一、化學(xué)小分子誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程為多潛能性干細(xì)胞

　　傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，哺乳動(dòng)物細(xì)胞只有在胚胎發(fā)育的早期具有分化為各種類(lèi)型組織和器官的“多潛能性”，而隨著生長(zhǎng)發(fā)育成為成體細(xì)胞之后會(huì)逐漸喪失這一特性。人類(lèi)一直在尋找方法讓已分化的成體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)，使之重新獲得“生命之初”的多潛能性，并將其重新定向分化成為有功能的細(xì)胞或器官，應(yīng)用于治療多種重大疾病。此前，通過(guò)借助卵母細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞核移植或者使用導(dǎo)入外源基因的方法，體細(xì)胞被證明可以被“重編程”獲得“多潛能性”，這兩項(xiàng)技術(shù)還獲得了2012年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。但是，這兩項(xiàng)技術(shù)具有倫理限制或潛在的遺傳突變等風(fēng)險(xiǎn)，大大限制了其在再生醫(yī)學(xué)中的進(jìn)一步臨床應(yīng)用。

　　鄧宏魁團(tuán)隊(duì)開(kāi)辟了一條全新途徑，首次使用小分子化合物誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程成為多潛能干細(xì)胞，該種細(xì)胞被稱(chēng)為“化學(xué)誘導(dǎo)的多潛能干細(xì)胞（CiPS細(xì)胞）”。該方法擺脫了以往技術(shù)手段對(duì)于卵母細(xì)胞和外源基因的依賴(lài)，避免了傳統(tǒng)重編程技術(shù)在應(yīng)用上的缺陷。提供了更加簡(jiǎn)單和安全有效的方式來(lái)重新賦予成體細(xì)胞“多潛能性”，是體細(xì)胞重編程技術(shù)的一個(gè)飛躍。該成果于7月8日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)權(quán)威雜志《Science》。這為未來(lái)細(xì)胞治療甚至器官移植提供了理想的細(xì)胞來(lái)源，將極大地推動(dòng)治療性克隆——克隆組織和器官以用于疾病治療——的發(fā)展。

　　二、晝夜不對(duì)稱(chēng)增溫對(duì)北半球陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響研究

　　相比于白天，地球在夜晚時(shí)正以更高的速率變暖：在過(guò)去的50年里，日最低溫度升高速度比日最高溫度升高速度要快40%。然而，一直以來(lái)人們很少關(guān)注這種晝夜不對(duì)稱(chēng)增溫對(duì)植被生長(zhǎng)和生態(tài)系統(tǒng)功能的影響，成為當(dāng)前的全球變化研究的一個(gè)空白點(diǎn)。為了解答這一問(wèn)題，北京大學(xué)研究小組與中科院青藏所、法國(guó)科學(xué)院以及河南大學(xué)等單位合作，利用遙感數(shù)據(jù)、大氣CO2濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)、以及氣象數(shù)據(jù)，并結(jié)合大氣反演模型，系統(tǒng)地研究了白天和晚上溫度上升對(duì)北半球生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和碳源匯功能影響及其機(jī)制。

　　研究發(fā)現(xiàn)，晝夜不對(duì)稱(chēng)增溫對(duì)北半球生態(tài)系統(tǒng)碳源匯功能的影響顯著，而且表現(xiàn)出明顯的地帶性規(guī)律。白天溫度升高有利于大部分寒帶和溫帶濕潤(rùn)地區(qū)植被生長(zhǎng)及其碳匯功能，但并不利于溫帶干旱和半干旱地區(qū)植被生長(zhǎng)。而夜間溫度上升對(duì)植被生長(zhǎng)的影響則與白天相反。這一發(fā)現(xiàn)糾正了過(guò)去普遍認(rèn)為溫度上升有利于北半球植被的生長(zhǎng)、從而有利于提高生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的認(rèn)識(shí)，為科學(xué)預(yù)測(cè)陸地生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)變化研究提供了一個(gè)重要的理論基礎(chǔ)。

　　該研究結(jié)果于2013年9月發(fā)表在Nature雜志，得到了國(guó)內(nèi)外同行的高度評(píng)價(jià)。Nature雜志在同一期專(zhuān)門(mén)發(fā)表了一篇來(lái)自于全球生態(tài)學(xué)專(zhuān)家Dr. Still的評(píng)述，探討了這項(xiàng)工作的重要性及其意義。

