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2009年度中国高等学校十大科技进展全文

时间:2009-12-24 18:29:12  来源:  作者:

 1 数字视频编解码技术研究与国家标准制定

  北京大学等单位

  数字音视频领域基础性国家标准《信息技术先进音视频编码》(简称AVS)十个部分今年制定完成,每年能节省上百亿元专利费,对我国音视频产业实现“由大变强”战略转型意义重大。

  历经八年实践,AVS探索出了“技术、专利、标准、产品、应用”相互促进的“大团队、大循环”创新模式。北京大学、清华大学、浙江大学、武汉大学、华中科技大学、中国科技大学等高校和中国科学院计算技术研究所等科研机构与华为等通力合作,提出了50多项自主专利技术,制定出的标准复杂度低、方案简洁而性能与国外同类标准相当。今年4月,欧洲信号处理学会《视频通信学报》出版了AVS专辑,10月,国际电信联盟(ITU)正式将AVS列为网络电视支持的视频标准之一。

  AVS已成为国际范围本领域三大主流标准之一。我国以及美、欧、日、韩等国的十多家企业开发的AVS编解码芯片进入市场,上海、杭州、陕西、河北、新疆、青岛、无锡等地已经采用AVS开展数字电视播出,采用AVS的中国蓝光高清晰度光盘机已经批量上市,北京大学有线网对60周年国庆盛典进行了高清转播。在国家相关部门的支持下,AVS正在通过数字电视等视听产品迅速进入千家万户,成为支撑自主数字视听产业健康发展的重要力量。

2 抗病毒感染新型免疫分子机制的研究

  第二军医大学

  我国是一个病毒性疾病高发的大国,乙肝病毒感染患者估计有1.2亿,SARS也曾于2002年在我国流行,HIV以及流感病毒暴发也时刻威胁着国民的健康。I型干扰素(IFNα/β)是治疗病毒性感染的重要分子,研究I型干扰素产生的分子机制将为寻求新的药物靶标和抗病毒药物提供指导。

  该项目立足于1998年自主发现的一种新型免疫分子Nrdp1,研究了其在天然免疫中的作用和分子机制,利用动物模型(转基因小鼠)、细胞模型(巨噬细胞)和分子技术手段(基因克隆表达、相互作用分子、蛋白活性分析等)系统、深入、立体地进行了研究,首次发现Nrdp1抑制细菌感染引起的炎症因子分泌和肝损伤,促进IFNβ的产生和抑制病毒感染,提示Nrdp1在抗炎和抗病毒感染方面均具有极大的应用前景。

  该项目还分析了DNA病毒识别和清除的免疫机制的研究现状并提出了新的发展方向。该项目提出Nrdp1可能是一种新的抗感染治疗的药物靶标,而且病毒的识别和清除存在新的机制。相关研究结果分别于2009年7月以论文形式和2009年10月以述评形式发表于《Nature Immunology》杂志。目前针对Nrdp1的抗细菌感染和抗病毒感染活性新申请国家发明专利两项。Nature China为Nrdp1的研究发表了专题述评,认为该研究是当月自然科学的亮点之一,并且受到了国内外免疫学界的关注和好评。

3 天河一号高性能计算机系统

  国防科学技术大学

  天河一号高性能计算机系统是国防科学技术大学于2009年9月自主研制成功的我国首台千万亿次高性能计算机系统,实现了我国自主研制高性能计算机能力从百万亿次到千万亿次的跨越,使我国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次高性能计算机的国家。

  天河一号是国际上首台采用GPU和CPU异构并行体系结构的64位千万亿次高性能计算机系统,全系统包含6144个通用处理器和5120个加速处理器,内存总容量98TB,点点通信带宽40Gbps,共享磁盘总容量为1PB。系统峰值性能每秒1206万亿次双精度浮点运算,LINPACK实测性能563.1万亿次,居2009年度中国超级计算机前100强之首,列11月17日国际TOP500组织公布的第34届世界超级计算机前500强第五、亚洲第一,列11月20日国际Green500组织公布的世界最节能的超级计算机前500强第八。

  天河一号高性能计算机系统作为国家超级计算天津中心的业务主机和中国国家网格主结点,将广泛应用于石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、资源勘测和卫星遥感数据处理、金融工程数据分析、气象预报、气候预测、海洋环境数值模拟、短临时地震预报、新材料开发和设计、土木工程设计、基础科学理论计算等众多领域。

4 禽流感病毒聚合酶关键亚基的结构与机制研究

  南开大学等单位

  近年来,由H5N1、H1N1等不同亚型流感病毒引起的疫情,对全球的人类健康造成了严重的威胁,带来了严重的经济损失。流感病毒聚合酶由PA、PB1和PB2三个蛋白质组成,是负责病毒基因组转录和复制的核心,一旦伴随着病毒侵入正常细胞,就开始利用正常细胞内的原料进行病毒基因组的复制。其中,高度保守的PA亚基由于参与到聚合酶的形成和基因组复制等核心的生命过程,因此成为认识聚合酶作用机制、开发广谱抗流感药物的重要靶点蛋白质。

