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2006年中国高校十大科技进展

日期: 2006-12-27 点击: ...
   
  12月26日召开的教育部科技委全委会上发布了“2006年度中国高等学校十大科技进展”。这十项成果中属于高新科技领域的占了大多数,属于工程技术领域的有两项,属于基础研究领域的有一项。北京大学两项成果入选,成绩独占鳌头。我们现将这十项成果简要介绍刊出,以飨读者。


——编者

 

 北京大学等  资源环境领域

磁重联零点及其邻近磁场结构的卫星观测研究


  本项目首次在地球磁尾直接观测到磁零点的证据,对了解空间和天体等离子体中的活动过程极为重要

  在我国《地球空间双星探测计划》、国家基金委重大项目《地球空间暴多时空尺度物理过程》和国家重点基础研究发展项目的支持下,由北京大学濮祖荫教授领导的,国家天文台肖池阶副研究员、大连理工大学王晓钢教授等为主要成员的中国双星-Cluster科学工作队合作研究小组,最近首次发现了自然界中存在的磁场零点。这个成果发表在2006年7月出版的国际权威科学刊物《NaturePhysics》上,被评价为“首次在地球磁尾直接观测到磁零点的证据,对了解空间和天体等离子体中的活动过程极为重要”。在该刊同期“新闻与观察”专栏上,国际权威学者高度评价了这一工作。欧洲空间局官方网站也将这一成果作为“头条新闻”发布,称“这一科学突破是一次真实的科学实验的精心杰作”。欧洲空间局Cluster计划项目科学家指出:“磁重联过程的核心被首次揭示。得到了磁场零点附近三维磁重联的基本性质。这是Cluster卫星计划的一个主要成果。”

  磁零点提出至今,60多年来大多数研究局限在理论与数值模拟范围内,缺乏实验支持。许多科学家在不断地捕捉磁零点,但都无法确认其存在。这是因为磁零点在三维空间的测度为零,磁零点的三维特性要求至少空间四点的同时测量。由欧洲空间局发射的四颗Cluster卫星和中国发射的两颗探测卫星组成第一次太空六点联合探测,提供了目前实现这种卫星测量的唯一手段。由肖池阶、王晓钢、濮祖荫等组成的联合研究小组,采用赵辉、汪景琇等发展的微分几何学方法,在浩如烟海的卫星探测数据中,成功地找到了在地球磁尾的磁重联过程中存在磁零点的证据。

  磁重联研究不仅是太阳风暴和磁层空间暴等许多重要科学问题的关键,而且对于“人造太阳”的科学基础——磁约束核聚变研究,以及众多流体物理、天体物理及数学问题都至关重要。因此,这一研究成果将推动相关研究领域的进一步发展。

  参与这一工作的还有来自中国科学院等离子体物理研究所、空间科学与应用研究中心以及欧美国家一些大学和研究所等单位的多位科学家。

 

 北京大学 生命科学领域

三苯氧胺诱发子宫内膜癌的分子机理

  本项目阐明了为什么三苯氧胺治疗乳腺癌而导致子宫内膜癌这一长期困扰医学界的重要问题;并为子宫内膜癌的防治提供了新的思路

  北京大学基础医学院生物化学与分子生物学系尚永丰教授领导的课题组关于雌激素和三苯氧胺诱发子宫内膜癌的分子机理的研究成果以Article形式发表于2005年12月15日出版的《自然》杂志上。本研究得到了国际同行的高度肯定,2006年4月尚永丰教授又受邀在《NatureReviewsCancer》杂志上发表综述文章,介绍了雌激素和选择性雌激素受体调节剂(SERMs)通过基因转录调控参与子宫内膜癌发生发展的研究进展。

