2013年度高校十大科技進展揭曉

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　　本報北京12月24日訊(記者 宗河)今天，由教育部科學技術委員會組織評選的2013年度“中國高等學校十大科技進展”在京揭曉。北京大學主持的化學小分子誘導體細胞重編程為多潛能性干細胞等10個高?？萍柬椖浚@評本年度高校十大科技進展。

　　據(jù)介紹，“中國高等學校十大科技進展”評選自1998年開展以來，至今已舉辦16屆，這項評選活動對提升高等學校科技的整體水平、增強高校的科技創(chuàng)新能力發(fā)揮了積極作用，并產(chǎn)生了較大的社會影響。

附：2013年度“中國高等學校十大科技進展”入選項目介紹

2013年度“中國高等學校十大科技進展”

入選項目介紹

 一、化學小分子誘導體細胞重編程為多潛能性干細胞

　　傳統(tǒng)觀點認為，哺乳動物細胞只有在胚胎發(fā)育的早期具有分化為各種類型組織和器官的“多潛能性”，而隨著生長發(fā)育成為成體細胞之后會逐漸喪失這一特性。人類一直在尋找方法讓已分化的成體細胞逆轉，使之重新獲得“生命之初”的多潛能性，并將其重新定向分化成為有功能的細胞或器官，應用于治療多種重大疾病。此前，通過借助卵母細胞進行細胞核移植或者使用導入外源基因的方法，體細胞被證明可以被“重編程”獲得“多潛能性”，這兩項技術還獲得了2012年諾貝爾生理醫(yī)學獎。但是，這兩項技術具有倫理限制或潛在的遺傳突變等風險，大大限制了其在再生醫(yī)學中的進一步臨床應用。

　　鄧宏魁團隊開辟了一條全新途徑，首次使用小分子化合物誘導體細胞重編程成為多潛能干細胞，該種細胞被稱為“化學誘導的多潛能干細胞（CiPS細胞）”。該方法擺脫了以往技術手段對于卵母細胞和外源基因的依賴，避免了傳統(tǒng)重編程技術在應用上的缺陷。提供了更加簡單和安全有效的方式來重新賦予成體細胞“多潛能性”，是體細胞重編程技術的一個飛躍。該成果于7月8日發(fā)表在國際學術權威雜志《Science》。這為未來細胞治療甚至器官移植提供了理想的細胞來源，將極大地推動治療性克隆——克隆組織和器官以用于疾病治療——的發(fā)展。

　　二、晝夜不對稱增溫對北半球陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響研究

　　相比于白天，地球在夜晚時正以更高的速率變暖：在過去的50年里，日最低溫度升高速度比日最高溫度升高速度要快40%。然而，一直以來人們很少關注這種晝夜不對稱增溫對植被生長和生態(tài)系統(tǒng)功能的影響，成為當前的全球變化研究的一個空白點。為了解答這一問題，北京大學研究小組與中科院青藏所、法國科學院以及河南大學等單位合作，利用遙感數(shù)據(jù)、大氣CO2濃度觀測數(shù)據(jù)、以及氣象數(shù)據(jù)，并結合大氣反演模型，系統(tǒng)地研究了白天和晚上溫度上升對北半球生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和碳源匯功能影響及其機制。

　　研究發(fā)現(xiàn)，晝夜不對稱增溫對北半球生態(tài)系統(tǒng)碳源匯功能的影響顯著，而且表現(xiàn)出明顯的地帶性規(guī)律。白天溫度升高有利于大部分寒帶和溫帶濕潤地區(qū)植被生長及其碳匯功能，但并不利于溫帶干旱和半干旱地區(qū)植被生長。而夜間溫度上升對植被生長的影響則與白天相反。這一發(fā)現(xiàn)糾正了過去普遍認為溫度上升有利于北半球植被的生長、從而有利于提高生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的認識，為科學預測陸地生態(tài)系統(tǒng)長期動態(tài)變化研究提供了一個重要的理論基礎。

　　該研究結果于2013年9月發(fā)表在Nature雜志，得到了國內外同行的高度評價。Nature雜志在同一期專門發(fā)表了一篇來自于全球生態(tài)學專家Dr. Still的評述，探討了這項工作的重要性及其意義。