  饶子和教授研究组与中科院生物物理研究所刘迎芳教授研究组合作,2008年成功解析了PA C端结构域与PB1 N端多肽的复合物结构,揭示了流感病毒聚合酶的组装模式(Nature 2008 Aug 28;454(7208):1123-6)。在此基础上,今年又成功解析了PA N端结构域独立的晶体结构,首次揭示了该蛋白典型的核酸酶结构特征,推翻了原来公认的PB1行使核酸酶活性的观点,证实了核酸酶活性对于流感病毒复制的关键作用(Nature 2009 Apr 16;458(7240):909-13);通过进一步解析PAN与底物/抑制剂复合物的晶体结构,阐释了PA蛋白发挥功能的分子机制,发现了一系列对PA蛋白有良好抑制效果的抑制剂,为设计和开发针对流感病毒聚合酶的高效药物提供了重要信息,同时还应邀在《Influenza:Molecular Virology》一书中发表了相关综述。

5 微波通信用高温超导接收前端

  清华大学

  高温超导滤波器具有常规滤波器无可比拟的近于理想的滤波性能,可广泛应用于移动通信、军事通信、卫星通信等领域,大幅度提高灵敏度和抗干扰能力,市场前景巨大。但在该项目实施前,受到国外技术封锁,许多关键技术有待攻克,在我国没有获得实际应用。

  清华大学物理系曹必松教授带领的团队经过十多年研究,发明了高性能高温超导滤波器、零下200度工作的低噪声放大器的设计制备技术和超导—金属接触电极制备工艺,研制成功了第一台适合于我国CDMA移动通信用的超导前端,在北京建成了我国首个高温超导移动通信应用示范基地并成功地连续运行超过三年,每天为十多万居民提供优质服务,使手机发射功率下降一半以上,大幅提高了基站的覆盖范围和通话质量,实现了高温超导在中国通信领域的首次应用和批量长期应用,使我国成为继美国之后,世界上第二个成功地将高温超导技术应用于移动通信的国家。

  该项目关键技术指标处于国际先进水平。获得授权中国发明专利9项,授权美国发明专利1项,获2009年国家技术发明奖二等奖(已评出,建议授奖),2008年教育部技术发明一等奖,2007年信息产业部信息产业重大技术发明(十项之一)。该技术已与十多家用户签订了合同、协议,研制、生产超导前端并实现其在多种通信设备中的应用。

6 成年哺乳动物雌性生殖干细胞的发现及其生物学特性研究

  上海交通大学

  上世纪20年代以来,科学家们一直认定:女性和绝大多数雌性哺乳动物卵母细胞的产生仅发生在胎儿期。出生后卵母细胞数目不再增加,只会不断减少,即出生后雌性哺乳动物卵巢内,没有生殖干细胞存在。上海交通大学生命学院吴际教授团队经不懈探究首次发现和分离出生后小鼠(包括成年小鼠)卵巢中雌性生殖干细胞,经摸索培养条件得到能长期自我更新的生殖干细胞株并鉴定和研究其生物学特性。然后将此细胞移植于不孕小鼠体内,证实能产生新的卵母细胞,与雄性交配后生出正常后代。这一发现改变了八十多年生殖与发育的传统观点,开辟出一个崭新研究领域。该成果2009年5月发表在《Nature Cell Biology》上,受到国际学术界广泛关注,《Science,Nature》、《Nature Medicine》和众多杂志刊发评论文章,《Nature China》将这一成果列入最新研究亮点,世界各媒体(路透社、纽约时报、华盛顿邮报、ABC News、The Times等)纷纷报道。该成果能为动物生物技术和人类提供卵母细胞新来源,建立性细胞途径转基因动物和开发优良动物品种,对治疗卵巢功能早衰,不育症等雌性生殖细胞发生障碍性疾病,再生医学及抗衰老,避孕药开发,人口调控,濒危动物保存等都具有重要意义。

