世界十大科技进展新闻

由中国科学院院士和中国工程院院士投票评选

世界十大科技进展新闻，由中国科学院院士和中国工程院院士投票评选。

历届评选

2021年

1.全球首个“自我复制”的活体机器人诞生

美国佛蒙特大学、塔夫茨大学和哈佛大学威斯生物启发工程研究所的科学家发现了一种全新的生物繁殖方式，并利用其创造了有史以来第一个可进行自我复制多代的活体机器人——Xenobots 3.0。它仅有毫米大小，既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种，而是一种从未在地球上出现过的、活的、可编程的全新有机体。据悉，该活体机器人或许可以有助于医学的全新突破——除了有望用于精准的药物递送之外，它的自我复制能力也使得再生医学有了新的帮手，或可为出生缺陷、对抗创伤、癌症与衰老提供开创性的解决思路。11月29日，相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。

2.核聚变向“点火”迈进一大步

我们在地球上之所以能看到阳光、感受到温暖，都是源自于发生在太阳核心的核聚变。核聚变指的是当原子合并在一起时，释放出巨大能量的过程，这个过程可以在碳排放几乎为零的情况下，源源不断地提供绿色能源。但是，想在实验室里实现核聚变并非易事，一个重大的挑战就是“点火”（即聚变反应所产生的能量等于或超过输入能量的时刻）。8月8日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）进行了一项新的实验。NIF的科学家团队重现了存在于太阳核心的极端温度和压力，NIF的强大的激光脉冲引发了燃料丸的核聚变爆炸，产生了1.35兆焦耳（MJ）能量——大约相当于一辆时速160公里的汽车的动能。这一能量达到触发该过程的激光脉冲能量的70%，意味着接近核聚变“点火”，即反应产生的能量足以使反应持续下去，在无限聚变能源的道路上迈出了一大步。

3.科学家借助AI技术破解蛋白质结构预测难题

科学家们一直希望通过基因序列简单地预测蛋白质形状——如果能够成功，这将开启一个洞察生命运作机理的新世界。美国华盛顿大学和英国DeepMind公司分别公布了多年工作的成果：先进的建模程序，可以预测蛋白质和一些分子复合物的精确三维原子结构，并将这些结构放入公开的数据库免费供全球科研人员使用。据DeepMind公司报告显示，其人工智能程序AlphaFold预测出98.5%的人类蛋白质结构，有助于深入理解一些关键生物学信息，从而更好开展药物研发。而美国华盛顿大学创建的高精确的蛋白质结构预测程序名叫RoseTTAFold，基于深度学习，它不仅能预测蛋白质的结构，还能预测蛋白质之间的结合形式。仅需十分钟，RoseTTAFold就能用一台游戏电脑准确计算出蛋白质结构。相关论文于7月15日分别刊登于《自然》和《科学》。

4.“基因剪刀”首次治疗遗传病

一直以来，人们若要使用被称为“基因剪刀”的CRISPR基因编辑技术治疗遗传疾病，需要清除一个巨大的障碍：将分子剪刀工具直接注射到受影响的细胞中，从而实现DNA切割。英国伦敦大学研究人员发现CRISPR技术能使一种突变基因失活。研究首次将CRISPR药物注射到一种罕见遗传病（转甲状腺素蛋白淀粉样变性病）患者的血液中，并发现其中3人的肝脏几乎停止产生有毒的蛋白质。虽然目前还不能确定CRISPR治疗是否能缓解该疾病的症状，但初步数据让人们对这种一次性治疗的效果感到兴奋。相关研究结果5月28日发表于《新英格兰医学杂志》。据悉，这项新工作在能够灭活、修复或替换身体任何部位的致病基因方面，迈出了关键的第一步。

5.史上最冷反物质问世

加拿大国家粒子加速器中心的Makoto Fujiwara团队与合作者在瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究组织粒子物理实验室进行了一项名为ALPHA-2的反氢捕获实验，演示了反氢原子的激光冷却，将样品冷却到了接近绝对零度。激光冷却经常被用来测量常规原子的能量跃迁——电子运动到不同能级。该团队开发了一种激光，它能以适当的波长发射被称为光子的光粒子，从而降低正在直接朝向激光移动的反原子的速度。研究人员将反原子的速度降低到1/10以下。对于冷却的反氢原子，该团队获得的测量精度几乎是未冷却的反原子的3倍。该研究产生了比以往任何时候都更冷的反物质，并使一种全新的实验成为可能，有助于科学家在未来更多地了解反物质。相关研究成果3月31日刊登于《自然》。

