10月21至27日
國家“十三五”科技創新成就展
在北京展覽館舉行
“創新驅動發展 邁向科技強國”
經科技部組織遴選
北京大學20餘項成果參展
基礎研究
高新技術
重大專項
社會發展
多個展區展示
面向國家重大需求
發揮“基礎為根、交叉為本”的優勢
服務國家“四個面向”
01 面向基礎前沿，發展顛覆性技術
彭練矛、張志勇
碳基晶片技術
未來晶片技術部分成果
全球領先的碳基無摻雜CMOS技術、5奈米柵長的碳基晶體管制備、碳奈米CMOS電晶體晶圓級製備技術、純度大於99.9999%的8英寸半導體碳奈米管晶圓材料、碳基CMOS邏輯電路晶片、柔性碳基晶片……資訊科學技術學院碳基團隊在彭練矛院士和張志勇教授的帶領下，堅持研發20年，攻克系列難題，接連在高純度材料研發和超低功耗狄拉克源碳基電晶體器件、碳管發光器件等研發方面取得突破，基本解決了ITRS給出的碳管材料和器件帶來的挑戰，為推進碳基積體電路的實用化發展奠定了基礎。
魏文勝
新型基因編輯技術
LEAPER技術原理
近年來，以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術在生物醫學等諸多領域產生了深遠影響，但該技術依賴於外源編輯酶或效應蛋白的表達，從而引發體內遞送困難、脫靶效應顯著、激發免疫反應等問題，使相關技術在臨床治療應用中面臨巨大挑戰。
生命科學學院及生物醫學前沿創新中心魏文勝團隊建立了具有我國自主智慧財產權的名為LEAPER的新型基因編輯技術，僅需轉入一條特殊設計的RNA，即可對靶向基因轉錄本上特定腺苷進行高效精準的編輯。
此外，研究人員還利用LEAPER成功修復了來源於Hurler綜合徵病人的缺陷細胞。該方法在疾病治療中顯示出可觀的潛能，並且具有高精度、易於遞送、長時效、高安全性等多種優點。同時，LEAPER還可能衍生出多種延展型技術，為生物醫學研究提供新型工具。
程和平
微型化雙光子顯微鏡
未來技術學院程和平院士團隊研製了新一代微型化雙光子顯微鏡，在國際上首次實現了自由行為小鼠大腦神經元和神經突觸活動的清晰穩定成像，不僅可以“看見”大腦的思維活動，而且在腦疾病發生的神經機制研究及新藥研發中發揮重要作用，具有巨大的科研和商業價值。該成果入選2017年度中國科學十大進展，獲評Nature Methods 2018年度方法。
團隊新近開發了整合飛秒光纖鐳射器的醫用行動式雙光子顯微成像系統，其具備操作柔性便捷、成像速度快、解析度高等優勢，可直接進行人體面板及其他組織內細胞無創、原位、實時的觀察，並獲取人體中NADH、FAD、膠原蛋白、彈性纖維等多種物質的定量指標，實現人體代謝狀態監測及病變組織病理級水平的量化分析，為各類疾病的早期診斷、後期療效評估等提供可靠支撐。
吳曉磊
多亞基Na+/H+逆向轉運蛋白的結構解析
微生物廣泛地分佈在地球的各種環境中，其中不乏極端鹽鹼等嚴苛環境。長期以來，微生物的極端環境適應機制是生命科學研究的重要公開問題，對生命起源和進化研究具有重要意義。為了適應這些極端環境，微生物進化了多種耐受鹽鹼脅迫以適應高鹽鹼環境生長繁殖的策略。其中，一個重要機制是微生物利用其細胞膜上的鈉泵系統及ATP合酶等保持細胞內Na+和H+濃度的相對穩定，從而維持細胞正常的生命活動。
工學院能源與資源工程系吳曉磊課題組系統研究了極端環境微生物適應機制。課題組利用單顆粒冷凍電鏡技術，對極端鹽鹼耐受菌Dietziasp. DQ12-45-1b的多亞基Na+/H+反向轉運系統Mrp複合物結構進行了解析，首次提出Mrp複合物的結構模型，闡明瞭Mrp反向轉運Na+/H+機制。該發現為以呼吸鏈複合體I為代表的、由氧化還原反應驅動的初級主動轉運蛋白中的陽離子轉運機制提供了新的認識。
江穎、王恩哥
