2021年度中国高等学校十大科技进展

2021年度“中国高等学校十大科技进展"入选项目介绍一、化学小分子诱导体细胞重编程为多潜能性干细胞传统观点认为，哺XX动物细胞只有在胚胎发育的早期具有分化为XX种类型组织和器XX的“多潜能性",而随着生长发育成为成体细胞之后会逐渐丧失这一特性。

人类一直在寻找方法让已分化的成体细胞逆转，使之重新获得“生命之初”的多潜能性,并将其重新定向分化成为有功能的细胞或器XX，应用于治疗多种重大疾病。

此前，通过借助卵母细胞进行细胞核移植或者使用导入外源基因的方法，体细胞被证明可以被“重编程”获得“多潜能性",这两项技术还获得了2021年诺贝尔生理医学奖。

但是，这两项技术具有XX限制或潜在的遗传突变等风险,大大限制了其在再生医学中的进一步临床应用.邓宏魁团队开辟了一条全新途径，首次使用小分子化合物诱导体细胞重编程成为多潜能干细胞，该种细胞被称为“化学诱导的多潜能干细胞（细胞）”.该方法摆脱了以往技术手段对于卵母细胞和外源基因的依赖，避免了传统重编程技术在应用上的缺陷。

提供了更加简单和安全有效的方式来重新赋予成体细胞“多潜能性”,是体细胞重编程技术的一个飞跃。

该成果于7月8日发表在国际学术权威XXXX。

这为未来细胞治疗甚至器XX移植提供了理想的细胞来源,将极大地推动治疗性克隆——克隆组织和器XX以用于疾病治疗-—的。

二、昼夜不对称增温对北半球陆地生态系统的影响研究相比于白天，地球在夜晚时正以更高的速率变暖：在过去的5０年里,日最低温度升高速度比日最高温度升高速度要快4０%。

然而，一直以来人们很少关注这种昼夜不对称增温对植被生长和生态系统功能的影响,成为当前的全球变化研究的一个空白点。

为了解答这一问题，研究小组与中科院青藏所、XX以及XX大学等单位合作,利用遥感数据、大气2浓度观测数据、以及气象数据，并结合大气反演模型,系统地研究了白天和晚上温度上升对北半球生态系统生产力和碳源汇功能影响及其机制。

研究发现,昼夜不对称增温对北半球生态系统碳源汇功能的影响显著，而且表现出明显的地带性规律。

白天温度升高有利于大部分寒带和温带湿润地区植被生长及其碳汇功能，但并不利于温带干旱和半干旱地区植被生长。

而夜间温度上升对植被生长的影响则与白天相反.这一发现纠正了过去普遍认为温度上升有利于北半球植被的生长、从而有利于提高生态系统碳汇功能的认识,为科学预测陆地生态系统长期动态变化研究提供了一个重要的理论基础。

该研究结果于2021年９月发表在XX，得到了国内外同行的高度评价。

XX在同一期专门发表了一篇来自于全球生态学专家．的评述，探讨了这项工作的重要性及其意义。

三、高速XX跨区间无缝线路理论体系、关键技术及工程应用跨区间无缝线路是用焊接长轨条连续铺设的轨道,彻底消除了钢轨接头,是保障高速XX高XX、低维修的核心技术。

没有跨区间无缝线路,剧烈的轮轨作用将严重制约高速XX。

在研究之初,跨区间无缝线路面临与复杂气候适应性、长大桥及高架站协调性及安全服役可控性等关键难题。

XXXX大学高亮教授研究团队通过理论创新与技术突破，XX了具有自主知识产权的跨区间无缝线路理论与应用技术体系。

创建了无缝道岔精细化分析理论及设计方法,攻克了大温差地区大号码道岔无缝化的技术难题；创立了无缝线路—长大桥梁空间耦合分析理论，突破了长大桥无法连续铺设无缝线路的技术瓶颈；自主研发了协同仿真系统，创建了高架站无缝道岔分析理论和设计方法，解决了高速XX这一重大难题；构建了跨区间无缝线路监测、评估体系，填补了该领域空白。

