十大技术

近日，《麻省理工科技评论》2022年“全球十大突破性技术”正式发布。此次发布的突破性技术包括：“新冠口服药”“实用型聚变反应堆”“终结密码”“AI蛋白质折叠”“PoS权益证明”“长时电网储能电池”“AI数据生成”“疟疾疫苗”“除碳工厂”“新冠变异追踪”。每年评选的“全球十大突破性技术”，都具有很强的科技“策源”属性，今年的也不例外。例如“终结密码”可以使各大公司改变认证方式，不再是极其不安全的字母和数字；“长时电网储能电池”可以帮助分摊可再生能源的供应压力，并扩大清洁能源的使用范围；“AI数据生成”有望填补数据资源丰富的领域的空白等。新冠口服药A pill for COVID重大意义：易于服用的治疗严重的 COVID-19 的药片也可能对下一次大流行病起作用。主要研究者：默克，辉瑞，Pardes Biosciences技术可实现性：已实现还记得唐纳德特朗普（Donald Trump）服用的治疗疟疾的羟氯喹，以及将人们送到毒物控制中心的马用驱虫剂伊维菌素（ivermectin）吗？这些药物对新冠肺炎 COVID-19 并不有效。但是，人们还是迫切地希望它们是有效的。吞下一粒药丸就能使病毒消失，这是一个朴素的愿望。现在，这个愿望变成了现实：通过使用截然不同的方法来设计药片以阻止新冠病毒。事实证明，新的方法确实有效。感染几天的病人服用辉瑞公司的一种抗病毒药物后，可将住院的几率减少 89%。美国政府已经订购了价值100亿美元的这种名为 Paxlovid 的新药。新的药片并不只是在黑暗中一次幸运的尝试。化学家们设计这种药物来扰乱病毒的自我复制能力，该药会锁定并阻断一种叫做蛋白酶的蛋白质，它是新冠病毒进行具有威胁性的复制的核心。其它类型的冠状病毒中也存在类似的蛋白酶，这意味着辉瑞公司的药物也有望抵御下一次大流行病。而且，科学家们确信，更多像 SARS-CoV-2 病毒（新冠病毒） 这样的病原体，正潜伏在蝙蝠居住的洞穴和工业化的养殖场中。新的抗病毒药物的研发比病毒疫苗的设计、合成和测试时间更长（其中一种来自默克公司，这种药物主要针对病毒复制的不同机制）。但是，这些抗病毒药物仍然创造了记录。以前从未有一种全新的战胜疾病的分子能如此迅速地从化学家的实验室进入志愿者的口中，并获得美国食品和药物管理局的批准。辉瑞公司的 CEO 艾伯特波拉（Albert Bourla）说，当他在2021年11月得到该药物有效的消息时，他激动得“泪流满面”。该药片将防止许多人死于 COVID-19，包括免疫系统较弱而疫苗对其无效的人。如果出现了能打败疫苗的新变种，抗病毒药物可能是我们最后的手段。实用型聚变反应堆Practical fusion reactors重大意义：核聚变有望产生廉价的、无碳的、永远在线的能源，没有核反应堆堆芯熔毁的危险，也几乎没有放射性废物。主要研究者：Commonwealth Fusion Systems，国际热核聚变实验反应堆（ITER），美国劳伦斯利弗莫尔国家点火装置，Helion Energy，托卡马克能源公司（Tokamak Energy），通用聚变公司（General Fusion）技术可实现性：大约10年2021年9月， Commonwealth Fusion Systems 的研究人员对一块10吨重的D型磁铁缓慢充电并提升场强，直到它超过20特斯拉（T）。这是同类磁铁的一个新记录。该公司的创始人说，这一壮举解决了开发一个紧凑、廉价的聚变反应堆过程中所面临的主要工程挑战。几十年来，核聚变发电一直是物理学家的梦想。在远高于1亿摄氏度的温度下，就像在太阳中一样，核子融合在一起，在此过程中释放出大量的能量。如果研究人员能够在地球上以可控和持续的方式实现这些反应，那么它就可以利用几乎无限的燃料来源，提供廉价、持续、无碳的电力来源。在其中一种方法中，磁铁被用于将离子和电子的气体，即所谓的等离子体，限制在甜甜圈形状的反应器内。更强大的磁铁意味着更少的热量损失，从而使得更多的核聚变反应可以在一个更小、更便宜的设施内发生。这种改变不仅仅是一点点：磁场强度增加一倍，产生相同能量所需的等离子体的体积就会减少16倍。尽管过去数十年的研究已经耗费数十亿美元的投资，但还没有人建造出一个产生能量比反应堆的消耗更多的核聚变工厂。但是，Commonwealth Fusion Systems 及其支持者充满希望，其他聚变初创公司和研究工作也报告了最近的进展。Commonwealth Fusion Systems 正在建设一个工厂，以大规模生产磁铁，并为原型反应堆奠定基础。如果一切如愿，这家初创公司计划在21世纪30年代初期向电网提供聚变能源。终结密码The end of passwords重大意义：各大公司终于改变了认证方式，不再使用极其不安全的字母和数字。

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　　体积更小、更为灵活的机器人也相继问世，这些机器人可以便捷地进行编程，处理一些人工干起来费力或感觉不适的制造类工作。 /p p 　　 strong 3.可循环利用的热固性塑料 /strong /p p 　　塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。热固性塑料只能一次性加热、一次性成型。加热后，热固性塑料分子发生改变，经过了“硬化”，哪怕经受高温、高压，其形状和强度也会保持不变。 /p p 　　热固性塑料自身的特性使其在现代制造业中不可或缺，但同时也使得它们无法循环利用。最终，大部分热固性聚合物只能变为垃圾进行填埋。 /p p 　　2014年，这一领域迎来了重大进展，《科学》杂志刊发了一篇具有里程碑意义的文章，宣布发现了一种可循环利用的新型热固性聚合物。这种名为“聚六氢三嗪”(简称PHT)的聚合物可放入强酸中溶解，从而打破聚合物关联，分离出单体部分，然后重新组合为新产品。 /p p 　　我们希望可循环利用的热固性聚合物能在5年内取代不可循环利用的热固性塑料，到2025年时在新生产的产品中实现全面覆盖。 /p p 　　 strong 4.精密基因工程技术 /strong /p p 　　传统基因工程一直饱受争议。然而，新技术正在兴起，使我们可以直接“编辑”植物的遗传密码，以提高植物营养成分、更好地适应气候变化等。 /p p 　　这些技术包括锌指核酸酶(ZFNs)、转录激活因子样效应物核酸酶(TALENS)和近期推出的可在细菌中演化为病毒防御机理的CRISPR-Cas9系统。这种系统使用核糖核酸分子来锁定目标DNA，并在目标基因组中按照一组已知的、用户选定的序列进行剪切。这样，便能抑制不需要的基因，或者将该基因进行改良，使其发挥出与自然变异别无二致的功用。通过采用“同源重组”的办法，CRISPR也可用于精确地向基因组中植入新的DNA序列乃至完整的基因。 /p p 　　基因工程另一个有望取得重要进展的领域是将核糖核酸干扰技术(RNAi)用到农作物身上。核糖核酸干扰可有效预防病毒和真菌病原体，保护植物免受病虫害，减少对化学杀虫剂的需求。病毒基因已广泛用于保护木瓜树免遭环斑病毒侵害。以夏威夷为例，采用此法十多年来，并没有出现病毒抗药性增强的迹象。此外，核糖核酸干扰也能惠及主要粮食作物，预防小麦秆锈病、稻瘟病、马铃薯晚疫病、香蕉枯萎病等。 /p p 　　 strong 5.增材制造技术 /strong /p p 　　增材制造技术是与减材制造完全相反的工艺。增材制造技术先从液体或粉末等碎料着手，然后再利用数字模板，将碎料打造成三维形状。 /p p 　　与批量生产不同，3D产品可以根据终端用户需求，实现高度的个性化。例如，美国隐适美公司(Invisalign)就利用顾客牙齿的电脑造影，制作出最贴合顾客嘴部结构的牙齿矫形仪。还有一些医学应用正引领3D打印朝生物科学的方向迈进：如今，通过直接打印人体细胞，已有望制作出活体细胞，在药物安全筛查和最终的细胞修复与再生等方面开发出有潜力的应用。在生物打印领域，打印肝细胞层的美国生物技术公司Organovo是一个先行者，其打印的细胞层主要用于进行药物测试，且最终可能会用于制作移植用人体器官。生物打印已经被用于制作皮肤、骨骼、心脏和血管组织。 /p p 　　增材制造技术的下一个重要阶段将会是以3D技术打印线路板等集成电子元件。然而这种办法很难打印处理器等纳米级电脑配件，因为要将用各种不同材质制作而成的不同电子元件组合为一体并不容易。现在，4D打印有望带来新一代的产品，这些产品可根据温度和湿度等环境变化自行调整。这可用于服装、鞋类以及一些医疗产品，如旨在改变人体机能的植入物等。 /p p 　　 strong 6.自然发生的人工智能 /strong /p p 　　简单而言，人工智能(AI)就是一门让电脑来代替人类干活的科学。近年来，人工智能取得了重大进展：我们大多数人手中的智能手机都能识别人类的语言，很多人都在机场边检排队时体验过人脸识别技术。无人驾驶汽车和无人机正处于测试阶段，尚未如外界所期待的一样投入广泛使用，但对于一些学习和记忆任务而言，机器肯定要强于人类。 /p p 　　与普通软硬件相比，人工智能可帮助机器感知环境变化并做出应对。自然发生的人工智能则在此基础上更进了一步，机器可通过消化海量信息进行自动学习。卡内基梅隆大学的“永不停止的语言学习”项目(NELL)便是一例。这套计算机系统不仅能查阅数以亿计的网页来读取现成的材料，还能在此过程中主动提高自身阅读和理解能力，以求在未来进一步提升表现。 /p p 　　与下一代机器人一样，机器在某些任务的执行上显然要优于人类。有鉴于此，完善后的人工智能将会带来生产力的显着提高。大量证据表明，无人驾驶汽车有助于减少道路交通中发生的碰撞和由此引发的人员死伤等问题，因为机器可避开人类容易犯的错误，如注意力不集中、视觉误差等问题。智能机器能在更短的时间内获得更多信息，并能不带任何人类式的偏见去做出应对，因而在疾病诊疗上或能完成得比医学专家更为出色。当前，肿瘤学上正在部署“华生”系统，来协助开展诊疗工作。 /p p 　　 strong 7.分布式制造技术 /strong /p p 　　分布式制造技术将颠覆我们的产品生产方式和销售方式。传统制造业是把原材料收集起来，加以组装，并在大型集中式的工厂中把产品制作成形，之后再原样分销至顾客手中。分布式制造技术则把原材料和生产方式分散化，而产品的最终生产将在终端顾客的身边完成。 /p p 　　从本质上说，分布式制造技术的概念是尽可能多地用数字信息取代实体供应链。以椅子制作为例，其流程是将有关椅子部件切割的数字方案发送到当地的生产中心，再用CNC刳刨机等由计算机控制的切割工具进行切割，然后由顾客或当地的制作车间进行组装，变为成品。美国家具企业AtFAB公司目前已经采用了这一模式。 /p p 　　当前，分布式制造技术在使用上高度依赖自助式的“创客运动”，即爱好者们利用本地的3D打印机、用本地的材料来生产产品。这当中有开源思维的元素，即消费者可以根据自身需求和喜好来制作个性化的产品。 /p p 　　分布式制造技术能使当前一些模式化的物品变得更为多样化，比如智能手机和汽车等等。产品的体积大小不成问题。英国FacitHomes公司已经在用个性化的设计和3D打印来为客户量身定制房屋。 /p p 　　 strong 8.能够“感知和躲避”的无人机 /strong /p p 　　近年来，无人驾驶飞行器，即无人机，已成为一国军事实力的重要组成部分，但也引发了不少争议。此外，无人机在农业、航拍和其他许多频繁需要低成本空中巡查工作的任务中也有广泛应用。但截至目前，这些无人机仍都有人类飞行员，只不过这些飞行员是在地面远程操控飞行器的飞行。 /p p 　　下一步，无人机技术将要开发可以自主飞行的机器，应用领域将进一步拓宽。要做到这一点，无人机必须能感知周围环境并做出应对，调整飞行高度和飞行线路，避免与途中其他物品发生碰撞。在自然界中，鸟类、鱼类和昆虫均能成群结队地集合在一起，每一只动物几乎都能与身边的伙伴同步瞬时移动，并以团队为单位飞行或游动。无人机不妨对此加以模仿。 /p p 　　 strong 9.神经形态技术 /strong /p p 　　目前，哪怕最先进的超级计算机，其复杂程度也无法与人脑相媲美。计算机是线性的，主要依靠高速中枢，在中央处理器和存储芯片之间实现数据的来回移动。相比之下，人脑则处于全方位的互联状态，人脑中的逻辑和记忆紧密关联，其密度和多样性均是现代计算机的数十亿倍。神经形态芯片旨在用与传统硬件完全不同的方式处理信息，通过模仿人脑构造来大幅提高计算机的思维能力与反应能力。 /p p 　　近年来，计算机微型化使得传统计算性能得到大幅提升，但存储器与中央处理器之间数据的不断移动会消耗大量能源，产生多余热量，这一瓶颈限制了计算机的进一步改进。相比之下，神经形态芯片能效更高、性能更强，可将负责数据存储和数据处理的元件整合到同一个互联模块当中。从这一意义上说，这一系统与组成人脑的数十亿计的、相互连接的神经元颇为相仿。 /p p 　　神经形态技术将是高性能计算的下一个发展阶段，它能够大幅提升数据处理能力和机器学习能力。IBM公司2014年8月所公布的百万神经元级别的TrueNorth芯片，在执行某些任务时，其能效可达传统中央处理器的数百倍，首次与人脑的大脑皮层有了可比之处。神经形态芯片计算能力显着提高，能耗和体积却要小得多，更为智能的小型机器或将引领计算机微型化和人工智能的下一阶段。 /p p 　　其潜在用途包括：可更好地处理和应对图像信号的无人机、更为强大、更为智能的相机和智能手机、有助于解读金融市场奥妙或进行天气预报的大规模数据透视。未来，计算机可以自主地进行预测和学习，而不是仅仅按照预先编写好的程序行事。 /p p 　　 strong 10.数字化基因组 /strong /p p 　　人体基因组由32亿个DNA碱基对组成，历史上第一次对其排序时，花了数年时间，耗资高达数千万美元。但今天，仅需几分钟，便可完成个人基因组的排序和数字化，花费也仅需数百美元。所得数据可通过U盘传输到笔记本电脑上，随后十分便捷地通过互联网进行共享。这种技术仅需很低的成本，便能瞬时探明我们每个人所独有的遗传结构，将为进一步推动医疗个性化、改善医疗效果带来一场革命。 /p p 　　人类健康所面临的许多最难对付的挑战，不管是心脏疾病还是癌症，都有着与之对应的遗传因素。有了数字化技术之后，医生能通过观察肿瘤的基因结构来决定如何治疗癌症患者。同时，这一新知识也有助于制定具有高度针对性的疗法，使精确用药成为可能，从而改进患者特别是癌症患者的治疗效果。 /p p 　　 span style=" COLOR: #002060" strong 备注：作者系IBM公司首席创新官兼副总裁、世界经济论坛新兴技术跨界理事会主席 /strong /span /p

p 　　1月13日，由中国医药生物技术协会和《中国医药生物技术》杂志共同主办，桐庐县人民政府承办，桐庐富春山健康城管委会、浙江金时代生物科技有限公司、杭州爱唯生命科技有限公司协办的“2017年中国医药生物技术十大进展评选”在浙江桐庐揭晓。 /p p 　　这十大进展分别为(排名不分先后)： /p p 　 strong 　1. 国际首个重组埃博拉病毒病疫苗研发成功并获准上市 /strong /p p 　　重组埃博拉病毒病疫苗(腺病毒载体)获得新药证书和药品批准文号。该疫苗是由我国独立研发、创新性重组疫苗产品，采用了复制缺陷型病毒载体技术和无血清高密度悬浮培养工艺，可同时激发人体细胞免疫和体液免疫，在保证安全性的同时，还具备良好的免疫原性。为我国在全球性公共卫生事件爆发时能够有效控制疫情提供了新的手段。 /p p 　 strong 　2.第三代基因测序仪在我国研发成功并量产 /strong /p p 　　国产第三代基因测序仪采用单分子荧光测序技术，该技术基于全内反射先进光学，利用光学信号进行碱基识别，可实现边合成边测序。操作简便、测序时间短、无交叉污染、灵敏度高、成本低于二代测序技术，填补了国内空白。 /p p 　 strong 　3.全球首创白睛无影成像健康智能分析技术 /strong /p p 　　我国科研人员通过将传统中医眼像分析理论与现代工程技术相结合，研制成功全球首个白睛无影成像智能分析系统。该系统独有的白睛无影成像技术具有极高的保真度。利用深度学习和人工智能语音及图像处理技术，使受检者实现自助眼像自动采集并构建眼像特征分析数据库。该系统使用简单、省时、无创、客观，是健康管理中开展疾病早期筛查和预警，实现未病先防的理想工具。 /p p 　　 strong 4.细胞治疗产品技术指导原则发布，多个CAR-T产品申报临床 /strong /p p 　　国家食品药品监督管理总局2017年12月发布了《细胞治疗产品研究与评价技术指导原则》(试行)，对规范细胞治疗产品的研发，提高其安全性、有效性和质量可控性水平，从而推动和促进我国细胞治疗领域的健康发展具有重要意义。目前已经受理了多家企业的细胞治疗产品临床试验申请。 /p p 　 strong 　5.早发型高度近视新致病基因的发现 /strong /p p 　　我国科学家针对早发型儿童高度近视，通过大群体筛查、突变基因敲入动物模型等方法，发现并验证了全新的高度近视致病基因BSG。该研究构建了可引起眼轴变长的基因突变小鼠模型，确证了BSG基因突变的致病机制，为早发型儿童高度近视的防控奠定了遗传学基础。 /p p 　　 strong 6. PD-1等免疫检查点抗肿瘤抗体技术取得重大进展 /strong /p p 　　治疗霍奇金淋巴瘤的单抗完成III期临床试验，成为首个提交上市申请的国产PD-1单抗。抗PD-1/抗CTLA-4双特异抗体新药AK104获得海外临床试验许可，成为全球首个成功进入临床研究的PD-1/CTLA-4靶点的双特异性抗体新药。 /p p 　　 strong 7.肝癌的早期诊断和治疗相关表观遗传学与单细胞组学技术 /strong /p p 　　基于表观遗传学和单细胞组学的肝癌早期诊断及免疫治疗取得重大进展。通过检测外周血中循环肿瘤DNA特定位点甲基化水平，建立肝癌早期诊断的新方法，可将肝癌的漏诊率降低一半以上。肝癌相关 T 细胞的单细胞组学研究，首次在单细胞水平上描绘了肝癌微环境中的免疫图谱，可有效发现针对肝癌免疫治疗靶点、促进肝癌免疫治疗的临床应用。上述研究将促进肝癌的早诊和免疫治疗。 /p p strong 　　8. 重组质粒-肝细胞生长因子注射液进入 Ⅲ 期临床 /strong /p p 　　重组质粒-肝细胞生长因子注射液是我国自主研制的基因治疗创新药物，已经完成的I、II期临床试验表明：该药具有较好的安全性和疗效，现已获准进入Ⅲ 期临床试验。该药物是我国首个进入临床试验的质粒DNA类药物，代表了我国基因治疗药物研发的先进水平。 /p p 　　 strong 9. 首个国产九价宫颈癌疫苗获准开展临床试验 /strong /p p 　　首个国产九价宫颈癌疫苗获准开展临床试验。该疫苗采用独创的大肠杆菌生产平台进行生产，其预防宫颈癌的效果将显着高于二价和四价宫颈癌疫苗。 /p p 　　 strong 10.国际首创通用型骨科手术机器人技术获批临床应用 /strong /p p 　　我国研发的首台通用型骨科导航手术机器人获得CFDA医疗器械注册批准，该系统定位精度明显优于国际同类产品，可用于脊柱、骨盆、髋臼、四肢等多部位的通用型骨科手术，现已成功完成国际首例机器人辅助上颈椎手术。全国已普及、使用、完成手术1300余台，极大提高了手术效果。该技术的应用标志着我国国产手术导航机器人技术的研发和应用进入了新的阶段。 /p p 　　《“十三五”生物技术创新专项规划》指出，应加快推进生物技术与生物技术产业发展，到2020 年，实现本领域整体“并跑”、部分“领跑”。鉴于此，中国医药生物技术协会通过开展“年度中国医药生物技术十大进展”评选活动来梳理和记录行业的发展历程，洞悉发展趋势，推动整个行业纵深发展。 /p p 　　本次活动分为推荐申报、项目初审、公众评选、专家审评和新闻发布5个环节。其中30个候选项目从推荐申报中脱颖而出进入公众投票环节，得到数万名广大同行的热情参与。 /p p 　　为了体现评选的专业性和权威性，将所有候选项目提交相关领域的11名院士进行函审，根据项目是否具有技术创新性突出、经济效益或社会效益显着、推动行业科技进步作用明显等标准进行不记名投票，最终由专家评审确定2017年度的中国医药生物技术十大进展。 /p

近期科技部高技术中心，根据国家软科学研究计划项目&ldquo 世界高技术发展趋势跟踪研究&rdquo 的任务要求，组织信息、材料、能源、先进制造、交通及基础研究等领域，来自863、973计划专家组，以及有关高校、研究院所和重点企业的总计230多名专家，采用文献计量和定性分析相结合的方法，通过对相关领域具有领先优势的国家与企业的有关科技计划、规划、发展动态和战略部署的梳理，以及对相关核心期刊、国际学术会议等的学术文献资料信息的统计分析，提出了各领域当前十个左右共计61个前沿热点。经过进一步凝练，他们提出了当前十大最具备变更潜质的前沿技术。 　　其中突破衍射极限的光学光刻技术和激光微纳制造技术也入选最具变更潜质的十大前沿技术。 　　据介绍，突破衍射极限的光学光刻技术作为微纳信息器件制造的先导和主流技术，光学光刻技术发展正面临着原理性障碍：光学光刻分辨力这一核心技术指标的提高受到衍射极限的限制。表面等离子体成像光刻技术、表面等离子体局域光刻技术等以突破衍射极限，建立超分辨成像光刻理论和技术体系为目标的技术热点，已成为信息领域的重大科学技术问题之一。 　　这些技术一旦成熟，可提供小于32nm、22nm甚至10nm节点以下的光学光刻技术，从而有望解决国际上传统光刻技术路线衍射受限的理论和技术困境，成为新的光学光刻方法和工具。 　　而激光微纳制造则是微纳制造技术的重要部分。激光微纳制造是通过激光与材料相互作用，改变材料的物态和性质，实现微米至纳米尺度或跨尺度的控形与控性。由于激光微纳制造在能量密度、作用的空间和时间尺度、制造体吸收能量的可控尺度都可分别趋于极端，而使制造过程所利用的物理效应、作用机理完全不同于传统制造，其制造复杂结构的能力与品质远高于传统制造，由此产生了一批新技术(如光刻、近场纳米制造、干涉诱导加工、微焊接等)、一批新产品(如大规模集成电路、MEMS/NEMS等)、一批产品的高性能化(如航空发动机、燃气轮机、太阳能电池等)和相应的高新技术产业群。 　　激光微纳制造涉及光学、物理、材料、化学、生物、信息、控制、机械、纳米科技等学科，必将推动制造及相关学科的深入发展。并为能源、航空、IC制造、国防、汽车、生物、医疗等领域实现跨越式发展提供重要的制造支撑。 　　另外还有碳基纳米材料、半导体纳米材料、光电子集成芯片技术、后摩尔时代三维互连集成及芯片设计、碳化硅电力电子器件技术、量子通信技术及与经典通信的融合、轨道角动量通信技术、泛在感知与全分布控制技术等技术入选十大最具备变更潜质的前沿技术。

