“兩院院士評選2024年中國/世界十大科技進展新聞”揭曉

1月22日上午，由中國科學院、中國工程院主辦的“兩院院士評選2024年中國/世界十大科技進展新聞”揭曉。此項年度評選活動至今已舉辦31次。

2024年中國十大科技進展新聞

01

嫦娥六號首次在月球背面采樣并發布首批研究成果

嫦娥六號首次在月球背面采樣。中國科學院地質與地球物理研究所、中國科學院廣州地球化學研究所供圖

6月25日，嫦娥六號任務首次完成人類從月球背面采樣的壯舉，帶回1935.3克珍貴樣品，這對豐富人類月球起源和演化認知、更好地了解地球具有重要的科學價值。

11月15日，中國科學家利用這些月壤樣品做出的首批兩項獨立研究成果，同時刊登于《自然》和《科學》。兩項研究首次揭示月球背面約28億年前仍存在年輕的巖漿活動，填補了月球玄武巖樣品在該時期的記錄空白。

研究還發現，月球背面42億年前存在來自富集克里普物質源區的火山活動，月海玄武巖的分布不僅受月殼厚度影響，月幔源區的物質組成也是重要的控制因素，刷新了傳統認知。

02

我國科學家研制出世界首款基于原語的類腦互補視覺芯片

世界首款基于原語的類腦互補視覺芯片。清華大學類腦計算研究中心供圖

清華大學類腦計算研究中心團隊借鑒人類視覺機制，提出了基于原語表示的多通路互補類腦視覺感知新范式，將視覺信息拆解為基本原語，并有機組合成“認知”和“運動”兩條優勢互補、信息完備的通路，突破了傳統圖像傳感器無法滿足開放環境中視覺感知的復雜需求的制約。

基于此，團隊成功研制出類腦互補視覺芯片“天眸芯”，降低90%帶寬，實現每秒10000幀、10比特、130dB的高速、高精度、高動態范圍視覺感知，并發展了軟件、算法、數據集和系統，在自動駕駛復雜開放道路展示了優異的性能。相關研究成果5月30日作為封面文章發表于《自然》。

03

我國首艘大洋鉆探船“夢想”號正式入列

我國首艘大洋鉆探船“夢想”號。廣州海洋地質調查局供圖

11月17日，我國自主設計建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號在廣州正式入列。該船是國家“十四五”重大科技創新工程，最大鉆深11000米，是全球鉆探能力最強、科學實驗功能最全、智能化水平最高、綜合運維成本最低的鉆探船。

“夢想”號可執行大洋科學鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等國家戰略任務，有望率先實現人類“打穿地殼、進入上地幔”和“開發地球深部資源”的夢想，大幅提升我國“深海進入、深海探測、深海開發”能力，將為中國加快海洋強國建設、提高能源自主保障能力提供強大裝備保障。

“夢想”號由國家發展和改革委員會、自然資源部負責建設，中國地質調查局具體組織實施，中國船舶集團建造、第七〇八研究所研發設計。

04

科學家研發出全球首個Pb級超大容量光盤存儲器

全球首個Pb級超大容量光盤存儲器示意圖。上海光機所、上海理工大學供圖

中國科學院上海光學精密機械研究所和上海理工大學等科研單位，在超大容量超分辨三維光存儲研究中取得突破性進展，對我國在信息存儲領域突破關鍵核心技術具有重大意義。

中國工程院外籍院士、上海理工大學教授顧敏，中國科學院上海光學精密機械研究所研究員阮昊團隊，上海理工大學、張江實驗室教授文靜，研發出國際首創的雙光束調控摻雜聚集誘導發光染料的有機樹脂薄膜超分辨光存儲技術；實現了突破光學衍射極限的雙光束寫入和雙光束讀出的Pb量級光存儲；驗證了記錄點尺寸為54納米、100層記錄、材料壽命大于40年的超分辨數據存儲，單盤等效存儲容量相當于8000張商用光盤或約100個普通商用硬盤。相關研究成果2月22日發表于《自然》。

05

“天關”衛星成功發射并獲系列成果

“天關”衛星藝術圖。中國科學院國家天文臺供圖

1月9日15時03分，我國在西昌衛星發射中心采用長征二號丙運載火箭，將“天關”衛星（又名愛因斯坦探針衛星）發射升空。4月27日，“天關”衛星任務發布了首批在軌科學探測圖像，引導國際上多個光學和射電望遠鏡、空間X射線天文臺開展了后隨觀測。10月31日，“天關”衛星正式在軌交付給中國科學院國家天文臺等科學用戶使用。

“天關”衛星被視為“宇宙天體爆發的捕手”，能精準捕捉到更加遙遠和暗弱的暫現源與爆發天體，探尋來自引力波源的X射線信號，對研究恒星活動、黑洞和中子星等致密天體的形成、演化、并合等過程具有重要科學意義。