　　三、高速鐵路跨區(qū)間無縫線路理論體系、關鍵技術及工程應用

　　跨區(qū)間無縫線路是用焊接長軌條連續(xù)鋪設的軌道，徹底消除了鋼軌接頭，是保障高速鐵路高平順、低維修的核心技術。沒有跨區(qū)間無縫線路，劇烈的輪軌作用將嚴重制約高速鐵路發(fā)展。在研究之初，跨區(qū)間無縫線路面臨與復雜氣候適應性、長大橋及高架站協(xié)調性及安全服役可控性等關鍵難題。

　　北京交通大學高亮教授研究團隊通過理論創(chuàng)新與技術突破，形成了具有自主知識產(chǎn)權的跨區(qū)間無縫線路理論與應用技術體系。創(chuàng)建了無縫道岔精細化分析理論及設計方法，攻克了大溫差地區(qū)大號碼道岔無縫化的技術難題；創(chuàng)立了無縫線路—長大橋梁空間耦合分析理論，突破了長大橋無法連續(xù)鋪設無縫線路的技術瓶頸；自主研發(fā)了協(xié)同仿真系統(tǒng)，創(chuàng)建了高架站無縫道岔分析理論和設計方法，解決了高速鐵路這一重大難題；構建了跨區(qū)間無縫線路監(jiān)測、評估體系，填補了該領域空白。

　　該項目形成相關規(guī)范標準7項、并取得知識產(chǎn)權數(shù)十項，在國內外學術刊物上發(fā)表論著上百篇，專著《高速鐵路無縫線路關鍵技術研究與應用》被專家認為“具有重要的學術價值及應用價值”。

　　研究成果整體處于國際先進水平，在國內多條高速鐵路及泰國、伊朗等國鐵路建設中獲得廣泛應用，經(jīng)濟效益顯著，對我國乃至世界高速鐵路大規(guī)模建設具有重要意義。

　　四、天河二號超級計算機系統(tǒng)

　　天河二號超級計算機系統(tǒng)峰值性能每秒5.49億億次，持續(xù)性能每秒3.39億億次，能效比每瓦特19億次，名列2013年6月第41屆國際超級計算機500強排行榜TOP500的第一名，并在11月第42屆TOP500蟬聯(lián)世界第一。*中央*、國家主席、中央軍委主席*對天河二號研制成功作出重要批示，并親臨學校視察了該系統(tǒng)。

　　項目起步于2009年，在國家自然科學基金委、國家“核高基”重大科技專項的支持下開始預先研究與關鍵技術攻關；2011年在國家“十二五”863計劃“高效能計算機及應用服務環(huán)境”重大項目支持下開始工程實施，2013年5月完成研制任務。自主研制了3款芯片、4類結點、2套網(wǎng)及系統(tǒng)軟件等核心構件，具有高性能、高能效、應用面廣、易用性好和可用性高等顯著特點。系統(tǒng)研制過程中取得了異構多態(tài)體系結構、微異構計算陣列、自主高性能CPU、支持十億億次級系統(tǒng)的自主定制高速互連網(wǎng)絡、層次式加速存儲架構、自主并行編程模型和多領域并行編程框架、多層次容錯設計和一體化故障管理、綜合化能耗控制等一系列核心關鍵技術突破，綜合技術水平進入世界領先行列。

　　天河二號作為國家超級計算廣州中心業(yè)務主機已投入運行，主要應用于大科學、大工程、產(chǎn)業(yè)升級和信息化建設等領域。

　　五、空間機械臂技術

　　空間機械臂安裝在航天器外側、暴露在太空，工作環(huán)境惡劣。它具有六維空間精確定位和手爪精細操作能力，是航天器在軌維修和維護的核心裝備。哈爾濱工業(yè)大學劉宏教授帶領的研究團隊，在國家“863”計劃支持下，十余年來從基礎研究到關鍵技術攻關再到工程應用，在空間機械臂的設計、*、裝配、集成、測試與試驗等取得重大進展。

