剛剛，教育部科學技術委員會公布了2017年度“中國高等學校十大科技進展”入選項目名單！
“中國高等學校十大科技進展”的評選自1998年開展以來，至今已20屆，這項評選活動對提升高等學校科技的整體水平、增強高校的科技創新能力發揮了積極作用，並産生了較大的社會影響，贏得了較高的聲譽。
今年，北京大學共有兩個項目入選，數量位居第一。廣州醫科大學 、華中科技大學 、哈爾濱工程大學、哈爾濱工業大學、南京農業大學、天津大學 、西安交通大學 、浙江大學各有一項入選！
2017年度“中國高等學校十大科技進展”入選項目介紹
一、非對稱微腔光場調控新原理研究
動量守恒是自然界客觀規律之一，它反映了時空性質，一個封閉系統的廣義動量總是保持不變。作爲增強光與物質相互作用的主要物理體系之一，光學微腔與外部光場的直接耦合需滿足動量匹配條件，但往往僅在較窄光譜範圍內實現，使得微腔寬帶光物理與應用面臨挑戰。
北京大學“極端光學創新研究團隊”龔旗煌院士和肖雲峰研究員等在非對稱光學微腔中提出混沌輔助的光子動量轉換新原理，實現了光學微腔的高效、超寬譜光耦合。非對稱光學微腔打破了空間旋轉對稱性，調控了局域光場，從而在支持分立回音壁模式的同時獲得了准連續混沌模式。光子首先從納米波導折射進入微腔混沌模式;混沌運動使得入射光子角動量在皮秒時間尺度內快速提升;隨即的動力學隧穿過程實現其與回音壁模式高效耦合。混沌輔助的耦合不再需要微腔與波導模式光子的動量匹配，有望在集成光子學和信息處理等領域發揮重要作用。此外，他們還利用光學克爾效應的非線性調制，在實驗上首次觀測到微腔光場的自發對稱性破缺，並獲得了微腔手征光場。
研究成果分別發表在《科學》和《物理評論快報》上，得到國際學術界廣泛關注，被Phys.org和ScienceDailey等十余家國際科技媒體專題報道，標志著我國微腔光學研究達到了一個全新高度。
二、5納米碳納米管CMOS器件
芯片是信息時代的基礎與推動力，現有CMOS技術將觸碰其極限。碳納米管技術被認爲是後摩爾時代的重要選項。理論研究表明，碳管晶體管有望提供更高的性能和更低的功耗，且較易實現三維集成，系統層面的綜合優勢將高達上千倍，芯片技術由此可能提升至全新高度。北京大學電子學系彭練矛教授團隊在碳納米管CMOS器件物理和制備技術、性能極限探索等方面取得重大突破，放棄傳統摻雜工藝，通過控制電極材料來控制晶體管的極性，抑制短溝道效應，首次實現了5納米柵長的高性能碳管晶體管，性能超越目前最好的硅基晶體管，接近量子力學原理決定的物理極限，有望將CMOS技術推進至3納米以下技術節點。2017年1月20日，標志性成果以Scaling carbon nanotube complementary transistors to 5-nm gate lengths 爲題，在線發表于《科學》（Science, 2017, 355: 271-276）；被包括IBM研究人員在內的同行在《科學》《自然•納米技術》等期刊24次公開正面引用，並入選ESI高被引論文。相關工作被Nature Index、IEEE Spectrum、Nano Today、《科技日報》等國內外主流學術媒體和新華社報道；《人民日報》（海外版）評價碳管晶體管的“工作速度是英特爾最先進的14納米商用硅材料晶體管的三倍，而能耗只是其四分之一”，意味著中國科學家“有望在芯片技術上趕超國外同行”，“是中國信息科技發展的一座新裏程碑”。
三、慢性阻塞性肺病早期幹預