06

我國研究人員為無液氦極低溫制冷提供新方案

我國研究人員為無液氦極低溫制冷提供新方案。中國科學院理論物理研究所供圖

中國科學院理論物理所/中國科學院大學研究員蘇剛、李偉，中國科學院物理所研究員孫培杰、博士后項俊森，以及北京航空航天大學副教授金文濤等聯合團隊，在鈷基三角晶格量子磁性材料中，發現了兼具固體和超流體特征的新奇量子物態—自旋超固態，這是首次在固體物質中給出超固態存在的實驗證據。隨后他們發現自旋超固態可以導致巨磁卡效應，通過磁場調控獲得零下273.056攝氏度的極低溫，實現了無液氦極低溫固體制冷。

目前團隊基于該效應已設計出新型低溫制冷器件，實現了亞開溫區無液氦極低溫固體制冷。相關研究成果1月11日發表于《自然》。

07

我國學者發表國際首個通用CAR-T治療成果

我國學者發表國際首個通用CAR-T治療成果。海軍軍醫大學供圖

海軍軍醫大學教授徐滬濟團隊聯合華東師范大學和上海邦耀生物科技有限公司的研究人員，使用一種革命性的嵌合抗原受體T細胞免疫療法（CAR-T）成功治療自身免疫病。這也是在國際上首次使用異體通用型CAR-T治療風濕免疫性疾病，幫助3名風濕免疫性疾病患者達到長期緩解，為難治性風濕免疫病的診治提供了新路徑。相關研究成果7月16日發表于《細胞》。

這一研究展示了異體通用型CAR-T細胞療法在有效性和安全性方面的巨大潛力，標志著免疫性疾病的治療已進入新階段。隨著未來研究的深入和臨床試驗的擴展，該療法有望為更多患者帶來福音。

08

我國研制超級顯微鏡，首次全景“看到”大規模細胞交互行為

超級顯微鏡示意圖。清華大學供圖

生物體內不同類型細胞間每時每刻都在發生交互作用，對此進行的研究被視為“介觀”尺度研究。

中國工程院院士、清華大學教授戴瓊海團隊自主研發出的新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D，兼具厘米級三維視場與單細胞分辨率，可以每秒20次的高速三維成像速度，實現長達數十小時的全景連續低光毒性觀測。相關研究成果9月13日發表于《細胞》。

據悉，RUSH3D的研制與產業化填補了對復雜生命現象介觀尺度活體觀測的空白，標志著我國在活體介觀顯微成像領域處于國際前沿。目前，該儀器已支持國內多所高校院所在腫瘤學、免疫學、腦科學等領域開展系列創新性研究。

09

我國科學家在世界上首次觀察到凝聚態物質中的引力子模

圓偏振光探測量子液體中的類引力子。南京大學供圖

南京大學教授杜靈杰團隊聯合美國哥倫比亞大學、美國普林斯頓大學、德國明斯特大學研究人員，通過自主設計、組裝的極低溫強磁場共振非彈性偏振光散射系統，基于砷化鎵量子阱，在分數量子霍爾效應中首次觀察到引力子模。

該成果標志著世界范圍內首次在真實系統中觀察到具有引力子特征的準粒子，同時為分數量子霍爾效應全新的幾何描述提供了實驗證據。盡管引力子模并非作為基本粒子的引力子，但該實驗發現為在凝聚態物質中探索量子引力相關物理問題開辟了全新視野，也開啟了從幾何視角研究強關聯量子體系的新方向。相關研究成果3月28日發表于《自然》。

10

第二次青藏科考鉆取全球最長山地冰芯并實現系列突破

科研人員在第二次青藏科考現場。中國科學院青藏高原研究所供圖

8月18日，我國啟動第二次青藏科考“守護水塔：一原兩湖三江”重大活動。科考聚焦全球中低緯度面積最大的普若崗日冰原，西藏第一大湖色林錯和第二大湖納木錯，以及長江、怒江、雅魯藏布江，由10位國內外院士領銜，首次在普若崗日冰原發現目前青藏高原最厚冰川，并創下長達324米的全球最長山地冰芯鉆探紀錄。

科考還開創了多個首次，填補了我國該區域多項科學研究領域空白：利用系留浮空艇觀測季風-西風傳輸轉換過程，在冰原區鑒定出2個疑似新種和20多個區域新紀錄種，發現短期高原人群心功能易損期約為30天，在念青唐古拉山主峰附近發現稀有金屬鈹富集，在倫坡拉盆地開展超千米鉆探。