　　三、高速鐵路跨區(qū)間無(wú)縫線路理論體系、關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用

　　跨區(qū)間無(wú)縫線路是用焊接長(zhǎng)軌條連續(xù)鋪設(shè)的軌道，徹底消除了鋼軌接頭，是保障高速鐵路高平順、低維修的核心技術(shù)。沒(méi)有跨區(qū)間無(wú)縫線路，劇烈的輪軌作用將嚴(yán)重制約高速鐵路發(fā)展。在研究之初，跨區(qū)間無(wú)縫線路面臨與復(fù)雜氣候適應(yīng)性、長(zhǎng)大橋及高架站協(xié)調(diào)性及安全服役可控性等關(guān)鍵難題。

　　北京交通大學(xué)高亮教授研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論創(chuàng)新與技術(shù)突破，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的跨區(qū)間無(wú)縫線路理論與應(yīng)用技術(shù)體系。創(chuàng)建了無(wú)縫道岔精細(xì)化分析理論及設(shè)計(jì)方法，攻克了大溫差地區(qū)大號(hào)碼道岔無(wú)縫化的技術(shù)難題；創(chuàng)立了無(wú)縫線路—長(zhǎng)大橋梁空間耦合分析理論，突破了長(zhǎng)大橋無(wú)法連續(xù)鋪設(shè)無(wú)縫線路的技術(shù)瓶頸；自主研發(fā)了協(xié)同仿真系統(tǒng)，創(chuàng)建了高架站無(wú)縫道岔分析理論和設(shè)計(jì)方法，解決了高速鐵路這一重大難題；構(gòu)建了跨區(qū)間無(wú)縫線路監(jiān)測(cè)、評(píng)估體系，填補(bǔ)了該領(lǐng)域空白。

　　該項(xiàng)目形成相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)、并取得知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)十項(xiàng)，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論著上百篇，專(zhuān)著《高速鐵路無(wú)縫線路關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》被專(zhuān)家認(rèn)為“具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值及應(yīng)用價(jià)值”。

　　研究成果整體處于國(guó)際先進(jìn)水平，在國(guó)內(nèi)多條高速鐵路及泰國(guó)、伊朗等國(guó)鐵路建設(shè)中獲得廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)我國(guó)乃至世界高速鐵路大規(guī)模建設(shè)具有重要意義。

　　四、天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

　　天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)峰值性能每秒5.49億億次，持續(xù)性能每秒3.39億億次，能效比每瓦特19億次，名列2013年6月第41屆國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜TOP500的第一名，并在11月第42屆TOP500蟬聯(lián)世界第一。中共中央總書(shū)記、國(guó)家主席、中央軍委主席習(xí)近平對(duì)天河二號(hào)研制成功作出重要批示，并親臨學(xué)校視察了該系統(tǒng)。

　　項(xiàng)目起步于2009年，在國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家“核高基”重大科技專(zhuān)項(xiàng)的支持下開(kāi)始預(yù)先研究與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；2011年在國(guó)家“十二五”863計(jì)劃“高效能計(jì)算機(jī)及應(yīng)用服務(wù)環(huán)境”重大項(xiàng)目支持下開(kāi)始工程實(shí)施，2013年5月完成研制任務(wù)。自主研制了3款芯片、4類(lèi)結(jié)點(diǎn)、2套網(wǎng)及系統(tǒng)軟件等核心構(gòu)件，具有高性能、高能效、應(yīng)用面廣、易用性好和可用性高等顯著特點(diǎn)。系統(tǒng)研制過(guò)程中取得了異構(gòu)多態(tài)體系結(jié)構(gòu)、微異構(gòu)計(jì)算陣列、自主高性能CPU、支持十億億次級(jí)系統(tǒng)的自主定制高速互連網(wǎng)絡(luò)、層次式加速存儲(chǔ)架構(gòu)、自主并行編程模型和多領(lǐng)域并行編程框架、多層次容錯(cuò)設(shè)計(jì)和一體化故障管理、綜合化能耗控制等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)突破，綜合技術(shù)水平進(jìn)入世界領(lǐng)先行列。

　　天河二號(hào)作為國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心業(yè)務(wù)主機(jī)已投入運(yùn)行，主要應(yīng)用于大科學(xué)、大工程、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和信息化建設(shè)等領(lǐng)域。