慢阻肺是位居我國第三位死因的重大疾病，我國40歲及以上人群慢阻肺患病率達8.2%，其中症狀不明顯的早期患者占70.6%，該部分患者由于症狀輕微甚至沒有明顯症狀，很容易被忽視和漏診。待患者出現明顯氣促等症狀去主動就醫時，大多數已處于疾病中晚期，此時期的慢阻肺患者治療效果差，死亡率、再住院率和致殘率均較高，給患者家庭和社會帶來沉重負擔。
廣州醫科大學冉丕鑫團隊首次針對症狀不明顯的早期慢阻肺患者開展多中心臨床試驗，發現吸入抗膽堿能藥物噻托溴铵，能夠顯著改善早期慢阻肺患者的肺功能和生活質量，減緩肺功能年下降率，減少急性加重。針對我國肺功能檢查普及程度低、慢阻肺漏診率高的狀況，研制了符合國情的慢阻肺初篩技術，爲實現早期診斷、開展早期幹預提供支持；爲配合藥物治療，建立了社區分層精准綜合防治模式，發現減少生物燃料煙霧暴露可降低慢阻肺發病危險度。
該研究首次提出了慢阻肺的早期幹預策略。提出對于長期吸煙、暴露于汙染空氣和生物燃料煙霧等慢阻肺患病因素的高危人群，宜早期篩查，一旦確診，即便沒有明顯呼吸道症狀，也宜及時啓動戒煙、減少生物燃料煙霧暴露和藥物治療等綜合幹預措施，防止肺功能進一步下降和疾病發展，提高慢阻肺綜合防治水平。
四、高性能數控系統關鍵技術及産業化
高性能數控系統是發展高端制造裝備的基礎，代表國家制造業的核心競爭力。高速高精、五軸聯動、多軸多通道等高性能數控系統和機床是其瓶頸問題，嚴重影響了我國社會和經濟的發展。
在國家重大科技項目和企業支持下，華中科技大學陳吉紅教授團隊“産學研用”聯合攻關，研發了系列化高性能數控系統成套産品。構建全數字、開放式數控系統軟硬件平台；開發了多軸聯動、多通道等控制功能，實現了複雜軌迹的運動控制；提出基于柔性加減速的高速納米插補方法，開發高速、高精、高剛度的驅動控制技術；發明基于指令域大數據的分析方法，實現了數控機床健康評估、斷刀監測、工藝參數優化等智能化應用。獲國家科技進步二等獎1項、省部級一等獎5項，形成國家和行業標准13項。
成果在沈飛、成飛、航天八院、核九院、普什甯江等2000多家企業應用近10萬台套，實現了航空航天、能源動力、汽車及其零部件、3C制造、機床等領域高檔數控裝備和武器裝備的批量應用，爲我國高檔數控裝備的自主可控提供了重要技術保障。經中國機械工業聯合會鑒定，其功能、性能和可靠性達到國外先進水平，可替代進口。在航空航天領域加工制造領域的應用，國産高檔數控實現了“零的突破”。
五、深海高精度水聲綜合定位技術
在哈爾濱工程大學研發的深海高精度水聲綜合定位系統引導下，我國“深海勇士”號載人潛水器今年9月29日在南海3500m深處僅十分鍾就快速找到預定的海底目標，實現了“大海撈針”，標志著我國深海高精度水聲定位裝備與技術達到國際領先水平。
聲波是迄今爲止水下唯一有效的信息載體，深海高精度水聲定位是人類依賴衆多水下潛水器進入深海、探測深海和開發深海的關鍵。但要在水下實現與衛星同量級的定位性能，必須克服水聲信道環境複雜、水聲平台幹擾嚴重和自主知識産權系統實現困難等挑戰。
經過八年努力，孫大軍教授團隊先後攻克了深海高精度超短基線定位（獲2016年國家技術發明二等獎）、融合水面超短基線陣列和海底分布長基線陣列的綜合定位等關鍵技術，解決了海洋聲速慢、平台運動帶來的大時延異步高精度定位難題，研制的具有自主知識産權的水聲綜合定位系統（2017年授權發明專利6項），深海定位精度達到0.3米、定位有效率超過90%，綜合技術水平進入世界領先行列。成功支撐了剛剛結束的我國“深海勇士號”載人深潛首航試驗和我國最先進科考船“科學號”南海綜合調查科學考察兩次任務，爲我國開展萬米深淵“馬裏亞納海溝”科學探索等深海實踐，奠定了堅實的技術與裝備基礎。