揭示水的原子結構和新奇效應
掃描探針顯微鏡探頭（實物）和互動影片及現場
物理學院量子材料科學中心、輕元素先進材料研究中心江穎教授和王恩哥院士領銜的聯合研究團隊發揮學科交叉優勢，近年來開發了一種基於高階靜電力的新型掃描探針技術，重新整理了掃描探針顯微鏡空間解析度的世界紀錄，實現了氫原子的直接成像和定位，首次將水科學的研究推向了原子尺度；結合全量子化計算模擬，揭示了核量子效應、動力學幻數效應等新奇效應，改變了人們對水和輕元素體系的傳統認知，在物理、化學、材料、生物等多個學科和領域產生了重要影響。
成果入選中國科學十大進展（2016、2018），獲教育部自然科學一等獎（2019）。2020年，團隊承擔建設的懷柔綜合性國家科學中心輕元素量子材料交叉平臺開工，將為我國率先打破量子材料瓶頸、引領輕元素先進材料研發新潮流奠定堅實基礎。團隊主要成員包括物理學院李新徵教授、徐莉梅教授和化學與分子工程學院高毅勤教授等。
鄧宏魁
成功實現體外培養
人類成體肝臟細胞功能長期維持
如何大量製備功能成熟細胞是再生醫學的關鍵瓶頸和挑戰，解決的突破口之一是實現功能細胞在體外的長期維持。2019年4月，生命科學學院鄧宏魁教授與合作者在Science發文，以人原代肝細胞為研究物件，篩選到一個化學小分子組合。經該組合培養的人肝細胞，可在體外長期維持各種肝細胞功能，並支援乙肝病毒在體外人肝細胞中的高效感染，為篩選抗乙肝藥物提供了理想模型。該成果為藥物研發提供了重要工具，併為體外大量製備維持功能成熟的人肝細胞提供了條件。
研究團隊長期致力於採用化學小分子調控細胞的命運和功能，系統性建立了化學重程式設計的方法制備各種功能細胞和幹細胞。該研究是化學重程式設計在功能細胞維持方面的應用，首次證明利用化學小分子調控訊號通路可實現人功能細胞在體外的長期維持，表明化學小分子在精細調控細胞命運和功能上的優越性，為其他型別細胞體外功能的長期維持提供了新途徑。
蔣爭凡
錳離子免疫調節及其生理學功能
取得新突破
錳是地球排名第五的金屬，含量巨大。錳離子則是生命體必需元素，參與多種生理生化反應，但其免疫功能從未被發現。
2018年以來，生命科學學院蔣爭凡實驗室先後發現錳離子（Mn2+）在抗病毒、抗細菌及腫瘤免疫監視與治療中發揮關鍵的免疫調節作用；Mn2+還是細胞內的免疫啟用劑。這些成果為Mn2+的免疫功能研究打開了新視窗；也為其在抗感染、抗腫瘤的實際應用提供了理論基礎。以此為基礎，實驗室發明了可啟用細胞免疫、體液免疫和黏膜免疫的“錳佐劑”及用於腫瘤治療的“錳免療法”。
錳佐劑具有高效性、穩定性及使用方便等優點，具有巨大的市場潛力。錳免療法不僅顯著提高腫瘤免疫治療效果，還顯著降低腫瘤免疫治療的成本，有望極大降低國家和患者負擔，惠及國計民生。
郭雪峰
新一代單分子晶片和分子診斷技術
單分子電子器件
化學與分子工程學院郭雪峰課題組在單分子科學與技術領域的“無人區”發展了製備穩定單分子器件的突破性方法，構建了國際首例穩定可控的單分子開關器件，開拓了單分子科學研究的新領域，曾獲教育部自然科學獎一等獎、中國高等學校十大科技進展、中國科學十大進展。
該研究結合國家重大需求，在單分子場效應電晶體、精準分子診斷技術、快速病毒檢測技術和單分子感測器等方面均突破了許多瓶頸技術，是未來分子光電子器件的基石。為揭示單分子光電轉化規律、化學反應的內在機理和生命本徵現象提供了新一代獨特的研究手段和譜學方法，在積體電路晶片技術、基因測序和精準分子診斷技術等方面具有巨大的應用前景。
周歡萍
大幅提升鈣鈦礦太陽能電池壽命
鈣鈦礦太陽能電池是廣受關注的新一代光伏技術，如何提高其長期穩定性是該技術商業化程序中亟待解決的問題。
