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2005年中国高校十大科技进展评出

会计师
来源: 作者: 2019-04-26 19:09:47

2005年中国高校十大科技进展评出

编者按:元旦前教育部科技委员会全委会公布了评选出的2005年度“中国高等院校十大科技进展”。从已出台的八届评选结果看,我国高校科研对社会的贡献在明显稳步增长。以这次评出的十个项目为例,既有处于科学前沿的物理学、生命科学等方面的具有重要意义的发现,又有能够推动国家科技产业发展的重大技术与技术集成的开发,还有应对国家建设的重大需求研发的促进传统产业技术改造的关键项目。这些项目不仅显示了高校的科研实力,也代表了高校科研发展的方向。

在实施科教兴国战略和人才强国战略过程中,高校肩负着义不容辞的,同时也必须抢抓机遇,提升自己的自主创新能力和水平。高等院校要把科研工作融入国家创新体系建设中去,心中要装着国家、地方、行业发展建设的大事,争取作出更多更大的贡献。这样有利于争取更多的好项目,有利于获得更大的支持,也有利于多出人才、快出人才、出好人才。

北京大学:太阳风起源和太阳风的形成高度

[这项研究成果解决了自1962年发现太阳风以来国际科学界一直无法确定太阳风起源高度的问题]

这一成果是北京大学地球与空间科学学院空间物理与应用技术研究所涂传诒教授科研小组取得的。太阳风是从太阳向外流动的等离子体流。太阳发出的扰动通过太阳风传到地球,导致地球外层空间环境的扰动,影响人造卫星、通讯等高技术活动。自从1962年观测到太阳风以来,太阳风是如何产生的,就成为人类想要揭示的自然界秘密。空间探测表明太阳风起源于太阳冕洞区域,但人们不知道太阳风起源于光球之上的具体高度。也就是说,人们知道太阳风起源的平面位置,却不知道其起源的高度层次。太阳大气的物理特性是随高度而变化的,研究太阳风起源的高度对研究太阳风的形成机制有着重要意义。一直以来无法确定太阳风的内边界即形成高度,从而使得太阳风起源问题长期得不到解决。

这项研究工作通过对外推的太阳磁场结构与太阳大气发射线谱线参数作相关分析,确定了太阳风起源的高度,回答了这一长期困扰学术界的问题。在这一发现的基础上,研究小组提出了描述太阳风模型的新思路,它与以往的模型有本质的区别。以往的模型都是一维的,磁重联产生的能量是人为的加在磁通管中而且在1000千米以下,外逸等离子体是由一维磁通管下面的离化层提供的。而这项研究工作所提出的模型在本质上是三维的,磁漏斗结构中外流的太阳风等离子体是由旁侧色球磁圈在超米粒对流的驱动下通过与该磁漏斗开放磁力线结构发生磁重联提供的。太阳风等离子体的初始加热也是在5000千米的磁圈结构中得到的,太阳风加速是在漏斗5000千米以上的磁通管中得到的。这是一个全新的三维太阳风起源的模型。

北京大学:使用单层分散型CuCl/分子筛吸附剂分离一氧化碳技术

[这项技术解决了深冷分离法和国内原有的变压吸附法无法从含氮和甲烷高的原料气分离出一氧化碳的难题]

