2017“中国高等学校十大科技进展”项目揭晓

2017年“中国高校十大科技进步”项目评选揭晓

日前，教育部科学技术委员会评选的2017年“中国高等教育十大科技发展”在北京公布，经过了高校申请和公示、形式审查、教育部初步评估、项目最终评估等审查过程。

“中国高等教育十大科技进步”评选自1998年启动至今已有20年。评选对提高高校科技整体水平，增强高校科技创新能力起到了积极作用。它产生了巨大的社会影响，赢得了很高的声誉。

2017年选定项目清单(附后)现已公布。所选项目的列表根据主机单元的拼音顺序进行排序，并且排名不分先后。

2017年入选“中国高校十大科技进步”

注:按报告主机单元的语音顺序排序，无论顺序如何。

2017年“中国高等学校十大科技进步”入选项目简介

一、不对称微腔光场调节新原理的研究

动量守恒是自然界的客观规律之一。它反映了时间和空间的本质。封闭系统的广义动量总是保持不变。作为增强光与物质相互作用的主要物理系统之一，光学微腔与外部光场的直接耦合需要满足动量匹配条件，但通常只能在窄光谱范围内实现，这使得宽带光学物理和微腔应用面临挑战。

北京大学“极限光学创新研究小组”龚院士和肖云峰研究员提出了非对称光学微腔中混沌辅助光子动量转换的新原理，实现了光学微腔的高效超宽光谱光耦合。非对称光学微腔打破空间旋转对称性，调节局部光场，从而获得准连续混沌模式，同时支持离散回音壁模式。光子首先从纳米波导折射进入微腔混沌模式。混沌运动使得入射光子的角动量在皮秒时间尺度上迅速增加。动态隧道过程立即实现了与回音壁模式的有效耦合。混沌辅助耦合不再需要微腔和波导模式光子之间的动量匹配，有望在集成光子学和信息处理中发挥重要作用。此外，他们还在实验中首次利用光学克尔效应的非线性调制来观察微腔光场的自发对称性破缺，获得了微腔手性光场。

研究结果分别发表在《科学》和《物理评论快报》上，受到国际学术界的广泛关注。Phys.org、科学日报等10多家国际科技媒体对其进行了专题报道，标志着我国微腔光学研究进入了一个新的水平。

第二和第五纳米碳纳米管互补金属氧化物半导体器件

芯片是信息时代的基础和驱动力，现有的CMOS技术将达到极限。碳纳米管技术被认为是后摩尔时代的一个重要选择。理论研究表明，碳纳米管晶体管有望提供更高的性能和更低的功耗，并且更容易实现三维集成。系统级的综合优势将达到数千倍，芯片技术可能升级到一个全新的水平。北京大学电子系彭练矛教授的团队在碳纳米管CMOS器件的物理和制造技术以及性能极限的探索方面取得了重大突破。他们放弃了传统的掺杂工艺，通过控制电极材料来抑制短沟道效应，从而控制晶体管的极性。他们首次实现了栅极长度为5纳米的高性能碳纳米管晶体管。它们的性能超过了目前最好的硅基晶体管，并且接近由量子力学原理决定的物理极限。他们预计将把CMOS技术推向3纳米以下的技术节点。2017年1月20日，《科学》(2017，355: 271-276)在线发表了这一里程碑式的成就，标题是将碳纳米管完整晶体管的栅极长度调整至5纳米。在《科学》和《自然纳米技术》等期刊上，它被包括IBM研究人员在内的同行引用了24次，并被选上ESI高被引论文。国内外主流学术媒体如《自然指数》、《IEEE频谱》、《今日纳米》、《科技日报》、《新华社》等都报道了相关工作。《人民日报》(海外版)评论称，碳纳米管晶体管“工作速度是英特尔最先进的14纳米商用硅晶体管的三倍，消耗的能量仅为其四分之一”，这意味着中国科学家“有望在芯片技术方面超越外国同行”，并且“是中国信息技术发展的新里程碑”。