  子宫内膜癌是最常见的妇科恶性肿瘤之一,雌激素是其经典的病原因素。三苯氧胺是世界上使用最多的一种抗癌药物,广泛用于对雌激素敏感的各期乳腺癌治疗和预防。然而,三苯氧胺虽然能够有效防治乳腺癌,但同时又能诱发子宫内膜癌,其机理一直不清楚。在国家自然科学基金、“863”及“973”计划等科学基金资助下,尚永丰教授课题组利用现代分子生物学先进技术,研究证明三苯氧胺不仅影响雌激素相关靶基因的表达,而且调控一系列独特的基因表达。他们的研究发现PAX2基因在介导雌激素和三苯氧胺刺激的子宫内膜细胞的增殖和癌变过程中起着关键作用,PAX2只在子宫内膜癌细胞中被雌激素和三苯氧胺激活表达,而在正常的子宫内膜上皮细胞中则不能被雌激素和三苯氧胺激活,这种差异是由于与癌症相关的PAX2基因启动子低甲基化造成的。这一研究成果阐明了为什么三苯氧胺治疗乳腺癌而导致子宫内膜癌这一长期困扰医学界的重要问题;并为子宫内膜癌的治疗和预防提供了新的思路和药物靶点;同时对肿瘤分子生物学的理论发展也做出了积极贡献。

 北京邮电大学  信息领域

高速窄线宽可调谐的解复用光接收集成器件

  本项目是一项集光电子器件原理创新、结构创新和关键制备工艺创新于一体的系统性原创成果,为半导体光电子学开辟了新生面

  由北京邮电大学任晓敏教授领导的研究组在国家“973”计划、国家自然科学基金重大研究计划等方面的支持下,在“高速窄线宽可调谐的解复用光接收集成器件及其关键制备工艺”上取得了突破性进展。该成果是一项集光电子器件原理创新、结构创新和关键制备工艺创新于一体的系统性原创成果。

  光通信技术的革命往往始于关键器件的创新。随着波分复用光网络的兴起,研制性能更高的具有可调谐、波长解复用和高速、高量子效率光探测等多重功能的集成器件提上了议事日程,而RCE光探测器由于自身结构的局限性无法适应和满足这一新的重大应用需求。于是,从事光电子器件研究的科学家们再次面临一系列新的难题和挑战。

  任晓敏教授创造性地提出了新颖独特的“一镜斜置三镜腔”器件结构及其“子腔间完全解耦”的原理,从理论上找到了近乎完美地解决上述诸多难题的突破口。随后,任晓敏教授带领其研究团队以“十年磨一剑”的专注与执著,潜心研究,相继发明了“外延层楔形微结构形成方法——可控自推移动态掩模湿法刻蚀”、“基于硫化物表面处理的低温半导体晶片键合”、“透明图形欧姆接触微结构及其制备”等多项关键工艺和结构,并攻克了“磷化铟-空气隙分布反馈反射器制备”及“垂直腔光电子器件中的波长调谐”等前沿技术,最终研制成功性能优异的新一代光探测器——“一镜斜置三镜腔”可调谐解复用光接收集成器件。该器件属世界首例,发明专利已向企业转让。

  教育部组织的鉴定会意见称:该器件“具有原创性,拥有完全的自主知识产权,器件综合性能为国际领先水平”。在2006年中国工程院院士大会的相关报告中,该成果被列为我国信息技术创新的典型范例。诺贝尔物理学奖获得者、俄罗斯科学院副院长阿尔费罗夫院士认为“任晓敏教授通过引入奇妙的微结构而研制出的新颖的光探测器为半导体光电子学开辟了新的重要的可能性。构思和制备这样一些结构所形成的发明充满了想象力,确实很有价值。”

 华东理工大学  工程技术领域

多喷嘴对置式水煤浆气化技术


  本项目实现了我国大型煤气化技术的突破,为我国煤化工产业的发展和能源结构调整提供了技术支撑

  由于遵宏教授领衔,华东理工大学与山东兖矿集团有限公司共同完成的成果“多喷嘴对置式水煤浆气化技术”获2006年度中国石油和化学工业协会科技进步特等奖、2006年中国国际工业博览会创新奖。