这是一项在基础研究发现的新原理指导下发明的具有自主知识产权的重大应用技术。北京大学化学院物理化学研究所结构化学国家重点实验室谢有畅教授领导的科研小组在基础研究中发现自发单层分散原理,根据此原理,将氯化亚铜单层分散在分子筛表面,利用铜离子可与一氧化碳络合的性质,制得对一氧化碳有高吸附容量和高选择性的氯化亚铜分子筛高效吸附剂。这种吸附剂性能居国际领先水平,获中、美、加三国发明专利,实现了工业化生产,获国家级新产品证书。应美国著名气体公司邀请,所做的合作中试证明此吸附剂具有优异的一氧化碳分离性能,产品已出口。利用此吸附剂,北大先锋科技有限公司开发成功大规模变压吸附分离一氧化碳工程技术,于2003年2月在江苏丹阳化工集团醋酐公司建成以半水煤气为原料每小时产一氧化碳1700立方米的大型变压吸附分离装置,一次开车成功,平稳运行至今,一氧化碳吸收率高于85%,纯度高于98.5%,性能指标居国际先进水平。丹化醋酐公司利用此技术生产一氧化碳成本每吨只有约1000元,和甲醇(每吨约2000元)一起生产醋酐。该变压吸附装置生产的一氧化碳可年产每吨价值1万多元的醋酐约3万吨,利润1亿多元。该公司正在用此技术再建一套更大的每小时产一氧化碳4600立方米的变压吸附分离装置,生产更多醋酐及其他产品。

一氧化碳是重要的化工原料,可用于合成多种高附加价值化工产品,如醋酸、醋酐、甲酸、二甲基甲酰胺、碳酸二甲酯、聚碳酸酯、光气、聚氨酯、草酸酯和金属羰基化合物等。北京大学开发成功的大型变压吸附分离一氧化碳装置,具有投资少、产品质量高、生产成本低、自动化程度高、操作方便等优点,应用前景十分广阔。

清华大学:线粒体膜蛋白复合物II的三维精细结构研究

[人类很多疾病产生的分子机理解释需要以复合物II的三维精细结构为基础]

我国清华大学医学院蛋白质科学教育部重点实验室饶子和教授领导的科研小组异军突起,只用了三年多的时间即攻克了蛋白复合物II的三维精细结构解析这一难关。

线粒体作为细胞器,是真核细胞活动的主要供能单位,是细胞发生呼吸作用的主要场所。呼吸链酶系定位于线粒体内膜,由四个分子量很大的跨膜蛋白(复合物I、II、III、和IV)和介于其间的泛醌(UQ)和细胞色素C组成。复合物Ⅰ即NADH脱氢酶,其作用是催化NADH的电子传递至UQ,同时将质子由线粒体基质转移至膜间隙。复合物Ⅱ即琥珀酸脱氢酶,其作用是催化电子从琥珀酸转至UQ,但不转移质子。复合物Ⅲ即细胞色素c还原酶,其作用是催化电子从UQ传给细胞色素c,同时将质子由线粒体基质泵至膜间隙。复合物Ⅳ即细胞色素c氧化酶,其作用是将从细胞色素c接受的电子传给氧,同时转移质子至膜间隙。最终阐述这些复合物的电子传递机制和跨膜质子泵工作原理有待于它们三维精细结构的解析。

复合物III和复合物IV的晶体结构的解析在数年前被攻克。而关于琥珀酸泛醌氧化还原酶的结构研究则在原核生物中取得了一些进展,人们只能用这些原核结构作为模型来研究线粒体复合物II。

鉴于如此重要意义,我国科学家以猪心为原材料从中提取线粒体复合物II,并解析了该膜蛋白复合物2.4埃的结构以及其与抑制剂3-硝基丙酸盐,2-噻吩甲酰三氟丙酮(2-TTFA)的复合体3.5埃的结构,填补了线粒体呼吸链结构生物学研究的一个空白,这一成果于2005年7月1日发表在国际著名的学术刊物《CELL》上。

基于这一成果,我国科学家建立了人体线粒体复合物II的结构模型,并对已知的与该复合物突变相关的人类疾病进行了研究,发现这些突变位点均位于电子传递体或UQ结合位点的周围,其突变导致电子正常传递的中断,是相关疾病发生的根源,从而为研究与该复合物相关的人类线粒体疾病提供了一个真实的模型。

复旦大学:哺乳动物基因突变和转基因技术的新方法

[在世界上首创了一个高效实用的哺乳动物转座因子系统,为大规模研究哺乳动物基因功能提供了新方法]