该项目XX相关规范标准７项、并取得知识产权数十项,在国内外学术刊物上发表论著上百篇，专著《高速XX无缝线路关键技术研究与应用》被专家认为“具有重要的学术价值及应用价值”。

研究成果整体处于国际先进水平,在国内多条高速XX 及泰国、XX等国XX建设中获得广泛应用，经济效益显著，对我国乃至世界高速XX大规模建设具有重要意义。

四、天河二号超级计算机系统天河二号超级计算机系统峰值性能每秒５。

49亿亿次,持续性能每秒３．３９亿亿次，能效比每瓦特1９亿次，名列2021年６月第4１届国际超级计算机5０0强XX500的第一名,并在 11月第４２届5０0蝉联.XX、、XXXX对天河二号研制成功作出重要批示，并亲临学校视察了该系统.项目起步于2021年，在XX自然科学基金委、XX“核高基”重大科技专项的支持下开始预先研究与关键技术攻关；2021年在XX“十二五"8６3计划“高效能计算机及应用服务环境”重大项目支持下开始工程实施,2021年5月完成研制任务。

自主研制了3款芯片、4类结点、2套网及系统软件等核心构件,具有高性能、高能效、应用面广、易用性好和可用性高等显著特点。

系统研制过程中取得了异构多态体系结构、微异构计算阵列、自主高性能、支持十亿亿次级系统的自主定制高速互连网络、层次式加速存储架构、自主并行编程模型和多领域并行编程框架、多层次容错设计和XX故障管理、综合化能耗控制等一系列核心关键技术突破，综合技术水平进入世界领先行列.天河二号作为XX超级计算XX中心业务主机已投入运行，主要应用于大科学、大工程、XX升级和信息化建设等领域。

五、空间机械臂技术空间机械臂安装在航天器外侧、暴露在太空,工作环境恶劣。

它具有六维空间精确定位和手爪精细操作能力,是航天器在轨维修和维护的核心装备.XX大学刘宏教授带领的研究团队，在XX“863”计划支持下,十余年来从基础研究到关键技术攻关再到工程应用，在空间机械臂的设计、制造、装配、集成、测试与试验等取得重大进展。

发明了具有冗余容错,集机、电、热、控于一体的模块化关节，并在此基础上提出了可折叠机械臂构型，实现了最小空间的发射锁紧配置；发明了位姿大容差、结构紧固连、释放微干扰的轮廓渐进收拢式手爪,攻克了空间目标的分离和捕获技术瓶颈；建立了柔性关节的空间机械臂动力学模型，有效抑制了机械臂的末端残余抖动，实现了机械臂的精确定位;提出了动基座下动目标的相对运动预测方法,实现了浮动基座情形下大时延的运动目标自主视觉伺服跟踪；提出了重力环境下物理半物理相融合的方法,建立了模拟空间微重力的机械臂三维运动综合平台,攻克了机械臂地面测试的技术难题。

空间机械臂的在轨试验结果达到预期，XX项指标满足要求，定位精度属于国际领先，填补了我国在该领域的空白,为空间机械臂在我国空间站建设、行星探测等领域的应用奠定了坚实基础.六、星地激光链路试验随着航天技术的，需要从卫星下传给人们的信息越来越多，传统的卫星微波通信技术已经遇到了信息传输的瓶颈问题.如果用激光光束在空间架设“光缆”,使高速信息从卫星传到地面,将极大地提高星间、星地的信息传输能力，有效地解决这一难题，这就是卫星激光通信技术，所建立的星地之间激光信息传输通道就是星地激光链路.卫星激光通信具有通信容量大、传输距离远、保密性好等独特优点，采用该技术可以建立空中高速信息公路，为用户提供高清图像、多XX等巨大容量的通信服务。

这是一项具有极大难度和广阔应用前景的军民两用XX，美欧日等进行了多年研究，已进入到空间试验阶段。

XX大学卫星光通信团队在马晶、谭立英教授带领下进行了二十多年的艰苦攻关,突破了卫星光通信关键技术。

在国防科工局民用航天项目支持下,哈工大成功进行了海洋二号卫星与光通信地面站之间的星地双向激光通信，链路距离近２千公里，光束对准精度达到微弧度量级,相当于针尖对麦芒的百倍，实现了“对的准、捕的快、跟的稳、通的好"。