2024年世界十大科技進展新聞

01

科學家首次3D打印出功能性人類腦組織

研究流程示意圖。圖片來源于《細胞—干細胞》

美國威斯康星大學麥迪遜分校的科學家首次3D打印出功能性人類腦組織，它可以像傳統腦組織一樣正常生長并發揮作用。相關研究成果2月1日發表于《細胞—干細胞》。

研究人員采用了水平疊層方案，將從誘導多能干細胞中培養出來的腦細胞置于柔軟的“生物墨水”凝膠中，最終培育出神經元。打印的細胞通過介質在每個打印層內部和層之間產生連接，形成與人類大腦相當的網絡。

這種3D打印技術不需要特殊的生物打印設備或培養方法來保持組織健康，并可以使用顯微鏡、標準成像技術和電極進行深入研究。科學家認為，這一突破對研究大腦，治療阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥等多種神經和神經發育疾病具有重要意義。

02

谷歌新量子芯片跨越精度里程碑

谷歌新量子芯片。圖片來源于谷歌

美國谷歌公司開發的一款量子芯片Willow，首次實現了“低于閾值”的量子計算，這是尋求制造足夠精確且實用量子計算機的一個重要里程碑。相關研究成果12月9日發表于《自然》。

過去幾年，包括IBM和亞馬遜的AWS在內的多家公司和學術團體已經證明，糾錯可以略微提高準確性。2023年初，谷歌發布了一項研究成果，在Sycamore量子處理器中使用了49個量子比特，并在超導電路中對每個物理量子比特進行了編碼。

Willow是該技術的改進版本，其規模更大，擁有105個物理量子比特。谷歌量子計算部門負責人表示，Willow功能強大，可以在約5分鐘內完成全球最大的超級計算機預計需要1025年才能完成的隨機電路采樣任務。

03

歐幾里得空間望遠鏡公布首批科學成果，包括首張“宇宙地圖”照片

歐幾里得空間望遠鏡公布首批科學成果。圖片來源于ESA

5月23日，歐洲航天局（ESA）公布了2023年7月發射升空的歐幾里得空間望遠鏡首批科學成果。其中一組科學圖像清晰展現了閃閃發光的星系團、附近的螺旋星系，以及孕育著數十萬顆年輕恒星的彩色星際氣體云。

此外，太空望遠鏡拍攝的一組拼接圖像捕捉到1400多萬個星系，首次展示了“宇宙地圖”，增進了人們對暗物質和暗能量在宇宙結構中所起作用的理解。這幅巨圖由260幅圖像拼接而成，是歐幾里得太空望遠鏡繪制的迄今最大、最精確的宇宙地圖的第一次展示。

在接下來的6年里，歐幾里得太空望遠鏡將自動掃描大約1/3的夜空。研究人員預計，最終地圖將顯示約80億個星系，每個星系都有數十億顆恒星，跨越100億年的宇宙歷史。

04

科學家繪制迄今最大腦基因調控網絡圖譜

科學家繪制迄今最大腦基因調控網絡圖譜。圖片來源于pixabay

5月24日，研究人員在《科學》《科學進展》《科學報告》雜志上發表了15篇論文，宣稱繪制出了迄今最大、最先進的大腦基因調控網絡多維圖譜，詳細描述了協調大腦生物通路和細胞功能的許多調節元件。

這些論文按照幾個關鍵主題報告了研究結果，擴展了先前的發現，探索了人類大腦多個皮層和皮層下區域。這些大腦區域在一系列重要功能中起到了關鍵作用，包括決策、記憶、學習、情感、獎勵處理和運動控制。

上述研究由美國國立衛生研究院資助，使用2500多名捐贈者的死亡后腦組織，繪制了大腦發育不同階段和與多種大腦疾病相關的基因調控網絡。

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超精確癌細胞3D圖譜問世

超精確癌細胞3D 圖譜問世。圖片來源于Steve Gschmeissner

10月30日，在發表于《自然》的12篇論文中，人類腫瘤圖譜網絡（HTAN）的研究人員通過分析人類和動物組織的數十萬個細胞，繪制了超精確腫瘤細胞3D圖譜，同時創建了能夠追蹤導致癌癥的細胞變化的“分子鐘”。

科學家分析了6種癌癥的131個樣本中的細胞組織，并使用“分子鐘”追蹤正常細胞如何在腸道中失控并增殖。他們使用單細胞分析和基因編輯工具CRISPR在每個細胞的DNA中生成突變，從而記錄了每個細胞變化和分裂的時間軸。科學家將這種方法應用于418個人類結腸息肉，發現高達30%的息肉起源于幾種細胞類型。這些發現推翻了結腸癌起源于腸道內壁單個流氓細胞的觀點，并可能為早期診斷和干預提供更多機會。

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首個雙語讀腦裝置讓失語者重新“開口”