  这项国际首创、具有我国自主知识产权的技术成果在多喷嘴对置式气流床气化炉、交叉流式洗涤水分布器、复合床高温合成气冷却洗涤设备、预膜式高效气化喷嘴、高效节能型合成气初步净化系统、直接换热式含渣水处理系统等设备及工艺方面均具有创新性,获得了多项国家专利。

  建于兖矿国泰的日处理1150吨煤的多喷嘴对置式水煤浆气化工业装置,72小时连续满负荷运行考核表明了其工艺上科学合理,工程上安全可靠的运行性能。其主要技术指标如比氧耗、比煤耗、合成气有效成分、碳转化率等都很先进。与采用国外水煤浆气化技术的兖矿某化肥厂同期运行结果相比,合成气中有效气成分提高2-3个百分点,碳转化率提高2-3个百分点,比氧耗降低7.9%,比煤耗降低2.2%,显示出其水煤浆气化技术的领先水平。

  这项技术为企业大大减少了专利许可费的支付,同时具有良好的环保性能。该技术的开发成功标志着我国已经拥有了完全自主知识产权的煤气化技术,实现了我国大型煤气化技术的突破,在我国煤气化技术史上具有里程碑意义,为我国煤化工产业的发展和能源结构调整提供了技术支撑,能够产生显著的经济效益和社会效益。

  这项产业化技术将应用于以水煤浆为原料制备合成气和燃料气,是发展煤基化学品(如甲醇、氨、二甲醚等)、煤基液体燃料、多联产系统、制氢等过程工业的共性技术、关键技术和龙头技术。

  本技术具有煤种适应广、环境友好、技术指标先进等特点,应用前景非常广阔。江苏灵谷的合成氨项目、兖矿国泰的第三套水煤浆气化系统、滕州凤凰的醇氨项目、兖矿鲁化的双结构改造项目等都在采用多喷嘴对置式水煤浆气化装置。


 南方医科大学  生命科学领域

血管紧张素转换酶抑制剂治疗晚期慢性肾病研究

  本项目突破了肾素、血管紧张素系统抑制剂不能用于晚期慢性肾脏病的治疗禁区,使更多患者受益

  慢性肾衰竭(即尿毒症)是各种慢性肾脏病变进展的最终后果。慢性肾衰竭患者虽能依赖透析或肾移植生存,但耗费巨额卫生资源。中国目前有条件接受透析或肾移植的病人数尚不足慢性肾衰竭人群的十分之一。设法防止或延缓慢性肾脏病发展至尿毒症的研究具有重要的社会和经济意义。

  血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)等肾素、血管紧张素系统抑制剂是目前证据最多的肾保护药物。然而对晚期慢性肾脏病患者,多数医生由于顾虑疗效和安全性而放弃使用上述药物,致使目前80%的晚期慢性肾脏病患者未能接受肾保护治疗。南方医科大学侯凡凡教授的团队首次通过循证医学研究,证实ACEI能有效延缓晚期非糖尿病慢性肾脏病的发展,使晚期慢性肾脏病发展至慢性肾衰竭的危险性降低43%。在严密监控下,晚期慢性肾脏病患者服用ACEI时高血钾等不良事件率与服安慰剂相仿,从而突破了肾素、血管紧张素系统抑制剂不能用于晚期慢性肾脏病的治疗禁区,使更多患者受益。该研究还证实,ACEI的肾保护作用与其减少蛋白尿有关,不完全依赖其降压效应。这项技术的成果论文于2006年1月发表在医学类影响因子最高的国外期刊《新英格兰医学》杂志上。据相关检索,这是由中国大陆学者独立完成的原创论文首次在该杂志发表。该杂志还配发社论,称这项成果的发表“是改变我们对慢性肾脏病治疗策略的时候了”。论文发表后10个月,其电子文本被下载29697次,摘要被7家国外杂志转载,在国内外引起了广泛重视。项目的完成标志着我国循证医学研究达到了新水平,对遵循证据开展医学实践起到了推动作用。