6.“芝麻粒”大小心脏模型问世

奥地利科学院生物学家Sasha Mendjan和团队使用人类多能干细胞培养出芝麻大小的心脏模型，又称心脏线。它可以自发地进行组织，在不需要实验支架的情况下发展出一个中空的心房。Mendjan团队以特定的顺序激活所有参与胚胎心脏发育的6个已知信号通路，诱导干细胞自我组织。随着细胞分化，它们开始形成不同的层——类似心脏壁的结构。经过一周的发育，这些类器官自组织成一个有封闭腔的3D结构，几乎重现了人类心脏的自发生长轨迹。此外，研究小组还发现心脏壁状组织能有节奏地收缩，挤压腔内的液体。该团队还测试了心脏类器官对组织损伤的反应。他们用一根冷钢棒冷冻部分心脏类器官，并杀死该部位的许多细胞，研究发现，心脏成纤维细胞（一种负责伤口愈合的细胞）开始向损伤部位迁移，并产生修复损伤的蛋白质。相关研究5月20日发表于《细胞》，这项进展使得科学家能创造出一些迄今为止最真实的心脏类器官，为制药公司将更多药物引入临床试验提供了可能。

7.科学家利用人工智能实现两项数学突破

纯数学研究工作的关键目标之一是发现数学对象间的规律，并利用这些联系形成猜想。从20世纪60年代开始，数学家开始使用计算机帮助发现规律和提出猜想，但人工智能系统尚未普遍应用于理论数学研究领域。12月1日，一篇发表在《自然》上的论文显示，DeepMind公司研发出一个机器学习框架，能帮助数学家发现新的猜想和定理。此前，该框架已经帮助发现了不同纯数学领域的两个新猜想。研究人员将这一方法应用于两个纯数学领域，发现了拓扑学（对几何形状性质的研究）的一个新定理，和一个表示论（代数系统研究）的新猜想。研究人员表示，这是计算机科学家和数学家首次使用人工智能来帮助证明或提出复杂数学领域的新定理。

8.科学家成功在实验室中构建人类早期胚胎样结构

美国得克萨斯大学达拉斯西南医学中心研究人员领衔的团队成功用人多能干细胞分化诱导出人类早期胚胎样结构。该结构与人囊胚期胚胎具有类似的结构，能正确表达相应的基因与蛋白，并且可在体外发育2至4天，形成类羊膜囊等结构。相关研究成果3月17日刊登于《自然》。据介绍，借助人类早期胚胎样结构，研究人员能深入研究胚胎的早期发育，更加了解人类早期重大疾病造成的流产、畸形儿、女性受孕障碍等现象，并为其寻找可行的解决方案。此外，研究人员还可以通过这项技术建立药物筛选模型，为进入临床应用的孕妇药品提供安全性模拟检测。

9.激光传输稳定自如创世界纪录

澳大利亚国际射电天文学研究中心（ICRAR）和西澳大利亚大学（UWA）等机构的研究人员创造了在大气层中最稳定传输激光信号的世界纪录。该团队将相位稳定技术与先进的自导向光学终端相结合，实现了此次最稳定的激光传输。新技术有效地消除了大气湍流，允许激光信号从一个点发送到另一个点，而不会受到大气的干扰。这一结果是用一个通过大气传输的激光系统比较两个不同地点间时间流动的全球最精确的方法。相关论文1月22日发表于《自然—通讯》。据悉，这项研究有广阔的应用前景，可以用来精确地检验爱因斯坦的广义相对论，或者发现基本物理常数是否随着时间而变化。同时，这项技术的精确测量能力在地球科学和地球物理学中也有实际用途，可以改进有关地下水位如何随时间变化的卫星研究或寻找地下矿藏。此外，该技术在光通信领域的应用可以将卫星到地面的数据传输速率提高几个数量级，下一代大型数据收集卫星能更快地将关键信息传送到地面。

10.科学家“绘制”最清晰原子“特写”

