DARPA 2021財年預算在生物技術領域共投資3.74億美元，比2020財年上漲
17.6%，新增6個項目，在研項目共計26個。生物技術項目主要聚焦傳染病防護，戰傷救治、戰場防護和效能增強，作戰人員損傷修復，戰場環境監測，後勤保障，農業與環境安全以及生物戰防禦七大領域，呈現聚焦單兵戰場救治、防護和效能增強技術，聚力戰場環境監測與後勤保障技術，大力研發傳染病防控醫療對策和加快生物技術裝備化發展與作戰應用的特點。
一、 2021財年生物技術項目研究方向與進展
（一）傳染病防護
一是“預防新興致病威脅”項目，2018年發佈項目徵詢書，為期3年半，2018~2021財年預算共計4400餘萬美元，開發病毒性傳染病的源頭干預方法。主要研究病毒與昆蟲、動物以及人類宿主的相互作用，開發多尺度模型和試驗平臺驗證病毒跨物種傳播模型，開發病毒向人類跨物種傳播的干預措施，包括從病毒宿主移除病毒突變，減少動物宿主病毒載量的抗病毒劑、疫苗和干擾顆粒等。
二是“CRISPR病原體檢測儀”項目，2019年11月發佈項目徵詢書，共計6000萬美元，2021財年預算為1355萬美元，旨在開發15分鐘內一次篩查10種以上病原體或宿主生物標誌物樣本的設備，以及15分鐘內同時篩查1000個臨床和環境樣本的大規模多重檢測平臺，提高美國防部傳染病防控能力，保持戰備。項目將基因編輯器整合到分佈式生物檢測器中，快速、按需地診斷地方性、新興和工程化的致病威脅，也可用於化學和放射性威脅的檢測。
三是“細菌監視”項目，2018年發佈項目徵詢書，2018~2021財年預算共計4799萬美元，旨在研究能快速檢測國家行為體或恐怖組織實施的工程化或未知的細菌性病原體設備，為國防部提供新型生物防護能力，威懾其他國家或組織實施的生物威脅。項目將研製快速篩選大量未知細菌菌株並揭示細菌表型的便攜式設備，將細菌從多細菌共生環境中分離，使細菌在模擬寄宿環境中長時間存活並試驗，開展細菌的物理化學試驗確定其致病性。
四是“全球按需核酸製備”項目，2019年10月發佈項目徵詢書，2021財年預算為1072.8萬美元，旨在研發可在24小時內快速生產、配製和包裝數百種核酸治療劑的移動平臺，用於美國防部部署部隊的傳染病防控。該平臺具有彈性、可移動、易於訪問的核酸醫療對策製造的能力。具體技術包括設計新的生物化學方法提高核酸合成速度、效率和準確性；設計符合監管標準的自動化生產質量管理規範的核酸生產管線；開發新型在線核酸純化和分析工具。
五是“超越傳染病”項目，2016年發佈項目徵詢書，為期4年，2017~2021財年預算共計6600餘萬美元，主要利用病毒的治療性干擾顆粒（TIP）干擾病毒在宿主內複製，開發針對病毒變異的廣譜性抗病毒製劑。截至2021財年，DARPA對項目持續投資。
六是“大流行病預防平臺”項目，2017年發佈項目徵詢書，為期4年，2018~2021年預算共計7367.5萬美元，旨在研發疫苗快速研製平臺，實現病原體確認後60天內研製疫苗，接種三天內產生抗體的廣譜性疾控平臺。2020年2月，團隊開始新冠肺炎病毒的抗體研究，採集康復新冠肺炎病例的血液，篩選最有效抗體並快速大規模製造，該抗體注入人體後提供臨時性保護，比重新研製疫苗快得多。
（二）戰場救治、防護和人效增強技術
一是“生物停滯”項目，2018年發佈項目徵詢書，為期5年，2018~2021年預算共計4300餘萬美元，主要開發能干預人體分子、細胞、器官代謝進程的長效生物停滯誘導劑，延長戰傷黃金救治時間。該技術還可用於延長血液製品、生物試劑、藥物、疫苗和治療酶等的保質期，降低生物製品的存儲和運輸條件。