 南京大学 数理领域

银河系英仙臂距离的高精度测定

  本项目解决了天文学领域英仙臂距离的长期争论,所测得这个分子云核的三维运动速度有力地证明了银河系密度波理论

  南京大学郑兴武教授、徐烨博士与美国、德国科学家合作,精确地测定了银河系旋涡结构中离太阳最近的英仙臂中一个大质量分子云核的距离和运动速度,解决了天文学领域英仙臂距离的长期争论,所测得这个分子云核的三维运动速度有力地证明了银河系密度波理论。在2006年1月6日出版的《科学》杂志上登载了这四位科学家的论文,他们的成果同时展现在这期杂志的封面上。《科学》杂志封面上的文章通常是该杂志内容文章中最有意思、意义最为重大的一篇。这是以中国天文学家为第一作者的研究成果第一次出现在该杂志的封面上。

  银河系是我们人类居住的星系。人们虽然能够很容易地用望远镜观测到非常壮观的河外旋涡星系,却很难看清银河系的真面貌。这是由于银道面上有大量尘埃的遮挡,即使是世界上最大的光学望远镜也不可能测量银道面上几千光年以外天体的距离。过去由于不能直接测量较远距离天体的距离,往往通过建立某种模型来构架银河系的旋涡结构。现代天体物理学的发展显示出这种模型的局限性。

  徐烨博士、郑兴武教授与美国哈佛-斯密松天体物理中心的MarkReid博士和德国马普射电天文研究所的KarlMenten教授四位科学家利用等效口径约为8000多公里、目前世界上分辨最高的甚长基线干涉射电望远镜,在2003年7月至2004年7月一年之内5次观测英仙臂中一个大质量分子云核中的甲醇分子宇宙微波激射。在解决了一系列具有挑战性的观测技术难题后,他们用日地距离为基线的三角视差方法精确测量了这个分子云离地球的距离(约6370光年)和运动速度。这是有史以来天文学中精度最高的距离测量,所得结果与银河系旋涡结构的密度波理论预计的速度场基本一致。这意味着人类能够直接测量银河系的大小和它的运动状态,对精确测量宇宙的大小和年龄具有重要的意义。另外该项观测技术所显露的精密射电天体测量的潜在意义也得到了天文学家的高度评价。

 上海交通大学 生命科学领域

井冈霉素的基因捕捉与组装合成

  本项目利用组合生物合成和代谢工程技术来改变这类重要微生物药物的传统育种方式奠定基础,提升了我国在该领域的研究

  在我国及东南亚水稻主产区水稻真菌病害的防治方面,有一种水稻纹枯病菌的“克星”——井冈霉素,国外称有效霉素。它高效无毒、环境友好、至今无真菌抗药性发生,还兼有抗虫活性,仅我国每年的使用面积就达2亿亩,减少了巨大的农业损失。这种药还是生产治疗糖尿病的良药——弗格列波糖和阿卡泊糖的前体物,具有很高的经济价值。多年来,井冈霉素作为我国产业化最为成功的少数高效生物农药之一,年产量已达6-7万吨,居世界首位并大量出口,年产值超4亿元。从分子水平上捕捉必需基因并阐明其生物合成机理对降低井冈霉素的生产成本、提高其活性水平和生产效率,最终提升其系列产业的技术水平意义重大。

  为了充分利用现代生物学技术提升我国与井冈霉素相关的基础研究及产业水平,上海交通大学邓子新团队联合美国科学家,经过多年坚持不懈的努力,综合使用分子遗传学、生物化学、化学等多种手段,不仅从克隆的27个基因中捕捉到8个井冈霉素生物合成的必需基因,而且通过这8个基因的异源重组装,成功实现了井冈霉素及其直接前体井冈胺的异源生物合成。其成果于2006年4月发表在国际权威刊物《化学生物学》上。同年6月出版的国际权威刊物《自然——生物技术》也给予了特别报道,对这项研究成果在相关药物及其衍生物的工程化产生及其植物转基因抗真菌育种方面的重要生物技术潜力给予了高度评价。