人类基因组计划发现哺乳动物有约30000个基因,对这些基因功能的认识是当前国际竞争的焦点。基因剔除和化学诱变等传统基因功能研究方法技术要求高、时间长、费用大,导致三十多年来人们仅对小部分哺乳动物基因功能有所了解。复旦大学发育生物学研究所吴晓辉教授与许田教授领导的科研小组的这项成果,于2005年8月12日以封面文章形式发表在国际顶级生命科学杂志《细胞》上。这是我国科研工作首次登上该杂志的封面,相关技术已申请国际专利。

由吴晓晖教授和许田教授共同领导的研究小组立志于改变哺乳动物遗传学的研究现状。在探索多种转基因和插入突变方法失败后,他们成功改造了PB因子并将其应用于哺乳动物。研究小组发现PB可在人和小鼠细胞株中高效导入基因并稳定表达,为体细胞遗传学研究和基因表达提供了一个高效、便捷的新系统。他们进一步发现可用PB培育转基因小鼠,为小鼠及其他哺乳动物建立了新的转基因技术体系。与传统方法相比,利用PB进行转基因具有如下优势:一是转基因以类似于内源基因的单拷贝形式整合;二是转基因载体可同时携带多个基因;三是PB允许转基因长期稳定表达;四是转基因整合效率高;五是可用非损伤性的可见标记代替PCR等传统方法跟踪转基因,经济高效;六是易于确定整合位点。

这一成果的优势还在于,研究小组发现PB不仅可高效、广谱地插入小鼠基因组并使基因失活,而且其精确切离的特性也可用于复活被插入的基因。

新方法提供了大规模研究小鼠等哺乳动物基因功能的解决方案。它可在大范围内快速寻找疾病相关基因,建立多种疾病模型,寻找疾病机理及药物靶点,从而发展创新的治疗手段和药物。它也为人类疾病的基因治疗提供了新途径。它还可以用于鉴定并研究具有重要生物学功能的基因,并改良经济动物。这项研究引起了国际生物医学界的广泛关注,被《细胞》杂志审稿人评价“是里程碑式的发现,将可能在世界范围内改变小鼠遗传学研究,并有用于人类基因治疗的前景”。

上海交通大学:DNA大分子上一种新的硫修饰

[DNA分子硫修饰的发现,为生物学研究打开了又一扇大门]

在基础生命科学领域,有一项长期令人迷惑不解的DNA不稳定现象的分子机理,孕育着新的生物学功能的发现。这一机理很可能与重要的生命活动息息相关。2005年9月,国际微生物领域顶级刊物《分子微生物学》上发表了上海交通大学联合华中农业大学及英美科学家共同合作的一篇题为“DNA大分子上一种新的硫修饰”的论文,首次揭开了细菌DNA大分子上掺入硫元素的一种崭新的修饰系统的面纱。

DNA分子研究是生物科学最为引人注目的研究领域之一。DNA是生命的物质基础,由五种元素——碳、氢、氧、氮、磷构成的四种核苷酸序列,编码着自然界千变万化的遗传现象,贮存着生物界无穷无尽的遗传信息资源。在基本的DNA骨架之外,DNA还会“自我修饰”。这是分子生物学科的一个专门领域,构成对DNA结构的重要补充,其中同样蕴涵着神秘的遗传学意义,世界上为此类研究倾注毕生精力的科学家数以万计。

在DNA修饰研究领域,第一项重大发现是诞生于上世纪50年代的“DNA甲基化限制修饰系统”。这种DNA修饰有什么意义?它可以限制外来生物入侵,使生物体保护自身遗传稳定性。举个例子,两军对垒,一支队伍穿上统一的军装,就能与对方区别开来,而不会误伤自己人。修饰后的同类DNA就能赶走或消化入侵的异类。这项发现对后来其他分子生物学基础理论的创立和发展及基因工程的研究产生了里程碑式的重要作用。