二是“作戰人員化生防禦裝備”項目，2021財年預算為904萬美元，將開發先進的個人化生防護裝備策略，研發新的生物材料，為作戰人員提供快速防禦多種藥劑的能力，研發能夠捕獲、中和或消除化生製劑的化合物和輕質耐用系統，為作戰人員提供快速持久保護。
三是“萬能藥”項目，2018年發佈項目徵詢書，為期5年，2020~2021財年預算共計2785.7萬美元，將開發適應身體複雜性的新型多靶點藥物，提高美軍極端作戰環境恢復力。項目將研究作戰人員在極端耐力任務中的代謝應激、疼痛與炎症以及生物分子機制；確定關鍵分子靶標;開發調節多個靶標的藥物化學方法。
四是“生理超配”項目，2021財年預算為901.5萬美元，將研究極端生理條件下作戰人員適應環境的創新方法，幫助作戰人員抵禦生化汙染、抵抗疲勞，獲得營養和毒素代謝能力，顯著提高作戰人員效能。項目將開發可減輕熬夜或汙染物所造成的效能退化的工程細胞，淨化或解毒作戰人員受到的病毒、細菌或毒素等威脅。
五是“擴展人體彈性”項目，為期4年，2020~2021財年預算共計2692.5萬美元，將研究人類胃腸、呼吸系統、皮膚或口腔內的微生物群落與人體的免疫、代謝與化學物耐受以及情緒、決策等行為的關係，使人體微生物群落促進人體的免疫力、代謝力、對化學品耐受性以及凝聚力等功能，提高作戰人員恢復力和作戰效能。
六是“下一代非手術神經接口”項目，2018年發佈項目徵詢書，為期4年，2018~2021年預算共計6108.4萬美元。將開發安全、便攜、高分辨率的雙向腦機接口系統，實現人與系統的高速交互，提高作戰人員的戰場認知和快速決策能力。
七是“生物能力測量”項目，2019年1月發佈項目徵詢書，為期4年，2020~2021財年預算為3413.4萬美元，旨在開發實時監測作戰人員選拔與訓練狀態的生物指標傳感器，提高軍事部門或指揮官對作戰人員的選拔、訓練和任務調整效力。項目主要進行特定軍事專業生物學特徵及其表達方式研究，建立軍事人員的基因型向表型轉變的生物學機制。
八是“健康監視”項目，2017年5月發佈項目徵詢書，為期4年，2018~2021財年預算共計4866萬美元，旨在開發利用智能手機傳感器數據流，實時評估戰士生理和認知狀態的分析技術。項目將擴展智能手機的生物識別技術，從加速計、屏幕和麥克風等手機傳感器數據中提取戰士生理和行為參數，開發算法和技術進行戰士的健康評估和疾病診斷，最終開發實時監測與評估戰士的健康狀況和戰備狀態的移動應用程序。
（三）戰傷修復技術
一是“智能組織再生”項目，2019年初發布項目徵詢書，2020~2021財年預算共計2637萬美元，為期4年。將開發加速傷口癒合、減少併發症的閉環自適應系統，實現複雜傷口的智能癒合，為作戰人員提供更快更精準的恢復力。系統由一套傳感器和一個生物執行器組成，傳感器評估傷口狀態和跟蹤身體對干預措施反應，生物執行器精確傳遞生化和生物物理信號並影響癒合，系統還擁有數據處理、建模和確定干預措施的自適應學習方法。
二是“視聽覺損傷恢復”項目，為期5年，2016~2021財年預算共計9000餘萬美元。主要開發恢復戰傷人員的視聽覺神經系統技術。將研究各種形式的人體感知和驅動能力，以及生物反饋如何隨時間改變人的大腦功能，開發基本神經接口，恢復視聽覺能力，提高態勢感知以及作戰人員的認知和身體效能。