2021年2月24日，MIT Technology Review一年一度的“十大突破性技术”榜单正式发布。自2001年起，该杂志每年都会评选出当年的“十大突破性技术”，这份在全球科技领域举足轻重的榜单曾精准预测了脑机接口、量子密码、灵巧机器人、智慧传感城市、深度学习等诸多热门技术的崛起。本年度MIT Technology Review “十大突破性技术”分别为：mRNA疫苗、生成式预训练模型、数据信托、锂金属电池、数字接触追踪、超高精度定位、远程技术、多技能型人工智能、TikTok推荐算法和绿色氢能。为了让广大读者深入了解这十项技术的科学价值及其背后的科学故事，本刊特邀请各领域著名科学家分别对其进行深入解读，以激发科研人员的创新思维，并促进科学界的学术交流。　　1 mRNA疫苗(Messenger RNA vaccines)　　在1918年大流感100年后，全球爆发了又一次呼吸道病毒传染病大流行，罪魁祸首是一种具有包膜的正链单股RNA病毒——严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)。根据世界卫生组织的统计，截止到2021年6月17日，全球已有176 693 988人确诊，造成3 830 304人失去了生命。面对病毒的挑战，人类最有力的对抗武器是疫苗。针对这次疫情，从疫苗研发到实际应用的速度空前。截止到2021年6月15日，全世界已接种了2 377 780 590剂次针对SARS-CoV-2的各种疫苗。其中包括有首次应用就一战成名的mRNA疫苗，它被MIT Technology Review评选为2021年“全球十大突破性技术”之一。　　专家点评：　　 mRNA(Messenger RNA)被称为信使RNA，是携带编码蛋白遗传信息的单链RNA。在细胞内，mRNA指导把单个氨基酸按特定序列组成蛋白质，是细胞内“蛋白工厂”生产的“指导员”。很久以来，许多人都曾设想把在体外人工合成的mRNA“指导员”导入细胞内从而指导“蛋白工厂”的工作。第一例证明体外转录的mRNA可在体内指导蛋白质合成的研究发表于1990年，Wolff等将编码β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)的mRNA注射到小鼠的骨骼肌，成功检测到了β-半乳糖苷酶的活性。两年后，Jirikowski等在大鼠中成功的用mRNA表达出了有功能的抗利尿激素(vasopressin)。虽然这些早期研究显示出mRNA作为潜在治疗载体的原理可行，其实际应用的缺陷也变得十分明显。mRNA本身不够稳定，在体内易降解，不易靶向递送，而且可以导致强烈的免疫激活和炎症反应。因此，在而后的许多年中，核酸治疗领域都没有把mRNA作为开发重点。　　近十年的技术进步，通过对mRNA的人工修饰，大幅降低了mRNA本身的免疫原性，提高了安全性。通过脂质纳米粒包裹mRNA的递送技术，大幅提高mRNA在体内的表达效率。加之mRNA只需体外转录就可人工合成，快速价廉，实用性随之增高。通过mRNA表达蛋白抗原来诱导机体针对蛋白产生免疫应答，可能达到疫苗效果。机制上，脂质纳米粒包裹的mRNA可有效的进入树突状细胞中，一方面使树突状细胞按mRNA指导表达蛋白抗原，另一方面通过脂质纳米粒类似佐剂的作用激活树突状细胞。作为免疫系统中最重要的抗原递呈细胞，树突状细胞可将蛋白抗原消化分解成肽段，并呈递于细胞表面的一类、二类组织相容性复合体，引起CD4、CD8 T细胞的特异性应答。CD4阳性T细胞可分化成不同的亚群，分泌细胞因子，促进机体的免疫反应。CD8阳性T细胞可分化成杀伤性T细胞，从而在感染发生时杀伤感染细胞。在接种疫苗一段时间后，CD4和CD8 T细胞都会分化成为记忆T细胞。另外，mRNA表达的蛋白抗原也可以被B细胞抓取，促使其活化，在CD4阳性T细胞的帮助下这些B细胞分化成为记忆B细胞和产生高亲和力抗体的长效浆细胞。　　这次新冠肺炎疫情中，mRNA疫苗展现出了惊人的保护效果。在临床前研究阶段，Moderna开发的mRNA疫苗mRNA-1273在恒河猴中可诱导强烈的免疫应答。在第二剂接种后四周，血清中可检测到高滴度中和抗体，表达白介素-21的滤泡性辅助T细胞显著增多。在包含了30 420志愿者的三期临床研究中，mRNA-1273的有效率达94.1%。这款疫苗对保存条件要求较为严苛，需在-20 ℃条件下运输。我国科学家开发的耐高温mRNA疫苗ARCoV表现不俗，在动物实验中可以诱导抗体和细胞免疫，并显著降低病毒载量 它只需在2—8 ℃保存。目前这款国产mRNA疫苗正在墨西哥进行III期临床实验。　　使用外源mRNA导入人体实现细胞内蛋白表达的本质就是让人体自身细胞成为“工厂”，生产所需的蛋白分子。该技术显然不局限于新冠病毒疫苗。多国研究者还在针对其他诸如HIV和Zika病毒设计和开发mRNA疫苗。该技术也不局限于抗感染疫苗，比如也有针对黑色素瘤的mRNA疫苗正在临床试验中。事实上，使用mRNA表达技术也不局限于做疫苗。比如通过表达正确的血红蛋白来作为治疗性蛋白分子，同样思路可能用于治疗镰状红血球贫血症。时势造英雄，mRNA疫苗在这次新冠肺炎疫情中显示出了巨大潜力。同时，我们也要注意到，mRNA技术的第一个概念性实验证明距今30年，再一次说明投入源头创新，回报不一定是立竿见影 但假以时日，金子总要发光。mRNA技术未来还会给我们带来什么新的治疗突破?我们拭目以待。　　2 生成式预训练模型(GPT-3)　　具有写作和对话功能的大规模自然语言模型使人工智能朝着更好地理解人类的自然语言与人机交互这一目标迈出了坚实的一步。在众多语言模型中，OpenAI公司开发的GPT-3是目前为止参数最多、规模最大、能力最强的模型。通过利用大量的互联网文本数据和成千上万的书籍进行模型训练，GPT-3模型对人类自然语言的模仿到了一个不可思议的地步，极具真实性，也因此成为迄今为止令人印象最深刻的语言模型。　　虽然GPT-3模型建模能力、描述能力非常强，但是也存在众多问题和局限性。首当其冲的就是GPT-3模型不能理解什么是真正意义上的写作(自然语言生成)，因此有时会生成一些不可控的内容。其次，训练GPT-3模型需要大量的算力、数据和资金投入，并会产生大量的碳排放，只有资源充足的实验室才有能力开发类似的模型。此外，由于GPT-3模型在充斥错误消息和偏见的互联网文本数据上进行训练，往往会产生与训练数据类似，即带有偏见的篇章段落。　　专家点评：　　(1)为什么可以入选10大技术　　人工智能已经成为人类社会经济和社会发展的重要支撑技术，是引领新一轮科技革命、产业和社会变革的战略性技术，自然语言理解是下一代人工智能的核心技术之一，其关键技术的突破极具科学意义和产业价值。语言模型是利用计算机对自然语言进行抽象数学建模，是自然语言理解最核心的科学问题。广义上，任何自然语言理解模型都可称之为语言模型，因为都要进行数学建模。狭义上讲，语言模型要完成对一段文字的概率估计，或者给定上下文估计某个语言片段的出现概率或者抽象数学表示。通常所指的语言模型是狭义语言模型。语言模型的历史从1948年提出的N-Gram模型、1954年的分布式理论词袋模型、1986年的分布式表示、2013年的Word2Vec模型直到2018年提出的预训练模型。预训练语言模型(最具有代表性的模型包括ELMo、BERT和GPT)对自然语言处理领域产生了深远的影响,是深度学习时代自然语言处理领域里程碑式的研究成果。　　这一系列基于深度学习技术的模型只需要利用非监督的语言模型训练目标函数即可从海量的文本中捕捉和学习到各种类型的有效信息，能够动态生成更加准确的具有上下文信息建模能力的字、词、短语乃至句子和篇章的向量表示和生成概率，并可以在多种下游任务上取得惊艳的效果，例如问答、阅读理解、文本蕴含、语义相似度匹配、文本摘要、代码生成、故事创作等。除了强大的表示学习能力和多任务泛化属性以外，这些预训练语言模型还具有强大的小样本学习能力，只需要很少数据样本(甚至是在零样本学习的设置下)，即可理解特定的任务并取得和监督学习模型相当甚至更好的表现。在众多模型中，2020年5月OpenAI公司所提出的第三代GPT模型(GPT-3)凭借其当时最大的参数规模、非凡的模型能力、多任务泛化表现以及小样本学习能力入选2021年MIT Technology Review的“全球十大突破性技术”。　　(2) GPT等系列模型发展过程和能力变化　　预训练语言模型数量众多，其中具有里程碑意义的典型模型包括ELMo、BERT和GPT。限于篇幅，在此只选择GPT系列模型进行代表性介绍。　　在对GPT-3模型进行解读之前，我们首先对预训练语言模型的初衷和中间发展过程进行回顾。以N-Gram为代表的传统语言模型是计算给定语言片段的概率或者给定上文预测下一个词的出现概率，采用的是传统的基于频率的离散统计概率模型。其主要问题是离散的词表示方法描述能力差，参数空间成指数级增长，基于频率的统计概率模型建模能力差，导致最终语言模型描述能力不足、鲁棒性差、准确率不高。为解决上述问题，以ELMo、BERT和GPT为代表的预训练语言模型利用大规模甚至全网数据，基于生成式语言模型或者掩码语言模型，用神经网络方法训练语言模型。这样，预训练语言模型既有传统模型的概率输出，也可生成语言片段的向量表示。由于采用神经网络的方法，可以利用可导、可微等强大的数学工具和极大规模的数据，所以预训练语言模型上下文建模能力超强，可计算出更加准确的概率和上下文强相关的语言片段的动态向量表示。　　ELMo开启了第二代预训练语言模型的时代，即上下文相关和“预训练+微调”的范式。ELMo是一种生成式模型，以双向LSTM作为特征提取器，利用上下文信息动态建模，较好地解决了以Word2Vec为代表的第一代预训练语言模型存在的一词多义问题，在自然语言生成任务上表现尤为出色。BERT是一种掩码式语言模型，以Transformer Encoder为特征提取器，在自然语言分析和理解任务上表现尤为出色。GPT是一种生成式模型，以Transformer Decoder为特征提取器，在自然语言生成任务上表现更为突出。　　在上述系列模型提出以前，以自然语言理解为代表的下游任务主要采用监督学习的方式在相应的标注数据集上训练模型。这就需要每一个目标任务有充足的标注数据，并且在特定任务上训练的模型无法有效地泛化到其他任务上。在数据不足的情况下，这类判别式模型就无法取得令人满意的效果。针对这一问题，OpenAI团队提出了第一代的生成式预训练语言模型(GPT-1)是基于Transformer Decoder的生成式语言模型，对该模型结构没有新颖改动，但扩大了模型的复杂度。该类生成式预训练模型只需要利用非监督的语言模型目标函数即可进行训练，因此可以利用海量的无标注数据进行模型学习。除此以外，GPT-1模型在增强下游任务时对各种输入数据的格式进行了统一，以实现最小的模型结构修改。基于以上两个特点，GPT-1只需要简单的微调监督训练即可用于下游任务，并取得显著的效果提升，展示了生成式预训练语言模型强大的泛化能力。额外的评测发现GPT-1在零资源的设置下仍然具有一定的泛化能力。这些结果展示了生成式预训练的强大威力，为后续参数规模更大、所需训练数据更多的模型版本奠定了基础。　　GPT-2在GPT-1的基础上，对模型结构进行了5点微小改进，增加更多的训练数据，进一步提升了生成式预训练语言模型的泛化能力，重点解决 GPT-1 在下游任务使用时需要监督微调训练的问题。通过在模型训练时引入任务信息、利用比GPT-1模型更多的训练数据(40GB vs. 5GB)、搭建更大参数规模的模型(15亿vs. 1.17亿)，GPT-2模型在零资源的设置下超越了多种下游任务上的前沿模型，例如机器翻译、阅读理解、长距离依赖关系建模等。GPT-2模型的这些特点揭示了更大的模型容量和更多的训练数据可以进一步提升模型的泛化能力以及减少对监督训练的依赖。此外，GPT-2模型的容量和训练数据相比，还处于欠拟合的状态，这就需要进一步增大模型的参数规模。　　GPT-3在GPT-2模型的基础上进一步扩大了参数(1750亿 vs. 15亿)和数据规模(45TB vs. 40GB)，是目前为止最大的语言模型，无需微调训练即可用于下游任务，在零资源(Zero-shot)和小样本(Few-shot)设置下具有出色的表现。在GPT-2的多任务泛化能力基础上，GPT-3在新的任务上取得了惊艳的结果，包括数学加法、新闻文章生成、词汇解读、代码编写等，并且这种模型表现会随着参数量的进一步增加而提升。　　(3) 成功和局限性背后的根本原因讨论　　通过对比GPT三代模型的设计初衷和发展过程可以发现，三代模型都是基于Transformer Decoder结构，GPT-3模型的强大能力建立在规模效应的基础上，即超强的泛化能力仅来自于增加模型和训练数据的规模。也就是说，GPT-3的本质还是一种数据驱动的模型，通过利用超大容量的模型来拟合海量的数据，最终实现模型的收敛。因此，数据驱动模型的特点都会体现在GPT系列模型上，即模型的能力取决于所拟合数据的覆盖范围、分布情况以及质量。无论是新的数据还是不同的数据分布亦或是数据中的噪声都会给模型带来灾难性的问题。最新的测试结果显示，GPT-3模型无法在自然语言推理、填空、长文本生成和一些阅读理解任务上取得较好的表现，表明GPT-3模型更多的是停留在数据拟合阶段，而非真正理解自然语言。除此以外，受限于互联网文本数据的质量，GPT-3模型会生成一些带有偏见且令人厌恶的内容。这些都表明，GPT-3依然停留在感知智能阶段，距离通用智能和认知智能还有遥远的距离。因此，GPT-3被认为“具有一定泛化能力的记忆”，更容易获得并记住陈述性知识，而不是理解知识，不具备真正的逻辑推理能力和明辨是非的能力。　　(4) GPT-3的意义　　虽然GPT-3模型还不具有意图或对现实世界中的请求做出响应的能力，但是其对人工智能领域的影响是深远的。从2012年深度学习在各个领域开始爆炸式的发展到现在已经有将近10年的时间，新技术和新算法的发展也进入了瓶颈期，数据驱动模型的效果和能力似乎也遇到了天花板，而GPT-3模型的出现为深度学习领域注入了一支强心剂并引发了新的思考。最直接的问题就是这种随着模型规模增加而实现的能力扩展是否具有稳定性和可预测性?从短期的结果来看，这种规模效应还会随着计算机硬件算力的提升，继续提高深度学习的天花板。第二个问题是深度学习的极限在哪里?这种数据驱动模型是否最终能真正地理解语言?最后，深度学习的尽头是否会是真正的人工智能?是否能实现认知能力和通用智能?　　从实际应用的角度来看，GPT-3的功能非常强大，可以完成问答、阅读理解、摘要生成、自动聊天、搜索匹配、代码生成以及文章生成等。鉴于GPT-3模型所面临的安全性和不可控性，包括在自然语言理解时遇到鲁棒性的问题、在内容生成时会输出虚假内容和充满偏见信息的问题等，在某些应用场景，其应用价值主要还体现在智能辅助任务上，不能直接面对最终的用户。例如，在总结报告生成、创作写作等任务中，利用GPT-3根据用户的任务描述生成相应的内容，再引入人工校验编辑，将最终编辑后的内容呈现给最终用户。除此以外，GPT-3可以用于开发游戏应用等无明确任务定义和完成目标的场景。　　(5) 未来研究方向和我国的相关情况　　总的来说，以GPT-3为代表的的预训练模型还存在各种工程应用问题、道德问题和社会问题。同时，在推动该类模型的发展时还面临着跨学科合作、开放共享、资源不平衡和安全防护等挑战。我国在这方面亦有相应的布局和长远规划，目前已经取得了非常好的前期成果，以“悟道”和“盘古”为代表的超大规模智能模型系统已经在模型效果、领域移植和泛化、小模型、模型训练效率、多语言、弱相关多模态预训练、通用、可控、知识融入、蛋白质序列预测等场景中取得了突破。相信在未来的10到20年，我国在人工智能基础技术创新、人才和团队建设、社区开源等方面会达到世界领先的水平。　　3 数据信托(Data trusts)　　数据信托是信托类型化研究和当代信托立法中典型的新生事物，信托制度起源于英国，发展于美国，从法律角度看，信托是指基于对受托人的信任，委托人从其自身利益出发，将资产交给受托人管理的行为，数据信托则是受托人管理一群人的数据或数据权利的行为，这就像医生有责任依据病人的利益来行事一样，数据受托人管理委托人的数据或数据权利，同时要对其利益负责。理论上，数据信托允许用户行使其作为数据生产者的权利。　　专家点评：　　数据的价值和资产属性已经被社会熟知和认可，但是数据资产存在一个特殊性，即和实体资产相比，数据只要在控制人手里，几乎可无成本进行分析、挖掘、复制和扩散并获利，并且其中个人隐私信息无法得到保护，典型的例子是当我们通过电商平台完成交易后，后期总会看到和前期交易内容有关联的选择性推送商品广告信息，因此带来一个严重的问题，即在数据生产者及数据权属所有者(如广大公民个体)、数据实际控制者(如提供各类服务的单位部门)、以及数据利益的享有者(如能获取各类数据的机构企业)相互分离的情况下，生产者的数据在采集、分析、挖掘、使用全生命周期中，其隐私如何能得到更好的保护，价值如何能得到更好的保障。基于此，信托理论被引入用来保护数据主体所遭受的敏感信息侵害，加强数据安全保护，有效应对境内外数据安全风险。2016年，美国耶鲁大学教授杰克巴金(Jack M. Balkin)在隐私数据保护领域首次提出采用信托工具解释数据主体与数据控制人之间关系的主张。2017年，《英国人工智能产业发展报告》明确提出了“Data Trust”一词，并建议利用数据信托制度建立数据投资治理架构，以确保数据交换安全互利。2018年10月，英国开放数据研究所(Open Data Institute，ODI)首次明确将数据信托定义为“提供独立数据管理权的法律结构”。　　数据信托是数据资产信托财产的一个闭环：数据持有者首先要将自己所持有的某一个数据资产作为信托财产设立信托 再进行信托受益权转让，委托方通过信托受益权转让获得现金收入 随后，受托人继续委托数据服务商对特定数据资产进行运用和增值，产生收益 最后，向社会投资者进行信托利益分配。　　数据信托的实质是在数据主体与数据控制人之间创设出信托法律关系，数据控制人基于数据主体的信任对数据享有更大的管理运用权限，同时也承担更严格的法律信义义务。数据控制人的数据管理运用权限包括但不限于访问控制、访问审核以及数据的匿名化处置等重要内容，以此平衡数据主体的隐私保护与数据可交易价值之间的紧张与冲突。与此同时，数据控制人还应履行对数据主体的信义义务，这主要表现为信托法上的谨慎义务、忠实义务、保密义务等，不得损害数据主体的根本利益。　　数据信托主要解决两大问题：(1)解决数据资产的授权使用问题。数据主体既是数据信托的委托人也是受益人，数据控制人则是数据信托的受托人。数据控制人的数据管理运用权限包括但不限于访问控制、访问审核以及数据的匿名化处置等重要内容，以此平衡数据主体的隐私保护与数据可交易价值之间的紧张与冲突。(2)数据信托还可以明确数据资产的收益安排，使得数据资产增值部分的利益归属可以按照委托人意愿进行设计和分配。通过重置数据主体与数据控制人之间的权益结构，把数据控制人的数据权限与数据义务有效链接起来，促进数据的合理有效利用。　　应该清楚地看到，数据信托作为大数据时代的新生事物，无论在法律层面还是保障数据信托实施的技术层面仍不是完备的。　　首先，在法律层面，针对数据使用的用途限制、安全与隐私保护政策及风险管控问题，数据信托仍需要法定信托属性、数据信托的信托财产范围、数据信托中的信义义务的具体规制，建立更加完善的法律法规。　　其次，在保障数据信托实施的技术层面，针对数据在流转各环节都可能面临的安全风险，需要从数据隐私保护、数据确权、数据追溯、权益可信分配等多方面提供更加全面、系统、可信的技术手段，除传统的数据加密、身份认证、安全接入、应用保护、访问控制技术外，还需要结合信息技术的应用和发展，研究如下关键技术：　　(1) 隐私保护数据发布，敏感数据在进入流通市场之前进行必要的隐私检验和脱敏处理。　　(2) 区块链技术的应用，有效保证数据的可信性、数据流通与使用的可追溯性，区块链技术也是目前进行数据确权的最佳解决方案。利用区块链技术，可以使得登记、交易转让、清结算、查询举证更加透明、高效、低成本。　　(3) 隐私保护的联邦学习，结合安全多方计算、差分隐私或同态加密技术实现分布式的深度学习，在智能化学习的同时保障用户的隐私。　　4 锂金属电池(Lithium-metal batteries)　　制约电动汽车产业发展的一大难题就是电池技术。目前，电动汽车普遍使用的是锂离子电池，这种电池昂贵、笨重、能量密度低，并且其所依赖的液体电解质在碰撞时极易起火。电池的一系列缺点体现在电动汽车上就是：价格高、续航低、充电慢，而且还存在安全隐患，这些正是让众多车主对电动汽车望而却步的原因。显然，要使电动汽车比汽油汽车更具竞争力，就需要一种努力下，“绿色氢能”的高效利用系统将在不久的将来得以建立和完善，“绿色氢能”将作为常规能源，融入人类的生产和生活中，为构建绿色、清洁的未来社会提供重要支撑。

中国江西新闻网1月24日南昌讯(记者 肖承聪 报道)1月24日，记者从2010年全省质监会议上获悉，围绕做大做强产业经济提升技术支撑能力，江西“十二五”期间将对农林、光电、铜及铜产品、有机硅及化工、新能源材料及设备、纺织、光学、钢材及其制品、陶瓷、钨与稀土等十大产品建设检验检测公共技术服务平台。 　　据悉，2010年国家正式批复了筹建新余光伏、鹰潭铜材国家级产品质量监督检验中心。国家钨与稀土产品质量监督检验中心也顺利通过现场验收。“透射式烟度计检定规程”获得了2009年度江西省科学技术进步三等奖。在此基础上，江西质监局精心编制《“十二五”事业发展规划》，提出了今后5年的主要目标及工作任务。紧紧围绕“十二五”及以后一段时期经济和社会发展需求，规划了“农林、光电、铜及铜产品、有机硅及化工、新能源材料及设备、纺织、光学、钢材及其制品、陶瓷、钨与稀土”等十大产品检验检测公共技术服务平台的建设。 　　据了解，未来五年，江西将扎实推进“江西省质监检测基地”建设，大力提升质监科研能力水平，推进新余光伏、宜春建筑陶瓷等国家级质检中心建设，争取批准设立有机硅、食品添加剂与锂电产品国家质检中心，加快建设江西省质监检测基地，合理规划并有序推进县(区)局产品质量检验机构建设，提高产业支撑能力。规范实验室资质认定工作，推行检验机构工作质量考核评估制度，开展能力提升活动，完成食品检验机构资格转换工作，增强市场竞争能力与安全保障能力。针对科技创新能力不足的现状，继续抓好科研创新活动，力争承担总局4-6项科技项目，获得省科技厅2项科技项目。 　　此外，记者还了解到，省质监局将推广鹰潭、武宁、南康等地工作模式，调动各级政府、有关部门、企业的积极性，提出了质量安全、名牌带动、标准提升、技术基础、安居畅行、顾客满意、生态保护、净化市场、质量诚信、质量文化等十大工程的主要任务，力争到2020年，江西产品、工程、服务、环境等重点行业和领域质量水平跨入全国先进行列。