六、高軌星地雙向高速激光通信系統技術
高軌星地雙向高速激光通信系統技術是關系到國家全局和長遠發展戰略的前沿科學領域之一，項目的成功完成標志著我國在空間激光通信領域走到了國際前列，是衛星通信領域的又一個新裏程碑。
衛星激光通信具有通信容量大、傳輸距離遠、保密性好等優點，是建設空間信息高速公路不可替代的手段，也是當前國際信息領域的前沿科學技術。高軌星地激光通信需在衛星與地面站間實現高精度捕獲，並有效克服衛星運動、平台抖動、複雜空間環境等因素影響，保持激光光束的持續高精度穩定對准，技術難度極大，是當前各國競相開發的熱點。
2017年4月12日，哈爾濱工業大學譚立英團隊研制的激光通信終端隨衛星發射入軌。2017年5至8月，高軌星地雙向高速激光通信系統在近4萬公裏距離的衛星與地面站間，實現了上下行光束的“精確對准、穩定保持、高速通信”。利用激光光束建立的星地雙向高速信息傳輸通道，成功進行了最高傳輸數據率達每秒5 Gbps的通信數據傳輸、實時轉發和存儲轉發，是迄今爲止國際上高軌衛星激光通信的最高傳輸數據率，性能和技術指標均達到國際領先水平。
高軌星地雙向高速激光通信系統建立了天地信息網絡中通天鏈地的高速骨幹通道，爲我國今後建立天地一體化信息網絡奠定了重要基礎。
七、“誘餌模式”——病原菌致病的全新機制
疫黴菌引起的作物疫病曾被稱爲“植物瘟疫”，嚴重威脅著全球糧食和生態安全， 19世紀中期歐洲馬鈴薯晚疫病大流行曾導致幾百萬人餓死或逃亡，這場“愛爾蘭大饑荒”被稱爲人類曆史的轉折點。目前疫病每年在全球造成的損失依然高達200多億美元。作物疫病在田間爆發快、傳播快，危害嚴重，由于疫黴菌基因組複雜，致病機理缺乏了解，嚴重制約了防控技術研發。
南京農業大學王源超團隊圍繞疫黴菌攻擊植物的主要武器“效應子”，系統研究了疫黴菌效應子的作用機理，發現疫病菌在侵染過程中能向胞外分泌糖基水解酶XEG1降解植物細胞壁，植物則分泌蛋白酶抑制子GIP1抑制XEG1的活性；疫病菌又可分泌水解酶的失活突變體XLP1充當“誘餌”幹擾防禦反應，與XEG1協同攻擊植物抗病性。此外，還發現疫黴菌分泌效應子到寄主細胞內以幹擾組蛋白乙酰化等方式破壞植物抗病性。
該成果于2017年發表在《Science》、《Current Biology》和《New Phytologist》上，被Nature chemical biology等多種雜志專文評述。該研究發現的“誘餌模式”是一種全新的病原菌致病機制，是生物互作領域近年來的一項重大理論突破。由于該機制在病原菌中具有普遍性，不但對改良作物持久抗病性具有指導意義，也爲開發新型生物農藥提供了新線索，在農作物綠色生産領域具有潛在的應用前景。
八、真核生物酵母長染色體化學再造
基因組設計合成是對基因組進行全新設計和從頭構建，能夠按需塑造生命，開啓從非生命物質向生命物質轉化的大門，推動生命科學研究由理解生命到創造生命。基因組設計合成提供了深化理解生命進化、基因組與功能關系等基礎科學問題的新思路。然而，基因組合成面臨長染色體難以精准合成、合成染色體導致細胞失活等難題。