材料科學與工程學院周歡萍團隊和化學與分子工程學院嚴純華團隊合作提出，在鈣鈦礦活性層中引入具有氧化還原活性的Eu3+-Eu2+的離子對，實現了器件全壽命週期內的本徵缺陷的消除，在保證器件高效率的基礎上，大大提升了電池的長期穩定性，有力推動了鈣鈦礦光伏技術的發展。該方法解決了鉛滷鈣鈦礦太陽能電池中限制其穩定性的一個重要的本質性因素，可推廣至其他的鈣鈦礦光電器件，且該方法對其他面臨類似問題的無機半導體器件也具有重要參考意義。
張錦、劉忠範
奈米碳材料的
製備科學、批次製備與裝備研發
奈米碳材料在未來半導體、微納電子、能源和輕質高強材料等領域具有重要的應用前景，是主導未來高科技產業競爭的戰略材料。
面向奈米碳材料的製備科學和產業化關鍵技術，張錦院士團隊、劉忠範院士團隊在單壁碳奈米管水平陣列和石墨烯薄膜的製備科學、高品質石墨烯薄膜的批次製備與裝備研發方面取得一系列突破，實現了單一手性、高密度單壁碳奈米管水平陣列的製備，為基於碳奈米管的納電子器件應用奠定了材料基礎；實現了大面積超潔淨石墨烯、超級石墨烯玻璃、A3尺寸石墨烯薄膜和六英寸石墨烯單晶晶圓的製備及裝備研發，解決了高品質石墨烯薄膜材料難以低成本、批次製備的瓶頸問題，對奈米碳材料的產業化起到了重要的推動作用。
02 高精尖技術服務國家重大需求
高文
5G+8K超高畫質製播傳顯系統
央視牽頭展出了超高畫質8K數字轉播技術與系統，圍繞冬奧會8K製播、傳輸和呈現進行系統展示，在核心傳輸層面採用由北京大學牽頭制定的AVS3.0標準。AVS3.0標準是面向8K超高畫質的新一代影片編碼標準，自2017年12月起開始制訂，2019年3月釋出標準，這是我國首次在影片編碼領域領先國際釋出。
資訊科學技術學院高文院士團隊研製了第一個基於AVS3.0標準的8K超高畫質實時編解碼器，支撐了我國第一個8K超高畫質頻道CCTV-8K的開播，並用於2021年春節聯歡晚會等重大活動的直播。2022年北京冬奧會將繼續採用AVS3.0標準進行8K超高畫質體育賽事觀賽。
黃鐵軍
超高速脈衝相機
百萬畫素的脈衝相機
北京大學自主智慧財產權的超高速脈衝視覺晶片【透過脈衝視覺(北京)科技有限公司轉化】首次展示了系統和典型應用，涉及高鐵實時監測、高頻電弧放電檢測、6馬赫風洞觀測等。脈衝視覺模擬靈長類視網膜編碼原理，推翻了沿用近兩個世紀的影象和影片概念，每個畫素獨立將光訊號轉換成位元流，完整記錄光的高速變化過程，有望從源頭重塑包括採集、表示、編碼、檢測、跟蹤和識別在內的整個視覺資訊處理體系。
該團隊已經研製出超高速脈衝視覺感知晶片、相機和系統，比傳統影片快千倍，實現了超高速連續成像和高速目標實時檢測跟蹤識別。團隊還採用脈衝神經網路開發了相應的超高速目標實時檢測跟蹤演算法，利用膝上型電腦算力，就能實時追蹤識別高速風扇葉片上的文字，並驅動鐳射器實時擊中，據此測算，只要光學系統允許，這一系統已經能夠跟蹤識別所有可能的高速運動物體。
陳寶權
互動式多維度觀賽體驗技術與系統
伴隨5G時代來臨以及顯示技術的進步，影片技術從“看得見”“看得清”進入“看得真”的超高畫質和虛擬現實時代。2022年世界冬季奧運會首次在我國舉行，資訊科學技術學院前沿計算研究中心陳寶權教授團隊針對冰雪運動特點，突破虛擬現實（VR）影片和自由視角影片節目拍攝、內容生成、高效編解碼、自適應傳輸和互動式呈現等關鍵技術，研製VR和自由視角影片節目採集系統、內容生成系統、實時編解碼器、自適應傳輸系統和互動式終端，進行端到端系統整合，建立一套互動式多維度觀賽體驗系統，並在有線電視網、電信網、5G網和網際網路等平臺實現示範應用。
專案成果將在冬奧會相關賽事中實現示範應用，形成VR和自由視角影片方面的國家/國際標準，積累一批自主智慧財產權，大力促進我國超高畫質和虛擬現實技術及產業發展。
03 面向人民健康核心關鍵技術突破
顏學慶
鐳射加速腫瘤治療模型
