附候选项目信息

1、附：候选项目信息项目名称： 超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统申报单位： 北京大学项目负责人： 程和平项目简介：目前，世界科技强国纷纷启动脑科学研究计划，人类探索大脑的核心方向之一就是打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具。 北京大学多学科交叉研发团队， 在程和平院士的带领下， 在国家重大科研仪器设备研制专项的支持下，在高时空分辨在体成像系统研制方面取得突破性技术革新， 成功研制 2.2 克微型化佩戴式双光子荧光显微镜， 在国际上首次记录悬尾、 跳台、社交等自然行为条件下， 小鼠大脑神经元和神经突触活动的高速高分辨图像。 此项突破性技术将开拓新的研究范式， 在动物自然行为条

2、件下， 实现长时程观察神经突触、神经元、神经网络、多脑区等多尺度、多层次动态信息处理， 将为“看得见”大脑思维，可视化研究自闭症、 阿尔滋海默症等脑疾病的神经机制发挥重要作用。论文成果于 2017 年 5 月 29 日在线发表于 Nature Methods ，并申请了 6 项国家发明专利和 1 项国际专利。该系统被 2014 诺贝尔生物学或医学奖得主 Edvard I. Moser 称之为研究大脑的空间定位神经系统革命性（“ revolutionary ”）的新工具。此项成果反映了我国生命科学家已具备研制整系统尖端科研仪器设备的能力， 为即将启动的中国脑科学计划打造了一个核心创新工具。美国“

3、脑计划” 协调委员会主要负责人 EdmundTalley 在展望美中合作前景时重点提到此项目。项目名称： 5 纳米碳纳米管 CMOS器件申报单位： 北京大学项目负责人： 彭练矛项目简介：芯片是信息科技的基础与推动力。现有 CMOS技术将触碰其极限。碳纳米管技术被认为是后摩尔技术的重要选项。 理论研究表明， 碳管晶体管有望提供更高的性能和更低的功耗，且较易实现三维集成，系统层面的综合优势将高达上千倍，有望将芯片技术提升到全新高度。在碳纳米管 CMOS器件物理和制备技术、 性能极限探索等方面取得重大突破，放弃传统的掺杂工艺，通过控制电极材料控制晶体管的极性，抑制短沟道效应，首次实现了 5 纳米栅长

4、的高性能碳管晶体管， 性能超过最好的硅基晶体管， 接近量子力学原理决定的物理极限，有望将 CMOS技术推进至 3 纳米以下技术节点。2017 年 1 月 20 日，成果在线发表于科学；后被包括IBM 研究人员在内的同行在科学自然·纳米技术等期刊多次公开正面引用，并入选ESI高被引论文。 IEEE Spectrum 和自然·指数等分别以碳管晶体管在同等尺度上优于硅晶体管中国的蓝芯未来为题报道；人民日报（海外版）评价碳管晶体管的 “工作速度是英特尔最先进的14 纳米商用硅材料晶体管的三倍，而能耗只是其四分之一” ，意味着中国科学家“有望在芯片技术上赶超国外同行” ，“是中国信息

5、科技发展的一座新里程碑”。项目名称： 活病毒转化为疫苗及治疗性药物的通用方法申报单位： 北京大学项目负责人： 周德敏项目简介：流感、艾滋病、 SARS 和埃博拉出血热等传染病时刻危害着人类健康和社会稳定，其幕后“黑手”是结构多样、且变异快速的病毒，而疫苗是预防病毒感染的有效手段。当前的病毒疫苗通常经过结构改造和减毒处理， 其免疫原性或大大降低，或因残留病毒活性而致安全隐患，或因工艺复杂而不具普适性。周德敏团队以甲型流感病毒为模型， 应用基因密码子拓展技术成功开展了活病毒的合成生物学研究。 他们通过终止密码子编码非天然氨基酸， 成功控制了病毒在细胞内复制，进而将其转化为复制缺陷的活病毒疫苗甚至具