　　五、空間機(jī)械臂技術(shù)

　　空間機(jī)械臂安裝在航天器外側(cè)、暴露在太空，工作環(huán)境惡劣。它具有六維空間精確定位和手爪精細(xì)操作能力，是航天器在軌維修和維護(hù)的核心裝備。哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉宏教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下，十余年來(lái)從基礎(chǔ)研究到關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)再到工程應(yīng)用，在空間機(jī)械臂的設(shè)計(jì)、制造、裝配、集成、測(cè)試與試驗(yàn)等取得重大進(jìn)展。

　　發(fā)明了具有冗余容錯(cuò)，集機(jī)、電、熱、控于一體的模塊化關(guān)節(jié)，并在此基礎(chǔ)上提出了可折疊機(jī)械臂構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)了最小空間的發(fā)射鎖緊配置；發(fā)明了位姿大容差、結(jié)構(gòu)緊固連、釋放微干擾的輪廓漸進(jìn)收攏式手爪，攻克了空間目標(biāo)的分離和捕獲技術(shù)瓶頸；建立了柔性關(guān)節(jié)的空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型，有效抑制了機(jī)械臂的末端殘余抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂的精確定位；提出了動(dòng)基座下動(dòng)目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了浮動(dòng)基座情形下大時(shí)延的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)自主視覺(jué)伺服跟蹤；提出了重力環(huán)境下物理半物理相融合的方法，建立了模擬空間微重力的機(jī)械臂三維運(yùn)動(dòng)綜合平臺(tái)，攻克了機(jī)械臂地面測(cè)試的技術(shù)難題。

　　空間機(jī)械臂的在軌試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期，各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求，定位精度屬于國(guó)際領(lǐng)先，填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域的空白，為空間機(jī)械臂在我國(guó)空間站建設(shè)、行星探測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　六、星地激光鏈路試驗(yàn)

　　隨著航天技術(shù)的發(fā)展，需要從衛(wèi)星下傳給人們的信息越來(lái)越多，傳統(tǒng)的衛(wèi)星微波通信技術(shù)已經(jīng)遇到了信息傳輸?shù)钠款i問(wèn)題。如果用激光光束在空間架設(shè)“光纜”，使高速信息從衛(wèi)星傳到地面，將極大地提高星間、星地的信息傳輸能力，有效地解決這一難題，這就是衛(wèi)星激光通信技術(shù)，所建立的星地之間激光信息傳輸通道就是星地激光鏈路。

　　衛(wèi)星激光通信具有通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、保密性好等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，采用該技術(shù)可以建立空中高速信息公路，為用戶提供高清圖像、多媒體等巨大容量的通信服務(wù)。這是一項(xiàng)具有極大難度和廣闊應(yīng)用前景的軍民兩用新技術(shù)，美歐日等進(jìn)行了多年研究，已進(jìn)入到空間試驗(yàn)階段。

　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)衛(wèi)星光通信團(tuán)隊(duì)在馬晶、譚立英教授帶領(lǐng)下進(jìn)行了二十多年的艱苦攻關(guān)，突破了衛(wèi)星光通信關(guān)鍵技術(shù)。在國(guó)防科工局民用航天項(xiàng)目支持下，哈工大成功進(jìn)行了海洋二號(hào)衛(wèi)星與光通信地面站之間的星地雙向激光通信，鏈路距離近2千公里，光束對(duì)準(zhǔn)精度達(dá)到微弧度量級(jí)，相當(dāng)于針尖對(duì)麥芒的百倍，實(shí)現(xiàn)了“對(duì)得準(zhǔn)、捕得快、跟得穩(wěn)、通得好”。這是我國(guó)首次星地激光鏈路試驗(yàn)，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　該項(xiàng)試驗(yàn)的成功，標(biāo)志著我國(guó)在空間高速信息傳輸方面取得了重大突破，是我國(guó)衛(wèi)星通信發(fā)展史上新的里程碑！

　　七、量子反�；魻栃�(yīng)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)