日前，《自然-方法》(Nature Methods)杂志在十周年之际推出了纪念特刊，点评了在过去十年中对生物学研究影响最深的十大技术。二代测序、CRISPR、单分子技术、细胞重编程、光遗传学、超高分辨率显微镜等纷纷上榜。二代测序 Next-generation sequencing　　二代测序或大规模并行测序的出现，几乎影响了生物学领域的每一个角落。这一技术允许科学家们测序基因组、评估遗传学变异、定量基因表达、研究表观遗传学调控、探索微观生命，将各种分析和筛选轻松升级。技术革新使测序数据的数量和质量不断攀升，测序文库的构建也在不断的进步。现在人们已经可以检测限制性材料或发生降解的样本，灵活靶标序列空间的一部分，标记细胞中各种各样的分子，捕捉分子相互作用和基因组结构。此外，计算工具也为解读二代测序的海量数据立下了汗马功劳，为人们揭示了序列变异、调控和进化的基础信息。基因组工程 Genome engineering　　基因组工程可以在体外培养的细胞、模式和非模式生物中，进行自定义的改动，这类技术为相关研究带来了极大的便利。研究者们能够在这些工具的帮助下敲除基因、引入突变或者构建融合基因。举例来说，人们用酶切割特定的基因组序列，启动细胞的修复过程，并由此作出想要的序列改变。Meganuclease、锌指酶和TALEN通过各自的DNA结合域来靶向目的序列。最近，CRISPR-Cas9系统成为了这一领域的新宠儿。该系统使用RNA为核酸酶导航，不仅很容易设计，而且能够改写几乎任何基因组序列。单分子技术 Single-molecule methods　　研究单个分子(比如蛋白或DNA)的行为能够揭示重要的生物学机制，这一点是平均化分子研究无法企及的。近十年来，一些单分子技术逐步成熟。比如，力谱(force spectroscopy)技术可以检测分子的结合、折叠或机械行为，而荧光显微镜能够在体外和体内对单分子进行追踪。新兴的单分子技术还包括，能够测序单分子的纳米孔技术，不用标记就能检测单分子的光学和plasmonic设备。这些工具的出现，使人们能够以空前的深度探索单分子的功能。光切成像 Light-sheet imaging　　光切成像这个老技术迎来了自己的第二春，这是因为成像设备(包括显微镜和相机)、荧光探针和图像分析技术得到了很大的改进。 光切成像技术利用很薄的一层光来照射样品，而不是通过点光源或全场照明，能够快速地对生物样品进行高分辨的三维成像，同时降低了光毒性。神经学和发育生物学的研究者们，正在许多生物中用光切成像研究基本的生物学过程，例如胚胎发育和大脑功能。(延伸阅读：2013生命科学七大进展)　基于质谱分析的蛋白质组学 Mass spectrometry&ndash based proteomics　　十年前，基于质谱分析的蛋白质组学研究还是一个相对小众的领域，传统细胞生物学家对它并不熟悉。然而，质谱分析仪的速度和性能在这十年迅速提升，样品制备、实验设计和数据分析也取得了巨大的进步，数据可重复性和全面性的许多问题得以解决。这些发展导致这一领域焕发了蓬勃的生机。对特定细胞状态的蛋白质组进行深入定量的图谱分析，过去需要仪器运行好几天，现在只要几个小时就能完成。现在，许多研究者通过质谱分析在系统水平上研究蛋白的功能，比如对蛋白质翻译后修饰和蛋白质互作进行图谱分析。结构生物学 Structural biology　　随着结构测定流程(从蛋白表达到结晶)的不断优化，用X射线晶体学技术分析可溶性小蛋白的原子结构基本已经成为了常规。研究者们在此基础上解析了许多颇具挑战的蛋白结构，比如膜蛋白和大蛋白复合体，这些蛋白生成的量少而且很难结晶。这十年来，X射线晶体衍射的样本制备、结晶和数据分析得到了大幅改良。与此同时，其他结构分析技术也在快速发展，比如核磁共振光谱(nuclear magnetic resonance spectroscopy)和单颗粒冷冻电镜。更有X射线无电子激光器(X-ray free electron laser)等新兴技术涌现出来。这些技术进步将帮助人们解决各种各样的分子结构。细胞重编程 Cellular reprogramming　　iPS技术能够通过重编程令细胞重新获得多能性。该技术生成的诱导多能干细胞(iPSC)可以进行扩增，它们理论上可以生成任何类型的细胞，用于研究疾病和筛选药物。现在，许多实验室都能通过iPS生成具有特定遗传学背景的人类细胞，不过人们仍在探索诱导iPSC分化的更好方法。iPS技术热潮也使直接重编程重新受到了关注，直接重编程可通过外源转录因子，直接将一种终末分化细胞转变为另一种终末分化细胞。光遗传学 Optogenetics　　用光照射整合在细胞中的光敏蛋白，可以非侵入性的改变细胞行为。光遗传学技术在神经学领域特别受欢迎，研究者们用这一技术来激活或抑制神经元的活性，实现精确的时间和空间控制。光遗传学工具既可以用于体外也可以用于体内，有助于探索神经元功能、神经元兴奋性、突触传递等问题。此外，光敏工具也可以用来二聚化蛋白或者激活转录。现有光敏蛋白的不断改进和新光敏蛋白的发现，正在不断拓展着光遗传学的工具箱。此外，发光过程也在进行改良，比如采用双光子激发和模式化的光照刺激。合成生物学 Synthetic biology　　设计微生物代谢通路生产药物和生物燃料、建造合成生物、给哺乳动物细胞赋予新功能，这些都是合成生物学的目标。由于实验和计算方法的改进，上述工作都取得了可喜的进展。在基因合成和组装方面，人们已经成功合成了细菌基因组和酵母染色体。鉴定控制转录和翻译的调控元件，可以帮助人们进行更好的回路设计。研究者们还在不断开发预测性的模型，这将为合成生物学未来十年的成功奠定基础。超高分辨率显微镜 Super-resolution microscopy　　几个世纪以来，光学显微镜的&ldquo 衍射极限&rdquo 一直被认为是无法超越的。现在人们从不同途径&ldquo 突破&rdquo 了这一极限，这类技术统称为超高分辨率显微技术或纳米显微技术(nanoscopy)。近十年来，这些技术被广泛应用到了生物学领域。这意味着研究者们现在可以区分细胞内的微小物体(细胞器甚至大分子复合体)，此前它们还只是无法分辨的模糊点。超高分辨率显微技术仍然发展迅猛，尤其是超高分辨率数据的分析，这些技术为研究分子和细胞的科学家们开启了全新的视界。　　原文检索：　　Ten years of Methods. Nature Methods, 29 September 2014 doi:10.1038/nmeth1014-1000

今年主要推进的十大重点任务：全面贯彻落实全国科技创新大会和中央6号文件精神，认真落实深化科技体制改革的各项任务 深入实施国家技术创新工程，强化企业技术创新主体地位 深入实施国家科技重大专项，加快培育发展战略性新兴产业 加强战略高技术的前瞻部署，抢占未来竞争制高点 加强高新技术集成示范和产业化，支撑产业结构调整 加强基础研究，提升科技持续创新能力 加强农业科技创新创业，促进城乡发展一体化 加强科技惠民，促进文化、社会和生态文明建设 加强基层科技工作，促进区域创新发展 深化科技开放合作，提升科技发展的国际化水平。 　　本报北京1月19日电 2013年全国科技工作会议今天在京召开。全国政协副主席、科技部部长万钢作工作报告。科技部党组书记、副部长王志刚主持会议并作总结讲话。 　　万钢在工作报告中回顾了2012年科技工作，总结了5年来科技改革发展取得的成就和经验，提出了2013年重点任务。万钢强调，2013年是深入贯彻落实党的十八大精神的开局之年，是实施“十二五”规划承前启后的关键一年。做好今年科技工作，必须要深入学习贯彻党的十八大精神，以邓小平理论、“三个代表”重要思想、科学发展观为指导，加快实施创新驱动发展战略，全面落实全国科技创新大会各项任务，着力深化科技体制改革，着力提高科技创新能力，充分发挥科技支撑引领作用，攻坚克难，真抓实干，实现科技改革发展新突破，为提高经济增长质量和效益、保障和改善民生作出新贡献。 　　万钢指出，2012年是科技事业发展具有里程碑意义的一年。党的十八大胜利召开，全国科技创新大会召开，中共中央、国务院发布《关于深化科技体制改革加快国家创新体系建设的意见》。全国先后有21个省(区、市)召开科技创新大会，出台了一批针对性操作性强、改革力度大的政策措施。全社会R&D支出有望突破万亿元，占GDP比重可达2.0%，其中企业R&D支出占74%以上 研发人员总量预计达320万人年 发明专利授权量预计达21.7万件，比上年增长26.2% 全国技术合同成交额预计超过6000亿元 全国高技术产业总产值预计突破10万亿元。过去5年，在党中央、国务院的坚强领导下，我国科技事业快速发展，创新能力大幅提升，在稳增长、调结构、转方式、惠民生中发挥了重要的支撑引领作用，科技进步贡献率从2008年的48.8%上升到2011年的51.7%，创新型国家建设取得显著成效。回顾5年来的工作，我们深刻体会到，必须坚持走中国特色自主创新道路 必须坚持围绕产业链部署创新链，促进科技经济紧密结合 必须坚持把促进民生改善作为科技工作的本质要求 必须坚持把增强科技长远发展能力作为战略重点 必须坚持把深化科技改革和开放作为强大动力。 　　万钢强调，当前我国科技工作正站在一个新的起点上。第一，党中央、国务院对科技工作提出了新的更高要求，因此要大力推进创新驱动发展战略，以全球视野谋划和推动创新，要牢牢把握新时期科技改革发展的战略任务。第二，新科技革命和产业变革对科技改革发展带来了新的机遇和挑战，新科技革命和产业变革正在孕育兴起，以科技创新为核心的国际竞争更加激烈，科研体制与创新模式加速变革。第三，经济社会持续健康发展对科技创新提出了新需求。面对新的形势和要求，我国科技改革发展仍然存在一些问题和难点，包括如何增强科技创新能力特别是原始创新能力，如何强化企业创新主体地位，如何加强创新政策落实，如何进一步完善科技创新管理等。与此同时，随着我国经济和科技实力大幅提升，一些领域已接近或达到世界先进水平，某些领域正由“跟跑者”向“并行者”“领跑者”转变，完全有能力在新的起点上实现更大跨越。因此必须坚定信心，更具胆识和智慧，切实把握和用好科技发展的战略机遇期，积极应对前进道路上的风险和挑战，深入实施创新驱动发展战略，充分释放科技体制改革红利，不断开创科技事业发展新局面。 　　万钢提出2013年主要推进十大重点任务：全面贯彻落实全国科技创新大会和中央6号文件精神，认真落实深化科技体制改革的各项任务 深入实施国家技术创新工程，强化企业技术创新主体地位 深入实施国家科技重大专项，加快培育发展战略性新兴产业 加强战略高技术的前瞻部署，抢占未来竞争制高点 加强高新技术集成示范和产业化，支撑产业结构调整 加强基础研究，提升科技持续创新能力 加强农业科技创新创业，促进城乡发展一体化 加强科技惠民，促进文化、社会和生态文明建设 加强基层科技工作，促进区域创新发展 深化科技开放合作，提升科技发展的国际化水平。他要求各级科技管理部门要把学习贯彻落实党的十八大精神作为当前和今后一个时期的首要任务，切实把思想和行动统一到中央的要求上来，深入学习领会党的十八大精神，改进工作作风，加强能力建设，加强反腐倡廉建设。 　　王志刚在总结讲话中强调，要充分认识实施创新驱动发展战略的重大意义，切实增强实施创新驱动发展战略的责任感和紧迫感，准确把握实施创新驱动发展战略的核心要求。王志刚要求，为全面落实创新驱动发展战略，要重点把握好几点：一是坚持把科技摆在优先发展的战略位置，不断提升我国科技实力和创新能力 二是坚持把科技创新作为经济发展的内在动力，不断提升我国经济实力和社会生产力 三是坚持把创新驱动发展战略贯彻到现代化建设整个进程中，不断提升我国综合国力和核心竞争力。他要求各地方、各部门要认真学习贯彻落实好本次会议精神。要深入学习贯彻落实党的十八大精神 要加强统筹推进、完善创新政策、注重机制创新、加强试点示范，扎实做好科技体制改革各项工作 要紧扣主线、突出重点、夯实基础、务求实效，着力发挥科技创新的支撑引领作用 要切实转变工作作风、加快政府职能转变、加强反腐倡廉建设，进一步提高科技管理科学化水平。 　　中央和国家机关有关部门负责人，教育部、国家自然科学基金委员会、中国科协、中科院、中国工程院、国防科工局等部门负责人，科技部领导及各司局主要负责人，全国各地方科技厅局主要负责人，部分国家级高新区管委会负责人等参加会议。

近日，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）公布了“2022年度化学领域十大新兴技术(Top Ten Emerging Technologies in Chemistry 2022)”名单。详细介绍如下：01 Sodium-ion batteries钠离子电池钠离子电池（NIB 或 SIB）是一种可充电电池，类似于锂离子电池，但使用钠离子 作为电荷载体。它的工作原理和电池结构与商业上广泛使用的锂离子电池类型几乎相同，但使用的是钠化合物而不是锂化合物。钠离子电池正在成为现有锂电池技术的潜在替代品，因为世界将面临后者资源的减少。此外，与锂相比，钠的低成本是考虑钠作为未来替代电池技术的一个有希望的因素。由于 SIB 使用丰富且廉价的材料（如钠代替锂，铝代替铜），因此预计它们会比 LIB 便宜。此外，SIBs 对环境的影响很小。尽管 SIB 比 LIB 重，但它们更适用于重量和体积不太重要的固定式储能系统。我们需要更好、更实惠的电池。钠离子电池是一种丰富且价格合理的锂替代品。--IUPAC02 Nanozyme 纳米酶纳米技术是开发 COVID-19 疫苗的关键。纳米世界在医疗保健和生物医学领域的可能性已变得显而易见，许多其他技术也引起了研究人员和 IUPAC 专家的关注。其中有纳米酶，具有天然酶特性的纳米材料，以及一些补充特性。由于纳米酶是人造的，并且是在实验室按需设计的，因此它们在稳定性、可回收性和成本方面具有多种优势。与仅在特定的温度和 pH 范围内起作用的天然酶不同，纳米酶能够承受恶劣的条件并允许持久、安全和稳定的储存。纳米酶领域大约在 20 年前出现。2004 年，意大利研究人员将金纳米粒子功能化以催化磷酸化反应，几年后，中国科学院生物物理研究所阎锡蕴院士团队发现某些纳米粒子自然表现出类似酶的活性（Nature Nanotech, 2007, 2, 577–583 ）。这两件事都引发了一个全新领域的指数级增长，此后取得了非常重大的进展，包括在美国、欧洲和亚洲的一些开创性商业企业。纳米酶的另一个优势来自定制的可能性。化学家附加各种分子来修饰纳米酶的特性，使其超越经典的催化能力。纳米世界在表面积方面提供了独特的可能性，并允许多功能化——应用于生物分析、诊断、治疗、传感、水处理等等。纳米酶领域最具吸引力的方法之一是开发新型即时诊断技术，有可能满足世界卫生组织 (WHO) 的最关键呼吁。对于 WHO，床旁设备应符合 ASSURED 标准——经济实惠、敏感、具体、用户友好、快速、无设备和交付。纳米酶可以为许多不同的测试技术提供这些特性，包括电化学、荧光、比色和免疫分析。此外，它们确保了小型化和长期稳定性，与当前最先进的技术相比，这两项都是重要的改进。此外，纳米酶已显示出良好的生物兼容性，可确保安全集成到医疗保健应用中，包括生物成像和病原体检测。此外，纳米酶已在治疗中找到用途，主要是因为它们催化消除与衰老、炎症、不孕症、神经退行性疾病和癌症有关的活性氧和氮。在一些初步研究中，纳米酶已显示出针对所有这些问题的保护特性，并且还促进了干细胞的生长，这对组织工程和其他疗法很有用。除了生物医学，纳米酶已成为水处理和去除污染的有用解决方案，符合联合国可持续发展目标 6、14 和 15，所有这些都与清洁环境有关。这种特殊应用的一个有趣方面是铁基纳米酶的可回收性，这源于它们的磁性。净化污染介质后，很容易用磁铁从溶液中提取纳米酶，用于后续处理和再利用。研究人员还设计了基于金、铈、铂和汞纳米酶的逻辑门——所有这些都可以促进计算机的小型化。通过解决天然和人造酶的一些问题，并提供一些有前途的新特性，纳米酶很快就会成为许多不同应用中有吸引力的替代品。纳米酶是一种结合自然和人工催化的力量，它在稳定性、可回收性和成本方面具有多种优势。与仅在特定的温度和 pH 范围内起作用的天然酶不同，纳米酶能够承受恶劣的条件并允许持久、安全和稳定的储存。--IUPAC03 Aerogels 气凝胶气凝胶是一类由凝胶衍生的合成多孔超轻材料，其中凝胶的液体成分已被气体取代，凝胶结构没有明显塌陷，形成具有极低密度和极低热导率的固体。气凝胶可以由多种化合物制成，例如二氧化硅气凝胶摸起来像易碎的膨胀聚苯乙烯，而一些基于聚合物的气凝胶摸起来像硬质泡沫。气凝胶是通过超临界干燥或冷冻干燥提取凝胶的液体成分来生产的。这允许液体缓慢干燥，而不会导致凝胶中的固体基质因毛细作用而像传统蒸发会发生的塌陷。气凝胶结构源于溶胶-凝胶聚合，即单体（简单分子）与其他单体反应形成溶胶或由键合、交联的大分子组成的物质，其中有液体溶液的沉积物。当材料被严格加热时，液体会蒸发，留下键合、交联的高分子框架。聚合和临界加热的结果是产生了一种具有多孔强结构的材料，被归类为气凝胶。合成的变化可以改变气凝胶的表面积和孔径。孔径越小，气凝胶越容易破裂。气凝胶是已知的最轻的固体之一，但是基于聚合物的气凝胶具有很高的强度和抗撕裂性。另一个关键特性来自它们的低密度和孔隙率——它们是非常好的热绝缘体，因此在航空航天技术中发现了许多有趣的应用。事实上，NASA 依靠一个专门的研究团队来研究这类材料，并且已经在他们的火星探测器和其他航天器中测试了其中一些材料作为绝热体。气凝胶提供出色的隔热效果，其厚度仅为传统绝缘材料的一半。也许不足为奇的是，这样的空间技术导致了气凝胶更多的实际应用。许多项目与 IYBSSD 和可持续发展目标的目标一致——包括高效催化剂、超级电容器、药物输送系统和水净化。后者——以及其他在环境修复中的应用——已被广泛探索并显示出巨大的前景。特别是，气凝胶成功地去除了污染物，例如空气中的挥发性有机化合物 (VOC) 以及水中的有毒物质。通过不同的工艺，化学家定制气凝胶的表面以改变它们的吸附能力，并调整它们的选择性。最具吸引力的应用包括去除废水中的重金属离子以及有效清洁和处理溢油。此外，一些研究人员建议使用气凝胶的巨大表面积来解决我们这一代最具挑战性的环境问题之一——大气中二氧化碳的高浓度。它们在容量和工作温度方面与沸石和金属有机骨架 (MOF) 等其他多孔材料竞争，因此一些吸附气凝胶已经为此目的商业化。此外，气凝胶表面的可调节性导致在生物医学技术和传感方面的突破性应用。而且这种组合更有趣。例如，气凝胶的生物兼容性可能导致植入式设备监测生理常数。生物兼容性和生物降解性已经引发了能源生产和储存的用途，提供了比其他可用替代品更环保的解决方案。气凝胶由葡萄糖、纤维素、石墨烯和其他环保材料制成，改善了电池、超级电容器甚至柔性电子产品的性能。但也许最有趣的应用再次来自气凝胶的热特性。不同的研究已经证明了气凝胶如何提高太阳能热电厂的效率，即。能量收集平台，将太阳的热量集中起来产生蒸汽、移动涡轮机和发电。因此，气凝胶还为应对持续的能源危机提供了有趣的工具。气凝胶是最轻的隔热材料，为应对持续的能源危机提供了有趣的工具。---IUPAC04 Film-based fluorescent sensors 薄膜荧光传感器荧光是化学和生物传感的基本工具，主要是由于其灵敏度和选择性。由于其可调谐性和多功能性，基于薄膜的荧光传感器已成为一种广泛使用的工具。在这些设备中，荧光分子被固定在合适的表面上，形成对外部刺激起反应的 2D 或 3D 薄膜。一个优点是便携性。基于薄膜的荧光传感器的尺寸不到一厘米，这使得分析工具可以小型化。基于薄膜的荧光传感器除了体积小之外还具有有趣的特性，例如功率效率和易于操作。在过去的几年里，陕西师范大学房喻院士团队已经开发出不同的基于薄膜的荧光传感器来检测不同的物种，特别是氨、NOx 和 VOC 等污染气体。此外，这些薄膜还可以检测更复杂的化学物质，包括杀虫剂、神经毒剂和三硝基甲苯 (TNT) 等爆炸物（Mol. Syst. Des. Eng., 2016,1, 242-257）。最近，陕西师范大学房喻院士团队研究人员设计了一种基于薄膜荧光传感器的“化学鼻”，以极高的灵敏度检测尼古丁（Chem. Commun., 2019,55, 12679-12682）。这些结果暗示了基于薄膜的荧光传感器在环境修复应用中的巨大可能性，因为它们可以在不同污染物的检测、识别和量化中发挥关键作用。最近，研究人员已经证明了基于薄膜的荧光传感器检测病原体的潜力，特别是食源性李斯特菌，这是许多食物中毒病例背后的致命细菌（Aggregate 2022, e203）。所有这些，再加上紫外线激光技术的最新进展，可能会导致污染检测设备和生物医学设备的小型化，在部署互连监控网络（例如通过物联网）和应用可穿戴电子产品和便携式传感器领域。基于薄膜的荧光传感器拥有微型探测器的可调谐、多功能替代方案。--IUPAC05 Nanoparticle mega libraries 巨型纳米粒子图书馆巨型图书馆和一种名为 ARES 的基于原位拉曼光谱的筛选技术帮助研究人员确定了一种新的金铜催化剂。它可用作合成由碳制成的单壁纳米管的催化剂。美国研究人员表示，他们已经开发出一种生产 65,000 多种复杂纳米粒子的方法，每种纳米粒子包含多达六种不同的材料和八个片段，其界面可用于电气或光学应用。每根长约 55 纳米，宽约 20 纳米：相比之下，人类头发的厚度约为 100,000 纳米。“纳米科学界对制造结合了几种不同材料——半导体、催化剂、磁体、电子材料的纳米颗粒非常感兴趣，”宾夕法尼亚州立大学团队负责人 Raymond E Schaak 说。“你可以考虑将不同的半导体连接在一起，以控制电子如何穿过材料，或者以不同的方式排列材料来改变它们的光学、催化或磁性。Schaak 及其同事采用由铜和硫组成的简单纳米棒，然后使用称为阳离子交换的过程用其他金属顺序替换一些铜。通过改变反应条件，他们可以控制纳米棒中铜被替换的位置（一端、两端同时或中间）。他们用其他金属重复了这个过程，这些金属也可以放置在纳米棒内的精确位置。通过与几种不同的金属进行多达七次连续反应，他们可以创造出彩虹般的粒子——超过 65,000 种金属硫化物材料的组合是可能的。多年来，大数据和高通量筛选推动了新化学品的发现。纳米粒子巨型图书馆以某种方式将这些技术转化为材料世界。通过创建具有数百万个组成和结构各不相同的纳米粒子的阵列，科学家们设计了一种强大的工具来个性化特性和应用。研究人员使用称为聚合物笔光刻的纳米颗粒沉积技术构建这些巨型图书馆。不同的金属盐溶解在聚合物墨水中，然后使用数千个微小的软尖端小心地将其沉积在表面上——力和压力决定了液滴的大小，从而决定了颗粒的大小。之后，加热消除聚合物并减少盐，使金属纳米颗粒准备好催化化学反应。它相当于制造数百万个微型反应器，浓缩在一张简单的显微镜载玻片上（Science 2008, 321 (5896), 1658）。纳米粒子巨型图书馆，高通量合成筛选到达纳米世界。--IUPAC06 Fiber batteries纤维电池如前所述，世界需要更好的电池来应对能源危机。使用当前技术有效地储存能量是非常困难的。事实上，根据美国能源信息署的估计，使用电池供电的家用电器将使您的电费增加三倍并占用大量空间。纤维电池提供了另一种有趣的解决方案，同时在可穿戴电子产品领域开辟了可能性。纤维电池的配置与传统的替代品完全不同，通常基于堆叠的电极和组件——很像意大利化学家亚历山德罗沃尔塔的原始设计。相反，纤维电池呈现出几乎一维的设计，以缠绕的电线作为电极。该结构受到聚合物涂层的保护，聚合物涂层也将电解质密封在电池内。类似地，这种设计的修改版本产生了超级电容器——一种能够快速提供电荷的储能解决方案，例如在摄影闪光灯中。总体而言，纤维电池与其他解决方案相比具有一系列优势；它们灵活、坚固且安全。此外，编织纤维可制成电池“织物”，适用于许多不同的形状和应用。一些研究表明，电池织物柔软且透气，因此非常适合可穿戴电子产品的应用。它们似乎还可以承受洗涤，而不会损失任何能量密度。其他方法，例如热拉法，允许用电活性凝胶制造纤维电池，同时电极得到柔性防水包层的保护。这种策略已经实现了长达 140 米的纤维的连续生产，并展示了类似的放电能力。最近，复旦大学彭慧胜教授课题组开发了基于锂离子技术生产高性能编织纤维电池的新方法。这些设备的能量密度比第一个纤维电池原型好八十倍；此外，它们在五百次充电循环后仍保留 90% 的容量，这与大多数商用电池相当。在概念验证应用中，科学家们研究了为智能手机无线充电的可能性，以及将编织电池与纺织品显示器和交互式夹克集成在一起，用于监测不同的身体常数。该工艺还具有可扩展性，因为它经过优化，可与标准工业设备配合使用，包括纺织工业中广泛使用的机械，如剑杆织机。在理想情况下，电池的成本可能低于每米 0.05 美元（相关报道：不到半年，复旦大学彭慧胜团队再发Nature！）。三星和华为等公司正在研究纤维电池的潜力，预计该市场将与可穿戴设备和印刷电子产品等产品一起增长。纤维电池，一种新的储能形式，为可穿戴设备做好准备。--IUPAC07 Liquid solar fuel synthesis生产液态太阳能植物利用光合作用将二氧化碳和阳光转化为葡萄糖。同样，化学家创造了“人工光合作用”来模拟这一过程，并生产出富含能量的物质，并用作燃料。通常，研究人员会寻找碳基分子，例如醇类和低分子量碳氢化合物，以用污染较少的替代品替代无处不在的石油衍生燃料。然而，一些分类还包括氢、氨和肼等燃料，只要其制造中使用的主要能源是完全可再生的——主要是太阳能和风能。像电池一样，太阳能燃料提供了储存间歇性能量的新机会。这就是为什幺一些专家称这种策略为“装瓶可再生能源”。光催化也提供了巨大的机会。通过直接使用阳光来激活和加速反应，化学家可以节省步骤并简化整个过程。许多人认为光催化是将太阳能转化为能源丰富的产品（如燃料）的理想方法。目前，世界各地的许多团体都在努力解决这一过程中的问题。即使是植物，经过数十亿年的进化，也只能管理最高 4% 的能量转换效率。其中一些解决方案来自将人造催化剂与天然结构（例如酶甚至细菌）配对。除其他优点外，这些耦合系统提供了获取有趣的商品化学品的途径，例如乙酸。其他团体梦想在夜间工作的光催化过程，并将催化剂连接到电容器和电池，它们在照明期间储存能量并在晚上开始释放能量。“持久光催化”的概念可以减少间歇性，提高过程的性能。液态太阳能燃料，“装瓶可再生能源”和制造更环保化学品的战略。--IUPAC08 Textile displays纺织品展示屏幕在我们的生活中无处不在。此外，据估计，我们 80% 的外部环境感知直接来自我们的眼睛，这使得视觉成为最重要和最复杂的感觉。现在，随着高速通信和连接设备（即物联网）的出现，研究人员开始探索纺织品展示领域。这些设备将改变我们的日常电子产品，以及我们与它们互动的方式，并促进新型可穿戴设备和智能织物的商业化。传统上，可穿戴设备依赖于贴在织物和纺织品表面的薄膜显示器。纺织显示器的做法完全不同，其实和上面提到的纤维电池很相似。研究人员直接开发出能够发光的纤维，然后将它们交织在一起形成柔性织物作为显示器。这种策略解决了很多问题：一是增加了透气性，传统屏风会阻碍；其次，它使可穿戴设备更柔软，更接近实际的衣服；第三，纤维自由弯曲；变形对发射的影响不如薄膜屏幕。研究人员研究了许多不同的材料来制造纺织品显示器。例如，有机发光二极管 (OLED)——通常是平面夹层结构——已被改造成同轴纤维。或者，聚合物发光二极管 (PLED) 增加了灵活性。使用的聚合物具有电致发光特性，并支持流行的生产工艺。由于一些将少量 OLED 与 PLED 结合在一起，因此出现了一种新的命名法来定义这些发光设备：光纤 LED (FLED)。复旦大学彭慧胜教授团队使用发光电化学电池，将阴极和阳极材料与电解质或粉末状发光材料（通常是硫化物盐）分散到纤维中。前者实现了颜色可调性等新颖性，而后者尽管亮度较低，但从生产的角度来看具有优势，因为允许使用传统的编织工艺，从而实现米长的纤维和高表面显示器(复旦大学彭慧胜/陈培宁团队今日《Nature》！)。纺织品展示，用于柔性屏幕的基于纤维的发光二极管。--IUPAC09 Rational vaccines with SNA合理球形核酸疫苗COVID-19 大流行强调了疫苗的重要性。事实上，IUPAC“十大”倡议也一再承认该领域新兴和成熟技术的价值，例如 mRNA 疫苗和核酸的可扩展合成。现在，在这一版中，我们的专家选出了疫苗学中另一个有趣的创新：球形核酸，通常简称为 SNA。最初于 1996 年开发，这些结构星状核酸链连接到不同种类的纳米结构。首先是金纳米粒子，但其他材料——二氧化硅、聚合物、蛋白质、胶束、MOF——紧随其后，提供了强大的多功能性。SNA 的化学和生物学特性与线性核酸不同，即使它们共享相同的核苷酸串行。三维排列促进进入细胞，这发生得更快，数量更多。此外，这样的组织会产生单个组件单独缺乏的属性。事实上，初步研究表明，以前在临床试验中失败的治疗性抗原和佐剂在纳入纳米工程 SNA 治疗时可能会显示出增加的活性。事实证明，SNA 疫苗可有效预防传染性病原体，例如 SARS-CoV-2，即导致 COVID-19 的冠状病毒。当受到致命剂量的病毒攻击时，先前接种过疫苗的小鼠存活下来，这证明了 SNA 产生良好免疫反应的保护潜力。值得注意的是，这种特殊的设计不需要刺突蛋白的整个结构来工作。覆盖有 DNA 的脂质体包裹了受体结合域的较小抗原，从而简化了此类疫苗的合成和适应性。此外，SNA 制剂在室温下保持稳定，这有助于在偏远地区获得疫苗，符合可持续发展目标。球形核酸在癌症免疫疗法中也显示出前景，特别是针对黑色素瘤、卵巢癌和前列腺癌。在一项研究中，用 SNA 疫苗治疗成功地消除了 30% 的小鼠的肿瘤，这推动了向人体临床试验的过渡。事实上，目前有六项人体临床试验测试 SNA 相关产品用于免疫治疗和基因调控。生物技术公司 Exicure 寻求 SNA 疗法的批准和商业化，并已开始与 Allergan、Dermelix 和 Ipsen 合作开发不同的药物。SNA 绝对是一项新兴技术，未来可能会改变我们应对疾病的方式。带有 SNA 的合理疫苗，球形核酸重塑和重组疫苗技术。--IUPAC10 VR-enable interactive modeling VR 平台交互式建模在元节之年，IUPAC“十大”涉足虚拟现实（VR）。通过虚拟空间，研究人员探索增强计算化学和分子动力学可能性的互动合作。由于这些与分子的创新相互作用，研究人员加强了他们的特殊推理，并提高了他们对量子化学的理解。支持 VR 的平台不是通过键盘和鼠标与计算机交互，而是允许研究人员进入一个充满巨大分子的想象房间，并通过他们手中的同步无线控制器“触摸”它们。一旦进入那里，他们就会戳原子、移动它们、引入修饰和官能团——同时虚拟分子由外部计算机实时模拟和渲染。由于分子间相互作用本质上是三维的，因此在这些虚拟空间中工作可以提高我们对化学反应的理解。这种身临其境的体验，在手术室和动画工作室等其他环境中得到广泛应用，可加速结果并减少错误。使用 VR 时，化学家完成分子建模任务的速度比使用传统界面快十倍。这一策略远非幻想，而是已经提供了现实生活中的结果。例如，VR 设置帮助研究人员有效地生成蛋白质-配体对接姿势，利用专家和非专家来探索不同的位置可能性。该模型致力于设计不同的抗病毒药物，其中包括用户“即时”实施的修改，因为他们确定了可以更好地结合蛋白质活性位点的原子和官能团。此外，研究人员使用类似的策略来设计针对 SARS-CoV-2 的主要靶标之一的抑制剂，一种称为 Mpro 的蛋白酶。所有这些研究都是在开源框架 Narupa 下运行的，该框架与市场上大多数商品 VR 设备一起运行。这些研究的另一个好处来自演示期间的全面数据收集。经过适当处理后，这些信息将指导机器学习算法和神经网络，它们比其他方法更准确地预测分子的特性。VR 建模还为化学教育创造了新的可能性，符合 SDG 4 和 IUPAC 的核心价值观。学生在使用这些 VR 增强工具时的反馈，特别是一个名为 Manta 的进程，比传统技术要积极得多。由于对原子和分子的直接观察，学生对宏观和微观现象的理解似乎也是如此。此外，数字工具为远程教育开辟了可能性，从而使教师能够与几乎任何地方的任何人分享他们的课程，只要他们有互联网连接并可以访问 VR 集。支持 VR 的交互式建模，计算化学连接在元宇宙。--IUPAC