6、有自我清除功能的抗病毒药物， 其活性远优于市场上的灭活疫苗。 该病毒直接转化为疫苗的方法不仅颠覆了病毒疫苗研发的理念， 而且制备过程简单、 安全性高， 对其它病毒疫苗研发具有广泛的普适性。 这项研究在预防和治疗病毒性传染病方面具有重大原创性、医学价值和社会意义，是我国科学家首次对疫苗研究提出新的理论与方法。标志性成果的产生方式：论文发表在 2016 年 12 月 2 日的科学上： Si L, Xu H,Zhou X, Zhang Z, Tian Z, Zhang B, Niu Z, Yao T, Wang Y, Li S, Zhang C, Fu G, Xiao S, Xia Q, Zhang

7、L, Zhou D*. Generation of InfluenzaA Viruses as Live but Replication-incompetent Virus Vaccines.Science, 354(6316):1170-1173 ，引起国内外广泛关注。科学评价此成果为病毒疫苗领域的革命性突破， 自然评述其为驯服病毒的新方法。这是我国长期支持基础研究、并鼓励科学家将基础研究进行临床转化政策导向下取得的典型范例， 开创了兼具预防和治疗作用新型病毒疫苗研发的新策略与新路径。项目名称： 非对称微腔光场调控新原理研究申报单位： 北京大学项目负责人： 龚旗煌项目简介：动量守恒是自然界中

8、最普遍的客观规律之一，反映了时空性质，一个封闭系统的广义动量总是保持不变。然而 , 动量守恒也限制了光子在不同微纳光学结构间的高效耦合与传输。 例如，作为增强光与物质相互作用的主要物理体系之一，光学微腔与外部光场的耦合需要动量守恒，但这往往只能在较窄光谱范围内满足。因此，在微纳尺度上实现光子动量转换对微纳光物理与应用具有至关重要的意义。项目在建设国内首个芯片上固态光学微腔实验研究平台并提升我国在微腔光子学领域研究能力的基础上， 设计与制备出超高品质因子非对称光学微腔， 在支持分立的超高品质回音壁模式的同时获得了大量准连续的混沌模式。 通过发挥非对称微腔对光场空间局域调控的优势， 项目首次提出混

9、沌辅助的光子动量转换新原理并实验证明。 利用该新原理， 实现了超高品质因子光学微腔和纳米尺度波导之间高效、 超宽谱的光耦合， 突破了微纳光学器件近场耦合需要动量守恒 （即相位匹配）的限制。项目还利用光学克尔效应，使得微腔中相向传播、相等强度的行波光场之间发生交叉相位调制； 通过控制输入光强， 系统中原本的对称状态不再稳定，自发地分裂为两个非对称的状态， 实现了微腔光场的自发对称性破缺。1)Xuefeng Jiang, Linbo Shao, Shu-XinZhang, Xu Yi,Jan Wiersig,Li Wang,Qihuang Gong, Marko Lon?ar, Lan Yang,

10、 and Yun-Feng Xiao,“Chaos-assistedbroadband momentumtransformation inoptical microresonators, ” Science358, 344 (2017).被 Phys. org 、Science Dailey等国际科技媒体亮点报道2)Qi-Tao Cao, HemingWang, Chun-Hua Dong, Hui Jing,Rui-Shan Liu,Xi Chen,LiGe, Qihuang Gong, and Yun-Feng Xiao, “Experimentaldemonstration ofspon

11、taneous chiralityin a nonlinearmicroresonator,”Phys. Rev. Lett.118, 033901(2017).被 Phys. org, Photonics Online等国际科技媒体亮点报道项目名称： 建立全能性特征的新型多能干细胞申报单位： 北京大学项目负责人： 邓宏魁项目简介：生命科学的一个根本科学问题是如何建立具有发育为整个生命个体能力的干细胞，即具有全能性的细胞。 自 20 世纪 80 年代建立小鼠多能干细胞以来， 已知的所有干细胞类型却并不具有这一能力， 其中分化潜能最大的多能干细胞仅能形成所有胚内组织。如何在体外建立并维持具有胚内

