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2020年,是極不平凡的一年。全國上下力克疫情影響,“十三五”圓滿收官,“十四五”全面擘畫,高質(zhì)量發(fā)展深入推進,科技創(chuàng)新的力量讓我們的生活煥然一新。
這一年,科技創(chuàng)新成果頗豐——煤制油技術(shù)打破國外壟斷、國產(chǎn)核酸檢測利器為抗擊新型冠狀病毒肺炎疫情提供重磅武器、海洋鉆井技術(shù)推動油氣開采由淺水邁向深水……
11月3日的人民大會堂,燈光璀璨、氣氛熱烈,科技界的盛會——2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會隆重召開。
此次獲獎的“大明星”,有的解決了世界性難題,有的填補了國內(nèi)空白,有的達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。它們服務(wù)于國計民生,將顛覆和超越進行到底,用智慧點綴我們的生活。讓我們把目光投向這些智慧與汗水的結(jié)晶,一同感受科技帶來的魅力之光。
打破壟斷
實現(xiàn)煤制油技術(shù)“中國造”
能源,是一個國家安全的基石和強盛的動力,隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國石油對外依賴度逐年上升。同時,世界主要能源輸出地區(qū)政治不穩(wěn)定,石油運輸通道受到威脅。
“我國的能源稟賦是缺油少氣、煤炭資源相對豐富,這決定了煤炭成為我國最安全可靠的能源保障。大力發(fā)展煤制油產(chǎn)業(yè),是我國應(yīng)對外部石油封鎖、提升油品保障能力的現(xiàn)實選擇?！眹夷茉醇瘓F寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司項目團隊負(fù)責(zé)人介紹說。
為了打破煤制油技術(shù)長期被國外壟斷的局面,堅韌敢闖的“寧煤人”迎難而上,在中科合成油16萬噸費托合成技術(shù)成功示范的基礎(chǔ)上,聯(lián)合國內(nèi)20余家企業(yè)和科研院所致力于百萬噸級煤制油技術(shù)的攻關(guān)研發(fā),實現(xiàn)了煤制油化工技術(shù)“中國造”。
2013年9月,400萬噸/年煤間接液化項目核準(zhǔn)批復(fù)。廣大建設(shè)者冬冒寒風(fēng)、夏頂烈日,日夜奮戰(zhàn)在建設(shè)第一線。項目團隊強化自主創(chuàng)新,解決了1000余個子系統(tǒng)、156個系統(tǒng)組成的復(fù)雜巨系統(tǒng)所帶來的工藝配置、系統(tǒng)集成及工程放大技術(shù)難題,在國內(nèi)外專家看來需要60個月才能建成的項目,“寧煤人”僅用39個月就完成了。
400萬噸/年煤間接液化項目規(guī)模大、工藝復(fù)雜、技術(shù)創(chuàng)新多,管理難度之大可想而知,寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司大力開展系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)攻關(guān),實現(xiàn)了項目安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行,煤耗、水耗優(yōu)于國家先進值,綜合能耗、能源轉(zhuǎn)化效率優(yōu)于國家基準(zhǔn)值,鍋爐煙氣實現(xiàn)超低排放,污水實現(xiàn)近零排放,創(chuàng)造了同類裝置世界領(lǐng)先水平。
煤制油項目國產(chǎn)化率達(dá)98.5%,大大超過國家85%的國產(chǎn)化要求。“項目的國產(chǎn)化示范應(yīng)用,不僅終結(jié)了進口技術(shù)和裝備制造產(chǎn)品的暴利時代,還推動了民族裝備制造企業(yè)跨越式發(fā)展,一批國內(nèi)企業(yè)和科研院所在合力攻關(guān)的過程中共同成長,使‘中國技術(shù)、中國制造’揚眉吐氣?！表椖控?fù)責(zé)人說。
