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2009年度中國高等學校十大科技進展

科技

１　數字視頻編解碼技術研究與國家標準制定
北京大學等單位
數字音視頻領域基礎性國家標準《信息技術先進音視頻編碼》（簡稱AVS）十個部分今年制定完成，每年能節省上百億元專利費，對我國音視頻產業實現“由大變強”戰略轉型意義重大 。
歷經八年實踐，AVS探索出了“技術、專利、標準、產品、應用”相互促進的“大團隊、大循環”創新模式 。北京大學、清華大學、浙江大學、武漢大學、華中科技大學、中國科技大學等高校和中國科學院計算技術研究所等科研機構與華為等通力合作，提出了50多項自主專利技術 ， 制定出的標準復雜度低、方案簡潔而性能與國外同類標準相當 。今年4月，歐洲信號處理學會《視頻通信學報》出版了AVS專輯，10月，國際電信聯盟（ITU）正式將AVS列為網絡電視支持的視頻標準之一 。
AVS已成為國際范圍本領域三大主流標準之一 。我國以及美、歐、日、韓等國的十多家企業開發的AVS編解碼芯片進入市場，上海、杭州、陜西、河北、新疆、青島、無錫等地已經采用AVS開展數字電視播出，采用AVS的中國藍光高清晰度光盤機已經批量上市，北京大學有線網對60周年國慶盛典進行了高清轉播 。在國家相關部門的支持下，AVS正在通過數字電視等視聽產品迅速進入千家萬戶，成為支撐自主數字視聽產業健康發展的重要力量 。
２　抗病毒感染新型免疫分子機制的研究
第二軍醫大學
我國是一個病毒性疾病高發的大國，乙肝病毒感染患者估計有1.2億，SARS也曾于2002年在我國流行，HIV以及流感病毒暴發也時刻威脅著國民的健康 。I型干擾素（IFNα/β）是治療病毒性感染的重要分子，研究I型干擾素產生的分子機制將為尋求新的藥物靶標和抗病毒藥物提供指導 。
該項目立足于1998年自主發現的一種新型免疫分子Nrdp1，研究了其在天然免疫中的作用和分子機制，利用動物模型（轉基因小鼠）、細胞模型（巨噬細胞）和分子技術手段（基因克隆表達、相互作用分子、蛋白活性分析等）系統、深入、立體地進行了研究，首次發現Nrdp1抑制細菌感染引起的炎癥因子分泌和肝損傷，促進IFNβ的產生和抑制病毒感染，提示Nrdp1在抗炎和抗病毒感染方面均具有極大的應用前景 。
該項目還分析了DNA病毒識別和清除的免疫機制的研究現狀并提出了新的發展方向 。該項目提出Nrdp1可能是一種新的抗感染治療的藥物靶標，而且病毒的識別和清除存在新的機制 。相關研究結果分別于2009年7月以論文形式和2009年10月以述評形式發表于《Nature Immunology》雜志 。目前針對Nrdp1的抗細菌感染和抗病毒感染活性新申請國家發明專利兩項 。Nature China為Nrdp1的研究發表了專題述評，認為該研究是當月自然科學的亮點之一，并且受到了國內外免疫學界的關注和好評 。
３　天河一號高性能計算機系統
國防科學技術大學
天河一號高性能計算機系統是國防科學技術大學于2009年9月自主研制成功的我國首臺千萬億次高性能計算機系統，實現了我國自主研制高性能計算機能力從百萬億次到千萬億次的跨越，使我國成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次高性能計算機的國家 。
天河一號是國際上首臺采用GPU和CPU異構并行體系結構的64位千萬億次高性能計算機系統，全系統包含6144個通用處理器和5120個加速處理器 ， 內存總容量98TB ， 點點通信帶寬40Gbps ， 共享磁盤總容量為1PB 。系統峰值性能每秒1206萬億次雙精度浮點運算，LINPACK實測性能563.1萬億次，居2009年度中國超級計算機前100強之首，列11月17日國際TOP500組織公布的第34屆世界超級計算機前500強第五、亞洲第一，列11月20日國際Green500組織公布的世界最節能的超級計算機前500強第八 。
天河一號高性能計算機系統作為國家超級計算天津中心的業務主機和中國國家網格主結點，將廣泛應用于石油勘探數據處理、生物醫藥研究、航空航天裝備研制、資源勘測和衛星遙感數據處理、金融工程數據分析、氣象預報、氣候預測、海洋環境數值模擬、短臨時地震預報、新材料開發和設計、土木工程設計、基礎科學理論計算等眾多領域 。
４　禽流感病毒聚合酶關鍵亞基的結構與機制研究
南開大學等單位