12、和胚外发育潜能的干细胞系，是干细胞领域内三十多年来最富挑战性的难题之一，长期未能解决。邓宏魁团队经过长达八年的努力，突破性地利用小分子化合物开辟了新的途径，首次在人和小鼠中建立了同时具有胚内和胚外发育潜能的干细胞系， 命名为潜能扩展的多能干细胞（ EPS细胞）。该工作首次证明了在体外建立具有全能性特征的干细胞系的可行性，于 2017 年 4 月发表于 Cell 上。此工作在国际干细胞学术年会等国际学术会议上作为大会报告， 得到国际干细胞学界的高度关注和评价。本研究为研究哺乳动物早期胚胎发育的机制提供了全新工具。人 EPS 细胞的嵌合能力为利用种间嵌合技术制备人体组织和器官奠定了基础， 为再生医

13、学利用干细胞治疗重大疾病提供了新的可能途径。 EPS细胞的建立为未来在多个哺乳动物物种中建立具有全能性特征的干细胞提供了新起点， 是近年来干细胞研究领域具有开拓意义的重大突破之一。项目名称： 氢气的制备和输运申报单位： 北京大学项目负责人： 马丁项目简介：为解决抑制氢能大规模应用的制备和输运问题， 使氢气成为支撑全球经济的主要能源，低温高效产氢及氢气纯化反应催化剂的开发具有重要工业价值。 为上述关键反应的活化温度下限，提供新的催化体系和催化剂设计思路。以氢气的制备和输运为研究出发点，研发低温高效甲醇重整制氢催化新过程和低温水煤气变换制氢催化新过程。两种过程的催化活性取得了远高于现有催化剂（包括

14、工业催化剂） 活性的优良性能， 而且均可以在低温运行 （小于 200 度），处于世界领先水平。2017 年 3 月论文发表于 Nature （ 2017，544， 80），报道了一种新型低温高效甲醇重整制氢催化剂 Pt/ -MoC，该催化剂上贵金属 Pt 呈原子级分散，使贵金属的利用率达到100%，产氢速率达 1.8*104/s,表现出较强的应用前景。2017 年 6 月论文发表于 Science（2017，357，389），报道了 Au/ -MoC 低温水煤气变换制氢催化剂。 该催化剂表现出超低的活化温度， 其低温区活性较传统体系提升 1-2 个数量级，开辟了低温制氢新路线。2017-08-

15、04 申请中国专利，专利号： ZL 2015 1 0053793.8 ，该专利是对发表于 Nature 杂志文章中技术的保护。2017-05-23申请国际专利，专利号：2017103684904，该专利是对发表于 Nature 杂志文章中技术的保护。项目名称： 芯片用特定手性单壁碳纳米管水平阵列的精准制备申报单位： 北京大学项目负责人： 张锦项目简介：单壁碳纳米管因其特殊的结构与优异的电学性质， 被认为是制备未来集成电路芯片最有潜力的候选材料之一。 但单壁碳纳米管的手性结构控制制备一直是世界难题，已成为制约碳纳米管基电子学发展的瓶颈。本项目针对单壁碳纳米管手性结构控制制备的世界难题，通过催化剂

16、的设计和制备，揭示了碳化物催化剂与碳纳米管间“晶格对称性匹配”的规律，发展了具有不同对称性的单分散碳化物催化剂的制备方法，提出了基于该 “晶格对称性匹配”规律的碳纳米管外延生长新方法，通过对生长过程的热、动力学控制，实现了六重对称（ 12, 6）和四重对称（ 8, 4）等手性指数为（ 2m, m）碳纳米管水平阵列的精准制备， 破解了碳纳米管手性控制制备的世界难题。本项目成果不仅为特定手性单壁碳纳米管水平阵列的控制制备提供了一种新的方案，也为单壁碳纳米管电子学器件的发展提供了材料保证。本项目成果以“ Arrays of Horizontal Carbon Nanotubes of Control