湖南省两个半导体领域的“十大技术攻关项目”完成项目综合绩效评价，近日顺利完成验收，意味着这两个半导体技术已成功实现国产化替代。“8英寸集成电路成套装备”项目由湖南楚微半导体和中电四十八所共同承担，项目已实现8英寸集成电路成套装备国产化替代，关键设备立式炉管、硅外延设备各项指标达到国际同类设备领先水准，并实现了产业化生产。湖南楚微半导体常务副总经理 易文杰：整个国产设备运行的状况良好，产品良率也达到了进口设备的水平，目前楚微公司的产能水平是2万片每月，2024年底要达到5万片每月。“第三代半导体核心装备国产化关键技术攻关”项目由中电四十八所承担，重点实现了6英寸SiC（碳化硅）外延生长等6项“卡脖子”技术突破，装备核心部件全部国产替代，满足了规模化量产工艺要求，支撑我国第三代半导体产业自主可控发展。48所半导体装备研究部主任 巩小亮：我们目前也是在（与国际）基本同步研制8英寸的设备，并且初步实现了国产化、工程化。我们预计在十四五期间，会达到每年50到100台的稳定产值，以及5到10个亿的产出。高科技产业的崛起，离不开强有力的政策支持。湖南连续三年部署实施“十大技术攻关项目”，全力做好资金、人才等要素保障，单个项目经费支持高达1000万。湖南省科技厅高新处处长 王先民：在十四五期间，我们会继续对半导体领域给予特殊政策支持，采取一事一议的方式，对于项目经费、平台、人才等等这一块都有支持。近年来，湖南全力推进高水平技术创新，已全面掌握第六代IGBT核心技术，创造了第一台离子注入机等30多项国内第一，集成电路整线装备国产化率达95%；全省建成功率半导体与集成技术全国重点实验室等国家级创新平台13个，科技创新动力澎湃。

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由中国科学院、中国工程院主办，中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社、山东省科学技术厅、烟台市人民政府承办的中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2023年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻于2024年1月11日在山东烟台揭晓。中国科学院副院长、党组成员常进，中国工程院副院长、党组成员钟志华，山东省委常委、烟台市委书记江成，山东省副省长、省政府秘书长宋军继出席会议并致辞。常进、钟志华分别揭晓了2023年中国十大科技进展新闻和2023年世界十大科技进展新闻，并与江成、宋军继一同为2023年中国十大科技进展新闻入选团队颁发纪念证书及纪念牌。中国科学院原党组副书记、中国科学技术大学原党委书记郭传杰，中国科学院原副院长、中国科学院院士詹文龙，以及来自中国科学院和中国工程院的多名院士一同出席发布会。此项年度评选活动至今已举办了30次。评选结果经新闻媒体广泛报道后，在社会上产生了强烈反响，使公众进一步了解国内外科技发展的动态，对普及科学前沿知识起到了积极作用。2023年中国十大科技进展新闻01全球首座第四代核电站商运投产我国具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程12月6日商运投产，成为世界首个实现模块化第四代核电技术商业化运行的核电站，标志着我国在高温气冷堆核电技术领域实现了全球领先，对推动我国实现高水平科技自立自强、建设能源强国具有重要意义。高温气冷堆是国际公认的第四代核电技术先进堆型，是世界核电未来发展的重要方向。在丧失所有冷却能力的情况下，不采取任何干预措施，反应堆都能保持安全状态，不会出现堆芯熔毁和放射性物质外泄。该示范工程是世界首座球床模块式高温气冷堆项目，位于山东省荣成市，由中国华能牵头，联合清华大学、中核集团共同建设，2006年被列入国家科技重大专项，2012年开工建设。中国华能集中产业链上下游优势资源，联合开展关键技术攻关和核心设备研制，研制出2200多套世界首台（套）设备，设备国产化率达93.4%。02神舟十六号返回 空间站应用与发展阶段首次载人飞行任务圆满完成北京时间10月31日8时11分，神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，现场医监医保人员确认航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮身体健康状况良好，神舟十六号载人飞行任务取得圆满成功。神舟十六号载人飞船于2023年5月30日从酒泉卫星发射中心发射升空，随后与天和核心舱对接形成组合体。作为首批执行空间站应用与发展阶段载人飞行任务的航天员乘组，3名航天员在轨驻留154天，其间进行了1次出舱活动和中国空间站第四次太空授课活动，配合完成空间站多次货物出舱任务，为空间站任务常态化实施奠定了基础。此次任务是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的首次载人飞行任务，在航天员乘组和地面科研人员密切配合下，开展了人因工程、航天医学、生命生态、生物技术、材料科学、流体物理、航天技术等多项空间科学实（试）验，在空间生命科学与人体研究、微重力物理和空间新技术等领域取得重要进展，迈出了载人航天工程从建设向应用、从投入向产出转变的重要一步。03超越硅基极限的二维晶体管问世芯片是信息世界的基础核心，传统晶体管因接近物理极限而制约了芯片的进一步发展。原子级厚度的二维半导体理论上在未来节点更具潜力，但受限于其技术瓶颈，至今所有二维晶体管均不能媲美业界硅基器件。北京大学彭练矛院士、邱晨光研究员团队构筑了10 纳米超短沟道弹道二维硒化铟晶体管。创造性地提出“稀土钇元素掺杂诱导二维相变理论”，并发明了“原子级可控精准掺杂技术”，从而成功克服了二维领域金属和半导体接触的国际难题，首次使得二维晶体管实际性能超过业界硅基10纳米节点Fin晶体管和国际半导体路线图预测的硅极限，并且将二维晶体管的工作电压降到0.5V，室温弹道率提升至所有晶体管最高纪录的 83%，研制出国际上迄今速度最快、能耗最低的二维晶体管。相关成果3月22日发表于《自然》。04我国科学家发现耐碱基因可使作物增产我国盐碱地面积达1亿公顷，占世界盐碱地总面积的近十分之一，全球气候变化、淡水缺乏及化肥大量使用，使可耕土地盐渍化速度加快。为了更好地利用盐碱地资源，中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员科研团队与国内多家科研机构和院校合作，经过多年研究发现主效耐碱基因AT1，可以显著提高高粱、水稻、小麦、玉米、谷子等作物在盐碱地上的产量，且在改良盐碱地的综合利用中具有重大应用前景，有望为我国粮食安全发挥重要支撑作用。该成果3月24日发表于《科学》。05天问一号研究成果揭示火星气候转变在太阳系的行星中，火星与地球最为相似，火星的现状和演化历程，被认为可能代表着“地球的未来”，针对火星气候演化的探测研究长期以来备受关注。风沙作用塑造了火星表面广泛分布的风沙地貌、沉积，记录了火星演化晚期和近代气候环境特征和气候变化过程。但由于缺乏就位、近距离详细系统的科学观测，我们对火星风沙活动过程和记录的古气候知之甚少。针对这一科学问题，中国科学院国家天文台李春来团队，联合中国科学院地质与地球物理所郭正堂团队、中国科学院青藏高原所、美国布朗大学和天问一号任务工程团队，瞄准火星乌托邦平原南部丰富的风沙地貌，利用环绕器高分辨率相机、火星车导航地形相机、多光谱相机、表面成分分析仪、气象测量仪等开展了高分辨率遥感和近距离就位的联合探测，提取了沙丘形态、表面结构、物质成分等信息，分析了其指示风向和发育年龄，发现了着陆区风场发生显著变化的层序证据，并与火星中高纬度分布的冰尘覆盖层记录有很好的一致性，揭示了祝融号着陆区可能经历了以风向变化为标志的两个主要气候阶段，风向从东北到西北发生了近70度的变化，风沙堆积从新月形亮沙丘转变为纵向暗沙垄。这一气候的转变，发生在距今约40万年前的火星末次冰期结束时，可能是由于自转轴倾角的变化，火星从中低纬度到极地地区，发生了一次“冰期-间冰期”的全球性气候转变。该项研究有助于增进我们对火星古气候历史的理解，为火星古气候研究提供了新的视角，也为地球未来的气候演化方向提供了借鉴。相关研究成果7月7日发表于《自然》。06我国首个万米深地科探井开钻5月30日上午，中国石油塔里木油田公司深地塔科1井开钻入地。深地塔科1井开钻，旨在探索万米级特深层地质、工程科学理论，标志着我国向地球深部探测技术系列取得新的重大突破，钻探能力开启“万米时代”。深地塔科1井位于新疆阿克苏地区沙雅县境内，紧邻埋深达8000米的富满10亿吨级超深油气区。这口井设计井深1.11万米，设计钻完井周期457天，将创造全球万米深井钻探用时最快纪录。该井采用的是我国自主研制的全球首台1.2万米特深井自动化钻机。与普通钻机相比，这台钻机的载重提升能力由三四百吨提高到最大900吨，相当于能同时吊起150头6吨重的成年大象。为保障万米级特深井“打成、打快、打好”，中国石油攻关研发智能控制一体化平台、钻井自主决策工控系统、超高重载井架底座等一批关键核心技术装备，自主研制国际领先的智能钻机，成功产出1.2万米特深井自动化钻机，为万米深地工程科学探索研究提供装备和技术保障。07液氮温区镍氧化物超导体首次发现7月12日，《自然》杂志刊登了中山大学王猛教授团队与清华大学、华南理工大学等单位合作的成果：首次发现在14 GPa压力下达到液氮温区的镍氧化物超导体。这是由我国科学家率先独立发现的全新高温超导体系，是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料，是基础研究领域的重要突破。这一研究成果将有望推动破解高温超导机理，使设计和预测高温超导材料成为可能，使超导在信息技术、工业加工、电力、生物医学和交通运输等领域实现更广泛的应用。08FAST探测到纳赫兹引力波存在证据由中国科学院国家天文台等单位科研人员组成的中国脉冲星测时阵列研究团队，利用中国天眼FAST，探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据，表明我国纳赫兹引力波研究与国际同步达到领先水平。相关研究成果于北京时间6月29日在我国天文学术期刊《天文与天体物理研究》在线发表。12月14日，相关成果入选《科学》杂志2023年度十大科学突破。当前，纳赫兹引力波研究已经成为物理和天文领域国际竞赛的焦点之一。然而，纳赫兹引力波频率极低、周期长达数年，其波长可达数光年，对它的探测极具挑战性。利用大型射电望远镜对一批自转极其规律的毫秒脉冲星进行长期测时观测，是目前已知唯一的纳赫兹引力波探测手段。值得一提的是，欧洲脉冲星测时阵列—印度脉冲星测时阵列、北美纳赫兹引力波天文台和澳大利亚帕克斯脉冲星测时阵列等脉冲星测时阵列合作组也在同一时间宣布了相似的结果。据中国科学院国家天文台研究员、北京大学研究员李柯伽介绍，国际上4个团队分别独立获得纳赫兹引力波存在的关键证据，这使得研究结果可以相互印证，进一步提高了这一成果的准确性。09世界首个全链路全系统空间太阳能电站地面验证系统落成启用空间太阳能电站（SSPS）是解决能源危机、实现可持续发展的终极答案之一。工程院旗舰刊物《Engineering》于2023年11月30日系统报道了西安电子科技大学段宝岩院士团队完成的逐日工程——世界首个全链路、全系统SSPS地面验证系统，阐述了欧米伽SSPS创新设计方案、理论创新、技术突破、工程实现及实验结果。远距离高功率微波无线传能效率（距离55m，发射2081瓦，波束收集效率87.3%，DC-DC传输效率15.05%）与功质比等主要技术指标世界领先。逐日工程突破的远距离高功率微波无线传能技术，应用前景广阔。在太空，可助力构建空间能源网、空间充电桩，破解空间算力、星上信息处理、空间攻防及超远程探测的供电难题。在陆海空，可为空中飞艇、无人机群、海上移动平台、灾害及边远区域无线供电。10科学家阐明嗅觉感知分子机制大多数动物（包括人类）均拥有一套主嗅觉系统来识别挥发性的气味分子。大量的嗅觉受体通过“组合编码”的气味识别方式，帮助动物识别数以万亿计的气味分子。嗅觉受体可以分为三个家族，第I类是气味受体（OR）家族，第II类是痕量胺相关受体（TAAR）家族，OR和TAAR都属于A类G蛋白偶联受体（GPCR）家族，第III类是非GPCR嗅觉受体。山东大学孙金鹏教授团队和上海交通大学医学院李乾研究员团队合作，应用冷冻电镜技术解析了TAAR家族成员之一的小鼠TAAR9（mTAAR9）受体在4种不同配体结合条件下与Gs/Golf（嗅觉特异性Gα）蛋白三聚体复合物的结构，进一步结合药理学分析揭示了mTAAR9感知配体后被激活的分子机制。同时，该研究也提出了嗅觉受体“组合编码”识别配体的结构机制，阐明了II类嗅觉受体独特的激活方式。该研究阐释了II类特异嗅觉受体感知气味的分子机制，为嗅觉受体家族识别配体奠定了理论基础，对开发靶向嗅觉受体的新药也有重要意义。相关研究成果5月24日发表于《自然》。2023年世界十大科技进展新闻01科学家绘制迄今最全人脑细胞图谱10月13日，刊发在美国《科学》《科学进展》和《科学-转化医学》杂志上的21篇论文公布并阐释了迄今最全的人类大脑细胞图谱。多国科学家参与的这一系列研究揭示了3000多种脑细胞类型的特征，将有助于深入理解人类大脑的独特之处并推进脑部疾病和认知能力等研究。据悉，上述研究是美国国立卫生研究院“推进创新神经技术脑研究计划——细胞普查网络”的一部分，该计划于2017年启动，此次发表的论文是数百名科学家利用最先进的分子生物学技术进行的一系列合作研究的成果。科学家表示，这项研究为人们理解人类大脑的结构和功能提供了宝贵信息，将有助于进一步的研究和临床应用。它代表了科学界在解开大脑奥秘方面的重大突破，为未来的神经科学研究开辟了新方向。02人工智能首次成功从零生成原始蛋白质1月26日，美国Salesforce Research、Profluent Bio等机构在《自然-生物技术》上发表了一项研究成果，该研究创建了一个能够从头开始生成人造酶的人工智能（AI）系统。在实验室测试中，尽管人工生成的氨基酸序列与任何已知的天然蛋白质存在显著差异，但其中一些酶与自然界中发现的酶一样有效。该实验表明，虽然自然语言处理是为读写语言文本开发的，但至少可以学习一些生物学的基本原理。Salesforce Research公司开发了名为ProGen的人工智能程序，使用下一代标记预测将氨基酸序列组装成人造蛋白质。科学家表示，这项新技术可能比获得诺贝尔奖的“蛋白质设计技术——定向进化”更为强大，它将加速新蛋白质的开发，为已有50年历史的蛋白质工程领域注入活力。这些新蛋白质几乎可以用于从疾病治疗到降解塑料的任何领域。03全球最大实验性核聚变反应堆开始运行12月1日，欧洲聚变能组织(F4E)发布消息称，欧洲和日本共同建造和运营的核聚变反应堆JT-60SA正式投入运行。该反应堆为托卡马克装置，始于2007年，于2020年完成组装，并于今年10月23日点火成功。该装置位于日本量子科学技术研究开发机构（QST）那珂研究所，被视为世界上最先进的托卡马克，其启动运行是核聚变历史上的一个里程碑。JT-60SA计划是国际热核聚变实验反应堆计划（ITER，又称“人造太阳”计划）的先行项目。JT-60SA反应堆的目标是研究聚变作为一种安全、大规模和无碳的净能源的可行性，使它所产生的能量比消耗的能量更多。这两个项目的最终目标都是使内部的氢核融合成氦，以光和热的形式释放能量，模拟太阳内部发生的过程。据悉，核聚变可以通过不同的方式进行，其过程都比核裂变清洁度更高，不会产生放射性废物。如果实现经济的聚变反应，将大大减少甚至完全消除人类对化石燃料的依赖。04OpenAI正式发布GPT-43月15日，OpenAI发布了多模态预训练大模型GPT-4，这是其大型语言模型的最新版本。与此前的版本相比，GPT-4具备强大的识图能力，文字输入限制也提升至2.5万字；GPT-4的回答准确性也显著提升，还能够生成歌词、创意文本从而实现风格变化。同时，GPT-4在各类专业测试及学术基准上也表现优良。OpenAI称，该公司花费6个月的时间，利用对抗性测试程序和ChatGPT的经验教训迭代调整GPT-4，从而在真实性、可操纵性和拒绝超出设定范围方面取得了有史以来最好的结果。GPT-4的发布是人工智能应用的一个里程碑事件，人工智能可实现的功能越来越丰富，未来或将成为人类得心应手的工具。05卫星首次成功向地球传送太阳能 证明天基能源可信性