DNA分子的硫修饰,是DNA甲基化修饰系统之外的又一项新发现。DNA分子的不稳定现象在众多生物学实验中都会经常遇到,但却很容易被普遍解读为因DNA提取操作不当造成。但由邓子新和周秀芬教授领衔的科研团队孜孜以求:有没有可能是因为DNA本身结构变化而造成不稳定呢?沿着这条思路,团队十几年来把它作为一个非共识性项目,经历了来自国内外方方面面的质疑,各种实验难以计数,也经历了挫折与失败,最终发现DNA分子不稳定现象“毛病”出在其自身,因为DNA分子产生了硫修饰。

天津大学:精馏过程强化研究与大型化关键技术系统集成

[这一成果对我国石油化工业实现国际先进水平的规模效应具有显著的推动作用]

人类社会现阶段的发展与资源、环境密不可分,我国目前的发展尤其遇到了能源问题这一瓶颈。提高石油化工业的能力与水平是重要对策之一。建设“千万吨级炼油、百万吨级乙烯”大型化工装置,提高设备效率、降低能耗、减少废物排放就成为国家能源战略规划的目标。天津大学李鑫钢教授主持开展的热分离过程强化研究及工程化应用,形成关键技术的集成创新对这一目标的实现具有重要意义。

李鑫钢科研小组应用现代传递理论、流体力学与计算流体力学、系统分析优化理论和三维图像技术等多学科领域的最新研究成果和方法,开展炼油分离过程强化研究,其成果显著提升了炼油分离过程中的蒸馏强度与轻油的拔出率。在大型板式塔技术方面,科研小组形成了基于湍流理论计算板式塔流动分布的理论体系;在填料塔技术方面,实现了预测液相流体力学行为的突破。特别是20世纪末期以来,他们又在精馏技术研发中创新性引入计算流体力学方法,开发出多种新型规整填料、立体导向梯形浮阀、槽盘式气液分布器、多级全连通式液体分布器、具有捕液吸能作用的双切向挡板进料分布器等多项专利和专有技术,解决了大直径、浅床层的填料塔和大直径高液面梯度的板式塔内流体力学和化工热力学等工程难点,形成了具有自主知识产权的炼油分离过程强化集成技术,为我国能够自主研制8米以上直径的特大型塔器提供了技术保障。

应用这一集成技术,国内炼油工业不到十年时间连续刷新并创造了单套装置处理能力由最初250万吨跃升到500万吨、600万吨、800万吨,直至2005年达到1000万吨的记录。我国第一套千万吨级减压蒸馏装置,在保持原减压塔壳体(塔径6.1米)不变的条件下提高了蒸馏强度,装置扩能一倍,改善了减压系统的产品质量,单位能耗降低24%。

该技术的成功应用,突破了发达国家对我国炼油工业长期的技术领先地位,总体技术水平达到了国际先进水平。全套技术已经申请专利30余项,其中已授权21项,在理论研究、技术工艺、装备方面形成了完整的工程化技术体系。该项目的应用推广覆盖了我国炼油能力90%,显著提升和推动了国民经济支柱产业——化学工业的技术进步。

同济大学:国家863燃料电池轿车

[燃料电池汽车的开发将引发全球汽车工业重大变革,是目前世界公认的科技发展战略制高点]

开发燃料电池汽车对我国尤其具有重要意义。一是实现我国能源结构多元化,保障能源安全;二是减轻大气环境污染,维护社会可持续发展;三是促进汽车工业自主创新,实现我国汽车工业的跨越式发展。为此,科技部在“十五”期间设立了863电动汽车重大专项。