11月3日,“400萬噸/年煤間接液化成套技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項目榮獲2020年度國家科技進步獎一等獎。
填補空白
鑄國產(chǎn)核酸檢測利器
2019年底,在全球范圍內(nèi)肆虐至今的新型冠狀病毒肺炎疫情突如其來,給人民生命健康帶來嚴(yán)重威脅。
如今,核酸檢測作為疫情防控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和對抗疫情的重要武器,已廣為人知。
事實上,作為新冠病毒等病原體檢測確診“金標(biāo)準(zhǔn)”的實時熒光定量PCR核酸檢測是一種先進的分子診斷技術(shù)和方法,不僅是病原體檢測的必備技術(shù),也是提升人和動物重大傳染病防控應(yīng)急能力、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)診療和檢驗檢疫水平的關(guān)鍵。
然而,長久以來,我國高端的高通量多靶標(biāo)核酸檢測儀器設(shè)備一直依賴進口。為打破這種限制,西安交通大學(xué)彭年才教授團隊深耕核酸檢測儀器試劑關(guān)鍵技術(shù),解決了核酸提取易交叉污染、快速熱循環(huán)基因擴增溫度均勻性差以及高通量熒光檢測速度和靈敏度相互制約等系列技術(shù)難題,研制出96通量6通道的高通量多靶標(biāo)實時熒光定量PCR檢測系統(tǒng)和全自動核酸提取工作站等5類12個型號的儀器產(chǎn)品,形成了一體化的核酸自動化檢測系統(tǒng)解決方案和產(chǎn)品組合,填補了國內(nèi)空白。
11月3日,“高通量多靶標(biāo)核酸自動化定量檢測關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項目榮獲2020年度國家科技進步獎二等獎。
該成果先后在禽流感、埃博拉、豬瘟、新型冠狀病毒肺炎等重大突發(fā)傳染病疫情防控中發(fā)揮了重要作用。彭年才介紹:“我們將繼續(xù)面向核酸檢測前沿技術(shù)努力攻關(guān),針對新型冠狀病毒大規(guī)模人群核酸篩查中發(fā)現(xiàn)的新問題、提出的新要求,研發(fā)檢測通量更高、靈敏度更好、檢測時間更短、自動化程度更強的核酸檢測設(shè)備,并努力降低成本和使用要求。為進一步促進核酸檢測分子診斷技術(shù)服務(wù)人類健康事業(yè),實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)高水平自立自強添磚加瓦?！?/p>
自主創(chuàng)新
海洋鉆井由淺水邁向深水
南海深水油氣資源豐富,是我國能源的重要接替區(qū),擁有自主創(chuàng)新的深水鉆井關(guān)鍵技術(shù)十分重要。
“我國的海洋鉆井起步很晚,1982年以前,我國的海洋鉆井水深只有幾十米到100米。到2006年,我國的海洋鉆井水深才300米左右,而國外已經(jīng)達(dá)到2千米以上,與國際差距非常大?！薄昂Ｑ笊钏疁\層鉆井關(guān)鍵技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用”項目第一完成人楊進介紹,這迫使中國的海洋石油科研工作者刻苦鉆研,奮斗拼搏,提高我國海洋油氣科技能力,努力追趕國際水平。