p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/65ff2688-4913-4869-b75f-8faa41130933.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" / /p p style=" text-align: center " (来源：中国医药生物技术协会) br/ /p p 　　1月12日，由中国医药生物技术协会和《中国医药生物技术》杂志共同主办，桐庐县人民政府承办，杭州桐庐富春山健康城管理委员会(桐庐健康小镇)、桐庐县科学技术局、浙江金时代生物科技有限公司、杭州爱唯生命科技有限公司协办的“2018年中国医药生物技术十大进展评选”揭晓活动在浙江桐庐举办。出席本次活动的嘉宾有评选专家团代表魏于全院士、郝希山院士，主办和承办单位的领导，中央及地方十余家媒体记者。 /p p 　　2018年是全面贯彻党的十九大精神的开局之年，是改革开放40周年，是决胜全面建成小康社会、实施“十三五”规划承上启下的关键一年。而对于医药生物技术行业来说，2018年是激荡的一年，亦是新一轮周期的起点。中国医药生物技术协会通过开展“年度中国医药生物技术十大进展”评选活动来梳理和记录行业的发展历程，洞悉发展趋势，推动整个行业纵深发展。本次活动分为推荐申报、项目初审、公众评选、院士函审、专家终审和新闻发布6个环节。其中22个候选项目从推荐申报中脱颖而出进入公众投票环节，得到五万余名广大同行的热情参与 为了体现评选的专业性和权威性，将所有候选项目提交相关领域的9名院士进行函审，根据项目是否具有技术创新性突出、经济效益或社会效益显著、推动行业科技进步作用明显等标准进行不记名投票 最终由专家评审确定本年度的中国医药生物技术十大进展。 /p p style=" text-align: center " strong 2018年中国医药生物技术十大进展评选结果为 /strong /p p style=" text-align: center " strong (排名不分先后)： /strong /p p 　　 strong 1.全球消灭脊灰行动计划关键疫苗获国际认证 /strong /p p 　　中国生物技术股份有限公司研发的国家一类新药——新型脊灰疫苗(sIPV、bOPV)获国际认证并实现规模化出口，解决了国家脊灰免疫策略实施转换的难题和困境。bOPV是“中国生物”首个研发上市，在我国独家供应的品种，并通过WHO预认证，与联合国儿童基金会达成长期采购协议。sIPV产品拥有自主知识产权，首创采用基于片状载体的生物反应器培养系统，具有高密度和静置培养的优势，在国际上率先解决逐级放大的技术难题，突破了产能瓶颈，实现了规模化生产，填补了国内空白。 /p p 　　 strong 2.国产PD-1单抗相继获批上市 /strong /p p 　　君实生物和信达生物的PD-1单抗相继获批上市。君实生物的“特瑞普利单抗注射液”用于治疗全身系统治疗失败后不可切除或转移性黑色素瘤 信达生物的PD-1单抗(信迪利单抗注射液)用于经二线系统化疗复发或难治性经典型霍奇金淋巴瘤。是我国首次批准的两个国产PD-1单抗药物。 /p p 　　 strong 3.重组细胞因子基因衍生蛋白注射液获批上市 /strong /p p 　　杰华生物技术(青岛)有限公司自主研发的生物新药——重组细胞因子基因衍生蛋白注射液正式获得国家药品监督管理局的批准。该产品是用于乙肝治疗、在人体天然免疫调节蛋白分子结构基础上进行氨基酸序列系统改造获得的新型高效人体免疫功能调节蛋白分子药物。 /p p 　　 strong 4.分子诊断相关产品获批上市 /strong /p p 　　一批新型分子诊断设备和试剂盒相继获批上市，包括用于检测肿瘤患者外周血中CTC数量的自动化循环肿瘤细胞捕获设备 用于肝癌早筛早诊家用爱福陪检测试剂盒和血浆microRNA联合试剂盒 用于多基因肿瘤突变检测的人类 /p p 　　EGFR/ALK/BRAF/KRAS基因突变联合检测试剂盒 用于大肠癌辅助诊断的人类 /p p 　　SDC2基因甲基化检测试剂盒等。这些分子诊断相关产品的上市，为肿瘤诊断提供了重要手段。 /p p strong 　　5.免疫细胞治疗取得新进展 /strong /p p 　　中国食品药品检定研究院《CAR-T细胞治疗产品质量控制检测研究及非临床研究考虑要点》和中国医药生物技术协会《CAR-T细胞制剂制备质量管理规范》的发布，对进一步规范免疫细胞产品制备质量控制，规范我国免疫细胞治疗行业有序发展起到了引导作用 2018年共有31个免疫细胞产品获得国家药品审评中心受理，其中7个免疫细胞产品获得临床试验批准 基于肿瘤新生抗原的个体化疫苗用于晚期肺癌等恶性肿瘤的治疗进入临床研究 我国免疫细胞治疗向规范应用又迈出了坚实一步。 /p p 　　 strong 6.干细胞临床研究取得初步进展 /strong /p p 　　2018年我国干细胞临床研究又新增18个备案项目 人牙髓间充质干细胞注射液等5款干细胞产品临床试验申请获得国家药品审评中心受理 全长牙髓再生的临床研究获得成功，临床研究备案项目干细胞复合支架材料治疗卵巢早衰临床研究和人自体支气管基底层细胞(肺脏干细胞)移植治疗间质性肺病临床研究获得初步观察结果 干细胞临床研究有了初步进展。 /p p 　 strong 　7.干细胞基础研究有所突破 /strong /p p 　　干细胞基础研究获得新进展。中国科学院上海营养与健康研究院研究团队在国际上率先采用可变色荧光蛋白建立了造血干细胞标记系统，首次揭示了体内造血干细胞归巢微环境的独特微血管结构，发现了一种全新的微环境细胞——先导细胞。武汉科技大学研究人员结合干细胞与基因疗法，采用“两步法”的策略使先天性眼盲的小鼠产生了视觉反应。两个研究成果均在Nature发表。 /p p strong 　　8.组织工程“人耳”首次在人体培育成功 /strong /p p 　　来自中国上海交通大学和北京整形外科医院的研究人员从患有小耳畸形的儿童患者未完全发育的耳朵中移取软骨细胞，种植在3D打印的耳朵模型支架上，首次在患儿身上制造出了新的耳朵，5名患儿中有3名患儿的耳朵能够维持正常形状。该研究成果发表在国际杂志EbioMedicine上。 /p p 　　 strong 9.实验动物研究关键技术取得重要突破 /strong /p p 　　中科院的研究人员成功从体细胞克隆出两只基因完全相同的猕猴，突破了现有技术无法克隆灵长类动物的难题 通过删除单倍体胚胎干细胞印记基因修饰，并利用该细胞进行复杂胚胎操作的形式，得到了世界上首只双父亲来源的小鼠 利用基因编辑和体细胞核移植技术，成功培育出世界首例亨廷顿舞蹈病基因猪。上述研究相继发表在Cell及其子刊。 /p p 　　10.人工染色体构建技术取得重要进展 /p p 　　我国科学家在合成生物学前沿领域人工染色体构建取得新进展。中科院的研究团队成功将单细胞真核生物酿酒酵母天然的十六条染色体人工创建为具有完整功能的单条染色体，表明天然复杂的生命体系可以通过人工设计变为更简单的体系 天津大学的团队对自主设计合成的5号酿酒酵母环形染色体进行基因组重排，为探索环形染色体结构变异和功能提供了新的研究思路和模型。上述研究相继发表在Nature及其子刊。 /p

div class=" newsDetail" p 全世界都在竞相研发新冠肺炎疫苗，而前景令人鼓舞，我们可能会在破纪录的时间内研发出疫苗。但在未来新冠疫情仍在蔓延的情况下，技术能帮助我们更快地实现目标吗? /p p br/ /p p 世界经济论坛和《科学美国人》杂志本月10日共同发布的一份最新报告——《2020十大新兴技术》表明，答案是肯定的。 /p p br/ /p p 数字复制品是人类疫苗志愿者的高科技替代品，它可以使临床试验更快、更安全。但根据这份报告，数字复制品并不是唯一将撼动工业、医疗、交通等人类社会方方面面的创新。 /p p br/ /p p 这份报告揭示了2020年十大新兴技术——由世界经济论坛和《科学美国人》杂志召集的国际专家指导小组从75项技术提名中选出。 /p p br/ /p p 从电动飞机到可以“看见”拐角处物体的量子传感器，专家在筛选这十大新兴技术时称，这些技术必须有潜力超越现在，并在将来刺激社会和经济的进步。它们还必须足够新颖（也就是说，目前还没有被广泛使用），但很可能在未来三到五年内产生重大影响。 /p p br/ /p p 以下是报告选出的2020年十大新兴技术。 /p p br/ /p p strong 1、微针——实现无痛注射和抽血 /strong /p p br/ /p p 这些细小的针头不超过一张纸的厚度和一根头发的宽度，却可以帮我们实现无痛注射和抽血。微针可以穿透皮却不会触碰神经末梢，并可以附着在注射器或贴片上，甚至可以混入乳膏中。从此，人们足不出户就可在家中完成抽血，然后可将血液样本送到实验室或当场进行分析。此外，微针技术还能节约设备和人力成本，让医疗服务不足地区的人们更易获得医疗服务。 /p p br/ /p p strong 2、太阳能化学——将二氧化碳变废为宝 /strong /p p br/ /p p 生产我们依赖的许多化学药品都需要化石燃料。但是一种新方法有望通过利用阳光将废二氧化碳转化为有用的化学物质来减少化石燃料的排放。近年来，研究人员开发了能打破二氧化碳中碳与氧之间抗性双键的光催化剂。这意味着我们朝建立“太阳能”精炼厂的方向迈出了关键第一步。该精炼厂可从废气中生产有用的化合物，包括“平台”分子，这些分子可用作合成各种产品（如药品、洗涤剂、化肥和纺织品）的原料。 /p p br/ /p p strong 3、虚拟病人——代替真人临床试验 /strong /p p br/ /p p 如果将真人替换为虚拟的人以使临床试验更快速、更安全的目标听起来很容易，那么其背后的科学原理却绝不简单：从人体器官的高分辨率图像中获取的数据被输入到控制器官功能机制的复杂数学模型中，然后，计算机算法进行解析得到方程，从而生成一个行为与真实器官一样的虚拟器官。这种虚拟器官或身体系统可以在最初的药物和治疗评估中取代真人，使评估过程更快、更安全、更便宜。 /p p br/ /p p strong 4、空间计算——下一代的“大事件” /strong /p p br/ /p p 空间计算是将虚拟现实（VR）和增强现实（AR）应用程序整合在一起的物理和数字世界的下一个步骤。与VR和AR一样，它可以对通过云连接的对象进行数字化处理，使传感器和马达相互反应，并创建真实世界的数字表示形式。如今它又增加了空间映射功能，使计算机“协调器”可以跟踪和控制人在数字或物理世界中移动时物体的运动和交互。该技术将为工业、医疗、交通和家庭中的人机交互方式带来新的发展方向。 /p p br/ /p p strong 5、数字医学——更好地诊断和治疗疾病 /strong /p p br/ /p p 数字医学不会很快取代医生，但是监视病情或管理疗法的应用程序可以提高他们的护理水平，并为获得医疗服务机会有限的患者提供支持。许多智能手表已经可以检测出佩戴者的心律是否不规则，科学家正在研究类似可以帮助缓解患者呼吸障碍、抑郁、阿尔茨海默氏症等病症的工具。含有传感器的药丸也正在研发中，这些药丸将数据发送到应用程序，以帮助检测体温、胃出血和癌性DNA等。 /p p br/ /p p strong 6、电动航空——实现航空旅行脱碳 /strong /p p br/ /p p 电力推进将使航空旅行减少碳排放，大幅削减燃料成本并降低噪音。从空客(Airbus)到NASA，许多组织都在研究这一领域的技术，尽管长途电动飞行可能仍遥遥无期，并且存在成本和监管方面的障碍，但这一领域仍有大量投资。大约有170个电动飞机项目正在开发中，主要用于私人、公司和通勤旅行。 /p p br/ /p p strong 7、低碳水泥——帮助应对气候变化 /strong /p p br/ /p p 如今，全球每年生产约40亿吨水泥，而这一过程中燃烧化石燃料的排放量约占全球二氧化碳排放量的8％。随着未来30年城市化进程的加快，这一数字将增至50亿吨。研究人员和初创企业正在研究低碳方法，包括调整生产水泥过程中所用成分的平衡，采用碳捕获和存储技术以消除排放物，以及将水泥从混凝土中全部清除。 /p p br/ /p p strong 8、量子传感——让汽车“看见”拐角 /strong /p p br/ /p p 想象一下可以“看见”拐角处物体的自动驾驶汽车，或可以监视人的大脑活动的便携式扫描仪。量子传感可以使这些想象成为现实。量子传感器通过利用物质的量子性质，以极高的精确度进行操作，例如，将处于不同能量状态的电子之间的差异用作基本单位。这些系统大多数都是复杂且昂贵的，但是科学家正在开发更小、更实惠的设备，并将可能会开拓新的用途。 /p p br/ /p p strong 9、绿色氢气——填补可再生能源巨大空白 /strong /p p br/ /p p 氢气燃烧时，唯一的副产品是水，而当通过可再生能源进行电解制氢时，氢气就变成“绿色”无污染的了。今年早些时候，有人预测，到2050年，绿色氢能源行业的潜在市场规模可能接近12万亿美元。为什么？因为它可以通过帮助降低运输和制造业等部门的碳含量而在能源转型中发挥关键作用，而这些部门由于需要高能燃料而难以电气化。 /p p br/ /p p strong 10、全基因组合成——或将改变细胞工程 /strong /p p br/ /p p 设计基因序列所需技术的改进使打印越来越多的遗传物质和更广泛地改变基因组成为可能。这可以让人们深入了解病毒是如何传播的，或有助于生产疫苗和其他治疗方法。在未来，它可以帮助可持续地从生物质或废气中生产化学品、燃料或建筑材料。它甚至可以让科学家设计抗病原体的植物，或者让我们编写自己的基因组。这为遗传病的治疗打开了新大门。 /p p br/ /p p 世界经济论坛称，将通过其技术先锋社区和全球未来理事会网络等工作，支持并帮助推动这种对经济增长和社会未来福祉至关重要的创新。 /p p style=" text-align:right " br/ /p /div

近日，2020年度石墨烯十大新闻出炉，其中2项技术与太赫兹技术有关：石墨烯放大器电路可释放“太赫兹间隙”图 拉夫堡大学研究人员创造了一种独特的基于石墨烯的装置，该设备可以释放太赫兹波长，并使革命性的新技术成为可能。（图片来源：拉夫堡大学）麻省理工学院研究人员使用石墨烯和氮化硼将太赫兹波转换为可用能量麻省理工学院的研究人员开发了一种基于石墨烯的器件，可能能够将周围的太赫兹波转换为直流电。（图片来源：麻省理工学院）