这是我国首次星地激光链路试验，主要技术指标达到了国际领先水平。

该项试验的成功,标志着我国在空间高速信息传输方面取得了重大突破,是我国卫星通信史上新的里程碑!七、量子反常霍尔效应的实验观测拓扑绝缘体是一种新的量子物质。

这种体绝缘材料的表面存在受拓扑性质保护的导电态.理论XX,在铁磁性拓扑绝缘体薄膜中会存在量子反常霍尔效应,即不需要外加磁场的量子霍尔效应。

当薄膜处于量子反常霍尔态时,其体内是绝缘的，边缘存在XX量耗散的导电通道。

实现这一效应不但在科学上具有重要意义，还有可能推动新一代低能耗电子学器件的，有可能推动信息技术的XX.从2021年开始,薛其坤院士带领的、由王亚愚、陈曦、贾金锋和中科院物理所马旭村、何珂、吕力组成的实验团队,理论上与XX斯坦福／张首晟以及中科院物理所方忠、戴希合作，对量子反常霍尔效应展开实验攻关。

他们利用分子束外延技术制备出了高质量拓扑绝缘体薄膜,利用半导体能带工程得到了理想的电子结构,通过对生长过程原子尺度上的控制得到了几乎绝缘的铁磁性薄膜掺杂的()23，并首次在实验上观测到量子反常霍尔效应,即在XX 物理学家霍尔1881年发现反常霍尔效应132年后终于实现了反常霍尔效应的量子化。

该成果发表在2021年《科学》XX上。

量子反常霍尔效应的实验发现是凝聚态物理基础研究领域的一项里程碑式的发现，是我国对世界物理学所做出一项重要贡献.八、过渡金属导致物质从反芳香性向芳香性的突变芳香性是芳香化学的基石。

芳香性物质从日常生活到高科技领域均应用广泛。

而反芳香性物种因极不稳定，已成功分离的极少。

实现物质从反芳香性到芳香性的转变，是一个有待突破的重要科学难题。

我国科学家通过在反芳香环内嵌入金属的方法,首次合成并分离出全新芳香性物质金属杂戊搭炔。

该化合物挑战化学键极限,分子内含有小于13０°的卡拜键角，过渡金属导致物质从反芳香性到芳香性的突变,两者均为XX传统概念的突破.代表作发表于《》今年第8期。

该XX同步发表以“”为题的专评。

《》、《》、XX化学会《》、我国基金委XX和XX化学新闻等发表了专评或报道.诺贝尔化学奖得主对该成果也给予了高度评价。

此项原创性研究历经4年协同攻关,XX大学夏海平教授为项目总负责人,朱军副教授为理论计算负责人,李顺华副教授负责产物的荧光性能研究，博士生朱从青为产物合成与结构表征的主要贡献者。

参加该工作的还有多位XX大学的其他师生。

XX佐治亚大学教授参与了理论计算讨论.夏海平课题组2021年度围绕金属杂芳香体系发表了十篇相关XX。

这类新芳香体异常稳定、其光电特性与传统有机芳香体截然不同，在生物医学、光电材料和太阳能利用等领域应用前景广阔。

九、纳米孪晶结构极硬立方氮化硼超硬工具在现代加中发挥着愈来愈重要的作用.同时提高超硬工具材料的硬度、韧性和稳定性一直是科学界和XX 界的共同追求。

以燕山大学亚稳材料制备技术与科学XX重点实验室田永君教授为首的中外科学家首先建立了多晶共价材料硬化的理论模型,发现在纳米尺度硬度应源于霍尔—佩奇效应和量子限域效应的共同贡献；随后他们通过具有类似XX套娃晶体结构的洋葱在高温XX下的马氏体相变合成了纳米孪晶立方氮化硼。

该材料的硬度超过人工金刚石单晶，韧性优于商用硬质合金，抗氧化温度高于立方氮化硼单晶本身。