南海作為我國海洋國土的重要組成部分,油氣資源量高達(dá)350億噸。南海深水油氣資源的勘探開發(fā),對保障我國能源供應(yīng)具有重要意義。深海油氣開發(fā)中,深水淺層鉆井十分關(guān)鍵,屬于世界級難題。在國家自然科學(xué)基金重點項目、國家重大專項、863計劃的支持下,歷經(jīng)14年產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān),楊進團隊在深水淺層鉆井設(shè)計、作業(yè)控制、關(guān)鍵裝備方面實現(xiàn)了重大突破——發(fā)明了鉆井參數(shù)與時間協(xié)同的鉆井設(shè)計技術(shù),形成首部ISO國際標(biāo)準(zhǔn)DIS稿;發(fā)明了三合一安全高效鉆井作業(yè)控制技術(shù),深水淺層鉆井平均作業(yè)時間由10天降至4.5天;發(fā)明了高承載、高效率深水淺層鉆井作業(yè)關(guān)鍵裝備,實現(xiàn)關(guān)鍵裝備產(chǎn)業(yè)化。
應(yīng)用該技術(shù)成果鉆探發(fā)現(xiàn)了5個大中型深水油氣田,高效完成了我國首個自主作業(yè)的深水氣田——深海一號氣田淺層鉆井作業(yè)。2012年至今,該技術(shù)在我國全部自主作業(yè)的深水井成功應(yīng)用,并推廣至全球典型深水區(qū)塊95口井。項目成果主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)國際領(lǐng)先水平,使我國躋身于世界深水鉆井先進行列,實現(xiàn)了我國海洋鉆井從淺水到深水的重大跨越并為保障國家能源安全奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
11月3日,“海洋深水淺層鉆井關(guān)鍵技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用”項目榮獲2020年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。
精準(zhǔn)預(yù)防
消除麻風(fēng)危害
麻風(fēng)是古老的傳染病,經(jīng)呼吸道傳播,可致殘、毀容,一旦患病,往往需要長期甚至終生治療。因此,千百年來,人們談“麻”色變。
圍繞“消除麻風(fēng)危害”的世界級醫(yī)學(xué)難題,山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬皮膚病醫(yī)院張福仁課題組聯(lián)合國內(nèi)外專家展開科研攻關(guān),歷時10年,發(fā)現(xiàn)了麻風(fēng)危害發(fā)生的內(nèi)在因素,揭示了麻風(fēng)發(fā)病的免疫遺傳學(xué)機制?！斑@些發(fā)現(xiàn)不僅為消除麻風(fēng)危害奠定了科學(xué)基礎(chǔ),也揭示了人類疾病譜由慢性感染性疾病向自身免疫性疾病變遷的規(guī)律?！睆埜Ｈ收f。
張福仁介紹,麻風(fēng)是由麻風(fēng)分枝桿菌感染人體,選擇性破壞皮膚和外周神經(jīng),導(dǎo)致毀容、殘疾的慢性傳染病,潛伏期可長達(dá)30年?；颊咴诔霈F(xiàn)典型癥狀前難以診斷,而一旦發(fā)生典型癥狀,往往已經(jīng)殘疾。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn),麻風(fēng)感染者中最終發(fā)病者不足1%,如何在癥狀出現(xiàn)前“鎖定”這1%的高危個體,采取精準(zhǔn)預(yù)防,是亟須解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。
為此,項目組廣泛收集麻風(fēng)樣本,建立生物資源庫;依托資源庫開展國內(nèi)外大合作,發(fā)現(xiàn)了一系列麻風(fēng)發(fā)病風(fēng)險因子,解釋了為什么只有不足1%的特定感染者最終發(fā)展成病人,這對于消除千百年來公眾對麻風(fēng)傳染的恐慌具有劃時代的意義;基于遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn),繪制了麻風(fēng)遺傳學(xué)圖譜,構(gòu)建了麻風(fēng)發(fā)病風(fēng)險預(yù)測模型,可有效鎖定麻風(fēng)發(fā)病高危個體,實施精準(zhǔn)預(yù)防和癥狀前治療;此外,項目組還完成了消除麻風(fēng)危害的另一個關(guān)鍵工程——發(fā)現(xiàn)了氨苯砜綜合征(DHS)發(fā)生的風(fēng)險位點,并對其發(fā)生機制進行系統(tǒng)探索。