科学进步所依赖的因素，按先后顺序可能是这几个：新技术，新发现，新思想。　　——悉尼博伦纳　　物理学离不开对撞机 天文学离不开望远镜 生物学离不开 PCR 仪。在人类科学进步的历程中，新技术的出现是新发明和新思想诞生的基石和前奏。　　岁末年初，The Scientist 杂志照例评选出了2016年生命科学领域的十大技术/仪器创新成果。其中既有足以颠覆基础生命科学研究、新药研发和临床检验的新平台，也有在既有技术基础上更进一步的重要新产品。　　值得一提的是，今年的10大创新成果榜单中，出现了更多与临床相关的发明。3D打印肾脏在培养皿中重现了人体器官的各项性质，精密设计的检测系统可以同时量化检测多个样品中多种类型的生物标记物：这些成果不仅可以助力实验室研究，也将改变我们的临床实践。这些进步让我们明白，技术创新所能造福的不仅仅是制造业、发明者和学术界，也包括全人类。第十名Thermo Fisher Scientific 公司GeneArt Platinum Cas9 核酸酶　　Thermo Fisher Scientific 公司在 CRISPR 试剂方面的一项突破成果——GeneArt Platinum Cas9 核酸酶，入选了今年的十大创新成果。在大肠杆菌中纯化的重组酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)Cas9 蛋白，即 GeneArt Platinum Cas9 包含了一段核定位序列，使其可以进入靶细胞的细胞核中。　　“我们一直坚信，稳定的性能、活性和纯度是十分重要的，”Thermo Fisher 的高级科学家、基因编辑工具和合成生物学研发经理 Jason Potter 说，“所以我们通过大量的检测，保证我们拥有十分稳健的纯化过程。”Thermo Fisher 下属 Potter 团队于2015年发表了一篇文章，显示 GeneArt Cas9 在多种细胞系中表现出高达85%的切割率(J Biotech, 208:44-53, 2015)。　　斯坦福大学干细胞生物学家 Matthew Porteus 在他利用体外基因编辑治疗血液疾病的研究中，使用了 GeneArt Platinum Cas9。目前他还在小鼠细胞中进行实验，但已经与 Thermo Fisher 公司达成了合作关系，希望将成果推向临床试验。在使用 CRISPR/Cas9 系统进行高效特异的基因编辑时，“我们遇到的问题是，已有的商业化 Cas9 酶是有毒性的，”他说。“[GeneArt Platinum Cas9] 现在已经成为了一种金标准，让我们能够获得其他试剂无法实现的结果。”　　25 µg 包装的 GeneArt Platinum Cas9 核酸酶售价150美元，顾客还可以联系 Thermo Fisher 的专家寻求实验设计帮助或讨论操作流程。Thermo Fisher 副总裁，生物合成业务总经理 Helge Bastian 说：“做基因编辑这一行的小技巧就是，手把手的告诉顾客用量和方法，告诉他们如何去获得更好的结果。”　　WILEY：该技术避免了基于载体的 Cas9 表达，至少在特定细胞系中大大加快了典型 CRISPR-Cas9 系统的工作流程。第九名Photometrics 公司Prime sCMOS 照相机　　有了现代显微镜，研究者们还需要高性能的照相机来记录样品图像。“每一年，这些照相机都变得越来越好，”Photometrics 产品经理 Rachit Mohindra 说(Photometrics 是一家专注于显微镜照相机和其他生命科学研究用图像系统的公司)，“它们基本上可以说是完美的。”要提升它们的完美程度是一项艰巨的任务，但是他认为他和他的团队通过4.2兆像素 Prime sCMOS 照相机做到了。　　这款产品在2016年初发布，其内置算法可降低散粒噪声(光学显微镜成像的固有波动)，这个过程不需要获取多个临时图像后综合处理，也不需要增加激光强度而破坏样品。Mohindra 说：“有了这个照相机，就可以保持低强度光照，让被观察细胞存活更久，获得更好的数据。”Prime照相机将信噪比提高了三到五倍，“这相当于把光强降低了10倍。”　　Prime sCMOS 照相机的内置算法还可以减少研究者需要采集数据的总量，缩短处理和分析时间。Mohindra 说：“不联网的情况下，每帧图片需要30秒的处理时间。”“如果你的照相机每秒可以摄取100帧，那么就需要花费5分钟来处理这1秒钟的数据。”但是如果使用 Prime 照相机，可以立即完成处理过程。　　“Photometrics 公司 Prime sCMOS 照相机的实时过滤和高帧性能，甚至可以使其捕捉到超分辨率显微镜的图像，更好的显示染色体结构变化，”瑞士洛桑联邦理工学院的 KyleDouglass 在公司网站上写到。这款照相机售价15,950美元。　　STR?MVIK：高质量科研图片需求的增长伴随着对信息处理能力需求的增加。在照相机上安装现场可编辑逻辑门阵列是一条可行之路。第八名Horizon Discovery 公司Turbo GFP 标记 HAP1 细胞　　Horizon 公司的 HAP1 细胞已经连续三年入选年度十大创新成果榜单。2014年，CRISPR 编辑敲除细胞系入选(后被 Haplogen 公司出售) 2015年，用户定制敲除细胞系入选。2015年10月，Horizon 推出了 Turbo GFP 标记 HAP1 细胞，这种可在无需过表达特定基因的情况下对目的蛋白进行荧光标记的细胞系入选2016年度十大创新成果。　　Horizon 公司细胞系高级产品经理 Daniella Steel 说，相比于抗体标记，该技术的最大优势在于其简便性。“有别于抗体技术，使用该技术不需要鉴定和优化，可以直接对活细胞进行观察。”　　瑞典皇家理工学院的 Emma Lundberg 最近正在她的人类蛋白质图谱项目的工作中使用这种细胞。Emma 主管共聚焦显微镜下蛋白质亚细胞定位工作，她说基因的过表达有时会导致蛋白定位的假阳性或假阴性结果。“而现在你能看到你的标记物在哪里，并且知道它们是内源表达的，”她说，“HAP1 细胞操作起来很简单，很适合细胞成像工作。”　　由用户定制的此种细胞系售价3,400美元，制作周期大约16周。Horizon 还推出了一些用荧光标记蛋白标记特定细胞器的细胞系，售价1,450美元。Lundberg 认为，考虑到实验室中培养和鉴定细胞所花费的时间，这个价格很合理。　　Platt：这种基因改造细胞的进步在于，利用 CRISPR-Cas9 技术，这种细胞用 Turbo GFP 来标记基因??无需后续的免疫标记操作。　　Fishman：利用 CRISPR-Cas9 自释放标签，使用者可以得到 Turbo GFP 标记的蛋白。蛋白质的内源性标记优于外源性标记，并且更加可靠和经济。第七名908 Devices 公司ZipChip 微流体可分离质谱接口　　ZipChip 是一款从本质上加速了质谱分析方法的微流体设备，它将所需样品体积最小化，同时拓展了质谱分析可处理的样本范围。这个不足一英尺长的小盒子可以直接接入质谱仪，并通过其内置的载玻片大小的微流体芯片对样品进行处理。　　通常，准备质谱样品是一个耗时且容易出错的过程。ZipChip 减少了潜在复杂情况的发生。908 Devices 共同创始人，ZipChip 开发者 Chris Petty 说，“使用我们的前端设备，样品几乎不需要经过任何准备过程，即使样品中含有盐粒子、去垢剂或者其他基质，检测过程都不会受到影响。”　　Petty 说，使用毛细电泳法，ZipChip 可以在两到三分钟内分离出样品中的化合物，而液相色谱法需要长达一个小时。她还说，这一设备提供了更好的样品分离方法，可以对蛋白质、抗体以及抗体药物复合物等较难分离的分子进行分离。而且这种方法只需要几纳升样品。目前该设备售价30,000美元，配备自动进样器另加20,000美元。　　纽约大学代谢组学研究者 Michael Pacold 说，将 ZipChip 引入实验室拓展了他的研究项目，ZipChip 能够更加快速的获得数据，也可以测量更多来源的样品。“许多临床研究都只能从样品库中获得几微升的血浆样本，”他说，“如果没有 ZipChip 这样的技术，这些实验不可能开展。而现在不可能已经成为了可能。”　　Platt：毛细管电泳、样品分离和直接向质谱单元加样使小体积样品(ZipChip 可用几纳升)测定成为可能，并且可能在减少准备时间的同时降低检测成本、提高样品识别率。　　Unger：这一发明使用集成微流体技术作为质谱分析的前端，极大的提升了质谱分析的速度，同时还保留了样品的完整性。这将进一步促进质谱技术的普及，使其在研究领域和生物医疗领域得到更广泛的应用。第六名NanoStringTechnologies 公司nCounter Vantage 3D Panels　　2008年 NanoString 首次推出了 nCounter 分析系统，这个可以识别特定分子荧光条形码的自动化显微成像系统，可以对 mRNA 进行单分子定量检测。NanoString 计划将该技术从 mRNA 拓展至 DNA 序列和蛋白质的单分子定量。2016年，该公司终于达成这一目标，推出了 nCounter Vantage 3D Panels。　　“升级后的 Vantage 检测系统可以对 mRNA、DNA、蛋白质甚至蛋白质磷酸化位点进行电子计数，”NanoString 研发部高级副总 Joe Beechem 说。2016年4月，NanoString 推出了第一款 Vantage 检测系统，该系统可用于对肺癌和白血病样本的 RNA 电子计数，也可用于实体瘤释放的蛋白质和免疫细胞信号分子，以及 DNA 单核苷酸位点突变的检测。　　德克萨斯大学 MD安德森肿瘤中心系统生物学部主任 Gordon Mills 帮助研发了 Vantage 系统，并在安德森肿瘤中心扎耶德研究所将其应用于癌症的个性化治疗。“可用于实验室检测的平台很多，”他说，“但是没有一个能够和 nCounter Vantage 一样拥有结果稳定性和操作简便性，并且可以同时检测患者样本中的DNA、RNA 和蛋白质。”　　nCounter 分析系统售价149,000至280,000美元，使用 nCounter Vantage 3D Panels 测量单个样本需花费275美元或更多。不久的将来，NanoString 和 Mills 实验室计划推出能在单细胞水平上测绘生物分子空间分布的新版 Vantage 系统。　　Wiley：这项技术可以同时测量少量样品中的 DNA、RNA 和蛋白质丰度，凭借这一点，它有可能成为今年最大的技术突破。　　Str?mvik：这项技术推动了当前的肿瘤学研究，将来还有可能被应用于其他领域。这是一台能够测定多达800种指定 DNA、RNA 或蛋白质的设备。第五名Thermo Fisher Scientific 公司LentiArray CRISPR 文库　　CRISPR-Cas9 技术非常实用，被誉为使基因编辑大众化的革命性技术。Thermo Fisher Scientific 公司的 LentiArray CRISPR 文库于2016年9月面世，使这一技术在筛选性实验中的应用变得更加方便。该公司推出了一系列试剂，当它们被加入到任何人类来源细胞(无论是海拉细胞还是诱导多能干细胞)中时，每个细胞中会有一种基因被 CRISPR 敲除。　　美国西北大学的 Simone Sredni 主要研究一种名为恶性横纹肌样瘤的高侵袭性儿童肿瘤，最近她参与了该文库的黑盒测试。Simone 使用这一技术来筛查160种激酶突变后患者肿瘤细胞中产生的变化，从而找出影响细胞增殖和生长的突变。三个月后她得到了大部分的数据，并且发现了一些突变后可以减慢细胞生长的基因。“真的很快，”她说。仅仅用了一年多一点的时间，她就已经开始使用动物模型在体内测试这些激酶抑制剂的效果了。“如果没有这种筛查技术，我是绝对不可能做到的。”　　该文库有多个版本。用户可以从19个不同的基因集中任意挑选，定制属于自己的筛选方案，或者对18,000个基因进行无差别筛选。“它不仅是市场上最高效的筛查技术，还在为不同需求构建不同实验方案上给出了很大的可操作空间，”Thermo Fisher Scientific 合成生物学研发部高级主管 Jon Chesnut 说道。　　Sredni 说，每个文库售价10,000美元，可能有点小贵，但是对于想要从事高效筛选的实验室来说，物有所值。　　Str?mvik：任何将 CRISPR 技术带入高通量水平的工作都是值得关注的。　　Wiley：这是一个很好的辅助系统。虽然你也可以自己组建文库，但这个系统提供了一种寻找基因生理功能的合理方法。第四名Axion BioSystems 公司Lumos 光传输系统　　Axion BioSystems 公司于2015年10月发布的新产品 Lumos 光传输系统，让体外光遗传学操作变得更加精确和可重复。该装置上有48个孔，每孔中有4个可独立控制的 LED 灯，可以分别以百万分之一秒的精度闪出不同波长的光(蓝、绿、橙和红色)。将装置放置在下方配有记录仪的微阵列培养平皿之上，研究者可以利用设置好的程序对多个培养体系中的细胞进行刺激、操纵和测量。　　哥伦比亚大学遗传学家 David Goldstein 正在使用 Lumos，他利用这一技术研究带有不同致癫痫突变的体外培养人神经元细胞网络。他说：“长期以来，在癫痫精准医疗的大环境下，我们都在寻找一种中等复杂度，但是仍然高效的，可供我们筛选化合物的体外模型。”　　体外培养神经元网络倾向于同步产生突触放电，这就大大减少了研究者们能从这一体系中收集到的神经元行为数据。“更加复杂的细胞交流行为可能会揭示突变的致病机制，想要获得这些信息，我们就需要调制和测量神经元的行为。”Goldstein 同时表示，他对 Lumos 在接下来一年中的表现十分期待。“这个系统能帮我们做到这些。”　　Lumos 售价26,000美元。　　Unger：这一高通量光学激发系统是逐渐成形的生物光子学领域中的首个大规模实用装置。　　Platt：这个平台赋予研究者们精确掌控的能力。多光频大功率 LED 灯增加了光刺激的可控性，为研究特异性光控蛋白创造了更多的操作空间。第三名Pacific Biosciences 公司Sequel 测序系统　　Sequel 测序系统是 Pacific Biosciences 公司最新推出的一款单分子、实时(SMRT)测序仪，这款新测序仪的体积和重量不到该公司原始款长读长测序仪(long-read sequencer)的三分之一，而价格则是其一半。　　Sequel 在2015年秋季首次亮相，它可以提供与其同公司前辈 SMRT 测序仪 PacBio RS II 一样的长读长单分子测序服务。纽约市西奈山伊坎医学院的 Robert Sebra 从2015年10月开始使用这一系统，他认为与 PacBio RS II 相比，Sequel“是一款更高效的 SMRT 测序仪，在相同时间中可以得到更多的数据，满足更大规模的基因组学和生物学研究对分子层面的更高要求，同时也可以更加高效的进行宏基因组样本的分析。”　　2007年到2012年，Sebra 在 PacBio 公司工作的六年时间中，使用 SMRT 技术进行过多种实验研究，其中还包括人类基因组从头测序。“这种技术非常灵活，不管是用于研发(R&D)还是产物测序都很好用，”他说。“本质上来说，这一技术没有系统误差，可以在长读长测序中得到高质量的数据，从而更容易发现那些之前未被描述过的基因。”　　Sequel 测序技术在宏基因组学研究和感染性疾病研究中也有部分应用。Jonas Korlach 是 PacBio 公司的首席科学官，也是 SMRT 测序技术的共同发明人(Nature, 538:243-47, 2016)，他说这项技术最近被应用于制作一个韩国个体的参考基因组序列。2016年10月，万种脊椎动物基因组计划(G10K)和万种鸟类基因组计划(B10K)的领导者都积极宣布，将选择 SMRT 测序技术作为他们的一项主要技术。　　350,000美元的价格使得 PacBio 测序仪能够被更多的实验室接受。Korlach 说：“现在的 SMRT 已经人人可用了。”　　Fishman：Sequel 测序系统是在 Pacific Biosciences 之前版本基础之上的一大进步，它有更高的效率、更大的延展性，同时价格更加低廉。　　Str?mvik：虽然小型的实验室仍然负担不起，但这样的高效长读长测序技术是任何大型复杂基因组学研究、宏基因组学研究和宏转录组学研究都必不可少的。第二名Organovo 公司ExVive 3D 打印人类肾脏　　评估候选化合物是否具有肾毒性是药物研发的一个重要环节，但原有的细胞模型和动物模型只能近似的模拟人类肾脏。Organovo 公司研发的 ExVive 人类肾脏组织使用 3D打印技术构建，能够模拟人类肾脏近曲小管。这一发明为药物研发者提供了可靠的肾毒性测试方法。　　目前为止，几乎没有临床前实验可以确定潜在药物是否具有针对人类的毒性，这使得临床试验变得危险。识别肾毒性可以减低临床试验的风险。更重要的是，“这意味着可以保护参与临床试验的患者免受伤害，”Organovo 首席科学官 Sharon Presnell 说。　　3D生物打印与 3D塑料打印原理大致相同，Presnell 解释道，“不过我们放入打印机中的是小量聚合的细胞，而不是高分子聚合物粉末。”2014年，Organovo出品的 ExVive 肝组织就在当年的十大创新成果榜中占据了一席之地，该公司依据具体合同为用户提供组织样本，具体价格根据客户需求的数量和种类有较大范围的浮动。　　Presnell 还说，替代性肾组织不仅可以用于毒理学研究，也可以为不能通过其他手段实现的肾组织研究提供平台。　　Ardea Biosciences 公司的新陈代谢和药物代谢动力学研究人员 Caroline Lee 对这种人造肾脏组织的转运蛋白表达进行了描述性研究，她表示：“这种组织的表现和真实肾脏组织几乎完全一样”。她发现组织中的定向转运蛋白可以正确地排列在膜上。“你可以看到药物沿着正确的方向被转运，”她说。“这很了不起。”　　Unger：这种从形态和功能上复制肾组织的方法十分新颖和大胆，这一发明打破了传统细胞培养模式在组织层面对药物毒性评估的限制。　　Fishman：这种技术可以用以替代临床前动物实验，减少我们在新药测试中对实验动物的依赖。通过在新药肾毒性测试中更好的模拟人类肾脏的生物学特性，它具有改变药物研发过程的可能。第一名ProteinSimple 公司Milo 单细胞蛋白质表达定量分析系统　　能够进行单细胞蛋白质印迹(Single-cell Western blotting)的仪器已经上市。这款名为 Milo 的台式仪器由加州大学伯克利分校的 Amy Herr 研究组发明，可以一次性对1,000 个单细胞中的特定蛋白质进行检测。使用者将细胞悬液滴加到一个1乘3英寸的玻璃载玻片上。这个特制的载玻片上覆盖着一层30微米厚的凝胶层，在其表面有约6,400个微孔。当细胞被滴加在凝胶层上时，细胞将进入这些微孔，有些微孔中会没有细胞，而大约1,000个微孔会被单个待测细胞填充。加入裂解细胞和使蛋白质变性的试剂后，施加电流使蛋白质进入孔间的凝胶中，并用紫外线激活凝胶中的化学试剂，使蛋白质被锁定在其中。　　Herr 实验室毕业研究生，ProteinSimple 公司现任市场总监 Kelly Gardner 说：“传统的蛋白印迹检测不能体现细胞间的异质性，因为传统技术是从集体层面分析样本的。Milo 让研究者们可以区分细胞亚群。”2014年6月对这项技术的概念描述首次发布时，学术界就对其产生了广泛的兴趣。在这种热烈响应的激励下，Herr、Gardnerand 和他们的同事 Josh Molho 创建了 Zephyrus Biosciences 公司，2016年3月该公司被 ProteinSimple 公司的母公司 Bio-Techne 收购。Bio-Techne 拒绝公开 Milo 的准确报价，但宣称每台 Milo 的价格与台式流式细胞仪相近，有意购买的研究者可以通过网站询价。由于产品刚刚问世，目前公司也还无法提供用户评论。　　Unger：新型的特制盖胶玻片省去了转膜的步骤，并且可以同时进行上千个单细胞的高效大规模分析。随着仪器价格的下降，对很多问题蛋白(例如电泳能力较差的蛋白)进行更加细致高效的研究成为可能，研究者们也能获得更多关于单细胞响应的信息，这是现在研究中非常重要的领域。　　Fishman：这是对已知技术进行低成本小空间改造一个榜样。通过同时测量细胞间蛋白质表达的异质性，这一技术大大节省了研究者的时间。　　评审小组成员JENNIFER FISHMAN　　麦吉尔大学生物医学伦理学部、医学社会学系副教授，社会学系及健康与社会政策研究所成员。毕业于加州大学旧金山分校，获得社会学博士学位。H. STEVEN WILEY　　西太平洋国家实验室资深研究员。参与建立了最早的部分受体调节计算机模型，因其在多种生物化学和光学定量分析方法方面的研究而闻名，这些模型和方法是评价细胞进程的基础计算模型。MANU PLATT　　佐治亚科技大学副教授，佐治亚理工大学Coulter生物工程学专业及艾莫利大学招生招聘主任。主要研究组织重塑、系统生物学，并借助计算和实验对多种疾病进行研究。BARRY UNGER　　波士顿大学行政管理副教授。创建或任职于库兹威尔电脑(即后来的 Xerox Imaging Systems)等多家公司。他还是MIT企业论坛的共同创始人和荣誉主席。MARTINA STR?MVIK　　麦吉尔大学副教授、麦吉尔生物信息中心植物学系主任。主要从事玉米和森林植物基因表达后功能学解剖结果研究。　　最终结果由评审小组从众多公司及使用者提名的入围产品中评选得出。评审小组完全独立于The Scientist 杂志，并对生命科学研究仪器及技术高度熟知。小组成员均与参评公司及产品无任何财务关系。

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仪器信息网讯 2022年1月26日，《半导体学报》发布了 2021 年度中国半导体十大研究进展。北京大学电子显微镜实验室高鹏研究员研究组基于扫描透射电子显微镜技术的研究成果在列。量子材料科学中心、北京大学电子显微镜实验室高鹏研究员研究组基于扫描透射电子显微镜发展了四维电子能量损失谱技术，突破了传统谱学手段难以在纳米尺度表征晶格动力学的局限，首次实现半导体异质结界面处局域声子模式的测量。该方法可以直接测量局域声子模式的空间分布和色散关系，从而理解界面热导率和载流子迁移率等物理性质。相关成果以“测量界面声子色散”（Measuring phonon dispersion at an interface）为题，2021年11月17日表于《自然》（Nature, 2021, 599: 399-403）；量子材料科学中心、电子显微镜实验室研究助理亓瑞时与物理学院2018级博士研究生时若晨为共同第一作者，高鹏为通讯作者。四维电子能量损失谱学实验原理示意图与金刚石-氮化硼界面声子的典型数据附：“2021 年度中国半导体十大研究进展”全名单1、黑砷半导体的 Rashba 能谷调控与量子霍尔效应浙江大学许祝安、郑毅团队与中南大学夏庆林合作，首次在直接带隙半导体黑砷的二维电子态中发现了外电场连续、可逆调控的强自旋轨道耦合效应，并报道了全新的自旋-能谷耦合的 Rashba 物理现象及其反常的量子化行为，为高效率、低能耗自旋电子器件研制和拓扑量子计算的研究提供了新的思路。该成果发表于《自然》杂志（Nature, 2021, 593: 56–60）。2、二维半导体单晶晶圆的可控制备北京大学物理学院叶堉研究员课题组提出了一种人工育种，利用相变和重结晶过程制备晶圆尺寸单晶半导体相碲化钼（MoTe2）薄膜的新方法。该二维平面内外延技术，无需以衬底为模板，可以直接在器件基底上实现二维半导体单晶晶圆的可控制备，为二维半导体材料的层间互连提供材料基础。该成果发表于《科学》杂志（Science, 2021, 372 (6538): 195–200）。3、探测半导体界面晶格动力学的新谱学方法北京大学量子材料科学中心高鹏研究组基于扫描透射电子显微镜发展了四维电子能量损失谱技术，突破了传统谱学手段难以在纳米尺度表征晶格动力学的局限，首次实现了半导体异质结界面处局域声子模式的测量。该方法可以直接测量局域声子模式的空间分布和色散关系，从而理解界面热导率和载流子迁移率等物理性质。该成果发表于《自然》杂志（Nature, 2021, 599: 399–403）。4、全柔性织物显示系统复旦大学彭慧胜 / 陈培宁团队突破传统电子器件三明治结构模型的研究范式，提出在高分子复合纤维交织点构建微型发光器件的新路线，通过解决活性材料在纤维上无法均匀负载和交织界面稳定低的难题，创制出集显示、供能等功能于一体的全柔性织物显示系统，实现了器件制备与织物编织的有机融合，在柔性电子领域开拓出一个新方向。该成果发表于《自然》杂志（Nature, 2021, 591: 240–245）。5、基于吸收型量子存储器的多模式量子中继中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组首次基于吸收型量子存储器建立量子中继的基本链路，基于独创的“三明治”结构固态量子存储器，成功演示了多模式的量子中继。该成果为后续的量子中继研究开创了一个可行的方向，目前团队正在开发与硅基器件结合的量子存储技术，未来有望进一步实现可集成的量子网络。该成果以封面故事论文的形式发表于《自然》杂志（Nature, 2021, 594: 41–45）。6、基于同质器件架构的感算存一体化神经形态硬件华中科技大学叶镭、缪向水团队和中科院上海技术物理研究所胡伟达团队等合作，创新性地基于二维半导体的硅基同质器件，首次提出了类脑功能的“传感-计算-存储一体化”神经形态芯片架构，实现了光电传感、放大运算、信息存储功能的一体化集成，为突破冯・诺依曼瓶颈和实现类脑智能提供了一种全新思路。该成果发表于《科学》杂志（Science, 2021, 373 (6561): 1353–1358）。7、室温和高湿度下稳定的 α-FAPbI3 钙钛矿及其高效稳定光伏器件南京工业大学黄维院士、陈永华教授团队创造性地在室温、高湿度下（大于 90%）稳定了 α-FAPbI3 钙钛矿半导体，首次提出了基于甲酸甲胺离子液体溶剂，生长出取向排列且具有纳米级“离子通道”的碘化铅薄膜，实现了稳定 α-FAPbI3 快速形成。未封装的器件在 85 °C 持续加热和持续光照下，分别保持其初始效率的 80％和 90％达 500 小时。该成果发表于《科学》杂志（Science, 2021, 371 (6536): 1359–1364）。8、高亮度轨道角动量单光子固态量子光源中山大学王雪华、刘进研究团队通过将量子点精确地集成在带有角向光栅的微环腔的波幅位置、并结合超低吸收的零场镜面高反结构，同时实现了单光子的发射增强和轨道角动量的高效提取，在国际上率先实现了可携带轨道角动量的高亮度固态单光子源，有望为高维量子信息处理提供小型化、可集成、易扩展的半导体核心光量子器件。该成果发表于《自然-纳米技术》杂志（Nature Nanotechnology, 2021, 16 (3): 302–307）。9、超宽禁带氮化物半导体材料高效 p 型掺杂中科院长春光学精密机械与物理研究所黎大兵研究团队与中科院半导体研究所邓惠雄研究员合作，围绕宽禁带氮化物材料 p 型掺杂的国际难题，针对超高受主激活能的根本物理限制，提出了量子工程非平衡掺杂调控价带顶能级位置从而大幅降低激活能的方法，实现了高空穴浓度 p 型超宽禁带氮化物材料，为解决宽禁带半导体掺杂问题提供了新思路，有望推动宽禁带半导体产业进一步发展。该成果发表于《光：科学与应用》杂志（Light: Science & Applications, 2021, 10: 69）。10、硅基片上一体化集成的高能效电容型感知芯片电容型感知芯片是工业互联网和万物智联时代的数据感知基础设施，北京大学黄如、叶乐研究团队实现了基于国产硅基 CMOS 工艺的片上一体化集成的动态电荷域高能效电容型感知芯片，通过首次提出的动态电荷域功耗自感知技术和动态范围自适应滑动技术，显著提高了数据感知的能效，解决了复杂工作环境导致的性能退化和可靠性问题，演示了环境湿度感知应用，打破了同类芯片的世界能效记录和国外卡脖子封锁。该成果发表于集成电路设计国际顶级期刊 JSSC（IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2021, 56 (12): 3560–3572）。

8月31日，北京市电力公司电动汽车、城市电网数字仿真、高压电缆检测与状态评价、智能配电网、六氟化硫气体分析等“十大实验室”建设工作进入全面实施阶段。“十大实验室”建成后，将推动北京电网在重点科技领域的技术研究，维护北京电网安全运行。 　　“十大实验室”建设工作由北京公司所属的北京电力科学院负责。该院现有城市电网、设备评价、新能源、环保与化学、电气设备检测5个技术研究中心，以此为平台，该院计划在2～3年间建成十大专业实验室。 　　实验室建成后，将开展零闪动、配网、应急防灾、状态检测、电缆和新能源等重点科技领域的研究工作。 　　根据建设规划，电动汽车、城市电网数字仿真、高压电缆检测与状态评价、智能配电网、六氟化硫气体分析5个专业实验室，将率先建设。其中，电动汽车实验室将主要在动力电池及充电设备领域进行入网检测和科技研发，为电动汽车换电站提供技术支撑 城市电网数字仿真实验室可承担电网实时安全分析计算、自动化系统运行分析及优化调整等生产任务，以保障电网安全运行 电缆实验室建成后，可对电力电缆及附件的电气、材料性能开展入网检测、评估等研究，为电缆系统状态评价和状态检修提供技术支持 智能配电网实验室将对智能配电网用电设备实施质量检测、安装调试和研究开发，促进智能配电网的建设与推广 六氟化硫气体分析实验室能够进行北京全网500千伏及以下等级设备的油气化验，并提供相关咨询服务与技术支持。 　　据北京电科院负责人介绍，目前，第一批5个专业实验室的建设工作已进入全面实施阶段，相关部门正严格按照既定计划与目标，有序组织、统筹推进实验室软硬件建设，将实验室建设与科研规划、研究开发有机融合。 　　据悉，随着“十大实验室”建设工作的不断深入，北京公司将在电力技术领域逐步具备国内领先的试验研究能力，为企业业务发展和科技水平提升提供强有力的支撑。

