北京大學兩個項目入選2013年度“中國高等學校十大科技進展”
時間：2013-12-25 23:20 作者： 來源：北京大學新聞網(wǎng)
12月24日，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、晝夜不對稱增溫對北半球陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響研究兩個科技項目，獲評本年度高校十大科技進展。
“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?？萍嫉恼w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。
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玻此前，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陋—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矗
該研究結果于2013年9月發(fā)表在Nature雜志，得到了國內(nèi)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(diào)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(nèi)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(nèi)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。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平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、制造、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矗
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?；魻栃床恍枰饧哟艌龅牧孔踊魻栃?。當薄膜處于量子反常霍爾態(tài)時，其體內(nèi)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?，即在美國物理學家霍爾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?；魻栃膶嶒灠l(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。
八、過渡金屬導致物質從反芳香性向芳香性的突變
芳香性是芳香化學的基石。芳香性物質從日常生活到高科技領域均應用廣泛。而反芳香性物種因極不穩(wěn)定，已成功分離的極少。實現(xiàn)物質從反芳香性到芳香性的轉變，是一個有待突破的重要科學難題。
我國科學家通過在反芳香環(huán)內(nèi)嵌入金屬的方法，首次合成并分離出全新芳香性物質金屬雜戊搭炔。該化合物挑戰(zhàn)化學鍵極限，分子內(nèi)含有小于130°的卡拜鍵角，過渡金屬導致物質從反芳香性到芳香性的突變，兩者均為顛覆傳統(tǒng)概念的突破。代表作發(fā)表于《Nature Chemistry》今年第8期。該雜志同步發(fā)表以“Breaking the rules”為題的專評?！禢ature China》、《Science News》、美國化學會《Noteworthy Chemistry》、我國基金委網(wǎng)站和俄羅斯化學新聞等發(fā)表了專評或報道。諾貝爾化學獎得主Roald Hoffmann對該成果也給予了高度評價。
此項原創(chuàng)性研究歷經(jīng)4年協(xié)同攻關，廈門大學夏海平教授為項目總負責人，朱軍副教授為理論計算負責人，李順華副教授負責產(chǎn)物的熒光性能研究，博士生朱從青為產(chǎn)物合成與結構表征的主要貢獻者。參加該工作的還有多位廈門大學的其他師生。美國佐治亞大學Paul Schleyer教授參與了理論計算討論。
夏海平課題組2013年度圍繞金屬雜芳香體系發(fā)表了十篇相關論文。這類新芳香體異常穩(wěn)定、其光電特性與傳統(tǒng)有機芳香體截然不同，在生物醫(yī)學、光電材料和太陽能利用等領域應用前景廣闊。
九、納米孿晶結構極硬立方氮化硼
超硬工具在現(xiàn)代加工業(yè)中發(fā)揮著愈來愈重要的作用。同時提高超硬工具材料的硬度、韌性和穩(wěn)定性一直是科學界和產(chǎn)業(yè)界的共同追求。以燕山大學亞穩(wěn)材料制備技術與科學國家重點實驗室田永君教授為首的中外科學家首先建立了多晶共價材料硬化的理論模型，發(fā)現(xiàn)在納米尺度硬度應源于霍爾-佩奇效應和量子限域效應的共同貢獻；隨后他們通過具有類似俄羅斯套娃晶體結構的洋蔥BN在高溫高壓下的馬氏體相變合成了納米孿晶立方氮化硼。該材料的硬度超過人工金剛石單晶，韌性優(yōu)于商用硬質合金，抗氧化溫度高于立方氮化硼單晶本身。同時他們還發(fā)現(xiàn)納米孿晶立方氮化硼隨孿晶厚度減小能夠持續(xù)硬化到3.8納米，突破了大家熟知的材料硬化的尺寸下限（約10納米）。本研究發(fā)展的基本原理和合成技術同樣適用于合成納米孿晶金剛石及其復合材料，從此綜合性能更加優(yōu)異的系列刀具材料將會誕生，并將在機械加工、地質勘探、石油和天然氣采掘等行業(yè)中發(fā)揮重要作用。
上述研究成果發(fā)表在2013年1月的Nature雜志上。Nature封面和目錄頁對論文進行了導讀，導讀題目“硬時代：現(xiàn)在立方氮化硼在其極硬態(tài)與金剛石相匹敵”形象而生動地介紹了該文，同時配發(fā)了合成樣品的原圖，眾多著名的國際性學會、媒體和雜志對此也進行了報道。
十、H7N9禽流感的病原學及臨床診治研究
2013年我國突發(fā)H7N9禽流感重大疫情，李蘭娟院士團隊全力應對，艱苦攻關，基礎與臨床相結合，取得了重大成果。
對H7N9病毒起源、分子結構和特征研究獲得重大發(fā)現(xiàn)，在國際上首次證實活禽市場是H7N9禽流感的源頭，首次發(fā)現(xiàn)H7N9關鍵基因突變導致病毒從禽向人傳播，首次發(fā)現(xiàn)“細胞因子風暴”是導致H7N9感染重癥化的關鍵原因，研究成果第一時間在國際頂級醫(yī)學期刊《柳葉刀》上頭版頭條發(fā)表，為政府決策和干預，控制傳染源提供了科學依據(jù)，收到顯著成效，短時間內(nèi)遏制了新發(fā)病例增加，也為全球H7N9禽流感防治提供了指南。
系統(tǒng)地提出了“四抗二平衡”治療策略，創(chuàng)造性運用人工肝技術阻斷“細胞因子風暴”，控制嚴重炎癥反應，救治H7N9禽流感重癥患者，取得顯著成效，極大地降低了病死率。救治效果得到了國家領導人的充分肯定和高度評價。
及時總結H7N9禽流感臨床診治成果和經(jīng)驗，并在世界著名的《新英格蘭醫(yī)學雜志》上發(fā)表，向全球首次揭示H7N9禽流感的臨床特征和發(fā)病規(guī)律，首次提出人工肝治療危重癥H7N9病例的適應癥。
成功研制了我國首個H7N9病毒疫苗株，改變了我國一直以來流感疫苗株依賴國外進口的歷史，標志我國已具有自主研發(fā)流感疫苗的能力，并可向國際提供優(yōu)質的流感疫苗種子株，為全球控制流感作出貢獻。