三、慢性阻塞性肺疾病的早期干预

慢性阻塞性肺疾病是中国第三大死亡原因。中国40岁及以上人群慢性阻塞性肺疾病患病率为8.2%，其中70.6%为早期症状不明显的患者。由于症状轻微甚至没有明显症状，这些患者很容易被忽视和漏诊。当病人表现出明显的症状，如气短，并接受积极的药物治疗时，他们中的大多数人已经处于疾病的中晚期。这一时期慢性阻塞性肺疾病患者治疗效果差，死亡率、再住院率和致残率高，给患者家庭和社会带来沉重负担。

广州医科大学的冉培新团队首次对症状不明显的早期慢性阻塞性肺疾病患者进行了多中心临床试验。发现吸入抗胆碱能药物噻托溴铵可显著改善早期慢性阻塞性肺疾病患者的肺功能和生活质量，减缓肺功能的年下降率，减少急性加重。鉴于我国肺功能检查普及程度低，慢性阻塞性肺疾病漏诊率高，开发慢性阻塞性肺疾病筛查技术，为早期诊断和干预提供支持。为配合药物治疗，建立了社区分层、准确的综合防控模式。研究发现，减少生物燃料烟雾暴露可以降低慢性阻塞性肺病的风险。

本研究首次提出慢性阻塞性肺疾病的早期干预策略。建议对长期吸烟、接触污染空气和生物燃料烟雾等慢性阻塞性肺疾病高危人群进行早期筛查。一旦确诊，即使没有明显的呼吸道症状，也应及时采取戒烟、减少生物燃料烟雾暴露和药物治疗等综合干预措施，防止肺功能进一步下降和疾病发展，提高慢性阻塞性肺疾病的综合防治水平。

四、高性能数控系统关键技术及产业化

高性能数控系统是高端制造设备发展的基础，代表着国家制造业的核心竞争力。高速高精度、五轴联动、多轴多通道高性能数控系统和机床是制约我国社会经济发展的瓶颈问题。

华中科技大学陈教授团队在国家重大科技项目和企业的支持下，通过“生产、研究、应用”的联合研究，开发了一系列高性能数控系统成套产品。为全数字开放式数控系统搭建软硬件平台；开发了多轴联动、多通道等控制功能，实现复杂轨迹的运动控制。为了发展高速、高精度、高刚度的驱动控制技术，提出了一种基于柔性加减速的高速纳米插补方法。本发明基于命令域大数据的分析方法，实现了数控机床健康评估、刀具破损监测、工艺参数优化等智能应用。其中一项获得国家科技进步二等奖，五项获得省部级一等奖，形成13项国家和行业标准。

该成果已在沈飞、成都飞机、航天八所、核九所、蒲宁江等2000多家企业应用近10万台，实现了航天、能源动力、汽车及其零部件、3C制造、机床等领域高档数控装备和武器装备的批量应用。，为我国高档数控设备的自主控制提供了重要的技术保障。根据中国机械工业协会的鉴定，其功能、性能和可靠性已达到国外先进水平，可以替代进口。在航空航天加工制造应用领域，国内高端数控实现了“零突破”

五、深海高精度水声综合定位技术

在哈尔滨工程大学开发的深海高精度水声综合定位系统的引导下，今年9月29日，中国“深海勇士”号载人潜水器仅用10分钟就在南海3500米深处迅速找到了预定的水下目标，实现了“大海捞针”，标志着中国深海高精度水声定位设备和技术达到了国际领先水平。

声波是迄今为止唯一有效的水下信息载体。高精度水声定位是人类依靠众多水下潜水器进入深海、探索深海、开发深海的关键。然而，为了实现与卫星同等数量级的水下定位性能，必须克服诸如复杂的水声信道环境、严重的水声平台干扰以及实施自主知识产权系统的困难等挑战。