2014，从追梦的起点遥遥望去，我们赞叹，我们唏嘘。每一年生命科学人撰写出自己走过的痕迹，或是令人惊叹的里程碑成果，或是引入深思的事件记录，在他们划下的这个圈里面，有人实现了自己的&ldquo 科学梦&rdquo ，也有人将&ldquo 信奉科学，信奉真理&rdquo 的理念抛之脑后。 　　我们见证了十年大项目的精彩演绎，也期待科研政策的重大变革 我们手持最尖端技术，在基础研究和临床研究中游走，希望带来人类更多的希望，我们也渴望发现更多生命的痕迹，在地球的最南端探讨活跃的生态系统 我们&hellip &hellip 　　2014年第十届&ldquo 生命科学十大新闻评选&rdquo 候选新闻共计30个，共获得投票上千份，最终选出了十大新闻，它们分别是： 　　CRISPR技术在各个领域广泛探索应用 　　曾被Science杂志评选为2012年突破性技术之一的CRISPR，今年再度入选Nature Methods杂志十周年十大技术之一。2014年，各种CRISPR研究成果如井喷之势，该技术的应用领域不仅从DNA扩展至RNA。还被进一步用于探索癌症、艾滋病、杜氏肌营养不良等疾病的病理机制以及临床个体化治疗。 　　埃博拉全面爆发 　　今年2月从西非国家几内亚开始的埃博拉疫情，重创了几内亚、利比里亚、塞拉利昂等西非国家，并从非洲蔓延到了欧洲、美洲等地区。根据世界卫生组织的统计，这种超级病毒已造成全球9000余人感染，死亡率则超过50%。如今，全世界都在谈埃博拉而色变。 　　全身透明的小鼠 　　厚组织都是不透光的，要进行成像就得把组织切得特别薄，问题是这样就无法获得完整的3D信息。因此，生物学家们一直梦想着能够透过整个机体，亲眼看到细胞连接和精细结构，现在这一梦想成为了现实。 　　STAP细胞造假事件与领军人物自杀 　　今年一月份Nature发表的两篇文章，曾被认为是干细胞制备的一次革命。然而在论文发表后不久，其演变为了令世人震惊的STAP造假丑闻。其不仅动摇了人们对于日本干细胞领域的信心，著名干细胞科学家笹井芳树也因此自杀身亡。 　　首次证实南极冰层之下也有生命 　　南极位于地球的最南端，是世界上发现最晚的大陆，覆盖着厚度极高的冰层。美国蒙大拿州立大学的研究团队首次发现，庞大的南极冰盖之下也存在着生命，而且这些生命组成了活跃的生态系统。 　　世界首例人类iPS细胞治疗 　　日本理化所(RIKEN)发育生物学中心(CDB)的眼科学家高桥雅代(Masayo Takahashi)成为了将诱导多能干(iPS)细胞衍生的组织植入到人体的第一人。今年9月日本理化所的研究人员宣布，他们利用iPS细胞培育出视网膜色素上皮细胞层，移植到了一名70多岁的老年黄斑变性女患者的右眼中。这是世界首例利用iPS细胞完成的移植手术。 　　新一代测序技术正革命性地改变生物医学研究 　　近年来，随着测序技术的迅猛发展，新一代测序技术(NGS)正在革命性地改变整个生物医学研究的生态，它已广泛应用于生物医学研究领域。2014年报道了几个新一代测序技术成功挽救生命的案例，预示着这一新技术将对疾病的预防、诊断、个性化用药的指导、用药监测等领域产生重大影响。 　　细胞重编程生成首个完全器官 　　再生医学的核心目标是，从体外培养的细胞生成可移植的替代性器官。尽管人们进行了多番尝试，但迄今为止还没有获得功能完全的完整器官。然而今年Edinburgh大学的科学家们做到了这一点，他们将体外培养的细胞移植到小鼠体内，首次生成了完全功能的器官。这一项目的完成标志着，体外培养替代性器官离我们又进了一步。 　　里程碑成果：人类蛋白质组草图公布 　　今年5月，两个国际小组分别公布了人类蛋白质组第一张草图。 　　虽然之前其它一些大型蛋白质组数据集也收集了接近上万个蛋白数据，但是这两项成果确实是真正的突破性成果，全面覆盖了超过80%的人类预期蛋白质组，其中还有一些之前未曾被发现的蛋白。 　　首次利用人类干细胞培养出胰岛素分泌细胞 　　今年科学家们开发出一种程序，可有效快速地将干细胞转化为胰岛素分泌细胞。这一新程序可能是应对I型糖尿病过程中的重要一步。该程序可以在大约六周的时间内，将干细胞转化为可靠的胰岛素分泌细胞，远远快于使用以前方法所用的四个月时间。

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6月5日是世界环境日，今年我国的主题是“建设人与自然和谐共生的现代化”。在当日举行的“2022年度中国生态环境十大科技进展发布会”上，中国科协书记处书记张桂华指出，建设人与自然和谐共生的现代化，将美丽中国从愿景变为现实，需要科技创新的引领和支撑，需要广大生态环境科技工作者的智慧和贡献。本次公布的2022年度中国生态环境十大科技进展，包括湖泊氮磷截留效应及其内循环影响机制、长江生态环境保护修复技术与管理体系及应用研究、大气气溶胶光学组分定量遥感及其环境气候效应研究、中国生态系统管理对“碳中和”的贡献、土壤重金属污染治理协同固碳减排关键技术及应用、国家生物多样性保护目标设计与评估技术体系的建立及应用、钢铁行业减污降碳协同控制关键技术与应用、西北地区气候暖湿化增强东扩及其重要环境影响、我国现代噪声治理体系构建与应用研究、改性黏土治理赤潮方法与技术等。“中国生态环境十大科技进展的遴选和发布工作，是促进生态环境科技创新的一项重要举措。”张桂华说。中国工程院院士、北京大学教授张远航表示，发布中国生态环境十大科技进展目的之一，是要反映我国生态环境科技领域前沿和最新进展，鼓励生态环境科学研究，引领生态环境领域的技术创新，提高公众环境意识，营造社会创新氛围，为我国生态环境保护、生态文明建设提供科技支撑。中国生态环境十大科技进展由中国科协生态环境产学联合体组织评选、发布。该联合体是由环境、生态、气象、可再生能源等11家全国学会，生态环境领域知名企业、学术研究机构和社会组织共同发起成立的协同创新组织。中国生态环境十大科技进展推荐和评选工作自2019年启动至今，已发布了40项科技进展。

近日，中国激光杂志社发布“2021中国光学十大进展”。经过评审委员会多轮遴选，冰光纤、小型化自由电子激光等10项前沿进展入选“2021中国光学十大进展”基础研究类；六维光信息复用、能降温的光学超材料织物等10项进展入选“2021中国光学十大进展”应用研究类；此外，魔角激光器、光电智能计算、高效白色发光二极管等19项成果分别荣获“2021中国光学十大进展”提名奖（基础研究类）与“2021中国光学十大进展”提名奖（应用研究类）。2021中国光学十大进展基础研究类（10项）1.浙江大学童利民教授、郭欣副教授团队与合作者发现弹性冰单晶微纳光纤；2.南开大学陈志刚、许京军课题组及合作团队实现了非线性对宇称时间对称性和非厄米拓扑态的调控；3.中科院上海光机所电子加速研究团队等在国际上首次实现激光尾波场加速驱动的台式化自由电子激光；4.华中科技大学张新亮、李培宁教授课题组与国家纳米科学中心戴庆研究员、新加坡国立大学仇成伟教授等国内外团队，在双折射晶体中发现“幽灵”双曲极化激元；5.中科院上海光机所研究团队等实现了阿秒电子动力学的直接绘图；6.南京大学金飚兵教授与吴镝教授课题组等合作发现了室温零磁场条件下反铁磁中超快自旋流；7.上海交通大学张文涛研究组与张杰、向导团队等合作提出利用飞秒激光对量子材料电子维度的操控机制；8.清华大学精密仪器系杨昌喜课题组与北京邮电大学电子工程学院肖晓晟课题组合作，证实了大模间色散下的时空锁模；9.哈尔滨工业大学（深圳）肖淑敏微纳光子学实验室设计并制备了近红外生物成像窗口的高效宽带消色差超构透镜；10.南开大学研究团队及合作者预言并证实了受激声子极化激元，实现了太赫兹波巨非线性效应。2021中国光学十大进展应用研究类（10项）1.暨南大学和上海理工大学等联合研究团队实现了纳米尺度六维光信息复用；2.华中科技大学陶光明团队与多家科研和产业单位基于形态学分级结构设计了辐射降温光学超材料织物；3.中国科学技术大学李传锋、周宗权研究团队演示了基于吸收型存储器的多模式量子中继；4.中国科学院上海高等研究院和中国科学院上海应用物理研究所自由电子激光团队提出了一种相干能量调制的自放大机制；5.中科院上海技术物理研究所胡伟达研究员与复旦大学周鹏教授等研制出新型范德瓦尔斯单极势垒红外探测器；6.南京大学姜校顺、肖敏团队实现了片上光力光学频率梳；7.复旦大学彭慧胜/陈培宁研究团队等实现了柔性显示织物及其智能集成系统；8.浙江大学冯建东团队实现了溶液中单分子电化学反应的直接成像；9.华中科技大学、海南大学骆清铭团队通过发明线照明调制显微术实现了高清成像；10.南京大学新型显示技术研发团队等提出基于二硫化钼TFT驱动电路集成的超高分辨氮化镓Micro-LED显示技术方案。“2021中国光学十大进展”10项基础研究类提名奖包括：1.上海光源中心自由电子激光团队实验验证并测量了激光-束流在二极磁场的能量交换；2.北京大学马仁敏团队实现了基于莫尔超晶格纳米结构的魔角激光器；3.华南理工大学周博教授、张勤远教授团队等提出基于镱亚晶格的多光子上转换发光；4.北京大学刘运全教授和龚旗煌院士领导的“极端光学创新研究团队”实现了强激光场中光子轨道自旋耦合的探测和操控；5.清华大学黄文会、颜立新团队首次实现相对论电子束的高梯度级联太赫兹加速；6.清华大学戴琼海院士团队提出并构建了大规模可重构光电智能衍射计算处理器；7.上海交通大学李良教授与意大利米兰-比科卡大学Brovelli Sergio教授团队等合作，实现环境温度处于100℃范围内量子点荧光性能近乎零“热猝灭”，所制备LED电致发光器件也具有优异的抗“热猝灭”性能；8.北京大学刘开辉课题组等提出并发展了瑞利散射圆二色性技术，实现了单根碳纳米管的完整结构；9.苏州大学蒋建华、蒲殷教授团队等利用光子系统证实了拓扑体-缺陷对应关系；10.中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、柳必恒研究组与南京邮电大学盛宇波等人合作，首次实现11公里远距离量子纠缠纯化。“2021中国光学十大进展”9项应用研究类提名奖包括：1.南京理工大学曾海波教授团队和华盛顿大学David Ginger教授团队合作，基于α/δ-CsPbI3同质异相层实现高效白色发光二极管；2.清华大学团队等研制自适应扫描光场显微镜，打破活体成像壁垒；3.中科院上海光机所电子加速研究团队等实现GeV（吉电子伏特）量级超低能散的台式化电子加速器；4.福州大学杨黄浩/陈秋水教授和新加坡国立大学刘小钢教授等实现高分辨X射线发光扩展成像技术；5.电子科技大学张雅鑫教授团队与中国电子科技集团公司第十三研究所冯志红研究员团队等合作，实现了太赫兹片上可编码超构调控芯片；6.北京理工大学陈棋教授团队和北京大学周欢萍特聘研究员团队等合作，开发了钙钛矿薄膜加工的关键技术，制备了高质量钙钛矿薄膜及光伏器件；7.清华大学鲁巍教授团队等实现了从传统直线加速器到激光尾波加速器的高效率外注入级联加速；8.厦门大学聂立铭教授团队等运用光声成像技术，研制了具有脂质代谢药物，发展了光声技术监测脂肪组织脂质、血红蛋白代谢变化评估肥胖疗效的新方法；9.黑龙江大学许辉教授团队和新加坡国立大学刘小钢教授团队合作，通过有机小分子表面配位实现了稀土纳米颗粒表面的巨大发光增强。

2024年2月29日，国家自然科学基金委员会发布2023年度中国科学十大进展，以下10项重大科学进展入选：1. 人工智能大模型为精准天气预报带来新突破2. 揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制3. 发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制4. 农作物耐盐碱机制解析及应用5. 新方法实现单碱基到超大片段 DNA 精准操纵6. 揭示人类细胞 DNA 复制起始新机制7. “拉索”发现史上最亮伽马暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子8. 玻色编码纠错延长量子比特寿命9. 揭示光感受调节血糖代谢机制10. 发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制，时长06:30“中国科学十大进展”遴选活动旨在宣传我国重大基础研究科学进展，激励广大科技工作者的科学热情，开展基础研究科学普及，促进公众了解、关心和支持基础研究，在全社会营造浓厚的科学氛围。自2005年启动以来，已成功举办18届。“中国科学十大进展”遴选活动坚持由第三方推荐的原则，并由基础研究领域的高水平专家学者广泛参与投票，确保遴选结果的公正性和代表性。历年入选进展较为全面地记录了我国基础科学研究的重要成果，得到了社会各界广泛关注，已成为盘点我国基础研究领域年度重大科学成果的品牌活动。2023年度第19届“中国科学十大进展”遴选活动由国家自然科学基金委员会主办，国家自然科学基金委员会高技术研究发展中心（基础研究管理中心）和科学传播与成果转化中心承办，《中国基础科学》《科技导报》《中国科学院院刊》《中国科学基金》《科学通报》协办，分为推荐、初选、终选、审议4个环节。《中国基础科学》等推荐了2022年12月1日至2023年11月30日期间正式发表的600多项科学研究成果，由近100位相关学科领域专家从中遴选出30项成果，在此基础上邀请了包括中国科学院院士、中国工程院院士在内的2100多位基础研究领域高水平专家对30项成果进行投票，评选出10项重大科学研究成果，经国家自然科学基金委员会咨询委员会审议，最终确定了入选2023年度“中国科学十大进展”的成果名单。2023年度中国科学十大进展简介1 人工智能大模型为精准天气预报带来新突破盘古气象大模型的三维神经网络结构天气预报是国际科学前沿问题，具有重大的社会价值。现有数值天气预报范式源于20世纪50年代，即通过超算平台的大规模计算来求解大气运动偏微分方程组，实现对未来天气的预报。近些年使用该传统方法提升预报水平面临越来越大的挑战。华为云计算技术有限公司田奇、毕恺峰、谢凌曦等基于人工智能技术，提出了一种适配地球坐标系统的三维神经网络，能够有效处理天气数据中的复杂过程，并通过层次化时域聚合策略来有效减少迭代误差，成功实现了精准的中期天气预报。在1979-2017年全球天气再分析数据上训练后，构建了盘古气象大模型。该模型能够预报7天内的地表层和13个高空层的温度、气压、湿度、风速等气象要素，并将全球最先进的欧洲中长期天气预报中心（ECMWF）集成预报系统的预报时效提高了0.6天左右，在热带气旋的路径预报误差相较于ECMWF预报系统降低了25%。该模型仅需10秒即可完成全球7天重要气象要素的预报，计算速度较数值方法提升1万倍以上。该研究展示了人工智能和大数据在解决天气预报问题上的突破。2023年度中国科学十大进展2 揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制古病毒复活开启衰老的潘多拉魔盒人类基因组是生命活动的“密码本”，它控制器官再生和机体稳态，亦影响器官退行及衰老相关疾病的发生。在该密码本中，素有“暗物质”之称的非编码序列约占98%，其中约8%为内源性逆转录病毒元件，为数百万年前古病毒整合到人类基因组中的遗迹。古病毒序列在衰老过程中的作用及其机制是尚未开拓的科学疆域。中国科学院动物研究所刘光慧、曲静和中国科学院北京基因组研究所张维绮等利用多学科交叉手段，揭示人类基因组中沉睡的古病毒“化石”在细胞衰老过程中，可因表观遗传失稳等因素被再度唤醒、进而包装形成病毒样颗粒并驱动细胞和器官衰老的重要现象。并据此提出古病毒复活介导衰老程序性及传染性的理论以及阻断古病毒复活或扩散以实现延缓衰老的多维干预策略。通过对人类基因组中蛋白编码区域的“逆老”基因进行系统排查，发现可重启人类干细胞、运动神经元和心肌细胞活力，逆转关节软骨、脊髓及心脏衰老的新型分子靶标，并构建一系列针对器官退行的创新干预体系。以上发现为衰老生物学和老年医学研究建立了新的理论框架，为衰老及老年慢病的科学干预和积极应对人口老龄化奠定了有益的基础。2023年度中国科学十大进展3 发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制初级纤毛——生物钟的“有形”指针昼夜节律紊乱与睡眠障碍、精神抑郁相关，严重时可导致肿瘤、糖尿病等重大疾病的发生和发展。由于缺乏对生物节律调节机制的认识，当前国际上尚未研发出针对节律紊乱性疾病的有效治疗药物。军事科学院军事医学研究院生物医学分析中心李慧艳、张学敏等发现大脑视交叉上核（SCN）神经元的初级纤毛，这一细胞“天线”样结构，每24小时伸缩一次，犹如生物钟的指针，初级纤毛可能通过调控SCN区神经元的“同频共振”调节节律，其机制与Shh信号通路密切相关。因此，SCN神经元的初级纤毛可能作为机体中的“中央生物钟”的结构基础，参与生物钟内稳态的维持，而靶向SCN初级纤毛的Shh信号通路可能是治疗与昼夜节律紊乱相关的人类疾病的潜在治疗策略。该“有形”生物钟的发现，对于理解生物钟的构造以及分子层面与细胞层面生物钟的联系具有重要意义。2023年度中国科学十大进展4 农作物耐盐碱机制解析及应用利用AT1成果培育的甜高粱在宁夏平罗盐碱地生长情况土壤盐碱化又称土壤盐渍化，是指土壤中积聚盐分形成盐碱土的过程。我国有近15亿亩盐碱地，其中高pH的苏打盐碱地约占60%。据估计，约5亿亩盐碱地具有开发利用潜能。长期以来，我们对植物耐盐碱性的机制认识尚有不足，阻碍了耐盐碱作物的培育和盐碱地的开发利用。中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗、中国农业大学于菲菲、华中农业大学欧阳亦聃等研究团队合作利用起源于非洲萨赫勒高盐碱地的高粱自然群体材料定位克隆到一个与耐碱性显著相关的主效基因AT1，并揭示了AT1在碱胁迫条件下调控水通道蛋白磷酸化水平来促进植物细胞中H2O2的外排从而赋予植物高耐盐碱性的机制。在盐碱地进行大田实验发现，基于耐盐碱等位基因AT1改良的作物耐盐碱能力显著提高，其中水稻、高粱和谷子等粮食作物均有效增产20%～30%。该研究为综合利用盐碱地和保障粮食安全提供了新思路。2023年度中国科学十大进展5 新方法实现单碱基到超大片段DNA精准操纵单碱基编辑到大尺度DNA精准操纵基因组编辑在生物学和医学领域具有广阔的应用前景。然而，基因组编辑在编辑精度、DNA操控尺度和灵活性等方面仍有较大的限制。中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队联合北京齐禾生科生物科技有限公司赵天萌团队利用人工智能辅助的大规模蛋白结构预测方法对基因组编辑新酶进行发掘。他们建立了基于三级结构的全新蛋白聚类分析方法，鉴定出多个全新脱氨酶家族成员，并开发了一系列适用于多样化应用场景的新型碱基编辑工具，解决了利用单个AAV进行递送和大豆高效碱基编辑的难题。为突破植物大尺度DNA精准操纵的瓶颈，他们整合优化引导编辑系统与位点特异性重组酶，开发了植物大片段DNA精准定点插入技术PrimeRoot，可实现对10 Kb以上大片段DNA的高效定点整合。此外，他们通过对基因上游开放阅读框的从头设计与理性改造，开发了精细下调靶蛋白表达的全新技术体系，并创制了产量相关性状呈梯度变化的系列水稻新种质，为作物性状精细改良提供了新方法。以上研究通过开展基因组编辑元件挖掘方法和技术体系创新，实现了对基因组的精准操纵，为作物改良和基因治疗提供了重要支撑。2023年度中国科学十大进展6 揭示人类细胞DNA复制起始新机制人体MCM2-7双六聚体（MCM-DH）冷冻电镜结构及DNA复制起始调控步骤DNA复制起始的精准调控是维持人类基因组稳定、抑制遗传疾病和癌症发生的关键生命过程之一。6个MCM基因编码的MCM2-7蛋白的双六聚体（DH）在成千上万个复制原点的组装是解开双链DNA和启动复制的必经过程。但是MCM-DH在染色体上具体的组装和作用机制尚不清楚。香港大学翟元梁、香港科技大学党尚宇、戴碧瓘等解析了人类MCM-DH复合物（hMCM-DH）的2.59-Å高分辨率冷冻电镜结构。在该结构中，hMCM-DH可直接降低DNA双链的稳定性，将位于两个六聚体结合处的DNA双链解开，并拉伸产生初始的开口结构（IOS）。IOS在基因组中成簇且广泛地分布于无转录活性的基因间区，并与偶发的DNA复制起始区域高度重合。干扰IOS会抑制hMCM-DH的形成，进而抑制相应DNA复制的启动。该研究不仅揭示了人类MCM-DH组装及初始DNA解旋以促进复制起始的新机制，也为开发以DNA复制为靶标的抗癌药物提供了重要基础。2023年度中国科学十大进展7 “拉索”发现史上最亮伽马暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子拉索观测到的伽马暴GRB 221009A高能光子爆发的全过程伽马射线暴是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象，万亿电子伏特（TeV）以上辐射观测对揭示其爆炸过程、辐射机制和探索新物理前沿都具有重要意义。2022年10月9日史上最亮的伽马射线暴GRB 221009A爆发信号飞越24亿光年的时空抵达地球。由中国科学院高能物理研究所曹臻领导的高海拔宇宙线观测站（简称“拉索”，英文LHAASO）国际合作组凭借拉索前所未有的高灵敏度和大视场优势，在国际上首次完整记录了伽马射线暴万亿电子伏特以上高能光子爆发的全过程，包括高能光子亮度在早期的快速增强过程，以及后期亮度突然快速减弱，由此确定此伽马射线暴的极端相对论喷流具有迄今已知最小的张角，揭开了此伽马射线暴成为史上最亮的秘密。拉索还精确测量了该伽马射线暴亮度随光子能量的变化，发现其亮度随能量变化的规律保持稳定，观测能谱延伸至十万亿电子伏特以上，超出了理论预期，挑战了伽马射线暴余辉辐射的标准模型。2023年度中国科学十大进展8 玻色编码纠错延长量子比特寿命量子纠错过程目前超导量子比特的错误率离实用化还相差十多个数量级，需要进行量子纠错以构建错误率更低的逻辑量子线路。量子纠错旨在充分利用无限维希尔伯特空间的冗余度来保护逻辑量子比特免受噪声的干扰。通过对错误的实时探测和纠正，逻辑量子比特的相干寿命将得以延长。然而，传统的量子纠错过程通常会不可避免地引入新的错误，使得量子纠错面临“越纠越错”的尴尬局面。如何使编码保护的逻辑量子比特的寿命超过体系中最佳物理量子比特，超越盈亏平衡点，是衡量量子纠错是否有效的关键判据。南方科技大学俞大鹏、徐源，福州大学郑仕标，清华大学孙麓岩等展示了一种基于超导电路量子电动力学架构的量子纠错方法，其核心技术是将逻辑量子比特二项式编码在一个与辅助超导比特色散耦合的微波谐振腔的离散光子数态中，其编码子空间与错误子空间严格正交。通过在辅助比特上施加截断频率梳脉冲，可高保真度地重复读取错误症状，并通过实时反馈控制反复纠正错误，从而有效延长逻辑量子比特的相干寿命，并超越盈亏平衡点达16%，实现了量子纠错正增益。该研究展示了量子纠错的优越性，表明了硬件高效的离散变量编码在容错量子计算中的潜力。2023年度中国科学十大进展9 揭示光感受调节血糖代谢机制“眼-脑-棕色脂肪轴”介导光调节血糖代谢神经机制2023年度中国科学十大进展10 发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制电化学原位透射电子显微镜技术研究锂硫电池界面反应

