逼近绝对零度、释放数据价值、探索发育奥秘……29日,在2024中关村论坛年会重大成果专场发布会上,面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康的19项重大科技成果集中亮相。
市科委、中关村管委会重大处处长张东玲介绍,本届论坛年会期间,共发布了29项重大科技成果。它们是从全国范围内近300项成果中评选出来的重磅研究成果,突出原创首发与国际接轨、技术突破引领发展、科技向善惠及民生等特点。
向世界科技前沿进军
高能同步辐射光源正在迈向“第一束光”,“地球模拟器”不断升级,综合极端条件实验装置助力探索未知世界……重大科技基础设施集群在怀柔综合性国家科学中心加速形成,推动一系列国际先进的原创成果涌现。
一枚看似平平无奇的晶体,内部竟存在着一种新的物态——量子自旋超固态。这个重要发现,就是我国科研团队通过位于怀柔科学城的综合极端条件实验装置“看”到的,首次证实了此前科学界对超固态物质存在的猜想。
“我们研究极端条件下的物理,当然需要极端环境的支持,才能看到新奇的物态。综合极端条件实验为我们提供了几十毫开的极低温环境,在非常接近绝对零度的条件下,量子物质展现出了不肯轻易示人的一面。”中国科学院理论物理研究所研究员李伟介绍,他与合作者利用新发现的晶体材料,通过绝热去磁技术获得了94毫开,即零下273.056摄氏度的极低温,无需极为稀缺的氦-3元素,也能实现极低温制冷。
而一项曾经被学界评价为“不可能”的技术,由中国科学院脑智卓越中心研究团队实现突破。他们首次成功构建高比例胚胎干细胞来源的出生存活嵌合体猴,证明了灵长类的胚胎干细胞可以高效生成嵌合体。
“传统的胚胎编辑效率是比较低的,而利用胚胎干细胞嵌合体技术可以一次性实现多种遗传操作。”中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员刘真说。然而,长期以来,胚胎嵌合体的制备技术仅局限于啮齿类动物,将其拓展到灵长类动物的目标迟迟没有突破。
七十四分之一的成功率,刘真团队打破了这个“不可能”。“那只出生的小猴,干细胞的贡献比例达70%,在脑组织的嵌合比例甚至超过90%!”不论回想起多少次,那个瞬间都让刘真无比激动。今年36岁的刘真,已经接连实现了世界级科研成果的产出,现在,他仍然在攀登科研险峰,正与团队努力提升胚胎干细胞的制备质量,并尝试让被植入新细胞的囊胚更“包容”,减小其对外来细胞的排斥。
激光步调一致的相位同步可重构莫尔纳米激光器、存算一体智能芯片、新型蛋白聚类方法实现碱基编辑技术等世界级科研成果,同样彰显着我国科研人员向世界科技前沿进军的决心。
创新推动经济社会发展
在科研人员的努力下,我们正在飞向太空、走向深地。北京商业火箭企业蓝箭航天突破多项关键技术,研制出全球首款连续、稳定发射成功入轨的朱雀二号液氧甲烷运载火箭,并已开启了可重复使用液氧甲烷运载火箭的研制。
新一代“朱雀”飞天的时刻也越来越近,它将像真正的鸟儿一样,能够重返蓝天。今年1月,朱雀三号可复用火箭首次大型垂直起降飞行试验任务取得圆满成功,它在空中飞行了1分钟左右,飞上了约350米的高空,并平稳着陆。“这是当前国内起飞规模最大的垂直起降试验箭。”蓝箭航天首席执行官张昌武表示,此次飞行试验为朱雀三号首飞打下了坚实基础,预计今年上半年,试验箭就将进行10公里级的飞行试验,这将冲击我国可重复使用火箭回收验证飞行的新高度。
十几天前,该公司又完成了国内最大铌合金喷管试车考核。这个直径约1.6米、高约1.3米的大家伙,将作为国内目前推力最大的真空型液氧甲烷发动机天鹊15A的配套设备。张昌武表示,今明两年,朱雀二号进入批量化交付阶段,蓝箭航天已成为国内首家批量化交付液体火箭的商业火箭企业。预计今年,该公司将有4次发射任务,其中包括1次回收验证试验;2025年,发射任务将提升至9次,朱雀三号将完成首飞。