　　發(fā)明了具有冗余容錯，集機、電、熱、控于一體的模塊化關節(jié)，并在此基礎上提出了可折疊機械臂構型，實現(xiàn)了最小空間的發(fā)射鎖緊配置；發(fā)明了位姿大容差、結構緊固連、釋放微干擾的輪廓漸進收攏式手爪，攻克了空間目標的分離和捕獲技術瓶頸；建立了柔性關節(jié)的空間機械臂動力學模型，有效抑制了機械臂的末端殘余抖動，實現(xiàn)了機械臂的精確定位；提出了動基座下動目標的相對運動預測方法，實現(xiàn)了浮動基座情形下大時延的運動目標自主視覺伺服跟蹤；提出了重力環(huán)境下物理半物理相融合的方法，建立了模擬空間微重力的機械臂三維運動綜合平臺，攻克了機械臂地面測試的技術難題。

　　空間機械臂的在軌試驗結果達到預期，各項指標滿足要求，定位精度屬于國際領先，填補了我國在該領域的空白，為空間機械臂在我國空間站建設、行星探測等領域的應用奠定了堅實基礎。

　　六、星地激光鏈路試驗

　　隨著航天技術的發(fā)展，需要從衛(wèi)星下傳給人們的信息越來越多，傳統(tǒng)的衛(wèi)星微波通信技術已經(jīng)遇到了信息傳輸?shù)钠款i問題。如果用激光光束在空間架設“光纜”，使高速信息從衛(wèi)星傳到地面，將極大地提高星間、星地的信息傳輸能力，有效地解決這一難題，這就是衛(wèi)星激光通信技術，所建立的星地之間激光信息傳輸通道就是星地激光鏈路。

　　衛(wèi)星激光通信具有通信容量大、傳輸距離遠、保密性好等獨特優(yōu)點，采用該技術可以建立空中高速信息公路，為用戶提供高清圖像、多媒體等巨大容量的通信服務。這是一項具有極大難度和廣闊應用前景的軍民兩用新技術，美歐日等進行了多年研究，已進入到空間試驗階段。

　　哈爾濱工業(yè)大學衛(wèi)星光通信團隊在馬晶、譚立英教授帶領下進行了二十多年的艱苦攻關，突破了衛(wèi)星光通信關鍵技術。在國防科工局民用航天項目支持下，哈工大成功進行了海洋二號衛(wèi)星與光通信地面站之間的星地雙向激光通信，鏈路距離近2千公里，光束對準精度達到微弧度量級，相當于針尖對麥芒的百倍，實現(xiàn)了“對得準、捕得快、跟得穩(wěn)、通得好”。這是我國首次星地激光鏈路試驗，主要技術指標達到了國際領先水平。

　　該項試驗的成功，標志著我國在空間高速信息傳輸方面取得了重大突破，是我國衛(wèi)星通信發(fā)展史上新的里程碑！

　　七、量子反?；魻栃膶嶒炗^測

　　拓撲絕緣體是一種新的量子物質。這種體絕緣材料的表面存在受拓撲性質保護的導電態(tài)。理論預言，在鐵磁性拓撲絕緣體薄膜中會存在量子反常霍爾效應，即不需要外加磁場的量子霍爾效應。當薄膜處于量子反?；魻枒B(tài)時，其體內是絕緣的，邊緣存在無能量耗散的導電通道。實現(xiàn)這一效應不但在科學上具有重要意義，還有可能推動新一代低能耗電子學器件的發(fā)展，有可能推動信息技術的革命。

　　從2009年開始，清華大學薛其坤院士帶領的、由清華大學王亞愚、陳曦、賈金鋒和中科院物理所馬旭村、何珂、呂力組成的實驗團隊，理論上與美國斯坦福／清華大學張首晟以及中科院物理所方忠、戴希合作，對量子反?；魻栃归_實驗攻關。他們利用分子束外延技術制備出了高質量拓撲絕緣體薄膜，利用半導體能帶工程得到了理想的電子結構，通過對生長過程原子尺度上的控制得到了幾乎絕緣的鐵磁性薄膜-Cr摻雜的(Bi,Sb)2Te3，并首次在實驗上觀測到量子反?；魻栃丛诿绹锢韺W家霍爾1881年發(fā)現(xiàn)反?；魻栃?32年后終于實現(xiàn)了反?；魻栃牧孔踊?。該成果發(fā)表在2013年《科學》雜志上。量子反常霍爾效應的實驗發(fā)現(xiàn)是凝聚態(tài)物理基礎研究領域的一項里程碑式的發(fā)現(xiàn)，是我國對世界物理學發(fā)展所做出一項重要貢獻。

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