2001年年底,同济大学联合上汽集团、上海科投、上海工投等单位成立产学研企业“上海燃料电池动力汽车系统有限公司”,依托同济大学新能源汽车工程中心,承担了国家863电动汽车重大专项“燃料电池轿车”课题。自2002年以来,项目团队已自主研发出三代超越系列燃料电池轿车动力平台,圆满通过科技部三轮审查考核。其产品2004年参加“必比登”世界清洁能源汽车大赛,在7个单项比赛中取得了5A的优异成绩,名列参赛燃料电池汽车之前列。特别是2005年开发的第三代燃料电池轿车动力平台实现了结构设计轻量化、动力系统模块化、功率控制单元化、水冷系统集中化、辅助系统电动化等创新技术,同时装备该动力平台的三种车型(超越三号S3000,-MPV,-东方之子)共10辆燃料电池轿车顺利下线,并投入试验性示范运行。12月17日由科技部组织,国家机动车质量检测中心(上海)在上海大众试车场对燃料电池轿车进行了性能测试,国家863电动汽车重大专项办公室和监理公司全程见证了测试过程。燃料电池轿车最高时速达到122公里/小时,百公里加速时间19秒,续驶里程220公里,燃料经济性百公里1公斤氢气(相当于3.87升汽油),超额完成科技部合同指标。自11月下旬起,启动了整车道路运行试验,4辆“超越三号-S3000”参加了运行试验。目前已经完成了累计运行3万公里,单车运行1万公里,单车无故障运行2000公里的预定指标。

国防科技大学:银河麒麟国产服务器操作系统

[研制国产操作系统不仅是我国掌握软件产业发展主动权的关键,而且对国家的信息安全也具有十分重要的战略意义]

操作系统是一切软件的基础,是软件产业的战略制高点。如果长期不掌握操作系统的核心技术,将导致我国的软件产业处于“空心化”的困境,我国软件产业发展将缺乏后劲。2002年由国防科大牵头承担的“服务器操作系统内核”项目建立,其目标是研制一个具有自主版权的服务器操作系统内核,提升国家信息化基础设施的总体安全水平,完善国家自主的软件体系。

这一项目的研发过程突破了操作系统领域的多项前沿技术,自主设计了可扩展层次式内核结构,弥补了传统操作系统单一内核和微内核结构的缺陷;实现了与Linux应用目标码兼容,攻克了上层应用软件匮乏这一长期制约国产操作系统生存和发展的困境;提出了内核与密码机制的融合以及操作系统与应用的一体化设计的安全理念,把操作系统安全提升到了一个新的高度。项目组已申请发明专利17项,获得软件著作权5项。项目组开发的银河麒麟操作系统具有高性能、高可用和高安全的特点,是国际上第一个通过自由标准化组织LSB认证的非Linux内核操作系统,也是目前国内安全等级最高的操作系统。在2005年9月国家“十五”重大科技成就展上,银河麒麟获得领导与专家的高度好评。目前,银河麒麟的总体性能与国际主流操作系统相当,在安全性方面则具有明显的优势。

银河麒麟操作系统已在政府、教育、金融、国防等国家信息化建设重点领域得到成功应用,形成了许多满足行业用户需求的解决方案。商务部已选择银河麒麟操作系统为亚洲、北非、东欧地区援外的唯一指定操作系统,首次实现了国产操作系统的援外出口。国防科大还与联想、中标软件等公司建立了银河麒麟操作系统战略合作伙伴关系,全力推进银河麒麟操作系统的产业化。

西南交通大学:铁道机车车辆-轨道耦合动力学理论与关键技术

[该课题旨在解决中国铁路“大运量、高密度、客运提速、货运重载”超负荷运输模式发展进程中日益突出的轮轨动态安全问题]

中国铁路运行现状的基本特征是大运量,高密度,客货共线,客运提速,货运重载。我们的国力、铁路运输的繁重任务要求用有限的投入对基础设施作出有效的、恰如其分的改造。而传统的车辆动力学、轨道动力学理论体系,是将机车车辆和铁路轨道分离成两个相对独立的子系统分别加以研究,难以解决这种复杂的动态相互作用问题。这就要求研究交通运输、道路车辆工程的科技人员开动脑筋,开创出一条新的思路。

