发疫苗快速研制平台，实现病原体确认后60天内研制疫苗，接种三天内产生抗体的广谱性疾控平台。2020年2月，团队开始新冠肺炎病毒的抗体研究，采集康复新冠肺炎病例的血液，筛选最有效抗体并快速大规模制造，该抗体注入人体后提供临时性保护，比重新研制疫苗快得多。

（二）战场救治、防护和人效增强技术

一是“生物停滞”项目，2018年发布项目征询书，为期5年，2018~2021年预算共计4300余万美元，主要开发能干预人体分子、细胞、器官代谢进程的长效生物停滞诱导剂，延长战伤黄金救治时间。该技术还可用于延长血液制品、生物试剂、药物、疫苗和治疗酶等的保质期，降低生物制品的存储和运输条件。

二是“作战人员化生防御装备”项目，2021财年预算为904万美元，将开发先进的个人化生防护装备策略，研发新的生物材料，为作战人员提供快速防御多种药剂的能力，研发能够捕获、中和或消除化生制剂的化合物和轻质耐用系统，为作战人员提供快速持久保护。

三是“万能药”项目，2018年发布项目征询书，为期5年，2020~2021财年预算共计2785.7万美元，将开发适应身体复杂性的新型多靶点药物，提高美军极端作战环境恢复力。项目将研究作战人员在极端耐力任务中的代谢应激、疼痛与炎症以及生物分子机制；确定关键分子靶标;开发调节多个靶标的药物化学方法。

四是“生理超配”项目，2021财年预算为901.5万美元，将研究极端生理条件下作战人员适应环境的创新方法，帮助作战人员抵御生化污染、抵抗疲劳，获得营养和毒素代谢能力，显著提高作战人员效能。项目将开发可减轻熬夜或污染物所造成的效能退化的工程细胞，净化或解毒作战人员受到的病毒、细菌或毒素等威胁。

五是“扩展人体弹性”项目，为期4年，2020~2021财年预算共计2692.5万美元，将研究人类胃肠、呼吸系统、皮肤或口腔内的微生物群落与人体的免疫、代谢与化学物耐受以及情绪、决策等行为的关系，使人体微生物群落促进人体的免疫力、代谢力、对化学品耐受性以及凝聚力等功能，提高作战人员恢复力和作战效能。

六是“下一代非手术神经接口”项目，2018年发布项目征询书，为期4年，2018~2021年预算共计6108.4万美元。将开发安全、便携、高分辨率的双向脑机接口系统，实现人与系统的高速交互，提高作战人员的战场认知和快速决策能力。

七是“生物能力测量”项目，2019年1月发布项目征询书，为期4年，2020~2021财年预算为3413.4万美元，旨在开发实时监测作战人员选拔与训练状态的生物指标传感器，提高军事部门或指挥官对作战人员的选拔、训练和任务调整效力。项目主要进行特定军事专业生物学特征及其表达方式研究，建立军事人员的基因型向表型转变的生物学机制。

八是“健康监视”项目，2017年5月发布项目征询书，为期4年，2018~2021财年预算共计4866万美元，旨在开发利用智能手机传感器数据流，实时评估战士生理和认知状态的分析技术。项目将扩展智能手机的生物识别技术，从加速计、屏幕和麦克风等手机传感器数据中提取战士生理和行为参数，开发算法和技术进行战士的健康评估和疾病诊断，最终开发实时监测与评估战士的健康状况和战备状态的移动应用程序。

（三）战伤修复技术

一是“智能组织再生”项目，2019年初发布项目征询书，2020~2021财年预算共计2637万美元，为期4年。将开发加速伤口愈合、减少并发症的闭环自适应系统，实现复杂伤口的智能愈合，为作战人员提供更快更精准的恢复力。系统由一套传感器和一个生物执行器组成，传感器评估伤口状态和跟踪身体对干预措施反应，生物执行器精确传递生化和生物物理信号并影响愈合，系统还拥有数据处理、建模和确定干预措施的自适应学习方法。