　　拓?fù)浣^緣體是一種新的量子物質(zhì)。這種體絕緣材料的表面存在受拓?fù)湫再|(zhì)保護(hù)的導(dǎo)電態(tài)。理論預(yù)言，在鐵磁性拓?fù)浣^緣體薄膜中會(huì)存在量子反�；魻栃�(yīng)，即不需要外加磁場(chǎng)的量子霍爾效應(yīng)。當(dāng)薄膜處于量子反�；魻枒B(tài)時(shí)，其體內(nèi)是絕緣的，邊緣存在無(wú)能量耗散的導(dǎo)電通道。實(shí)現(xiàn)這一效應(yīng)不但在科學(xué)上具有重要意義，還有可能推動(dòng)新一代低能耗電子學(xué)器件的發(fā)展，有可能推動(dòng)信息技術(shù)的革命。

　　從2009年開(kāi)始，清華大學(xué)薛其坤院士帶領(lǐng)的、由清華大學(xué)王亞愚、陳曦、賈金鋒和中科院物理所馬旭村、何珂、呂力組成的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，理論上與美國(guó)斯坦福／清華大學(xué)張首晟以及中科院物理所方忠、戴希合作，對(duì)量子反�；魻栃�(yīng)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)攻關(guān)。他們利用分子束外延技術(shù)制備出了高質(zhì)量拓?fù)浣^緣體薄膜，利用半導(dǎo)體能帶工程得到了理想的電子結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程原子尺度上的控制得到了幾乎絕緣的鐵磁性薄膜-Cr摻雜的(Bi,Sb)2Te3，并首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到量子反�；魻栃�(yīng)，即在美國(guó)物理學(xué)家霍爾1881年發(fā)現(xiàn)反常霍爾效應(yīng)132年后終于實(shí)現(xiàn)了反�；魻栃�(yīng)的量子化。該成果發(fā)表在2013年《科學(xué)》雜志上。量子反�；魻栃�(yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是凝聚態(tài)物理基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)里程碑式的發(fā)現(xiàn)，是我國(guó)對(duì)世界物理學(xué)發(fā)展所做出一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)。

　　八、過(guò)渡金屬導(dǎo)致物質(zhì)從反芳香性向芳香性的突變

　　芳香性是芳香化學(xué)的基石。芳香性物質(zhì)從日常生活到高科技領(lǐng)域均應(yīng)用廣泛。而反芳香性物種因極不穩(wěn)定，已成功分離的極少。實(shí)現(xiàn)物質(zhì)從反芳香性到芳香性的轉(zhuǎn)變，是一個(gè)有待突破的重要科學(xué)難題。

　　我國(guó)科學(xué)家通過(guò)在反芳香環(huán)內(nèi)嵌入金屬的方法，首次合成并分離出全新芳香性物質(zhì)金屬雜戊搭炔。該化合物挑戰(zhàn)化學(xué)鍵極限，分子內(nèi)含有小于130°的卡拜鍵角，過(guò)渡金屬導(dǎo)致物質(zhì)從反芳香性到芳香性的突變，兩者均為顛覆傳統(tǒng)概念的突破。代表作發(fā)表于《Nature Chemistry》今年第8期。該雜志同步發(fā)表以“Breaking the rules”為題的專(zhuān)評(píng)�！禢ature China》、《Science News》、美國(guó)化學(xué)會(huì)《Noteworthy Chemistry》、我國(guó)基金委網(wǎng)站和俄羅斯化學(xué)新聞等發(fā)表了專(zhuān)評(píng)或報(bào)道。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主Roald Hoffmann對(duì)該成果也給予了高度評(píng)價(jià)。

　　此項(xiàng)原創(chuàng)性研究歷經(jīng)4年協(xié)同攻關(guān)，廈門(mén)大學(xué)夏海平教授為項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人，朱軍副教授為理論計(jì)算負(fù)責(zé)人，李順華副教授負(fù)責(zé)產(chǎn)物的熒光性能研究，博士生朱從青為產(chǎn)物合成與結(jié)構(gòu)表征的主要貢獻(xiàn)者。參加該工作的還有多位廈門(mén)大學(xué)的其他師生。美國(guó)佐治亞大學(xué)Paul Schleyer教授參與了理論計(jì)算討論。

　　夏海平課題組2013年度圍繞金屬雜芳香體系發(fā)表了十篇相關(guān)論文。這類(lèi)新芳香體異常穩(wěn)定、其光電特性與傳統(tǒng)有機(jī)芳香體截然不同，在生物醫(yī)學(xué)、光電材料和太陽(yáng)能利用等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

