至质谱等仪器助力2016“中国高等学校十大科技进展”

质谱等仪器助力2016“中国高等学校十大科技进展” 质谱等仪器助力2016“中国高等学校10大科技进展” 时间：2017⑴⑶ 14:00:00

近日，教育部公布了2016年度中国高等学校10大科技进展入选项目介绍。当中，还出现了质谱、冷冻电镜等科学仪器的身影。

1、世界首例真实稳定可控的单份子电子开关器件

利用单份子构建电子器件对突破目前半导体器件微小化发展的瓶颈意义重大。实现可控的单份子电子开关功能是验证份子能否作为核心组件利用到电子器件中的关键。自上个世纪70年代以来，设计构筑稳定可控的单份子器件，探索其与微电子工艺的兼容性，并取得真正意义上的份子电子开关，在当代纳米电子学研究中具有重大的科学意义。

郭雪峰团队围绕单份子光电子学领域展开了长达9年的潜心研究和延续攻关。他们原创性地发展了以石墨烯为电极、通过共价键连接的稳订单份子器件的关键制备方法，解决了单份子器件制备难、稳定性差的困难。在此基础上，通过功能导向的份子工程学成功地克服了2芳烯份子与石墨烯电极间强耦合作用的核心挑战性问题，从而突破性地构建了1类全可逆的光引诱和电场引诱的双模式单份子光电子器件。这项研究工作使得在中国诞生了世界首例真实稳定可控的单份子电子开关器件。这也是几10年来我国在份子电子学领域的科学研究次发表在《Science》杂志上。

论文于2016年6月17日发表在《Science》上，申请了发明专利。这项研究证明功能份子可以作为核心组件来构建电子回路，为将功能份子利用到实用电子器件中迈出了关键的1步。《Science》同期配发了长篇正面评述，得到了国内外同行的广泛认可和各种媒体的亮点报导。

2、发现原子核手征对称性和空间反射对称性的联立自发破缺

对称性及其破缺是基本的科学问题。手征对称性在自然界中广泛存在，如左右手、海螺壳、某些化学和药物份子等都有手性。原子核层次的手征对称性由孟杰及其合作者于1997年预言，后来得到证实，引发广泛关注。探索原子核的手征对称性，可以取得原子核形状及其运动模式等信息，具有重要的科学意义。

北京大学孟杰教授的研究团队长时间致力于原子核手征对称性研究且延续获得进展：2006年预言原子核的多重手征对称性，激起国际相干研究，推动实验验证并得到证实;2011年发现手性原子核Br⑻0，将原子核手征对称性研究扩大到新的核区。2016年，通太重离子熔合蒸发反应，利用在束伽玛符合、带电粒子符合、线性极化等实验丈量手段，在原子核Br⑺8中发现了宇称相反的两对手征两重带，和表征它们之间8极关联的电偶极跃迁，给出了手征对称性和空间反射对称性联立自发破缺的证据。

研究结果于2016年3月发表在《物理评论快报》，并被遴选为封面文章。这是核物理领域，中国学者在该刊发表的首篇封面文章。该工作发现了目前轻的手性原子核Br⑺8，和手征对称性和空间反射对称性联立自发破缺的证据，深化了对原子核复杂结构及其表现情势的认识。

3、高效力高比冲磁聚焦霍尔推动技术

2016年11月3日我国空间电推动技术获得重大进展，由哈尔滨工业大学于达仁、贾德昌教授团队和中国航天科技团体公司第5研究院第5〇2研究所联合研制的磁聚焦霍尔推力器HEP⑴00MF成功搭载长征5号运载火箭在实践107号卫星上进行了飞行验证，这是世界首次磁聚焦霍尔推力器实现空间利用。

目前，该磁拉力试验机钳口维护聚焦霍尔推力器已完成了包括点火、性能标定、长稳态测试及卫星系统兼容性等所有在轨考核，各项参数均满足指标要求，其中磁聚焦与羽流发散角控制技术到达国际水平。

该团队历经14年，充分发挥学科交叉的创新优势，前后突破了宽范围磁聚焦、热/电/磁耦合设计、放电低频振荡控制、低功耗高可靠空心阴极稳定放电、耐离子溅射氮化硼基特种陶瓷材料等关键技术，研制的磁聚焦霍尔推力器比冲比国际同类产品SPT⑴00提高20，羽流发散角减小了60，大幅下降了推力器燃料消耗，并显著下降了羽流对航天器的影响，为我国新1代长寿命航天平台提供了具有自主知识产权的新型电推动技术。该成果将为我国新1代通讯卫星、遥感卫星、空间站及深空探测提供技术支持，是国际电推动技术发展史上的1个重要里程碑。

4、高效钙钛矿发光器件研究

照明对人类文明的重要性不言而喻。从远古时期的火把、中世纪的烛炬，到近代的油灯、现代的电灯和当代的LED，人类寻觅新型光源的脚步从未停歇。当前，照明消耗了发电量的30以上，探索环境友好、高效节能的照明系统愈发重要。有机无机杂化钙钛矿材料因其优良的发光性能和可大面积低本钱加工的潜力，在照明与显示领域具有广阔前景。