近年來，由H5N1、H1N1等不同亞型流感病毒引起的疫情，對全球的人類健康造成了嚴重的威脅，帶來了嚴重的經濟損失 。流感病毒聚合酶由PA、PB1和PB2三個蛋白質組成，是負責病毒基因組轉錄和復制的核心，一旦伴隨著病毒侵入正常細胞，就開始利用正常細胞內的原料進行病毒基因組的復制 。其中 ， 高度保守的PA亞基由于參與到聚合酶的形成和基因組復制等核心的生命過程，因此成為認識聚合酶作用機制、開發廣譜抗流感藥物的重要靶點蛋白質 。
饒子和教授研究組與中科院生物物理研究所劉迎芳教授研究組合作，2008年成功解析了PA C端結構域與PB1 N端多肽的復合物結構 ， 揭示了流感病毒聚合酶的組裝模式（Nature 2008 Aug 28；454(7208)：1123-6） 。在此基礎上 ， 今年又成功解析了PA N端結構域獨立的晶體結構 ， 首次揭示了該蛋白典型的核酸酶結構特征 ， 推翻了原來公認的PB1行使核酸酶活性的觀點，證實了核酸酶活性對于流感病毒復制的關鍵作用（Nature 2009 Apr 16；458(7240)：909-13）；通過進一步解析PAN與底物/抑制劑復合物的晶體結構，闡釋了PA蛋白發揮功能的分子機制，發現了一系列對PA蛋白有良好抑制效果的抑制劑 ， 為設計和開發針對流感病毒聚合酶的高效藥物提供了重要信息，同時還應邀在《Influenza：Molecular Virology》一書中發表了相關綜述 。
５　微波通信用高溫超導接收前端
【2009年度中國高等學校十大科技進展】清華大學
高溫超導濾波器具有常規濾波器無可比擬的近于理想的濾波性能，可廣泛應用于移動通信、軍事通信、衛星通信等領域，大幅度提高靈敏度和抗干擾能力，市場前景巨大 。但在該項目實施前，受到國外技術封鎖，許多關鍵技術有待攻克，在我國沒有獲得實際應用 。
清華大學物理系曹必松教授帶領的團隊經過十多年研究，發明了高性能高溫超導濾波器、零下200度工作的低噪聲放大器的設計制備技術和超導—金屬接觸電極制備工藝，研制成功了第一臺適合于我國CDMA移動通信用的超導前端 ， 在北京建成了我國首個高溫超導移動通信應用示范基地并成功地連續運行超過三年，每天為十多萬居民提供優質服務，使手機發射功率下降一半以上，大幅提高了基站的覆蓋范圍和通話質量 ， 實現了高溫超導在中國通信領域的首次應用和批量長期應用，使我國成為繼美國之后，世界上第二個成功地將高溫超導技術應用于移動通信的國家 。
該項目關鍵技術指標處于國際先進水平 。獲得授權中國發明專利9項，授權美國發明專利1項，獲2009年國家技術發明獎二等獎（已評出 ， 建議授獎），2008年教育部技術發明一等獎 ， 2007年信息產業部信息產業重大技術發明（十項之一） 。該技術已與十多家用戶簽訂了合同、協議，研制、生產超導前端并實現其在多種通信設備中的應用 。
６　成年哺乳動物雌性生殖干細胞的發現及其生物學特性研究
上海交通大學
上世紀20年代以來,科學家們一直認定：女性和絕大多數雌性哺乳動物卵母細胞的產生僅發生在胎兒期 。出生后卵母細胞數目不再增加，只會不斷減少 ， 即出生后雌性哺乳動物卵巢內，沒有生殖干細胞存在 。上海交通大學生命學院吳際教授團隊經不懈探究首次發現和分離出生后小鼠（包括成年小鼠）卵巢中雌性生殖干細胞,經摸索培養條件得到能長期自我更新的生殖干細胞株并鑒定和研究其生物學特性 。然后將此細胞移植于不孕小鼠體內,證實能產生新的卵母細胞,與雄性交配后生出正常后代 。這一發現改變了八十多年生殖與發育的傳統觀點,開辟出一個嶄新研究領域 。該成果2009年5月發表在《Nature Cell Biology》上 ， 受到國際學術界廣泛關注，《Science，Nature》、《Nature Medicine》和眾多雜志刊發評論文章，《Nature China》將這一成果列入最新研究亮點,世界各媒體（路透社、紐約時報、華盛頓郵報、ABC News、The Times等）紛紛報道 。該成果能為動物生物技術和人類提供卵母細胞新來源,建立性細胞途徑轉基因動物和開發優良動物品種,對治療卵巢功能早衰，不育癥等雌性生殖細胞發生障礙性疾病 ， 再生醫學及抗衰老，避孕藥開發，人口調控 ， 瀕危動物保存等都具有重要意義 。
７　世界最早的帶羽毛恐龍的發現
沈陽師范大學