二是“视听觉损伤恢复”项目，为期5年，2016~2021财年预算共计9000余万美元。主要开发恢复战伤人员的视听觉神经系统技术。将研究各种形式的人体感知和驱动能力，以及生物反馈如何随时间改变人的大脑功能，开发基本神经接口，恢复视听觉能力，提高态势感知以及作战人员的认知和身体效能。

三是“聚焦医药”项目，在“增强神经可塑性”项目基础上，2019年9月发布项目征询书，为期4年，2020~2021财年预算共计1592.8万美元。将开发退伍军人流行性神经疾病的快速治疗药物，革新美军的精神保健服务。项目将研究选择性靶向结合特定神经递质受体，以及激活影响病症的特定神经信号传导通路，设计基于神经递质受体结构指导的药物。

四是“智能脊柱接口”项目，2019年10月发布项目征询书，为期5年，2021财年预算为1299.7万美元。将开发新型自适应智能接口，恢复脊髓受损作战人员的呼吸、肠与膀胱控制、运动、接触和本体感觉等功能。项目重点开发可测量脊髓伤害标志物的生物电子界面，提供智能脊柱损伤干预措施，优化脊髓损伤的神经通信能力。

（四）战场环境监测技术

一是“威胁暴露取证指标”项目，2018年2月发布项目征询书，为期4年，2018~2021年预算共计4168.4万美元，旨在开发可在30分钟内读取某人的表观基因组，识别其所接触的化生放核爆大规模杀伤性武器标记的医学设备。一旦研发成功可改进美军的大规模杀伤性武器威胁诊断。主要技术为识别威胁因子的表观遗传特征，创建风险类型和暴露时间的法医与诊断技术。

二是“保护性等位基因和响应元件的预表达”项目，2019年5月发布项目征询书，为期4年，之前称为“瞬时CBRN威胁防御”项目，2018~2021财年预算共计5662.4万美元，将开发应对各种威胁的模块化普适平台。项目将建立人体的可编程基因调节器，暂时调节人体的表观基因组和转录组，保护人体抵御外部威胁。重点关注流感病毒感染、阿片药物过量、有机磷中毒和γ辐射暴露威胁。主要技术是开发靶向调节体内基因表达的新工具，确定保护人体的特定基因靶点，开发基因靶点的可编程调节技术，制定细胞或组织特异性递送机制，将可编程基因调节剂引导至人体的适当位置。

三是“陆地活体传感器”项目，2017年11月发布项目征询书，为期4年，2018~2021财年预算共计4068.7万美元，开发可响应环境刺激，远程监控的转基因植物传感器。项目为植物植入特定基因组，使植物可发现和探测特定生化武器、病原体、核辐射以及电磁信号等威胁。主要技术是识别植物的探测与环境报告威胁的遗传物质；修改植物底盘基因，增强植物的能量收集与分配以及环境鲁棒性。

四是“海上活体传感器”项目，2018年2月发布项目征询书，为期4年，2019~2021财年预算共计7099万美元，旨在开发监测水下运载工具的生物传感器硬件，探测美军面临的海上威胁。首先确定能监测水下运载工具的海洋生物，研究海洋生物对水下运载工具的反应，特征化海洋生物对水下运载工具的生物信号，开发硬件、软件和算法，捕获、解释和转发这些生物信号，传达给终端用户。

（五）后勤保障技术

一是“工程活体材料”项目，2016年发布项目征询书，2017~2021财年预算共计4958.4万美元，将开发工程化的结构支架混合材料技术，结构支架可支持活细胞的快速长期生存，使建筑材料具有生物学功能、结构完整性和自我修复等功能，用于远征军事设施建设和太空探索等，最终也可改进坦克、飞机和舰船等军事系统的制造与维护。

二是“按需生产食品和原料”项目，2020~2021财年预算共计1930.3万美元。在“生命铸造厂”的研究基础上，开发加强作战人员部署地资源安全的生物技术，研发多功能按需生产系统，提供食物、水和石油润滑剂等，以便作战人员能够独立生产物资，延长任务期限或增强作战灵活性。

