北京大學(xué)兩個項目入選2013年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”

時間：2013-12-25 23:20  作者：  來源：北京大學(xué)新聞網(wǎng)

　　12月24日，由教育部科學(xué)技術(shù)委員會組織評選的2013年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”在京揭曉。北京大學(xué)主持的化學(xué)小分子誘導(dǎo)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(xué)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(xué)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。

　　
　　2013年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”入選項目介紹
　　
　　一、化學(xué)小分子誘導(dǎo)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(zhuǎn)，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(yīng)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(dǎo)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(shù)還獲得了2012年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。但是，這兩項技術(shù)具有倫理限制或潛在的遺傳突變等風(fēng)險，大大限制了其在再生醫(yī)學(xué)中的進一步臨床應(yīng)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(dǎo)體細胞重編程成為多潛能干細胞，該種細胞被稱為“化學(xué)誘導(dǎo)的多潛能干細胞（CiPS細胞）”。該方法擺脫了以往技術(shù)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(shù)在應(yīng)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(shù)的一個飛躍。該成果于7月8日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)權(quán)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(guān)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(xué)研究小組與中科院青藏所、法國科學(xué)院以及河南大學(xué)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(jié)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(xué)預(yù)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(jié)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(xué)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(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用
　　
　　跨區(qū)間無縫線路是用焊接長軌條連續(xù)鋪設(shè)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(shù)。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(fù)雜氣候適應(yīng)性、長大橋及高架站協(xié)調(diào)性及安全服役可控性等關(guān)鍵難題。
　　
　　北京交通大學(xué)高亮教授研究團隊通過理論創(chuàng)新與技術(shù)突破，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的跨區(qū)間無縫線路理論與應(yīng)用技術(shù)體系。創(chuàng)建了無縫道岔精細化分析理論及設(shè)計方法，攻克了大溫差地區(qū)大號碼道岔無縫化的技術(shù)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(shè)無縫線路的技術(shù)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(shè)計方法，解決了高速鐵路這一重大難題；構(gòu)建了跨區(qū)間無縫線路監(jiān)測、評估體系，填補了該領(lǐng)域空白。
　　
　　該項目形成相關(guān)規(guī)范標準7項、并取得知識產(chǎn)權(quán)數(shù)十項，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論著上百篇，專著《高速鐵路無縫線路關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》被專家認為“具有重要的學(xué)術(shù)價值及應(yīng)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(shè)中獲得廣泛應(yīng)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(shè)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(xí)近平對天河二號研制成功作出重要批示，并親臨學(xué)校視察了該系統(tǒng)。
　　
　　項目起步于2009年，在國家自然科學(xué)基金委、國家“核高基”重大科技專項的支持下開始預(yù)先研究與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；2011年在國家“十二五”863計劃“高效能計算機及應(yīng)用服務(wù)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(wù)。自主研制了3款芯片、4類結(jié)點、2套網(wǎng)及系統(tǒng)軟件等核心構(gòu)件，具有高性能、高能效、應(yīng)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(gòu)多態(tài)體系結(jié)構(gòu)、微異構(gòu)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(luò)、層次式加速存儲架構(gòu)、自主并行編程模型和多領(lǐng)域并行編程框架、多層次容錯設(shè)計和一體化故障管理、綜合化能耗控制等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)突破，綜合技術(shù)水平進入世界領(lǐng)先行列。
　　
　　天河二號作為國家超級計算廣州中心業(yè)務(wù)主機已投入運行，主要應(yīng)用于大科學(xué)、大工程、產(chǎn)業(yè)升級和信息化建設(shè)等領(lǐng)域。
　　
　　五、空間機械臂技術(shù)
　　
　　空間機械臂安裝在航天器外側(cè)、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(xué)劉宏教授帶領(lǐng)的研究團隊，在國家“863”計劃支持下，十余年來從基礎(chǔ)研究到關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)再到工程應(yīng)用，在空間機械臂的設(shè)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(guān)節(jié)，并在此基礎(chǔ)上提出了可折疊機械臂構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)瓶頸；建立了柔性關(guān)節(jié)的空間機械臂動力學(xué)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(yù)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(shù)難題。