12000米特深井自动化钻机则向地球深部进军,助力“深地塔科1井”钻达地下万米,创亚洲第一深井纪录。此外,“长安链”开创性地将区块链与隐私计算相结合,打造可信隐私计算解决方案,可为高敏感、高价值的金融、政务等多领域数据流通提供强力保障;新一代铁基费托合成催化剂加速“煤变油”,产油率相比上一代催化剂提升了约20%,且每生产100万吨燃料油品,可实现二氧化碳减排15万吨;针对超大型电力系统全天候“体检”这一世界级科学难题,国家电网公司研发新型电力系统分析基础工业软件,首次将大型电力系统分析尺度由毫秒级精细至微秒级,扫描精细度提升千倍,成果关键技术填补多项国际技术空白。
积极响应国家重大需求
一个20厘米见方的玻璃盒子,看起来并不起眼,里面却藏着一批最灵敏的“量子侦察兵”。当原子被激光激发到高量子态,它们就变得格外敏感,可以化身接收电磁波的天线。利用原子的量子特性,北京量子信息科学研究院研究员杨仁福带领团队,研制出了目前国际上集成度最高的里德堡原子电磁探测系统。
传统天线都是由金属制成,它的存在会让电磁场发生形变,导致测量不够准确;如果突然遭遇极强的电磁场,比如强雷电天气,天线还可能被瞬间烧毁。一颗直径仅为厘米级的玻璃泡,便能解决这一难题。玻璃泡内封装着特定的原子,当激光“击中”它们,原子的最外层电子就会被“拽”开。“这时的原子处在激发态,对周围的电磁环境改变十分敏感。”杨仁福说。
曾经要运行这种“原子天线”,配套设备得摆上满满一桌子,而在杨仁福的实验室,“原子天线”实现了一拎即走,各类设备高度集成在一个高度约20厘米的标准机箱内。辅以团队研发的控制软件,一个“外行”也能轻松调试它,接收到想要的电磁波信号。
前不久,这台“原子天线”在国际上首次实现分辨率为720P的数字高清视频传输。在不久的将来,它有望应用于气象领域,在观雨听雷中发挥作用。“这种天线将不再惧怕强雷电,也不会像传统天线金属结构的存在而影响观测精度,更重要的是,它将能探测到更宽的电磁波频段。”杨仁福肯定地说,“它在未来的应用将是革命性的。”
围绕国家重大需求,我国科研人员持续开展攻关。国际上最大集成规模的光量子芯片拓展了应用场景,有助于为量子计算机的研制提供可扩展、可编程、高稳定的量子芯片内核。6G通感算智技术平台及现代语义通信系统的研发,将信息传输效率提升3倍,有望大幅降低全社会信息流通成本。中国农业大学研究团队历时10年,鉴定到一个显著提升小麦群体产量的关键基因位点,为培育高产高效半矮秆小麦新品种提供了重要基因资源和新的育种策略,实现小麦增产10%以上。
新药械守护人民生命健康
当前,北京的医药健康产业已形成千亿级产业集群,背后,一批创新药物、新型医疗器械正在逐步走上救死扶伤的一线。北京生命科学研究所邵峰院士团队在全球首先发现ALPK1靶点,炎明生物科技有限公司在此基础上开发出全球首创的靶向药物,解决了目前肿瘤免疫疗法响应率不高的难题,有望为癌症患者带来全新的治疗方案。
“近20年来,我们国家创新药物的开发取得了长足进步,满足了患者的初步需求,但很多临床的问题还有待解决,需要有更多的科学发现、先进技术来开发更有效的新药。”炎明生物联合创始人、首席执行官邓天敬表示,公司以本土科学家的科学发现为基础开展新药研发,彰显了我国新药研发的科研能力,也反映了我国新药研发产业链的日益成熟。“展望未来,我们非常有信心,能为世界带来更多源自于中国的原始创新药物。”
艾贝格司亭α注射液是国内首个在中、美、欧三地获批上市的创新生物药,用于预防及治疗肿瘤患者在化疗后出现的中性粒细胞减少症,已成为美国临床肿瘤学会指南推荐首选用药。我国首个基于二代测序方法学、产前“染色体非整倍体及基因微缺失”的检测试剂盒,则能通过检测羊水样本中染色体变异进行产前诊断,对于出生缺陷防治具有积极意义。
面向人民生命健康,脑科学、检验检测、生物制造等领域持续实现突破。能解密大脑图像的新一代原子磁强计脑磁图仪,实现了国际首例无线脑磁检测;一项被誉为“超广角百亿像素生命照相机”的新时空组学技术,将成为解码“生命天书”的新工具;通用型神经肽荧光探针工具包能在细胞、组织和动物活体上对神经肽浓度变化进行高时空分辨率的动态监测,为脑科学研究提供了重要的平台型技术支持;合成生物制造底盘菌种可以成为生物制造的关键“芯片”,为食品、医药、日化、能源等领域高值化学品提供全新的生物合成方案。