经过八年的努力，孙大军教授的团队先后攻克了深海高精度超短基线定位(获2016年国家技术发明二等奖)、水面超短基线阵列与海底长基线阵列相结合的综合定位等关键技术，解决了海洋声速慢、平台运动大时延的异步高精度定位问题。开发的具有自主知识产权的水声综合定位系统(2017年授权6项专利)，深海定位精度0.3m，定位效率90%以上。综合技术水平已进入世界领先行列。它成功地支持了刚刚结束的中国“深海勇士”号首次载人深海航行试验和中国最先进的科学研究船“科学”号在南海进行全面科学考察的两次任务，为中国开展10000米深“马里亚纳海沟”等深海实践奠定了坚实的技术和设备基础。

六、高轨卫星对地双向高速激光通信系统技术

高轨星地双向高速激光通信系统技术是关系到国家全局和长远发展战略的前沿科学领域之一。该项目的成功完成标志着中国在空间激光通信领域已经达到国际领先水平，是卫星通信领域的又一个新的里程碑。

卫星激光通信具有通信容量大、传输距离长、保密性好等优点。它是建设空间信息高速公路不可替代的手段，也是当前国际信息领域的前沿科技。高轨星地激光通信需要实现卫星与地面站之间的高精度捕获，并有效克服卫星运动、平台抖动、复杂空间环境等因素的影响，以保持激光束的连续高精度稳定对准。它在技术上极其困难，目前是各国发展的热点。

2017年4月12日，哈尔滨工业大学谭团队研制的激光通信终端随卫星发射进入轨道。2017年5月至8月，高轨星地双向高速激光通信系统实现了近4万公里卫星与地面站之间上下波束的“精确对准、稳定维护和高速通信”。利用激光束建立的星地双向高速信息传输通道成功实现了通信数据传输、实时转发和存储转发，最高数据传输速率为每秒5 Gbps。它是迄今为止国际高轨卫星激光通信的最高数据传输速率，其性能和技术指标达到了国际领先水平。

高轨星地双向高速激光通信系统在天地信息网络中建立了天地链接的高速骨干通道，为中国未来建立完整的天地信息网络奠定了重要基础。

七、“诱饵模型”——致病菌的新机制

疫霉引起的作物病害曾被称为“植物瘟疫”，严重威胁全球粮食和生态安全。19世纪中期，欧洲马铃薯晚疫病流行导致数百万人饿死或逃离。“爱尔兰饥荒”被称为人类历史的转折点。目前，全球每年因该流行病造成的损失仍高达200多亿美元。农作物流行病爆发迅速，传播迅速，在田间造成严重危害。由于疫霉菌基因组复杂，对其致病机理缺乏了解，严重制约了防治技术的研究和发展。

南京农业大学的王源超团队系统地研究了疫霉的效应器围绕其主要武器“效应器”攻击植物的作用机理。发现疫霉在侵染过程中可以分泌糖基水解酶XEG1降解植物细胞壁，而植物分泌蛋白酶抑制剂GIP1抑制XEG1的活性。失活的突变体XLP1可分泌水解酶，作为“诱饵”干扰防御反应，并与XEG1协同攻击植物抗病性。此外，还发现疫霉通过干扰组蛋白乙酰化作用，向宿主细胞中分泌效应器来破坏植物的抗病性。

这项成果发表在2017年的《科学》、《当代生物学》和《新生理学》上，并被《自然化学生物学》等许多杂志文章所评论。本研究发现的“诱饵模型”是一种全新的致病机制，是近年来生物相互作用领域的重大理论突破。由于该机理在病原菌中具有普遍性，不仅对提高作物的持久抗病性具有指导意义，而且为开发新的生物农药提供了新的线索，在作物绿色生产领域具有潜在的应用前景。

八、真核酵母长染色体化学改造

基因组设计合成是一种全新的基因组设计和重建。它可以根据需要塑造生命，打开非生物向生物转化的大门，推动生命科学研究从理解生命走向创造生命。基因组设计合成为加深对生命进化和基因组与功能关系等基本科学问题的理解提供了一种新的途径。然而，基因组合成面临困难，例如长染色体的精确合成困难和由合成染色体引起的细胞失活。