三是“聚焦醫藥”項目，在“增強神經可塑性”項目基礎上，2019年9月發佈項目徵詢書，為期4年，2020~2021財年預算共計1592.8萬美元。將開發退伍軍人流行性神經疾病的快速治療藥物，革新美軍的精神保健服務。項目將研究選擇性靶向結合特定神經遞質受體，以及激活影響病症的特定神經信號傳導通路，設計基於神經遞質受體結構指導的藥物。
四是“智能脊柱接口”項目，2019年10月發佈項目徵詢書，為期5年，2021財年預算為1299.7萬美元。將開發新型自適應智能接口，恢復脊髓受損作戰人員的呼吸、腸與膀胱控制、運動、接觸和本體感覺等功能。項目重點開發可測量脊髓傷害標誌物的生物電子界面，提供智能脊柱損傷干預措施，優化脊髓損傷的神經通信能力。
（四）戰場環境監測技術
一是“威脅暴露取證指標”項目，2018年2月發佈項目徵詢書，為期4年，2018~2021年預算共計4168.4萬美元，旨在開發可在30分鐘內讀取某人的表觀基因組，識別其所接觸的化生放核爆大規模殺傷性武器標記的醫學設備。一旦研發成功可改進美軍的大規模殺傷性武器威脅診斷。主要技術為識別威脅因子的表觀遺傳特徵，創建風險類型和暴露時間的法醫與診斷技術。
二是
“保護性等位基因和響應元件的預表達”項目，2019年5月發佈項目徵詢書，為期4年，之前稱為“瞬時CBRN威脅防禦”項目，2018~2021財年預算共計5662.4萬美元，將開發應對各種威脅的模塊化普適平臺。項目將建立人體的可編程基因調節器，暫時調節人體的表觀基因組和轉錄組，保護人體抵禦外部威脅。重點關注流感病毒感染、阿片藥物過量、有機磷中毒和γ輻射暴露威脅。主要技術是開發靶向調節體內基因表達的新工具，確定保護人體的特定基因靶點，開發基因靶點的可編程調節技術，制定細胞或組織特異性遞送機制，將可編程基因調節劑引導至人體的適當位置。三是“陸地活體傳感器”項目，2017年11月發佈項目徵詢書，為期4年，2018~2021財年預算共計4068.7萬美元，開發可響應環境刺激，遠程監控的轉基因植物傳感器。項目為植物植入特定基因組，使植物可發現和探測特定生化武器、病原體、核輻射以及電磁信號等威脅。主要技術是識別植物的探測與環境報告威脅的遺傳物質；修改植物底盤基因，增強植物的能量收集與分配以及環境魯棒性。
四是“海上活體傳感器” 項目，2018年2月發佈項目徵詢書，為期4年，2019~2021財年預算共計7099萬美元，旨在開發監測水下運載工具的生物傳感器硬件，探測美軍面臨的海上威脅。首先確定能監測水下運載工具的海洋生物，研究海洋生物對水下運載工具的反應，特徵化海洋生物對水下運載工具的生物信號，開發硬件、軟件和算法，捕獲、解釋和轉發這些生物信號，傳達給終端用戶。
（五）後勤保障技術
一是“工程活體材料”項目，2016年發佈項目徵詢書，2017~2021財年預算共計4958.4萬美元，將開發工程化的結構支架混合材料技術，結構支架可支持活細胞的快速長期生存，使建築材料具有生物學功能、結構完整性和自我修復等功能，用於遠征軍事設施建設和太空探索等，最終也可改進坦克、飛機和艦船等軍事系統的製造與維護。
二是“按需生產食品和原料”項目，2020~2021財年預算共計1930.3萬美元。在“生命鑄造廠”的研究基礎上，開發加強作戰人員部署地資源安全的生物技術，研發多功能按需生產系統，提供食物、水和石油潤滑劑等，以便作戰人員能夠獨立生產物資，延長任務期限或增強作戰靈活性。
三是“大氣水提取”項目，2021財年預算為950萬美元，旨在利用新材料和先進工程製造技術，無需外部供水，從大氣中直接提取飲用水，可根據單兵以及救災群體需求，提供一定規模、重量、功率的水輸出，可將作戰人員從水供應鏈中解放，向更加分散的自我保障部隊轉變。