三是“大气水提取”项目，2021财年预算为950万美元，旨在利用新材料和先进工程制造技术，无需外部供水，从大气中直接提取饮用水，可根据单兵以及救灾群体需求，提供一定规模、重量、功率的水输出，可将作战人员从水供应链中解放，向更加分散的自我保障部队转变。

（六）农业和环境安全技术

一是“昆虫联盟”项目，2016年发布项目征询书，为期4年，2017~2021年预算合计5159万美元，旨在利用昆虫携带“水平环境遗传改变剂”（HEGAA）的转基因病毒，在田间感染农作物并将保护性基因转移至农作物，使农作物耐受旱涝、病害、盐碱化问题和生物恐怖威胁。主要技术有病毒操作、昆虫载体优化、成熟植物的选择性基因治疗。

二是“安全基因”项目，2017年7月发布项目征询书，为期4年，2017~2021财年预算合计6100余万美元，拟开发安全可控的基因编辑工具，防止滥用风险。关键技术是开发基因指令，用于在时间和空间上可逆地控制生命系统的基因组编辑；开发基于药物的新对策，限制生物体的人为基因组编辑，保护生物种群的基因完整性；开发可消除生物体内工程基因的技术，将生物体恢复到初始基因状态。

（七）生物战防御

“大规模恐怖威胁防御”项目，2015~2021财年预算共计 14743余万美元。2014年发布“SIGMA”项目征询书，旨在开发新的传感器网络，可经济、可靠、广域地监测大规模杀伤性武器威胁，阻止城市和人口密集中心的化、生、放、核、爆威胁。“SIGMA”项目主要开发低成本高效的辐射传感器，检测伽玛和中子辐射，并通过智能手机联网，形成分布式检测网络，为美国市、州和联邦官员提供对潜在核和放射威胁的实时感知。

2018年2月发布“SIGMA+”项目征询书，为期4年，旨在利用传感、数据融合、分析以及社会和行为建模等技术来开发和演示实时持久的CBRNE早期检测系统，是SIGMA项目的延伸。第一阶段将开发数百种化学物质微量水平的远程探测方法预警化学和爆炸物，开发实时探测各种病原体痕迹的传感器，实现提前几天或数周监测到生物攻击或重大疾病的爆发，第二阶段开发实时持久的CBRNE网络监测、分析和集成系统。

二、初步认识

一是聚焦单兵的战场救治、防护和效能增强技术，提高生存力与作战效能。2021财年DARPA在单兵的战场救治、防护和效能增强领域主要开发黄金时间延长药剂、化生防御装备、恢复力增强药剂、生理超配药剂、微生物群效能增强药剂、非手术脑机接口装备以及生物监测系统和智能手机健康监测软件，全方位提升作战人员的生存力与作战效能。

二是聚力战场环境监测与后勤保障技术，提高部队自主防护与保障能力。2021财年DARPA在战场环境监测领域聚焦单兵威胁暴露检测设备、化生放核防御基因调节剂以及陆地和海上威胁探测传感器，后勤保障技术聚焦军事设施自修复材料、食品原料和水的自主供应系统研发，全面提升部署部队的自主防护与保障能力，延长部队的任务期限，扩大作战灵活性。

三是大力研发传染病防控医疗对策，提高美军传染病防护能力。近几年DARPA不断加大传染病防控技术研发力度，2021财年新增项目2个。主要聚焦病毒跨物种传播干预、病原体的快速大批量检测、工程化细菌溯源、广谱性疫苗快速制备、核酸治疗剂的移动制备、协同进化的抗病毒剂，形成集传染病的早期预防、检测、溯源、控制和治疗的全方位医疗对策研制。

四是加快生物技术的装备化发展与作战应用。2021财年，DARPA在生物材料与装备领域投资增加57.9%，新增3个项目。此外，大多数生物技术项目都要求研制出药物、系统和平台等可采办装备，可看出美军不断加速生物技术的装备化发展与作战应用，希望将生物技术装备快速部署于战场，提高作战效能。

来源：综合网站/图片来自互联网

军事科学院军事科学信息研究中心 薛晓芳

编辑：张岸佳

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