天津大学的袁、深圳华大基因研究所的杨、清华大学的等团队经过5年多的探索，共同完成了4条酿酒酵母长染色体的化学全合成:建立了快速基因组缺陷靶位定位方法和多靶片段共转化精确修复技术，解决了长染色体化学合成导致细胞失活的难题，实现了长染色体合成序列与设计序列的完全匹配。建立了一种多级模块化并行染色体合成策略，实现了从小分子核苷酸到真核生物长染色体的快速定制合成。构建了人工环状染色体，建立了目前无法治疗的染色体环状疾病的发病机制和潜在治疗方法的研究模型。

2017年3月10日，该研究以长篇文章的形式发表了四篇《科学》论文，引起了国内外专家和媒体的极大关注。在《科学》、《自然》、《自然生物技术》、《自然观点遗传学》和《分子细胞》等杂志上发表的文章对此给予了高度评价。

九、煤超临界水气化制氢和发电联产技术

2016年12月25日，Xi交通大学以1.5亿元的价格将郭烈锦教授提出并由团队成功研发了20年的“煤超临界水气化制氢及发电多联产技术”转让给产业化投资集团陕西核交通大学股份有限公司，正式启动了该项技术的产业化。一年来，团队持续攻关，开发了大规模工程联产该项技术的系统集成和配套方法，解决了产业化中存在的关键技术和辅助配套工程技术，完成了热电联产、氢热联产两大工程示范装置的技术设计。 推动产业化投资集团陕西核通大学公司分别向xi安城投资集团和榆林环保集团联合投资4.2亿元和5亿元，开展首批热电联产、氢热电联产示范工程建设。

这项技术可以从源头上解决硫氧化物、氮氧化物和其他燃煤气体污染物和灰尘的排放，这些污染物和灰尘会造成烟雾。由超临界水、H2和CO2组成的混合产物气体可用于制氢、发电、供热和蒸汽供应。该技术可自然实现CO2富集和资源化利用，可提高发电机组煤电转换效率至少5个百分点，一次性投资减少30%，节约用水，降低运行成本。第三方论证专家组认为，“技术具有完全独立的知识产权，技术可行，经济合理”。投资者认为，该技术“实现了煤炭能源的高效、清洁、无污染利用，必将带来能源技术的深刻变革，为全球节能减排做出巨大贡献”。

十、高速铁路列车运行动态效应测试系统(iHSRT)

高速铁路列车高速运行，接近或超过路基土的波传播速度。列车运行产生的振动不能及时扩散，造成冲击波现象和马赫效应，导致振动过大和路基周期性累积沉降，影响列车安全和乘坐舒适性。在实验室研究可控条件下高速列车运行对铁路路基的动力影响具有重要的科学意义和工程价值。

浙江大学教授卞学成带领陈院士团队，发明了世界上第一台高速铁路列车运行动态效应测试装置。该装置将列车运行荷载转化为作用在一系列轨枕上的竖向动荷载，通过精确控制相邻激励器的加载相位差，实现列车轴的高速运动对路基的加载。整个测试系统由列车运行加载激励器阵列、加载控制系统、全尺寸线模型和测试系统组成，最大速度为360 km/h，核心技术已获得2项美国发明专利和8项中国发明专利。

该系统揭示了饱和路基的马赫效应和桩承式路基的动力土拱效应，以及伴随着动孔压急剧增大的动力土拱效应，揭示了高速铁路路基的动应力放大效应、沿深度衰减规律、循环累积沉降规律和过度沉降机理。在此基础上，提出了路基循环累积沉降的评价、控制和修复方法，并成功应用于10多个软土地基上的高速铁路和地铁工程，取得了显著的社会效益和经济效益。研究结果在国际权威期刊上发表了10篇论文，其中《苏尔动力学与地震工程》发表的论文被评为“被引用最多的文章”。