南京工业大学黄维院士和王建浦教授的创新团队是国际上早认识到此类材料的发光潜力，并着力制备钙钛矿发光2极管器件的团队之1。2016年，他们创造性地利用溶液自组装方法制备了多量子阱结构的钙钛矿发光材料。该材料不但保持了2维钙钛矿成膜质量高、稳定性好的优点，而且在不同带隙量子阱之间可产生快速的阶梯能量转移，有效克服了常温下2维钙钛矿激子易猝灭的缺点。在世界上首次实现了外量子效力达11.7的高效钙钛矿电致发光器件，同时器件寿命较3维钙钛矿器件提高了两个数量级。

系列创新性研究成果相继发表在国际学术期刊上，并已申请两项发明专利。其中，代表性成果于2016年9月26日在Nature Photonics上发表，是首篇钙钛矿发光器件外量子效力突破10的报导，也是目前此类器件的世界高效力，为钙钛矿材料及其在发光领域的研究开辟了新方向。

5、复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统关键技术及利用

电压是智能电网运行的核心指标。电压问题已成为历次重大停电事故的关键诱因，同时也是大范围可再生能源并网的1个主要障碍。复杂电网电压控制是世界性困难，在该领域国际、美国大学课题组研究搁浅后，美国电网转而寻求与该项目组合作。

该项目历经20余年，创造性提出了自律+协同的技术线路，突破了AVC从单控制中心到多控制中心、从常规电网到可再生能源电网、从中国电网到北美电网利用中的系列关键困难，研制出自主知识产权AVC系统，已在我国6大区电网、22个省级电网和6个千万千瓦级风光基地利用，控制了全国56的常规机组与37的风/光机组，在智能电网安全经济运行和大范围可再生能源接纳等方面获得了巨大经济社会效益。同时，该项目突破了美国3轮严酷的信息安全检查，用时3年零4个月，解答了3千余个信息安全问题，控制了包括美国首都和东部103个州的PJM电网，实现了美国首例AVC，是我国先进电网控制系统首次出口美国。

由教育部组织、6位院士领衔的鉴定委员会认为：项目是重大的原创性科研成果，了电力系统电压控制领域的发展与技术进步、具有里程碑意义。美国能源部顾问、工程院院士Prof. BOSE认为该成果使中国在电压控制领域遥遥于世界。

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6、植物分枝激素独脚金内酯的感知机制

植物分枝是农业生产中的重要农艺性状，对植物株型和作物产量有重要影响;植物激素独脚金内酯不但调控植物分枝，还调理植物与共生真菌及寄生杂草的相互作用。阐明激素感知机制，是生物学领域的重大科学问题，对揭露生命现象的本质、提高生物的生存和发展能力具有重要意义。迄今发现的动植物经典激素，都遵守1880s年代以来揭露的配体-受体可逆辨认规律：激素活性份子通过非共价键可逆地结合受体，循环地触发信号传导链，调控各种生命活动。

清华大学谢道昕、饶子和及娄智勇等合作发现了独脚金内酯的活性份子、阐明了独脚金内酯的受体、揭露了新型的受体-配体不可逆辨认机制：D14蛋白作为新型激素受体，首先参与合成独脚金内酯活性份子CLIM，然后通过共价键不可逆地结合CLIM、触发信号传导链、调控植物分枝，终水解CLIM、释放没有活性的份子。

该工作于2016年8月发表在《Nature》上。《Nature》、《Science Signaling》和《Science China Life Sciences》发表专文高度评价该工作，新发现的受体-配体不可逆辨认机制不同于百年研究历程所建立的配体-受体可逆辨认机制，是生命科学领域激素研究的重大突破，具有重大科学意义。该研究可为作物株型改进和寄生杂草防治提供理论指点，具有潜伏利用前景。

7、肌肉兴奋-收缩偶联的份子机理探索

肌肉兴奋收缩偶联指的是肌肉接受神经信号产生收缩的进程，是动物基本的生理进程之1。该进程触及到两类重要的钙离子通道，分别是位于细胞膜上的电压门控钙离子通道Cav和位于肌质网膜上的兰尼碱受体RyR。Cav被细胞膜的动作电位激活，进1步引诱下游RyR的激活开放，从而引发钙离子大量快速从肌质网释放至细胞质，进而引发肌肉的收缩。Cav的功能异常会致使心率紊乱、癫痫等疾病;RyR的异常则会致使肌中央轴空病等疾病。因此，它们是重要的药物靶点，其结构的解析工作具有重要的生理学和药理学意义。

颜宁研究组利用前沿的单颗粒冷冻电镜技术，在世界上首次解析了骨骼肌中RyR1和Cav1.1和心肌中RyR2的近原子分辨率结构，这1系列突破为理解肌肉兴奋收缩偶联进程提供了关键的结构基础。尤其值得1提的是，Cav1.1系真核电压门控钙离子通道的结构，此成果备受注视，不但为理解与多种疾病相干的电压门控钙离子通道和钠离子通道的功能和机理提供了份子基础，也为基于结构的药物研发提供了理论指点。