天津大學元英進、深圳華大基因研究院楊煥明、清華大學戴俊彪等團隊聯合，經過5年多的探索，完成了4條釀酒酵母長染色體的化學全合成：創建了基因組缺陷靶點快速定位方法和多靶點片段共轉化精確修複技術，解決了化學合成長染色體導致細胞失活的難題，實現了長染色體合成序列與設計序列的完全匹配。創建了多級模塊化和並行式染色體合成策略，實現了由小分子核苷酸到真核長染色體的快速定制合成。構建了人工環形染色體，爲當前無法治療的染色體成環疾病發生機理和潛在治療手段建立了研究模型。
該研究于2017年3月10日以長文形式發表4篇《Science》論文，引起國內外專家和媒體的極大關注，被《Science》、《Nature》、《Nature Biotechnology》、《NatureReviews Genetics》、《Molecular Cell》等期刊發表專文高度評價。
九、煤炭超臨界水氣化制氫發電多聯産技術
2016年12月25日，西安交通大學校方將郭烈錦教授提出並經團隊20年研發成功的“煤炭超臨界水氣化制氫發電多聯産技術”作價1.5億元、轉讓給産業化投資集團-陝西中核交大公司，這正式啓動了該技術的産業化工作。一年來團隊持續攻關，發展了針對該技術大型工程化聯産的系統集成與匹配方法，解決了産業化中存在的關鍵技術和輔助配套工程技術，完成了熱電聯産、氫熱聯産等兩大類大型工程示範裝置的技術設計，推動産業化投資集團陝西中核交大公司分別聯合西安城投集團、榆林環保集團投資4.2億元和5.0億元開展了熱電、氫熱等兩類聯産系統的首套示範工程的建設工作。
該技術可從源頭上解決導致霧霾的SOx、NOx等燃煤氣體汙染物和粉塵排放，以超臨界水、H2和CO2組成的混合産物氣可用于制氫、發電、供熱、供蒸汽，工藝上可自然實現CO2富集和資源化利用，可提高發電機組煤電轉化效率至少五個百分點，降低一次投資30%，節水，運行費用更低。第三方論證專家組認爲“該技術具有完全自主知識産權，技術是可行的，經濟性是合理的”。投資方認爲該技術“實現了煤炭能源的高效、潔淨、無汙染利用，必將帶來能源技術的深刻變革，爲全球節能減排做出巨大貢獻”。
十、高速鐵路列車運行動力效應試驗系(iHSRT)
高速鐵路列車運行速度高，接近或超過路基土體的波動傳播速度，列車運行産生的振動不能及時傳播出去引發激波現象和馬赫效應，導致路基産生過大振動和循環累積沉降，影響列車安全及乘坐舒適性。在實驗室內可控條件下研究高速列車運行引起的線路路基動力效應具有重要科學意義和工程價值。
浙江大學邊學成教授牽頭的陳雲敏院士團隊發明了國際上首台高速鐵路列車運行動力效應試驗裝置。該裝置將列車運行荷載轉化爲作用于一系列軌枕上的垂向動荷載，通過精確控制相鄰激振器的加載相位差實現列車輪軸高速移動對路基的加載。整個試驗系統由列車運行加載激振器陣列、加載控制系統、全比尺線路模型和測試系統組成，最高車速達360km/h。核心技術獲美國發明專利2項，中國發明專利8項。
利用該系統發現了伴隨動孔壓劇增的飽和路基馬赫效應和樁承式路基動力土拱效應，揭示了高鐵路基內部動應力放大效應及沿深度衰減規律、循環累積沉降規律和産生過大沉降的機理。據此提出了路基循環累積沉降評價、控制和修複方法，並成功應用于軟土地基上的10余項高鐵和地鐵工程，取得了顯著的社會和經濟效益。成果在國際權威期刊發表論文10篇，其中發表在Soil Dynamics and Earthquake Engineering的論文被評爲“Most Cited Articles”。
來源：學術咖（xueshuka）
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