  本项研究获得的能够直接高产井冈胺的衍生菌株将可以简化弗格列波糖等糖尿病良药前体的生产工艺流程,完整生物合成基因簇的获得将提供以井冈霉素为新材料模式来揭示氨基环醇类抗生素的生物合成机理,为尝试利用组合生物合成和代谢工程技术来改变这类重要微生物药物的传统育种方式奠定基础,使我国在该领域的研究处于国际前沿。此外,己捕捉并定位的井冈霉素基因簇已引起众多植物学家的浓厚兴趣,在水稻、棉花、烟草、拟南芥、番茄、草坪等多种植物上开始了相关转基因研究的尝试。

 西北工业大学 工程技术领域

航空发动机整体叶盘高效精密数字化冷工艺制造技术

  本项目在国内首次开发出与国际领先的MAX-SI软件功能相当的整体叶盘数控加工专用系统,实现了复杂整体结构件加工技术的跨越

  整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的核心部件。与传统装配部件相比,整体叶盘将叶片和轮盘设计为一体,具有减重、减级、增效、提高可靠性等优点,英、美等国上世纪90年代初在新型发动机上开始应用,并严密封锁其制造技术。由于整体叶盘结构复杂,通道窄、叶片薄、弯扭大、易变形,材料多为钛合金等难加工材料,其综合制造技术属国际性难题。

  西北工业大学等单位经过7年攻关,围绕整体叶盘研制突破了18项关键技术,系统地解决了研制全过程的主要工程技术难题,获软件著作权1项、申报发明专利8项,建立了具有自主知识产权的整体叶盘加工理论、工艺规范、专用软件,形成了产学研结合、专业化协作的数字化制造技术体系,建成了国内唯一的整体叶盘快速试制基地。这项成果实现了复杂整体结构件加工技术的跨越,属国内首创。其综合技术达到了国际先进水平。其中大尺寸闭式整体叶盘加工、多约束复杂通道最佳刀轴方向自动识别、无干涉刀位计算、叶片-刀具耦合颤振抑制及残余应力变形控制等技术达到国际领先水平。

  这项成果在国内首次开发出与国际领先的MAX-SI软件功能相当的整体叶盘数控加工专用系统,突破了代表国际最高水平的闭式整体叶盘多约束复杂通道的五坐标多面对接加工和大悬臂超宽弦结构特点的弱刚性薄壁叶片的变形控制等理论方法和关键技术。基于机床动力学特性,研制者提出了刀具五坐标运动过程稳定性优化增强方法,实现了整体叶盘的高效加工。他们还突破传统工艺思路,提出了多维余量优化等新方法,有效抑制了加工变形和颤振,实现了整体叶盘的无余量精密加工。

  此项成果实施后效果显著。与传统工艺相比,粗加工切削力、加工振动幅值、加工时间明显降低,叶片变形扭转角仅为传统工艺的1/10。项目成果已成功应用于十多种型号的航空发动机,覆盖了国内在研的所有整体叶盘,并推广应用于航天、船舶、能源等领域,产生了重大的军事和社会效益。其中两级风扇整体叶盘加工技术成果标志着我国已跻身于世界上具备整体叶盘制造能力的少数几个国家之一。该技术2005年获国防科学技术一等奖,2006年获国家科技进步二等奖。

 中国农业大学  生命科学领域

植物响应低钾胁迫及钾高效性状表达的分子调控网络机理研究

  本项目在认知植物钾吸收利用的分子调控机理方面有重要理论科学意义,提供了利用分子操作技术改良植物钾营养性状的可能性

  钾是植物生长发育所必需的大量元素之一。我国大部分耕地土壤严重缺钾,而我国钾资源又极端匮乏。因此,农作物生产中作物钾营养不良、钾肥施用比例严重偏低的状况已成为限制我国农作物生产发展的重要因素。许多研究发现,不同基因型(不同种类或不同品种)植物的钾吸收利用效率显著不同,说明植物钾营养性状是遗传控制的。因此,通过现代生物技术方法对作物品种的钾营养效率进行遗传改良是解决上述问题的可能途径之一。