7 世界最早的带羽毛恐龙的发现

  沈阳师范大学

  鸟类最早何时出现问题一直是鸟类起源研究最薄弱的环节之一,鸟类是否由恐龙起源也长期存在争论。沈阳师范大学古生物研究所课题组2009年10月1日在英国《自然》杂志报道了产自辽宁省西部建昌地区距今约1.6亿年的侏罗纪带羽毛恐龙——“赫氏近鸟龙”的新发现,其时代早于德国“始祖鸟”数百万年至1000万年。该化石属于兽脚类恐龙中的伤齿龙类,全身广泛被羽毛覆盖,特别是其脚部长有较长的正羽毛,证实了在恐龙向鸟类的演化过程中内部骨骼与体表衍生物之间的复杂配置关系,代表了目前世界上最早的长有羽毛的物种和最早的带毛恐龙。该成果首次揭示了世界最早的带毛恐龙早于“始祖鸟”已存在,首次提出了兽脚类恐龙分异的时间框架假说,解决了有关鸟类起源的“时间倒置论”等问题,为鸟类起源于恐龙提供了新的证据,并支持恐龙演化过程中曾存在“四翼”阶段的假说。该项成果代表了鸟类起源研究一个新的、国际性的重大突破,有力地推动了鸟类起源研究和恐龙演化研究,为全球鸟类起源研究作出了重大贡献,是2009年国际古生物学领域最重大的科学发现之一。

  8 电力大系统安全域预警监控理论及其工程应用

  天津大学

  电力系统作为国家的重要基础设施,保证其安全稳定运行意义重大,而发展先进的安全预警与监控技术是实现这一目标的关键。该项目旨在发展基于安全域理论的电力系统安全性综合预警与监控理论、方法与技术,并与已有理论和方法互为补充,构建科学的在线综合预警与监控系统,保障电力系统安全、稳定和高效运行。

  该项目在理论研究方面,系统地发展了电力系统综合安全域理论,证明了综合安全域的一些重要微分拓扑学和非线性动力学性质,为其实用化提供坚实的理论保障;在技术研发方面,发明了安全域边界的快速求解、预想事故快速扫描和概率安全评估等多种实用技术,极大地提高了安全域的计算速度和在线安全监控的运算效率;该项目发展了高维安全域智能化降维方法以及多种安全域可视化展示技术;基于安全域理论研制了集在线安全分析、概率安全评估、控制方案优化、安全性信息可视化展示为一体的电力系统安全性预警与监控系统,提高了复杂电网的安全性运行水平,对防范大停电事故有积极作用。

  该成果已成功应用于国家电网公司调度中心等部门,社会效益显著。出版专著2部,申请发明专利19项,获软件著作权4项。

9 基于自旋的量子调控实验研究

  中国科学技术大学

  将量子力学和计算机科学结合并实现量子计算是人类的一大梦想,而实现这一梦想的关键挑战之一就是量子调控的研究。中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室(筹)的杜江峰研究小组在基于自旋的量子调控实验研究方面通过采用磁共振技术对核自旋、电子自旋进行精密量子调控,在退相干研究、量子模拟和量子计算等研究方向取得了重要的创新性成果,推动了实用性量子计算机的研究。

  量子系统不可避免的信息流失严重制约着量子计算的研究进程。杜江峰与其同事的研究(Nature 461,1265(2009))表明,通过精巧的脉冲控制,可以使固态体系中环境对电子量子比特的不利影响被降到最小,大大减少量子体系中量子信息的流失,并成功厘清各种退相干机制在此类固体体系中的影响。同期发表的专文评述指出:“他们所使用的量子相干调控技术被证明是一种可以帮助人们理解并且有效对抗量子信息流失的一个重要资源……从而朝实现量子计算迈出重要的一步。”

  与此同时,他们实验上第一次观测了一个复杂量子体系(同时包含二体和三体相互作用)基态的纠缠量子相变过程,采用量子纠缠见证的手段探测了由于三体相互作用导致的一类新的量子相变(Physical Review Letters 103,140501(2009)),该成果被认为是对量子模拟实验研究的重要贡献。

10 双功能单分子器件的设计与实现

  中国科学技术大学

  中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室单分子物理化学研究团队,利用低温超高真空扫描隧道显微镜,巧妙地对三聚氰胺小分子进行了单分子手术,将其从普通化工原料转变为既有二极管效应又有机械开关效应的双功能单分子器件,为单分子器件的多功能化开辟了新的思路。这一成果发表在2009年9月8日的美国《国家科学院院刊》上。

  自1974年Aviram和Ratner提出单分子整流器件的概念以来,科学家们在搜寻功能化单分子电子器件的研究中历经了35年的历程,但在有效构建单分子功能器件中仍然面临许多困难。

  该项工作是该团队在利用分子手术实现对单分子磁性控制后,再次成功地通过分子手术技术取得的重要研究成果。美国《国家科学院院刊》审稿人认为,该工作“结果可靠,创新性强,代表了这个领域的发展水平”。《自然》子刊《Nature Chemistry》杂志在短期内两次介绍和评价该工作,在9月4日的Research Highlights栏目以“分子电子器件:可控的导电性”介绍该工作,又在11月发表专文,评价该工作为单分子器件研究两种新的研究途径之一。

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