美国康奈尔大学的 Muller团队捕捉到了迄今为止最高分辨率的原子图像，打破了其2018年所创下的纪录。据悉，Muller团队使用叠层成像技术，用X射线照射钪酸镨晶体，然后利用散射电子的角度来计算散射它们的原子的形状。这些进步使得研究小组能够观察更稠密的原子样本，并获得更好的分辨率。据了解，这种最新形式的电子叠层成像分析技术使科学家可以在所有三个维度上定位单个原子。研究人员还将能够一次发现异常结构中的杂质原子，并对它们及其振动进行成像。相关论文5月21日刊登于《科学》。

2024年

1．嫦娥六号首次在月球背面采样并发布首批研究成果

6月25日，嫦娥六号任务首次完成人类从月球背面采样的壮举，带回1935.3克珍贵样品，这对丰富人类月球起源和演化认知、更好地了解地球具有重要的科学价值。

11月15日，中国科学家利用这些月壤样品做出的首批两项独立研究成果，同时刊登于《自然》和《科学》。两项研究首次揭示月球背面约28亿年前仍存在年轻的岩浆活动，填补了月球玄武岩样品在该时期的记录空白。

研究还发现，月球背面42亿年前存在来自富集克里普物质源区的火山活动，月海玄武岩的分布不仅受月壳厚度影响，月幔源区的物质组成也是重要的控制因素，刷新了传统认知。

2．我国科学家研制出世界首款基于原语的类脑互补视觉芯片

清华大学类脑计算研究中心团队借鉴人类视觉机制，提出了基于原语表示的多通路互补类脑视觉感知新范式，将视觉信息拆解为基本原语，并有机组合成“认知”和“运动”两条优势互补、信息完备的通路，突破了传统图像传感器无法满足开放环境中视觉感知的复杂需求的制约。

基于此，团队成功研制出类脑互补视觉芯片“天眸芯”，降低90%带宽，实现每秒10000帧、10比特、130dB的高速、高精度、高动态范围视觉感知，并发展了软件、算法、数据集和系统，在自动驾驶复杂开放道路展示了优异的性能。相关研究成果5月30日作为封面文章发表于《自然》。

3．我国首艘大洋钻探船“梦想”号正式入列

11月17日，我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号在广州正式入列。该船是国家“十四五”重大科技创新工程，最大钻深11000米，是全球钻探能力最强、科学实验功能最全、智能化水平最高、综合运维成本最低的钻探船。

“梦想”号可执行大洋科学钻探、深海油气勘探和天然气水合物勘查试采等国家战略任务，有望率先实现人类“打穿地壳、进入上地幔”和“开发地球深部资源”的梦想，大幅提升我国“深海进入、深海探测、深海开发”能力，将为中国加快海洋强国建设、提高能源自主保障能力提供强大装备保障。

“梦想”号由国家发展和改革委员会、自然资源部负责建设，中国地质调查局具体组织实施，中国船舶集团建造、第七〇八研究所研发设计。

4．科学家研发出全球首个Pb级超大容量光盘存储器

中国科学院上海光学精密机械研究所和上海理工大学等科研单位，在超大容量超分辨三维光存储研究中取得突破性进展，对我国在信息存储领域突破关键核心技术具有重大意义。

中国工程院外籍院士、上海理工大学教授顾敏，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员阮昊团队，上海理工大学、张江实验室教授文静，研发出国际首创的双光束调控掺杂聚集诱导发光染料的有机树脂薄膜超分辨光存储技术；实现了突破光学衍射极限的双光束写入和双光束读出的Pb量级光存储；验证了记录点尺寸为54纳米、100层记录、材料寿命大于40年的超分辨数据存储，单盘等效存储容量相当于8000张商用光盘或约100个普通商用硬盘。相关研究成果2月22日发表于《自然》。

5．“天关”卫星成功发射并获系列成果

1月9日15时03分，我国在西昌卫星发射中心采用长征二号丙运载火箭，将“天关”卫星（又名爱因斯坦探针卫星）发射升空。4月27日，“天关”卫星任务发布了首批在轨科学探测图像，引导国际上多个光学和射电望远镜、空间X射线天文台开展了后随观测。10月31日，“天关”卫星正式在轨交付给中国科学院国家天文台等科学用户使用。