  中国农业大学武维华教授领导的研究小组对植物响应低钾胁迫及钾营养高效的分子遗传及生理生化机制进行了多年研究,研究成果揭示了调控植物在低钾胁迫条件下高效吸收钾离子的分子调控网络机制,主要研究结果发表于2006年6月30日出版的《Cell》杂志。这项研究表明,模式植物拟南芥根细胞钾离子通道AKT1的活性受一蛋白激酶CIPK23的正向调控,而CIPK23的上游受两种钙信号感受器CBL1和CBL9的正向调控。植物根细胞钾离子通道AKT1是植物细胞自土壤溶液中吸收钾的主要执行者。在拟南芥植物中过量表达CIPK23、CBL1或CBL9基因以增强AKT1的活性,能显著提高植株对低钾胁迫的耐受性。基于研究结果,提出了包括CBL1/9、CIPK23和AKT1等因子的植物响应低钾胁迫的钾吸收分子调控理论模型。该项研究结果在认知植物钾吸收利用的分子调控机理方面有重要理论科学意义,也可能在利用分子操作技术改良植物钾营养性状方面有潜在应用价值。同期杂志还发表了国际同行的评论,对此项研究予以了较高评价。

 中南大学等  材料领域

中国铝业升级的重大创新技术与基础理论

  本项目在我国铝工业生产的核心技术及其基础理论的研究上取得重大突破,并已在一定程度上提升了生产力

  铝是仅次于钢铁的战略资源材料。由于我国的铝土矿资源98%是铝硅比为4-5的一水硬铝石型矿,铝的品位低、硅杂质含量高,极难分离与溶炼,氧化铝提取的能耗比国外高2-3倍。多年来我国电解铝所需的氧化铝近40%、高性能军用和民用铝材的70%以上依赖进口。针对这一瓶颈,国内多所高校与研究院所合作确定以铝土矿浮选脱硅、原铝提取的高效节能、铝材合金化设计与超常制备等关键问题突破为本项目研究目标。

  这项成果通过实施国家“973”计划“提高铝材质量的基础研究”、国防预研项目“高性能铝合金”及中国铝业公司系列配套项目的资助,在我国铝工业生产的核心技术及其基础理论的研究上取得重大突破,并已经为我国铝工业的技术进步和生产发展作出重要贡献:
  
  一是在国际上首次建立了一水硬铝石型铝土矿反浮选理论体系与技术系统,所提出的理论和技术已用于中国铝业集团年产30万吨氧化铝生产线。其成果使我国可利用铝资源量增加5倍以上。

  二是首次揭示氧化铝生产中氢氧化铝析出的动态历程,发现存在有利生长基元及其控制步骤,所提出的铝酸钠常压脱硅、强化分解生产砂状氧化铝等新技术,使脱硅降低能耗60%。项目中的惰性电极系统,工业试验效果超过美国同类试验的数据,可节能20%。

  三是发明了电磁快速铸轧、织构控制轧制、复合纯净化等超常制备原理与新技术,将铝材基本组织的纯净化、均质化、细晶化提高到国际先进水平,并已用于生产多种高性能铝材。铝合金电磁铸轧装备与工艺技术被列为国家高新技术产业化示范工程,并应用于西北铝、兰州铝业公司等企业。由铝合金织构控制轧制技术生产的电子箔获国家重点新产品证书。

  四是揭示了复杂多元合金体系在不同微合金和热处理下的多尺度组织的演变规律,发现了三类不同尺度第二相的析出规律,建立了复杂铝合金体系设计与多级多相强韧化理论模型,发明了Al-Er新合金系列和强化结晶相固溶与高温近平衡预析出等多种热处理技术,研制成功多种高强、高韧铝合金材料,已在空、天、运载、坦克装甲等多种型号中试用或试验,满足了当前军品研发的急需。

  项目统共发表论文1500余篇,被SCI、EI和ISTP检索793篇次,申报专利160项,授权70项。

 

  《中国教育报》2006年12月27日第3版

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编辑:李志强
来源: 中国教育报
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