值得一提的是,研究還發(fā)現(xiàn)了麻風(fēng)與自身免疫性疾病共有的多效性基因,揭示了人類疾病譜由慢性感染性疾病向自身免疫性疾病變遷的規(guī)律。
11月3日,“麻風(fēng)危害發(fā)生的免疫遺傳學(xué)機制”項目榮獲2020年度國家自然科學(xué)獎二等獎。
創(chuàng)新技術(shù)
肺癌早發(fā)現(xiàn)早治療
肺癌是我國發(fā)病率和死亡率均位居第一位的惡性腫瘤,被稱為全球頭號癌癥殺手,嚴(yán)重威脅人民群眾生命健康。對于發(fā)現(xiàn)早期肺癌,世界各國均推薦低劑量螺旋CT(LDCT)進行肺癌篩查。
四川大學(xué)華西醫(yī)院李為民教授及其團隊長期研究發(fā)現(xiàn),與國外肺癌患者不同,中國肺癌患者具有特異性的分子特征。40歲以上人群如具有一種高危因素如吸煙、腫瘤家族史、職業(yè)暴露等,應(yīng)通過低劑量螺旋CT(LDCT)進行肺癌篩查。
針對早期肺癌易漏診、誤診的瓶頸,以及臨床缺乏高敏感性、高特異性早期肺癌分子標(biāo)志物的現(xiàn)狀,團隊從早期肺癌患者的血漿中篩選證實BAI-1、TSP-1等4個蛋白質(zhì)分子,將其作為新的標(biāo)志物,實現(xiàn)早期肺癌診斷敏感性達(dá)80%以上,高于常用標(biāo)志物(敏感性<50%)。這一成果獲發(fā)明專利10項并進行了臨床轉(zhuǎn)化。
同時,團隊創(chuàng)新了肺部病灶人工智能(AI)自動/半自動標(biāo)注技術(shù)、深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分割和分類算法,研發(fā)出了肺癌AI輔助診斷系統(tǒng),1分鐘即可實現(xiàn)結(jié)節(jié)定位識別和定性輔助診斷,對3—5毫米肺小結(jié)節(jié)檢出準(zhǔn)確率達(dá)98.8%,大幅提高了小于1厘米肺部小結(jié)節(jié)的早期肺癌診斷率。
通過科技攻關(guān)、集成創(chuàng)新,團隊創(chuàng)立了“確立高危、規(guī)范篩查、系統(tǒng)評估、精準(zhǔn)診斷、早期治療”的肺癌早診早治體系,使手術(shù)可治愈的早期肺癌(ⅠA1期)診斷率提高了10倍,達(dá)到11.82%(全球僅1.1%),ⅠA期肺癌診斷率從2011年的26.48%提高至2018年的60.78%。實現(xiàn)肺癌早期診斷率和5年生存率“雙提升”的目標(biāo)。
11月3日,“肺癌早期精準(zhǔn)診斷關(guān)鍵技術(shù)的建立與臨床應(yīng)用”項目榮獲國家科技進步獎二等獎。
提升質(zhì)量
南方森林生產(chǎn)力獲得新“增長點”
南方森林是我國儲備林基地建設(shè)的主體,也是長江經(jīng)濟帶的重要生態(tài)安全屏障。然而,長期一味追求木材生產(chǎn)的單一目標(biāo),導(dǎo)致南方出現(xiàn)了大面積低質(zhì)低效的人工林和退化的天然次生林,森林質(zhì)量及功能嚴(yán)重下降。
如何精準(zhǔn)提高森林質(zhì)量、協(xié)同提升生產(chǎn)與生態(tài)功能?中國林業(yè)科學(xué)研究院劉世榮研究員團隊以南方典型松、杉、桉低效人工純林和低質(zhì)次生林為對象,圍繞木材生產(chǎn)、固碳增匯、地力維持和水源涵養(yǎng)等多功能協(xié)同提升的關(guān)鍵經(jīng)營技術(shù)問題,開展生態(tài)系統(tǒng)定位研究與多樹種、多模式和多目標(biāo)的森林經(jīng)營試驗示范。