雙語讀腦裝置研究示意圖。圖片來源于研究團隊

5月20日，美國加利福尼亞大學舊金山分校的研究人員在《自然—生物醫學工程》發表的一項研究稱，與大腦植入物耦合的人工智能（AI）系統首次幫助一個無法正常說話的人用兩種語言進行交流。

這項研究只有一名綽號為Pancho的參與者，他的母語是西班牙語，在20歲中風后學會了英語。研究團隊開發了一個包含西班牙語和英語等模塊的AI系統，針對Pancho說出的短語，根據第一個單詞區分英語和西班牙語的準確率為88%，而解碼正確句子的準確率為75%。

此外，研究人員分析大腦皮層直接記錄的信號后發現，有關西班牙語和英語的許多大腦活動實際來自同一區域。這項研究為人們了解大腦如何處理語言提供了見解，并為無法口頭交流的人恢復多語言能力帶來了希望。

07

美“星艦”第五次試飛 “筷子”成功回收助推器

“筷子”成功回收助推器。圖片來源于SpaceX

當地時間10月13日，美國太空探索技術公司新一代重型運載火箭“星艦”實施第五次試飛。火箭助推器在降落時由發射塔上被稱作“筷子”的機械臂“夾住”，首次實現在半空中捕獲回收，飛船濺落在印度洋。

“星艦”火箭總長約120米，直徑約9米，由兩部分組成，第一級是長約70米的“超級重型”助推器，第二級是“星艦”飛船，兩級均可重復使用。該火箭的設計目標是將人和貨物送至地球軌道、月球乃至火星。

這是“星艦”的第五次試飛。今年6月第四次試飛時，火箭第一、二級成功分離，分別按計劃落入墨西哥灣和印度洋。本次使用機械臂捕獲助推器的方式，有助更快地回收、重復使用助推器，提高“星艦”發射頻率。

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世界首例干細胞治療恢復人類視力

角膜位于眼睛的最外層。圖片來源于Patrick Landmann SPL

日本大阪大學的研究團隊實現世界首例誘導多能干細胞（iPSC）角膜移植手術。在接受手術的4名視力嚴重受損患者中， 3名在接受干細胞移植后，視力得到了持續一年多的顯著改善，另一名患者視力雖有所提高，但并不持續。相關研究成果11月7日發表于《柳葉刀》。

研究人員從健康的供體中提取血細胞，并重新編程為胚胎樣狀態，然后將其轉化為一層薄而透明的鵝卵石狀角膜上皮細胞。作為手術的一部分，該團隊刮掉覆蓋在患者一只眼睛的受損角膜上的疤痕組織層，然后縫合來自供體的上皮細胞，并在上面放置一個柔軟的保護性隱形眼鏡。研究人員計劃2025年3月啟動臨床試驗，以進一步評估這種方法的療效。

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全球首例人類接受經基因編輯的豬腎臟移植完成

全球首例人類接受經基因編輯的豬腎臟移植手術完成。圖片來源于馬薩諸塞州總醫院

3月16日，美國馬薩諸塞州總醫院的外科團隊完成了全球首例人類接受經基因編輯的豬腎臟移植手術。接受豬腎移植的是一位名叫Richard Slayman的62歲終末期腎衰竭患者。該移植手術獲得了美國食品藥品監督管理局（FDA）的“同情使用”許可。

移植的腎臟取自一只小型豬，這只豬經過了eGenesis公司科學家進行的CRISPR-Cas9基因組編輯，69個動物基因被修改。這些編輯的基因組旨在防止捐贈器官的排斥反應，并降低器官中的病毒感染接受者的風險。

全球首例人類接受經基因編輯的豬腎臟移植手術的初步成功，讓研究人員燃起了對豬器官進行更大規模臨床試驗的希望。這樣的試驗可能會將“異種移植”帶入臨床。

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長效HIV預防針劑試驗成功

長效HIV預防針劑試驗成功。圖片來源于N. BURGESSSCIENCE

6月20日，美國生物制藥公司吉利德公布，其研發的一年注射兩次的HIV-1衣殼抑制劑“Lenacapavir”（來那卡帕韋），在預防艾滋病毒（HIV）方面顯示出了100%的有效性。

《科學》認為，該藥物的成功源于基礎研究的重大突破，即對其所靶向的HIV衣殼蛋白的結構與功能有了全新的深入理解。鑒于許多病毒也擁有各自的衣殼蛋白，來那卡帕韋的成功應用意味著，類似的衣殼抑制劑有望對抗其他病毒性疾病。

預計監管部門最早到2025年中期才會批準來那卡帕韋，其價格尚未公布，因此能否加速終結艾滋病的流行尚未可知。美國國家過敏和傳染病研究所所長Jeanne Marrazzo提醒，來那卡帕韋不能替代疫苗。

來源/中國科學報

編輯/高辰 李宜然

審核/高磊