传统研究模型中是以“钢轨静止不动”、“轮轨均为刚性体”和“轮轨始终保持接触”等3种条件为假设的,而西南交通大学翟婉明教授的科研小组率先提出并创建了机车车辆-轨道耦合动力学全新理论体系,在国际上首次建立了机车车辆-轨道统一模型,包括各种典型机车、客车、货车模型以及有碴、无碴轨道模型,解决了轮轨动态耦合建模和散粒体道床振动建模两大国际性难题。这一成果更加符合超负荷轮轨动态相互作用的实际,在国际上被称为“翟-孙模型”,列为该领域四种代表性模型之一。

运用这一理论,科研人员研制了具有我国自主知识产权的机车车辆-轨道耦合动力学仿真系统VICT和TTISIM,成为超负荷铁路轮轨系统动态安全设计技术平台;开发了机车车辆-轨道动态作用安全性现场测试评估技术,成功实施了包括秦沈客运专线高速列车、大秦重载铁路万吨列车在内的多项重大工程轮轨动态安全评估试验。

在工程上,这一理论已应用于我国铁路机车车辆开发设计、既有铁路提速改造、山区铁路扩能改造、重载运输、客运专线建设等近20个重点工程之中,其中包括京秦、沈大、哈长线等干线铁路提速改造工程,成渝、黔桂、川黔、贵昆线等山区铁路困难路段扩能改造工程,以及秦沈、遂渝、武广、郑西、福厦等设计时速200~350km的新建铁路工程,攻克了严寒地区道岔无缝化设计、山区铁路小半径曲线安全改造、客运专线平纵断面动态优化设计等一系列工程技术难题。四川铁路的某些山区段转弯半径只有300m,按原有模式计算不能提速。而运用新的理论计算并改造,在投入很小的情况下这样的路段也提速50%。

重庆邮电学院:TD-SCDMA基带芯片的研究与实现

[这项成果表明我国高等学校在3G领域的技术创新能力走在了世界前列]

TD-SCDMA是由中国无线通信标准研究组提交并被国际电信联盟(ITU)批准的第三代移动通信(3G)国际主流标准,是我国百年电信史上第一个被国际电信联盟接受的全球移动通信标准。作为其关键部件之一,TD-SCDMA 3G基带芯片一直制约着TD-SCDMA终端的商用,是我国第三代移动通信产业成功的瓶颈。研究实现具有自主知识产权的TD-SCDMA 3G芯片对我国3G技术和产业化实力的提高具有重要价值。

重庆邮电学院成功研发的世界上第一颗采用0.13微米工艺的TD-SCDMA 3G基带芯片“通芯一号”,其主要任务是为TD-SCDMA提供通信硬件平台以及数字信号处理能力,满足3G高速数据处理的要求。这项成果表明我国高等学校在3G领域的技术创新能力走在了世界前列,为我国在3G时代彻底结束中国第一代没有发言权,第二代完全没有核心技术的历史作出了积极的贡献,实现了从中国制造到中国创造的跨越。

“通芯一号”芯片以技术创新为主导,符合3GPPTD-SCDMA标准,充分体现了现代国际通信芯片设计的技术特点。与国内外研发的同类芯片相比,“通芯一号”率先采用技术指标要求高的0.13微米工艺,内核尺寸小,功耗和成本大大降低。利用自主创新的TD-SCDMA专有电路技术(包含联合检测、Viterbi译码、Turbo译码等硬件加速器)以及国际高性能成熟商用IP核技术——双DSP加ARM9的架构形成单晶片多核方案,每颗芯片集成了1100万个晶体管,可完成TD-SCDMA物理层、协议栈和应用软件所有处理工作,可支持在384千比特/秒以下的所有业务应用,具有高速处理能力。该芯片具有良好的总体框架和实现算法以及独特的省电技术,扩展升级方便,可延伸到如HSDPA等后3G功能,整个结构毋须改变。

“通芯一号”全部研发设计工作在重庆完成,上海流片封装,在系统集成度、技术成熟度及实现工艺等方面都跻身国际先进行列,综合性能达到国际领先水平。该芯片适用于大规模生产,经济和社会效益十分显著,推广前景广阔。

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