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p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在不久的将来，技术革新将如何改变我们的生活？ /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 人工智能将大幅提升新药物和新材料的开发速度；新型诊断工具将打造更先进的个性化医疗；从日常任务到工业生产，增强现实将走进生活的方方面面，将大量信息和动画覆盖于真实世界之上；如果你生病了，医生将可以在你体内植入活细胞，用这些“药物工厂”为你治病；你将会吃到用干细胞在实验室培育的牛肉、鸡肉和鱼肉，这将大幅降低畜牧业造成的环境危害，并使无数的动物免遭不人道待遇。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 经过层层遴选，最终由来自生物医学、化学、计算机和人工智能等领域的顶尖专家共同评选，这些足以改变世界的想法和其他新兴技术一起，构成了这份“2018年全球十大新兴技术”榜单。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 根据发布方，世界著名科普杂志《科学美国人》的介绍，这些新兴技术能在未来3~5年间，对社会和经济产生重要影响；具有潜在颠覆性，能够改变整个行业或既定的行业标准；处于相对早期的发展阶段，尚未得到广泛应用，但已吸引了众多研究团队的关注，并且广受投资者青睐。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 1.增强现实将无处不在 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 虚拟现实（VR）让你沉浸在一个虚幻、独立的世界里，而增强现实（AR）是将计算机生成的信息实时覆盖在现实世界之上。当你看到或者佩戴集成了AR程序和摄像头的设备（可以是智能手机、平板电脑、耳机或智能眼镜）时，程序会分析输入的视频流，下载大量与当前场景相关的信息，并在其上叠加相关数据——通常是3D的图片或动画。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 举两个例子：协助车辆安全倒车的倒车影像系统和热门游戏《精灵宝可梦GO》。大量面向消费者的应用软件都会用到AR功能，比如为外国游客翻译街道标志，医学专业的学生开展的虚拟解剖，消费者在买家具时可以看到预想的摆设效果。将来，这项技术还会支持博物馆制作全息参观指南；帮助外科医生，使得患者体内组织三维可视化；允许建筑师和设计师以全新的方式合作；帮助无人机操作员用增强的图像远程控制机器；帮助初学者快速学习从医药到工厂维修的各项技术。在未来几年内，操作简单、用于设计应用程序的软件将会满足更多消费者的需求。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2.电刺激医学将减少药物使用 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 神经电刺激设备可以通过电流脉冲治疗疾病，这种设备在医学界已经有很长的应用历史。例如，心脏起搏器、耳蜗植入装置和治疗帕金森病的深脑电极刺激都用到了该设备。这种电刺激设备正变得越来越多功能化，将显著提升对大量病症的治疗能力。神经电刺激设备的工作原理是，向迷走神经发送信号，迷走神经将电流从脑干发送至器官，最后返回脑干。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在科学家的努力下，迷走神经刺激的全新用途正变得可行。他们发现，迷走神经能释放调节免疫系统的化学物质。例如，在脾脏里释放的特定神经递质对参与全身炎症反应的免疫细胞具有镇静作用。这些发现表明，能从迷走神经刺激中受益的不仅是与电信号紊乱有关的疾病，还包括自身免疫疾病和炎症反应。对这些疾病的患者来说，这个发现无疑是个好消息。由于这项技术只对特定的神经系统进行刺激，因此相对于经过全身，会伤害作用目标以外的身体组织的药物，电刺激疗法可能更容易接受。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 3.人造肉对环境更友好 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 想象一下，你咬了一口鲜嫩多汁的牛肉汉堡，而这是在不杀死任何动物的前提下发生的。利用实验室的细胞培育出的人造肉，正在将这种设想变成现实。多家初创企业正在开发实验室培育的牛肉、猪肉、家禽和海鲜。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 由于只需为培育和维持人工培养的细胞（而非完整的生物体）提供资源，人造肉还可以减少肉类生产过程中的高昂环境代价。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 人造肉是由从动物身上提取的肌肉样本制成的。技术人员从动物组织中收集干细胞，让它们迅速增殖，分化成原肌纤维，随后膨大形成肌肉组织。Mosa Meat公司称，一份从牛身上采集的组织样本就足以生产出8万个牛肉汉堡。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 一些初创企业表示，他们预计在未来几年内正式推出人造肉产品。但在上市之前，人造肉还必须克服重重障碍。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 其中两个障碍分别是成本和口味。以2013年向各大媒体展示的实验室人造肉汉堡为例，汉堡中肉饼的制作成本超过30万美元，而且肉质过于干燥（因为脂肪太少）。自那以后，人造肉的制作成本逐年下降。2018年，Memphis Meats公司声称，四分之一磅（约113克）人造牛肉馅的价格约为600美元。按照这一趋势，在几年内，人造肉就可能成为传统肉类的竞争对手。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 4.会辩论的人工智能 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 如今的智能助理已经能在某些情形下让你误以为它们是人类，但未来的智能助理还会更加先进。在手机屏幕背后，智能助理使用复杂的语音识别软件来识别你的需求、为你提供帮助，然后生成听起来很自然的语音，给出符合你问题的预设答案。这样的系统必须预先经过“训练”：大量学习人类经常提出的请求，而相应的回复必须由人类来编写，并组织成高度结构化的数据格式。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 实际上，这些系统已经能够“学习”了——通过机器学习技术，它们能够改进问题与现有答案之间的匹配方式，但改进程度有限。即便如此，它们仍然令人印象深刻。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在更高复杂度的层面上，目前科学家正在致力于开发新技术，以使下一代的系统能够从各个来源吸纳、组织非结构化数据，然后自主撰写出有说服力的建议，或者就一个它们从未接受过训练的问题与对手辩论。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2018年6月，IBM展示了一项更加先进的技术：一套没有事先就某一主题或立场进行过培训，就能与人类专家实时辩论的系统。系统必须使用非结构化数据来确定信息的相关性和真实性，并将之组织成某种可重复使用的形式，然后根据它所处的立场，来调取相关的论据。系统还必须对人类对手的论述作出回应。在演示时，这套系统参加了两场与人类的辩论，在其中一场辩论中，有许多观众认为，该系统的辩论更具说服力。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 5.可植入人体的制药细胞 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 许多糖尿病患者每天都要多次刺破手指，测量血糖水平，从而决定需要多少胰岛素。如果能在病人体内植入制造胰岛素的胰岛细胞，就能取代这一烦琐的过程。除了糖尿病，细胞植入技术还能改变癌症、心力衰竭、血友病、青光眼、帕金森病等多种疾病的疗法。但细胞植入存在一项风险：患者必须持续使用免疫抑制剂以防止免疫系统的排异。这种药物可能带来严重的副作用，包括增加感染或恶性肿瘤的风险。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 现在，研究者开始应对这一挑战。2016年，一支来自麻省理工学院的团队发布了一种能让移植的细胞在免疫系统面前隐形的方法。在研发并筛选了上百种材料之后，研究者们选择了一种经过化学修饰的藻酸盐凝胶。藻酸盐已经被证实可在人体中安全使用。当他们在患糖尿病的小鼠体内植入密封在藻酸盐凝胶内的胰岛细胞后，这些细胞立刻开始根据血糖的变化生产胰岛素，并在为期6个月的试验中持续控制血糖水平。研究者没有观测到任何纤维症的出现。这个团队还在另一项研究中发现，抑制一种在纤维化过程中起重要作用的免疫分子（集落刺激因子I受体），可以有效抑制疤痕的产生。加入这种受体抑制剂将进一步提高植入细胞的存活率。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 6.用人工智能设计化学分子 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 想设计新型太阳能材料、抗癌药物或是用于农作物的抗病毒化合物？首先，你必须解决两个难题：找到正确的化学结构，并确定哪些化学反应能将合适的原子连接到所需的分子上。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 如果使用传统方法，以上问题的答案往往来自于复杂的猜测和意外的发现。这一过程非常耗时，并且需要经历许多次失败的尝试。例如，一份完整的合成计划包含数百个独立的步骤，其中很多步骤都会产生不需要的副反应或副产品，或者根本不起作用。现在，人工智能正在提高设计和合成化学分子的效率，帮助企业在减少化学废料的同时，更快、更容易、更经济地解决合成问题。在人工智能领域，机器学习算法可以分析所有已知的合成实验，包括那些成功的和失败的实验——后者可能更加重要。基于所识别的模式，这些算法可以预测具有潜在用途的新分子结构，以及可能的制造方法。现在还没有哪种机器学习工具可以简单到按下按钮就能完成所有工作，但不可否认的是，人工智能技术正在药物分子和材料设计领域迅速发展。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 7.私人定制的诊断工具 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在20世纪的绝大部分时间里，患乳腺癌的女性都在使用同一种治疗方案。现在，治疗手段变得更具个性化了：乳腺癌被分为不同的亚型，每一种都有独特的治疗方法。例如，许多乳腺癌患者的肿瘤会产生雌激素受体，她们可以在标准术后化疗的同时，配合使用专门攻击这些受体的药物。2018年，研究者朝着个性化治疗又迈进了一步。他们发现很大一部分肿瘤病人其实不需要接受化疗，从而避免了严重的副作用。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 诊断工具的进步加速了个性化、精准化药物的发展。这些技术能帮助医生识别并量化多种生物标志物（这些分子的出现，往往意味着人体患有某种疾病），从而通过病人对疾病的敏感性、预后情况，以及对特定治疗的反应，将病人划分成不同的亚型。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在过去的十年里，生物组学技术取得了突破性进展。新技术的使用能产生大量数据，这些数据可以供人工智能挖掘，从而找到用于临床的全新生物标志物。在新时代，结合高产能的生物组学技术和人工智能，诊断技术将重塑我们对很多疾病的认知，改变传统治疗方法，让医生能根据病人的个人分子档案制定治疗计划。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 8.基因驱动技术 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 一项正在快速发展的基因工程技术可以永久改变一个种群甚至整个物种的特征。这项技术通过基因驱动使含有父母某种遗传特征的子代数量异常增多，从而加速该性状在物种中的传播。基因驱动可以自然地发生，也可以通过基因工程技术人为控制。这项技术可以通过多种方式帮助人类：可以阻止昆虫传播疟疾和其他可怕的传染病；修改害虫的基因，以提高粮食产量；赋予珊瑚抵抗环境压力的能力；防止入侵物种破坏生态系统……虽然受益巨大，但研究者深刻地意识到，改变甚至消灭一个物种可能会带来深远的影响。为了应对潜在的风险，他们正在制定规则，在基因驱动技术从实验室到野外试验，以及走向更广泛的应用时，给予恰当的管理。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 几十年来，研究者一直在思考如何利用基因驱动对抗疾病和其他问题。最近几年，CRISPR基因编辑技术的应用，让我们能够轻易地在染色体的特殊位点插入特定基因，极大地推动了基因驱动技术的发展。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 尽管前景光明，基因驱动还是引起了众多担忧：经过人为改造的基因会在无意中传播给野生物种，会干扰其生长吗？从生态系统中消除现有的物种有什么风险？非法组织是否会将基因驱动用作破坏农业生产的武器？ /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 为了避免此类极端情形的出现，一支研究团队发明了一个开关：只有传递一种特殊的物质，才能打开开关，从而使基因驱动起作用。与此同时，许多科学家团体正致力于拟定条款，以指导基因驱动试验在各个阶段的进展。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 9.等离激元材料 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2007年，加州理工学院的哈里· 阿特沃特在《科学美国人》上撰文预测：“等离激元光子学”（plasmonics）技术最终会通向从高灵敏度的生物探测器到隐形斗篷的一系列应用。10年后，多种等离子体技术已经实现了商业化，而另一些技术正由实验室走向市场。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在表面等离激元材料的诸多应用中，研究得最深入的一种是用于检测化学和生物试剂的传感器。研究者在等离激元纳米材料表面覆盖了一种能与特定分子（比如细菌毒素）结合的物质。正常情况下，照射在材料上的光会以特定的角度反射出来。但如果有毒素存在，表面等离激元的振动频率会发生改变，从而改变光的反射角度。我们可以非常精确地测出这种变化，从而检测到微量的毒素。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在医学领域，研究者正在临床试验中测试光敏纳米颗粒治疗癌症的能力。治疗方法是将纳米颗粒注入血液中，等它们聚集到肿瘤内部后，用与表面等离激元振动频率相同的光照射肿瘤，使纳米颗粒通过共振产生热量。这种热量能在不伤害周围健康组织的情况下，选择性地杀死肿瘤细胞。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 10.为量子计算机而生的算法 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 量子计算机利用量子逻辑来执行计算，基本单位量子比特（qubit）与传统比特（0或1）相似，但不同的是，量子比特可处于两个量子态之间的叠加态：它可以同时是0和1。这种属性以及另一种称为纠缠的量子特性，使得量子计算机在特定问题上比任何传统计算机都高效。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 尽管这项技术激动人心，但其实现条件却是众所周知的苛刻。研究人员已经确定，通过量子纠错，可以使具有数千量子比特的量子计算机受到严格控制，维持在量子态。但是到目前为止，实验室造出的量子计算机最多只包含数十个量子比特。这些被加州理工学院的约翰· 普雷斯基尔称作“嘈杂中型量子”（NISQ）计算机，都是尚未进行纠错的。然而，随着专门为NISQ计算机编写算法的研究兴起，这些设备在特定问题上的计算能力可能会强于传统计算机。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 随着越来越多的NISQ设备向全球用户开放，大量研究人员开始为这类设备开发、测试小规模程序，这极大地促进了该领域的发展。与此同时，开发不同方向的量子软件的初创公司也呈百花齐放之势。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在研究人员看来，NISQ算法在模拟和机器学习领域具有广阔前景。因为计算机可以从大数据或经验中进行学习。对一套正在迅速发展的算法所做的测试表明，量子计算机确实可以加快机器学习。 /p

6月5日，在世界环境日到来之际，中国科协生态环境产学联合体（以下简称联合体）在京发布2022年度中国生态环境十大科技进展。入选的十大科技进展包括：湖泊氮磷截留效应及其内循环影响机制、长江生态环境保护修复技术与管理体系及应用研究、大气气溶胶光学组分定量遥感及其环境气候效应研究、中国生态系统管理对“碳中和”的贡献、土壤重金属污染治理协同固碳减排关键技术及应用、国家生物多样性保护目标设计与评估技术体系的建立及应用、钢铁行业减污降碳协同控制关键技术与应用、西北地区气候暖湿化增强东扩及其重要环境影响、我国现代噪声治理体系构建与应用研究、改性粘土治理赤潮方法与技术。发布会现场（主办方供图）中国科协党组成员、书记处书记张桂华在致辞中指出，十大进展遴选工作是促进生态环境科技创新的一项重要举措，能够充分展示生态环境领域最新最有价值的科研成果，在加强生态环境保护、促进绿色发展中发挥重要作用。同时张书记提出了三点希望，一是坚持战略定位，聚焦国家战略需求，瞄准生态环境科技前沿和产业关键核心技术，遴选前瞻性、原创性成果；二是突出创新导向，与重大问题难题研判紧密结合，引领生态环境科技工作者的原创性科技攻关；三是注重交叉融合，重视跨学科交叉领域研究成果遴选推介，促进生态环境相近和相关学科交叉融合发展。联合国环境规划署UNEP驻华代表涂瑞和表示，我们期待科学家和企业界带来更多的创新性科技成果，既大力支持中国自身的减污降碳、改善环境质量，保护生态系统稳定和生物多样性，同时与国际同行加强合作与交流，惠及周边国家，为实现联合国2030可持续发展目标贡献科技的智慧和力量。 联合体副主席、中国工程院院士张远航介绍了中国生态环境十大科技进展遴选情况。2022年度中国生态环境十大科技进展是由两院院士、联合体成员单位、高校和科研院所推荐，由15位院士组成评委会评议投票产生，今年是连续第四年开展。会议由联合体主办，中国环境科学学会、中国生态学学会、联合体学术交流工作委员会、北京大学环境科学与工程学院承办。

2021年2月27日，科学技术部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）发布了2020年度中国科学十大进展。研发出具有超高压电性能的透明铁电单晶、实验观测到化学反应中的量子干涉现象等10项重大科学进展，从31项候选进展中脱颖而出。根据得票高低，2020年度中国科学十大进展分别为：一、我国科学家积极应对新冠肺炎疫情取得突出进展二、嫦娥五号首次实现月面自动采样返回三、“奋斗者”号创造中国载人深潜新纪录四、揭示人类遗传物质传递的关键步骤五、研发出具有超高压电性能的透明铁电单晶六、2020珠峰高程测定七、古基因组揭示近万年来中国人群的演化与迁徙历史八、大数据刻画出迄今最高精度的地球3亿年生物多样性演变历史九、深度解析多器官衰老的标记物和干预靶标十、实验观测到化学反应中的量子干涉现象“中国科学十大进展”遴选活动由科学技术部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）牵头举办。2020年度，《中国基础科学》《科技导报》《中国科学院院刊》《中国科学基金》和《科学通报》等5家编辑部共推荐了286项科学研究进展。2020年12月，科学技术部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）邀请专家从推荐的科学进展中遴选出了31项进展进入终选。终选采取网上投票方式，邀请中国科学院院士、中国工程院院士、国家重点实验室主任、部分国家重点研发计划总体专家组专家和项目负责人等3200余名专家学者对31项候选进展进行网上投票，得票数排名前10位的进展入选2020年度中国科学十大进展。

今年以来，国务院发布了关于汽车、钢铁、船舶、石化、轻工、纺织、有色金属、装备制造、电子信息、物流等十大重点产业调整和振兴规划。十大重点产业在国民经济中的地位举足轻重，制订和实施重点产业调整和振兴规划是应对国际金融危机，落实中央保增长、扩内需、调结构总体要求的重大举措。标准化作为国民经济和社会发展的重要基础，在规范市场秩序、提升产品质量和安全水平、推进产业结构调整和升级、转变发展方式、促进科研及其成果转化、提高产业竞争力等方面具有重要的战略意义，理应发挥加快产业调整和振兴的积极作用。为此。国家质检总局发挥标准化在国民经济和社会发展中的技术支撑作用，就加强十大重点产业标准化工作做出部署，本文对其中的要点进行摘编。 　　加大标准研制3个力度 　　根据重点产业调整和振兴的要求，依托国家重点工程和重点项目，立足扩大内需、转变发展方式，坚持市场为导向、产学研用相结合的标准制修订工作机制，加大标准研制的工作力度，提高标准的市场适应性和技术水平。 　　一、突出标准研制工作重点。围绕重点产业结构调整和优化升级，适时调整“关键技术标准推进工程”相关内容，加强重点产业关键技术标准研制 围绕转变发展方式和淘汰落后产能、产品、生产技术和生产工艺，着力加强节能减排、清洁生产标准的研制 围绕提升产品质量和安全水平，着力加强安全、健康、检测方法标准的研制 围绕开拓市场和提高产业竞争力，着力加强服务领域、国际贸易相关标准的研制。 　　二、优先安排重点产业急需的标准制修订项目。在今后三年中，大力支持重点产业的标准化工作，优先将十大产业标准化重点领域列入年度标准化工作要点，作为国家、行业和地方标准制修订项目、标准化研究项目等立项依据 并根据重点产业规划实施进展，及时调整标准化工作重点。 　　三、适时启动标准制修订快速程序和标准快速应急机制。进一步完善标准制修订快速程序和标准快速应急机制，及时满足重点产业的标准化需求。 　　加强标准化发展3大规划 　　按照科学、统一、权威的标准体系建设目标，加强重点产业标准化发展规划工作，加快更新和完善标准体系，不断提升产业整体水平，促进产业可持续发展。 　　一、加强重点产业标准化战略研究。将十大重点产业标准化纳入《国家技术标准战略发展纲要》，明确重点产业标准化发展方向，从战略层面推进重点产业的标准化工作。 　　二、加强重点产业标准体系建设。将十大重点产业标准体系建设纳入《国家标准化体系建设工程》，充分发挥标准化技术组织的作用，分析现有标准的适用性和协调性，完善重点产业标准体系，做到国家、行业、地方标准之间的协调互补 加快完善以重点产品为核心的标准体系，加强产业链关键环节技术标准的研制 按照重点产业区域优化布局，围绕产业配套体系，推进区域标准化交流与合作，提升区域标准化水平。 　　三、推进重点领域标准化发展规划。启动《高新技术标准化发展规划》、《物流标准专项规划》的编制工作 抓好《2008-2010年全国安全生产(部分工业领域)标准化发展规划》、《2008-2010年资源节约与综合利用标准发展规划》和《全国服务业标准2009年-2013年发展规划》的落实工作 做好《2005-2007年装备制造业标准化发展规划》实施情况的总结工作。根据重点产业发展需要，适时编制和落实相关的标准化发展规划。 　　国际标准化3项工作 　　紧密结合重点产业国际贸易发展需求，积极推动重点产业的国际标准化工作，鼓励和支持重点产业的企业和科研机构走出去，实质性参与国际标准化活动，提升重点产业国际竞争力。 　　一、加快重点产业采标步伐。对于符合我国国情的国际标准和国外先进标准尽快采用和转化，优先立项 国家标准复审、修订时，应考虑采用最新版本的国际标准或国外先进标准 鼓励采标的行业标准、地方标准、企业标准申报制定为国家标准。 　　二、推进重点产业实质性参与国际标准制修订。在国际标准化专家培养、国际国外标准跟踪和比对研究、国际标准化交流活动等方面予以政策倾斜 争取以我为主制定一批国际标准，将我国的自主创新成果转化为国际贸易中的竞争优势 支持企业承担国际标准制修订项目和国际标准化组织技术委员会秘书处工作，增加我国在国际标准化活动中的话语权。 　　三、建立重点产业技术性贸易措施预警与快速反应机制。密切跟踪我国重点产业产品出口国的技术法规、标准等要求的变化，建立和完善重点产业技术性贸易措施的快速反应机制和研究评议体系，对可能遭遇的技术性贸易措施进行实时监测和发布预警，加快应对技术性贸易措施的检测方法标准的研制，提高企业应对国外技术性贸易措施的意识和能力，为促进进出口贸易服务。 　　强化标准实施3个重点 　　推动重点产业标准的实施工作，增强标准的有效性和适应性，充分发挥技术标准在产业化、商业化和规模化过程中的桥梁作用。 　　一、组织重点产业标准化试点示范。根据重点产业调整和振兴方向，在服务业标准化、高新技术产业标准化和循环经济标准化等方面开展示范试点，加强标准的宣传和贯彻，引导示范企业完善标准体系，促进自主创新成果产业化，淘汰高能耗、高污染和落后生产能力，加快产业结构调整。 　　二、开展重点产业标准实施效果评估。加强重点产业标准实施情况的调查研究，组织开展标准实施效果评估工作 完善标准实施的信息反馈渠道，及时反馈和收集标准实施情况。 　　三、采取多种手段推动重点产业标准实施。推动将重点产业标准纳入政府采购、市场准入等产业政策 加强重点产业标准与认证、执法监督等工作之间的联动，通过认证、执法监督等工作推动标准的实施。推进国家技术标准资源服务平台建设，进一步统筹资源建设，有针对性地整合、加工有关十大振兴产业的标准文献资源，为产业振兴提供支撑和服务。 　　狠抓落实树立3个观念 　　各有关单位要从落实科学发展观的要求出发，树立服务观念，强化标准化对重点产业发展的服务，提高工作的针对性 树立科学观念，加快重点产业关键技术标准的研制，确保标准的质量 树立法治观念，加强重点产业强制性标准的实施监督，增强标准的有效性。 　　各有关单位要结合本地区、本部门实际，贯彻重点产业调整和振兴规划，制定标准化工作措施，明确重点和着力点，确定工作进度，落实责任人，加强督促检查，以务求实效。

2009年6月5日，国家标准化管理委员会、国家发展和改革委员会、工业和信息化部联合发布了《关于贯彻落实十大重点产业调整和振兴规划进一步加强标准化工作的意见》。《意见》围绕十大重点产业调整和振兴规划的任务和目标，明确了当前和今后一个时期标准化工作的重点领域、主要任务，提出了有针对性的实施意见。 　　一是增强做好重点产业标准化工作的紧迫感和责任感。在当前应对国际金融危机的新形势下，充分发挥标准化在提升产品质量和安全水平，推进产业结构调整和升级，提高产业竞争力等方面的技术支撑作用。 　　二是加大标准研制力度。今后三年，优先安排十大产业重点领域急需的标准制修订项目、标准化研究项目。围绕重点产业结构调整和优化升级，适时调整“关键技术标准推进工程”相关内容，加强重点产业关键技术标准研制 围绕转变发展方式和淘汰落后产能、产品、生产技术和生产工艺，着力加强节能减排、清洁生产标准的研制 围绕提升产品质量和安全水平，着力加强安全、健康、检测方法标准的研制 围绕开拓市场和提高产业竞争力，着力加强服务领域、国际贸易相关标准的研制。 　　三是加强重点产业标准化发展规划工作。将十大重点产业标准化纳入《国家技术标准战略发展纲要》和《国家标准化体系建设工程》，适时编制和落实相关的标准化发展规划，加快更新和完善标准体系，不断提升产业整体水平，促进产业可持续发展。 　　四是紧密结合重点产业国际贸易发展需求，积极推动重点产业的国际标准化工作。加快重点产业采标步伐，推进重点产业实质性参与国际标准制修订，争取以我为主制定一批国际标准，将我国的自主创新成果转化为国际贸易中的竞争优势。建立重点产业技术性贸易措施预警与快速反应机制，提高企业应对国外技术性贸易措施的意识和能力，为促进进出口贸易服务。 　　五是推动重点产业标准的实施工作。根据重点产业调整和振兴方向，在服务业标准化、高新技术产业标准化和循环经济标准化等方面开展示范试点，加强标准的宣传和贯彻。开展重点产业标准实施效果评估，完善标准实施的信息反馈渠道，及时反馈和收集标准实施情况。采取将重点产业标准纳入政府采购、市场准入等多种手段推动重点产业标准实施，为产业振兴提供支撑和服务。 　　六是狠抓落实。各有关单位要从落实科学发展观的要求出发，树立服务、科学和法治观念，结合本地区、本部门实际，制定标准化工作措施，加强督促检查，确保各项措施落到实处。