　　九、納米孿晶結(jié)構(gòu)極硬立方氮化硼

　　超硬工具在現(xiàn)代加工業(yè)中發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用。同時(shí)提高超硬工具材料的硬度、韌性和穩(wěn)定性一直是科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的共同追求。以燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田永君教授為首的中外科學(xué)家首先建立了多晶共價(jià)材料硬化的理論模型，發(fā)現(xiàn)在納米尺度硬度應(yīng)源于霍爾-佩奇效應(yīng)和量子限域效應(yīng)的共同貢獻(xiàn)；隨后他們通過(guò)具有類(lèi)似俄羅斯套娃晶體結(jié)構(gòu)的洋蔥BN在高溫高壓下的馬氏體相變合成了納米孿晶立方氮化硼。該材料的硬度超過(guò)人工金剛石單晶，韌性優(yōu)于商用硬質(zhì)合金，抗氧化溫度高于立方氮化硼單晶本身。同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)納米孿晶立方氮化硼隨孿晶厚度減小能夠持續(xù)硬化到3.8納米，突破了大家熟知的材料硬化的尺寸下限（約10納米）。本研究發(fā)展的基本原理和合成技術(shù)同樣適用于合成納米孿晶金剛石及其復(fù)合材料，從此綜合性能更加優(yōu)異的系列刀具材料將會(huì)誕生，并將在機(jī)械加工、地質(zhì)勘探、石油和天然氣采掘等行業(yè)中發(fā)揮重要作用。

　　上述研究成果發(fā)表在2013年1月的Nature雜志上。Nature封面和目錄頁(yè)對(duì)論文進(jìn)行了導(dǎo)讀，導(dǎo)讀題目“硬時(shí)代：現(xiàn)在立方氮化硼在其極硬態(tài)與金剛石相匹敵”形象而生動(dòng)地介紹了該文，同時(shí)配發(fā)了合成樣品的原圖，眾多著名的國(guó)際性學(xué)會(huì)、媒體和雜志對(duì)此也進(jìn)行了報(bào)道。

　　十、H7N9禽流感的病原學(xué)及臨床診治研究

　　2013年我國(guó)突發(fā)H7N9禽流感重大疫情，李蘭娟院士團(tuán)隊(duì)全力應(yīng)對(duì)，艱苦攻關(guān)，基礎(chǔ)與臨床相結(jié)合，取得了重大成果。

　　對(duì)H7N9病毒起源、分子結(jié)構(gòu)和特征研究獲得重大發(fā)現(xiàn)，在國(guó)際上首次證實(shí)活禽市場(chǎng)是H7N9禽流感的源頭，首次發(fā)現(xiàn)H7N9關(guān)鍵基因突變導(dǎo)致病毒從禽向人傳播，首次發(fā)現(xiàn)“細(xì)胞因子風(fēng)暴”是導(dǎo)致H7N9感染重癥化的關(guān)鍵原因，研究成果第一時(shí)間在國(guó)際頂級(jí)醫(yī)學(xué)期刊《柳葉刀》上頭版頭條發(fā)表，為政府決策和干預(yù)，控制傳染源提供了科學(xué)依據(jù)，收到顯著成效，短時(shí)間內(nèi)遏制了新發(fā)病例增加，也為全球H7N9禽流感防治提供了指南。

　　系統(tǒng)地提出了“四抗二平衡”治療策略，創(chuàng)造性運(yùn)用人工肝技術(shù)阻斷“細(xì)胞因子風(fēng)暴”，控制嚴(yán)重炎癥反應(yīng)，救治H7N9禽流感重癥患者，取得顯著成效，極大地降低了病死率。救治效果得到了國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的充分肯定和高度評(píng)價(jià)。

　　及時(shí)總結(jié)H7N9禽流感臨床診治成果和經(jīng)驗(yàn)，并在世界著名的《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》上發(fā)表，向全球首次揭示H7N9禽流感的臨床特征和發(fā)病規(guī)律，首次提出人工肝治療危重癥H7N9病例的適應(yīng)癥。

　　成功研制了我國(guó)首個(gè)H7N9病毒疫苗株，改變了我國(guó)一直以來(lái)流感疫苗株依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口的歷史，標(biāo)志我國(guó)已具有自主研發(fā)流感疫苗的能力，并可向國(guó)際提供優(yōu)質(zhì)的流感疫苗種子株，為全球控制流感作出貢獻(xiàn)。