　　
　　空間機械臂的在軌試驗結(jié)果達到預(yù)期，各項指標滿足要求，定位精度屬于國際領(lǐng)先，填補了我國在該領(lǐng)域的空白，為空間機械臂在我國空間站建設(shè)、行星探測等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅實基矗
　　
　　六、星地激光鏈路試驗
　　
　　隨著航天技術(shù)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(shù)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(shè)“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(shù)，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(shù)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(wù)。這是一項具有極大難度和廣闊應(yīng)用前景的軍民兩用新技術(shù)，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(xué)衛(wèi)星光通信團隊在馬晶、譚立英教授帶領(lǐng)下進行了二十多年的艱苦攻關(guān)，突破了衛(wèi)星光通信關(guān)鍵技術(shù)。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(shù)指標達到了國際領(lǐng)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?yīng)的實驗觀測
　　
　　拓撲絕緣體是一種新的量子物質(zhì)。這種體絕緣材料的表面存在受拓撲性質(zhì)保護的導(dǎo)電態(tài)。理論預(yù)言，在鐵磁性拓撲絕緣體薄膜中會存在量子反?；魻栃?yīng)，即不需要外加磁場的量子霍爾效應(yīng)。當薄膜處于量子反?；魻枒B(tài)時，其體內(nèi)是絕緣的，邊緣存在無能量耗散的導(dǎo)電通道。實現(xiàn)這一效應(yīng)不但在科學(xué)上具有重要意義，還有可能推動新一代低能耗電子學(xué)器件的發(fā)展，有可能推動信息技術(shù)的革命。
　　
　　從2009年開始，清華大學(xué)薛其坤院士帶領(lǐng)的、由清華大學(xué)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(xué)張首晟以及中科院物理所方忠、戴希合作，對量子反?；魻栃?yīng)展開實驗攻關(guān)。他們利用分子束外延技術(shù)制備出了高質(zhì)量拓撲絕緣體薄膜，利用半導(dǎo)體能帶工程得到了理想的電子結(jié)構(gòu)，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?yīng)，即在美國物理學(xué)家霍爾1881年發(fā)現(xiàn)反?；魻栃?yīng)132年后終于實現(xiàn)了反?；魻栃?yīng)的量子化。該成果發(fā)表在2013年《科學(xué)》雜志上。量子反?；魻栃?yīng)的實驗發(fā)現(xiàn)是凝聚態(tài)物理基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的一項里程碑式的發(fā)現(xiàn)，是我國對世界物理學(xué)發(fā)展所做出一項重要貢獻。
　　
　　八、過渡金屬導(dǎo)致物質(zhì)從反芳香性向芳香性的突變
　　
　　芳香性是芳香化學(xué)的基石。芳香性物質(zhì)從日常生活到高科技領(lǐng)域均應(yīng)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(zhì)從反芳香性到芳香性的轉(zhuǎn)變，是一個有待突破的重要科學(xué)難題。
　　
　　我國科學(xué)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(zhì)金屬雜戊搭炔。該化合物挑戰(zhàn)化學(xué)鍵極限，分子內(nèi)含有小于130°的卡拜鍵角，過渡金屬導(dǎo)致物質(zhì)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。《Nature China》、《Science News》、美國化學(xué)會《Noteworthy Chemistry》、我國基金委網(wǎng)站和俄羅斯化學(xué)新聞等發(fā)表了專評或報道。諾貝爾化學(xué)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(guān)，廈門大學(xué)夏海平教授為項目總負責(zé)人，朱軍副教授為理論計算負責(zé)人，李順華副教授負責(zé)產(chǎn)物的熒光性能研究，博士生朱從青為產(chǎn)物合成與結(jié)構(gòu)表征的主要貢獻者。參加該工作的還有多位廈門大學(xué)的其他師生。美國佐治亞大學(xué)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(guān)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(xué)、光電材料和太陽能利用等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
　　
　　九、納米孿晶結(jié)構(gòu)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(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的共同追求。以燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點實驗室田永君教授為首的中外科學(xué)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(yīng)源于霍爾-佩奇效應(yīng)和量子限域效應(yīng)的共同貢獻；隨后他們通過具有類似俄羅斯套娃晶體結(jié)構(gòu)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(zhì)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(shù)同樣適用于合成納米孿晶金剛石及其復(fù)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(zhì)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(dǎo)讀，導(dǎo)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(xué)會、媒體和雜志對此也進行了報道。
　　
　　十、H7N9禽流感的病原學(xué)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(yīng)對，艱苦攻關(guān)，基礎(chǔ)與臨床相結(jié)合，取得了重大成果。
　　
　　對H7N9病毒起源、分子結(jié)構(gòu)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(guān)鍵基因突變導(dǎo)致病毒從禽向人傳播，首次發(fā)現(xiàn)“細胞因子風(fēng)暴”是導(dǎo)致H7N9感染重癥化的關(guān)鍵原因，研究成果第一時間在國際頂級醫(yī)學(xué)期刊《柳葉刀》上頭版頭條發(fā)表，為政府決策和干預(yù)，控制傳染源提供了科學(xué)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(shù)阻斷“細胞因子風(fēng)暴”，控制嚴重炎癥反應(yīng)，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(lǐng)導(dǎo)人的充分肯定和高度評價。
　　
　　及時總結(jié)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(xué)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(yīng)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(zhì)的流感疫苗種子株，為全球控制流感作出貢獻。