相干成果共发表5篇高水平论文。其中Cav1.1相干工作于2015年12月18日和2016年9月8日分别在Science和Nature发表;RyR1相干工作于2015年1月1日和2016年7月29日发表在Nature和Cell Research;RyR2工作于2016年10月21日在Science发表。

8、亚洲季风的变化规律及其与气候变化的关系

西安交通大学变化研究院程海团队在国际合作的基础上发展了国际先进水平的铀系质谱丈量技术，在此基础上分别建立了世界长尺度的东亚季风、印度季风、南美季风和中亚?中国西部西风带的高精度高分辨率石笋同位素记录、及其与气候变化之间的相干关系，为气候变化研究提供了重要的时间标尺。特别是于2016年6月在《Nature》上以Article情势发表64万年以来的亚洲季风记录与冰期终止的论文，通过建立具有的年代控制的石笋同位素记录、及其与海洋和冰芯记录的对照关系，进1步揭露了10万年的冰期?间冰期循环是4?5个岁差周期的平均;发现去除太阳辐射影响后的亚轨道尺度石笋气候变化序列与去趋势后的南极温度记录呈精致的反相干关系，并且二者的亚轨道尺度变化都具有比地球偏心率周期更强的岁差和倾角周期;结合深入解析过去64万年以来不同幅度千年气候事件之间的内在类似性，进1步回答了100ka problem这1经典科学问题。从1定意义上讲，上述工作为洞穴沉积成为古气候变化研究领域的第4大支柱、和我国石笋古气候研究在国际上获得地位做出了重要贡献。

9、脑机融会的混合智能理论与方法

当天生弱视的大鼠通过脑机便于查询和保护通讯嫁接上机器视觉，它就如看懂了路标，在迷宫里里辨认路标沿路成功找到目标物;当1只猴子想喝1口眼前的饮料，它可以通过意念控制远处的机械手作出抓、勾、握、捏4种手势，完成不同的任务。这1些充满科幻色采的不可能，正在浙江大学的实验室成为现实。

在国家973计划、国家基金委重点项目等支持下，浙江大学吴朝晖、郑筱祥教授带领的团队围绕脑机融会问题潜心研究10余年，在国际上率先提出混合智能的研究范式生物智能与机器智能的融会，构成了1系列突破理论与创新技术。研究团队认为，将生物本身的感认知能力与机器的计算能力深度结合，有望产生超出现有系统的更强智能形态。这1探索在残障康复、抢险救灾、国防安保等关系到国计民生和国防安全等领域具有重大利用前景。

目前，团队在国际上首次实现将计算机的听视觉辨认能力嫁接到生物体上，构建了听视觉增强的大鼠机器人;在国内首例实现人意念控制机械手，完成石头-剪刀-布猜拳游戏;实现了用机器智能增强大鼠本身的学习能力，回答了脑机融会是不是能使生物体取得学习增强的疑问。面对人类疾病，研究团队还实现了动物平台的癫痫预测-电刺激抑制脑机互适应融会机制。部份成果还实现了初步转化，成功开发了若干神经康复装备，并用于临床实验。

10、肝癌肝移植新型份子分层体系研究

我国是病毒性肝炎和肝癌的多发国家，其中乙肝病毒携带者约9000万，每一年新发肝癌40余万，占新发肝癌病例的55，严重危害国民健康。肝移植是医治肝癌等终末期肝病的有效手段。

目前国际上经常使用的肝癌肝移植受者选择标准是意大利米兰标准。如果依照国外的标准，肿瘤直径小于5cm才合适做移植，那末我国有许多肝癌患者将失去肝移植的机会。为建立合适我国国情的选择标准，2008年郑树森院士团队创新性地提出了肝癌肝移植杭州标准， 认为肿瘤累计直径小于8cm，或肿瘤大于8cm，但只要甲胎蛋白水平小于 400ng/ml，而且肿瘤组织学分级为中、高分化者，也合适肝移植。这是国际上引入肿瘤生物学特点及病理学特点的受者选择标准，被誉为是肝癌肝移植研究的分水岭。2016年，郑树森院士团队进1步展开了全国多中心6012例大样本的研究，发现杭州标准使肝癌病人增加了52的移植机会，同时5年存活率高达72.5，居国际水平。同时，该研究也将杭州标准进1步细化，实现了肝移植受者的精准挑选和个性化医治。

该研究成果发表于消化病学期刊《Gut》，引发国际移植学界的高度关注和肯定，被欧美10余家国际移植中心援用和验证，成为肝移植学界高度认可的国际标准。美国UCLA、克利夫兰医学中心、日本东京大学等国际移植团队高度评价杭州标准是1个非常的标准，次将肿瘤生物学特点纳入肝癌肝移植标准中，优于其它标准，为肝癌肝移植病人选择作出重要贡献。杭州标准是我国提出的被国际移植学界接受的医学标准，是我国器官移植领域具有国际竞争力和自主创新价值的科可最大程度避免热桥作用研成果，该项创新性研究作为核心标志性成果取得2015年度国家科技进步创新团队奖。