歷時20余年,項目團隊首次提出了基于樹種多樣性及特定功能樹種組配提升森林生態(tài)系統(tǒng)多功能性的理論,創(chuàng)建了引入珍貴樹種改培松、杉、桉人工純林的多功能經(jīng)營技術(shù)體系、基于生態(tài)輪伐期的大徑材培育及多功能權(quán)衡與協(xié)同提升的技術(shù)體系,縮短了珍貴樹種大徑材培育周期,提高了大徑材比例,成功解決了低效人工林經(jīng)營出現(xiàn)的地力衰退和長期生產(chǎn)力下降問題,以及發(fā)展珍貴樹種混交林樹種配置及大徑材定向培育精準(zhǔn)調(diào)控等多項關(guān)鍵共性技術(shù)問題。
劉世榮表示:“該項研究促進了從追求木材產(chǎn)量的單一目標(biāo)經(jīng)營到提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和效益的多功能經(jīng)營的轉(zhuǎn)向,提高了我國南方森林經(jīng)營的科學(xué)性、針對性和可操作性,為我國森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升提供了技術(shù)保障?！?/p>
據(jù)了解,項目成果在《全國森林經(jīng)營規(guī)劃(2016—2050)》、“森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升工程”中得到應(yīng)用采納。在南方11省區(qū)森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升工程推廣121萬公頃,新增珍貴木材產(chǎn)值903億元,提升碳儲量1.06億噸。
11月3日,“南方典型森林生態(tài)系統(tǒng)多功能經(jīng)營關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項目榮獲2020年度國家科技進步獎二等獎。
探索宇宙
找到更好的“量天尺”
晴朗無月的夜晚,當(dāng)我們仰望星空,一定會被一條廣袤深邃、絢麗神秘的光帶所吸引,這就是太陽系的家園——銀河系。
自1785年赫歇爾首次提出銀河系是一個扁平的盤狀結(jié)構(gòu)以來,有關(guān)銀河系旋臂結(jié)構(gòu)的研究已有200年歷史,但直到20世紀(jì)末,人類也只能精準(zhǔn)測定300光年內(nèi)的天體的距離,而且越遠(yuǎn)的恒星受到塵埃和氣體的遮擋就越嚴(yán)重。因此有關(guān)銀河系旋臂的數(shù)目、位置和形態(tài)等問題,200多年來一直存在很大爭議。
“在大質(zhì)量恒星形成時,會發(fā)射一種射電波段的宇宙激光,這就是‘脈澤’。它可以穿透氣體和塵埃。而且脈澤的信號很強,以至于離我們非常遙遠(yuǎn),也可以被觀測到?！敝袊茖W(xué)院(以下簡稱中科院)紫金山天文臺青海觀測站項目組發(fā)現(xiàn)了甲醇脈澤是定位銀河系旋臂極好的“燈塔”,只要測定它們的距離,就可以描繪出旋臂。
中科院紫金山天文臺青海觀測站項目組提出,用世界上分辨率最高的望遠(yuǎn)鏡——由橫跨美國的10臺口徑25米的射電望遠(yuǎn)鏡組成的甚長基線干涉陣(VLBA),測量甲醇脈澤的距離和運動,就可以研究銀河系旋臂結(jié)構(gòu)和運動學(xué)性質(zhì)這一開創(chuàng)性的學(xué)術(shù)觀點。
通過一年內(nèi)5次測量,項目組精準(zhǔn)測定了銀河系英仙臂的距離,測量精度比當(dāng)時的依巴谷衛(wèi)星提高了兩個數(shù)量級,徹底解決了關(guān)于英仙臂距離的長期爭論;2006—2016年,項目組首次精確描繪了太陽附近的旋臂結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)了銀河系新旋臂——本地臂,徹底排除天文界長期以來認(rèn)為太陽不在旋臂上的觀點,也標(biāo)志著直接測量銀河系旋臂結(jié)構(gòu)變?yōu)楝F(xiàn)實。
11月3日,“基于高精度脈澤天體測量的銀河系旋臂結(jié)構(gòu)研究”項目榮獲2020年度國家自然科學(xué)獎二等獎。（科技日報 記者付麗麗 何亮）