鳥類最早何時出現問題一直是鳥類起源研究最薄弱的環節之一，鳥類是否由恐龍起源也長期存在爭論 。沈陽師范大學古生物研究所課題組2009年10月1日在英國《自然》雜志報道了產自遼寧省西部建昌地區距今約1.6億年的侏羅紀帶羽毛恐龍——“赫氏近鳥龍”的新發現 ， 其時代早于德國“始祖鳥”數百萬年至1000萬年 。該化石屬于獸腳類恐龍中的傷齒龍類，全身廣泛被羽毛覆蓋，特別是其腳部長有較長的正羽毛 ， 證實了在恐龍向鳥類的演化過程中內部骨骼與體表衍生物之間的復雜配置關系，代表了目前世界上最早的長有羽毛的物種和最早的帶毛恐龍 。該成果首次揭示了世界最早的帶毛恐龍早于“始祖鳥”已存在，首次提出了獸腳類恐龍分異的時間框架假說，解決了有關鳥類起源的“時間倒置論”等問題，為鳥類起源于恐龍提供了新的證據 ， 并支持恐龍演化過程中曾存在“四翼”階段的假說 。該項成果代表了鳥類起源研究一個新的、國際性的重大突破，有力地推動了鳥類起源研究和恐龍演化研究，為全球鳥類起源研究作出了重大貢獻 ， 是2009年國際古生物學領域最重大的科學發現之一 。
８　電力大系統安全域預警監控理論及其工程應用
天津大學
電力系統作為國家的重要基礎設施，保證其安全穩定運行意義重大，而發展先進的安全預警與監控技術是實現這一目標的關鍵 。該項目旨在發展基于安全域理論的電力系統安全性綜合預警與監控理論、方法與技術 ， 并與已有理論和方法互為補充，構建科學的在線綜合預警與監控系統，保障電力系統安全、穩定和高效運行 。
該項目在理論研究方面 ， 系統地發展了電力系統綜合安全域理論 ， 證明了綜合安全域的一些重要微分拓撲學和非線性動力學性質，為其實用化提供堅實的理論保障；在技術研發方面，發明了安全域邊界的快速求解、預想事故快速掃描和概率安全評估等多種實用技術，極大地提高了安全域的計算速度和在線安全監控的運算效率；該項目發展了高維安全域智能化降維方法以及多種安全域可視化展示技術；基于安全域理論研制了集在線安全分析、概率安全評估、控制方案優化、安全性信息可視化展示為一體的電力系統安全性預警與監控系統，提高了復雜電網的安全性運行水平，對防范大停電事故有積極作用 。
該成果已成功應用于國家電網公司調度中心等部門，社會效益顯著 。出版專著2部 ， 申請發明專利19項，獲軟件著作權4項 。
９　基于自旋的量子調控實驗研究
中國科學技術大學
將量子力學和計算機科學結合并實現量子計算是人類的一大夢想，而實現這一夢想的關鍵挑戰之一就是量子調控的研究 。中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室（籌）的杜江峰研究小組在基于自旋的量子調控實驗研究方面通過采用磁共振技術對核自旋、電子自旋進行精密量子調控，在退相干研究、量子模擬和量子計算等研究方向取得了重要的創新性成果，推動了實用性量子計算機的研究 。
量子系統不可避免的信息流失嚴重制約著量子計算的研究進程 。杜江峰與其同事的研究（Nature 461，1265（2009））表明，通過精巧的脈沖控制 ， 可以使固態體系中環境對電子量子比特的不利影響被降到最小，大大減少量子體系中量子信息的流失，并成功厘清各種退相干機制在此類固體體系中的影響 。同期發表的專文評述指出：“他們所使用的量子相干調控技術被證明是一種可以幫助人們理解并且有效對抗量子信息流失的一個重要資源……從而朝實現量子計算邁出重要的一步 ?！?br /> 與此同時 ， 他們實驗上第一次觀測了一個復雜量子體系（同時包含二體和三體相互作用）基態的糾纏量子相變過程，采用量子糾纏見證的手段探測了由于三體相互作用導致的一類新的量子相變（Physical Review Letters 103 ， 140501（2009）），該成果被認為是對量子模擬實驗研究的重要貢獻 。
１０　雙功能單分子器件的設計與實現
中國科學技術大學
中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室單分子物理化學研究團隊 ， 利用低溫超高真空掃描隧道顯微鏡，巧妙地對三聚氰胺小分子進行了單分子手術，將其從普通化工原料轉變為既有二極管效應又有機械開關效應的雙功能單分子器件 ， 為單分子器件的多功能化開辟了新的思路 。這一成果發表在2009年9月8日的美國《國家科學院院刊》上 。
自1974年Aviram和Ratner提出單分子整流器件的概念以來，科學家們在搜尋功能化單分子電子器件的研究中歷經了35年的歷程 ， 但在有效構建單分子功能器件中仍然面臨許多困難 。
該項工作是該團隊在利用分子手術實現對單分子磁性控制后，再次成功地通過分子手術技術取得的重要研究成果 。美國《國家科學院院刊》審稿人認為，該工作“結果可靠，創新性強，代表了這個領域的發展水平” ?！蹲匀弧纷涌禢ature Chemistry》雜志在短期內兩次介紹和評價該工作 ， 在9月4日的Research Highlights欄目以“分子電子器件：可控的導電性”介紹該工作，又在11月發表專文，評價該工作為單分子器件研究兩種新的研究途徑之一 。

中國教育報