“天关”卫星被视为“宇宙天体爆发的捕手”，能精准捕捉到更加遥远和暗弱的暂现源与爆发天体，探寻来自引力波源的X射线信号，对研究恒星活动、黑洞和中子星等致密天体的形成、演化、并合等过程具有重要科学意义。

6．我国研究人员为无液氦极低温制冷提供新方案

中国科学院理论物理所/中国科学院大学研究员苏刚、李伟，中国科学院物理所研究员孙培杰、博士后项俊森，以及北京航空航天大学副教授金文涛等联合团队，在钴基三角晶格量子磁性材料中，发现了兼具固体和超流体特征的新奇量子物态—自旋超固态，这是首次在固体物质中给出超固态存在的实验证据。随后他们发现自旋超固态可以导致巨磁卡效应，通过磁场调控获得零下273.056摄氏度的极低温，实现了无液氦极低温固体制冷。

目前团队基于该效应已设计出新型低温制冷器件，实现了亚开温区无液氦极低温固体制冷。相关研究成果1月11日发表于《自然》。

7．我国学者发表国际首个通用CAR-T治疗成果

海军军医大学教授徐沪济团队联合华东师范大学和上海邦耀生物科技有限公司的研究人员，使用一种革命性的嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（CAR-T）成功治疗自身免疫病。这也是在国际上首次使用异体通用型CAR-T治疗风湿免疫性疾病，帮助3名风湿免疫性疾病患者达到长期缓解，为难治性风湿免疫病的诊治提供了新路径。相关研究成果7月16日发表于《细胞》。

这一研究展示了异体通用型CAR-T细胞疗法在有效性和安全性方面的巨大潜力，标志着免疫性疾病的治疗已进入新阶段。随着未来研究的深入和临床试验的扩展，该疗法有望为更多患者带来福音。

8．我国研制超级显微镜，首次全景“看到”大规模细胞交互行为

生物体内不同类型细胞间每时每刻都在发生交互作用，对此进行的研究被视为“介观”尺度研究。

中国工程院院士、清华大学教授戴琼海团队自主研发出的新一代介观活体显微仪器RUSH3D，兼具厘米级三维视场与单细胞分辨率，可以每秒20次的高速三维成像速度，实现长达数十小时的全景连续低光毒性观测。相关研究成果9月13日发表于《细胞》。

据悉，RUSH3D的研制与产业化填补了对复杂生命现象介观尺度活体观测的空白，标志着我国在活体介观是微成像领域处于国际前沿。目前，该仪器已支持国内多所高校院所在肿瘤学、免疫学、脑科学等领域开展系列创新性研究。

9．我国科学家在世界上首次观察到凝聚态物质中的引力子模

南京大学教授杜灵杰团队联合美国哥伦比亚大学、美国普林斯顿大学、德国明斯特大学研究人员，通过自主设计、组装的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统，基于砷化镓量子阱，在分数量子霍尔效应中首次观察到引力子模。

该成果标志着世界范围内首次在真实系统中观察到具有引力子特征的准粒子，同时为分数量子霍尔效应全新的几何描述提供了实验证据。尽管引力子模并非作为基本粒子的引力子，但该实验发现为在凝聚态物质中探索量子引力相关物理问题开辟了全新视野，也开启了从几何视角研究强关联量子体系的新方向。相关研究成果3月28日发表于《自然》。

10．第二次青藏科考钻取全球最长山地冰芯并实现系列突破

8月18日，我国启动第二次青藏科考“守护水塔：一原两湖三江”重大活动。科考聚焦全球中低纬度面积最大的普若岗日冰原，西藏第一大湖色林错和第二大湖纳木错，以及长江、怒江、雅鲁藏布江，由10位国内外院士领衔，首次在普若岗日冰原发现目前青藏高原最厚冰川，并创下长达324米的全球最长山地冰芯钻探纪录。

科考还开创了多个首次，填补了我国该区域多项科学研究领域空白：利用系留浮空艇观测季风-西风传输转换过程，在冰原区鉴定出2个疑似新种和20多个区域新纪录种，发现短期高原人群心功能易损期约为30天，在念青唐古拉山主峰附近发现稀有金属铍富集，在伦坡拉盆地开展超千米钻探。

发展历史

2025年1月22日上午，“两院院士评选2024年中国/世界十大科技进展新闻”在江苏省南京市揭晓。

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