（六）農業和環境安全技術
一是“昆蟲聯盟”項目，2016年發佈項目徵詢書，為期4年，2017~2021年預算合計5159萬美元，旨在利用昆蟲攜帶“水平環境遺傳改變劑”（HEGAA）的轉基因病毒，在田間感染農作物並將保護性基因轉移至農作物，使農作物耐受旱澇、病害、鹽鹼化問題和生物恐怖威脅。主要技術有病毒操作、昆蟲載體優化、成熟植物的選擇性基因治療。
二是“安全基因”項目，2017年7月發佈項目徵詢書，為期4年，2017~2021財年預算合計6100餘萬美元，擬開發安全可控的基因編輯工具，防止濫用風險。關鍵技術是開發基因指令，用於在時間和空間上可逆地控制生命系統的基因組編輯；開發基於藥物的新對策，限制生物體的人為基因組編輯，保護生物種群的基因完整性；開發可消除生物體內工程基因的技術，將生物體恢復到初始基因狀態。
（七）生物戰防禦
“大規模恐怖威脅防禦”項目，2015~2021財年預算共計 14743餘萬美元。2014年發佈“SIGMA”項目徵詢書，旨在開發新的傳感器網絡，可經濟、可靠、廣域地監測大規模殺傷性武器威脅，阻止城市和人口密集中心的化、生、放、核、爆威脅。“SIGMA”項目主要開發低成本高效的輻射傳感器，檢測伽瑪和中子輻射，並通過智能手機聯網，形成分佈式檢測網絡，為美國市、州和聯邦官員提供對潛在核和放射威脅的實時感知。
2018年2月發佈“SIGMA+”項目徵詢書，為期4年，旨在利用傳感、數據融合、分析以及社會和行為建模等技術來開發和演示實時持久的CBRNE早期檢測系統，是SIGMA項目的延伸。第一階段將開發數百種化學物質微量水平的遠程探測方法預警化學和爆炸物，開發實時探測各種病原體痕跡的傳感器，實現提前幾天或數週監測到生物攻擊或重大疾病的爆發，第二階段開發實時持久的CBRNE網絡監測、分析和集成系統。
二、初步認識
一是聚焦單兵的戰場救治、防護和效能增強技術，提高生存力與作戰效能。2021財年DARPA在單兵的戰場救治、防護和效能增強領域主要開發黃金時間延長藥劑、化生防禦裝備、恢復力增強藥劑、生理超配藥劑、微生物群效能增強藥劑、非手術腦機接口裝備以及生物監測系統和智能手機健康監測軟件，全方位提升作戰人員的生存力與作戰效能。
二是聚力戰場環境監測與後勤保障技術，提高部隊自主防護與保障能力。2021財年DARPA在戰場環境監測領域聚焦單兵威脅暴露檢測設備、化生放核防禦基因調節劑以及陸地和海上威脅探測傳感器，後勤保障技術聚焦軍事設施自修復材料、食品原料和水的自主供應系統研發，全面提升部署部隊的自主防護與保障能力，延長部隊的任務期限，擴大作戰靈活性。
三是大力研發傳染病防控醫療對策，提高美軍傳染病防護能力。近幾年DARPA不斷加大傳染病防控技術研發力度，2021財年新增項目2個。主要聚焦病毒跨物種傳播干預、病原體的快速大批量檢測、工程化細菌溯源、廣譜性疫苗快速製備、核酸治療劑的移動製備、協同進化的抗病毒劑，形成集傳染病的早期預防、檢測、溯源、控制和治療的全方位醫療對策研製。
四是加快生物技術的裝備化發展與作戰應用。2021財年，DARPA在生物材料與裝備領域投資增加57.9%，新增3個項目。此外，大多數生物技術項目都要求研製出藥物、系統和平臺等可採辦裝備，可看出美軍不斷加速生物技術的裝備化發展與作戰應用，希望將生物技術裝備快速部署於戰場，提高作戰效能。
軍事科學院軍事科學信息研究中心 薛曉芳
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