科技部副部長李萌（左三）等觀看鐳射加速腫瘤治療裝置模型
強鐳射等離子體具有超高加速場，引發了加速器和光源領域新的革命。北京大學與上海交通大學、中國科學院物理研究所聯合展示了在超高信噪比鐳射關鍵技術、粒子加速、高亮度輻射源及天體加速模擬方面的一系列突破性成果，其中，物理學院顏學慶教授率領的鐳射加速研發團隊經過多年研究，攻克高對比度與高光強鐳射、自支撐奈米薄膜靶製備、超高流強離子束傳輸和鐳射加速器輻照研究平臺等關鍵技術，於2018年建成世界上首臺小型鐳射加速器輻照裝置。該緊湊型鐳射質子加速器能夠產生1～15 MeV能量、1%～5%能散可調、1～20 pc電量的穩定的質子束，首次實現從鐳射加速到鐳射加速器的跨越。
2019年，團隊獲批承擔建設懷柔綜合性國家科學中心首批交叉研究平臺——北京鐳射加速創新中心，建造重頻拍瓦鐳射加速裝置，支撐未來鐳射質子放療系統、鐳射驅動伽馬光源和鐳射驅動寬譜相干光源的研發和產業化應用。
要茂盛
新冠病毒氣溶膠監測
與新冠肺炎快速篩查
撥出氣VOC指紋快速篩查新冠肺炎系統TBN在展覽現場
環境科學與工程學院要茂盛教授領銜的生物氣溶膠團隊瞄準重大關鍵科學問題，透過原始技術創新，在生物氣溶膠採集監測、氣溶膠傳播病原體與耐藥基因以及空氣毒性人體疾病“煙霧報警器”原創研究等方面做出引領性成果，被國際專業頂級刊物授予首屆“卓越研究獎”。
面對突來的新冠肺炎疫情，團隊緊急建立了基於機器人取樣的新冠病毒氣溶膠現場快速檢測系統Air-nCoV-Watch（ACW），揭示了人體呼吸氣溶膠是新冠病毒傳播的重要方式，最早報道了新冠肺炎病人的撥出氣揮發性有機物VOC標誌物指紋，並整合研發了一套完整的基於撥出氣VOC快速篩查新冠肺炎系統（Test-Breath-Now，TBN），應用前景廣泛。新冠肺炎疫情防控研究成果入選2020年度中國生態環境十大科技進展。
謝曉亮、喬傑、湯富酬
植入前胚胎遺傳學診斷新方法
MARSALA方法示意圖
為解決植入前胚胎遺傳學診斷在準確性、可操作性、診斷成本等方面面臨的難題，北京大學謝曉亮、喬傑、湯富酬團隊與億康基因科技有限公司合作，研發出植入前胚胎遺傳學診斷新方法(mutated allele revealed by sequencing with aneuploidy and linkage analyses，MARSALA)。該技術在單細胞水平上透過一步高通量測序即可檢測致病基因突變位點和全基因組範圍染色體異常，同時完成高精度連鎖分析，全面提高診斷的覆蓋面和精準性，預防單基因遺傳病，避免患兒出生。
與之前常用方法相比，MARSALA具有精度高、分析全面；能夠進行多重校驗，大大提高診斷的精確度和可靠性；成本大大降低；操作方便；對各種遺傳病患者家系的相容性高；適用範圍廣等六大突出優勢。截至目前，該技術已成功造福上千個家庭。
黃曉軍
非體外去T單倍型相合
造血幹細胞移植體系
異基因造血幹細胞移植是治癒白血病等重症血液病的最有效方法之一，因人類白細胞分化抗原(HLA)單倍型相合(半相合)移植難以實現，供者來源匱乏困擾全球多年。
近20年國家血液系統疾病臨床醫學研究中心、北京大學人民醫院黃曉軍團隊突破細胞因子誘導免疫耐受、改善造血微環境促進幹細胞植入等關鍵技術，首創國際首個非體外去T半相合造血幹細胞移植體系，使得“父母供子女”“子女供父母”等半相合移植模式取得與同胞相合、骨髓庫移植一致療效。2016年，世界骨髓移植協會命名該體系為“北京方案（Beijing Protocol）”，該方案得到我國(含港臺)150餘家中心應用，近6年半相合供者已超越相合同胞成為我國排名首位造血幹細胞來源（達60%）；推廣海外覆蓋全球半相合移植50%以上案例。“北京方案”核心技術兩次獲得國家科技進步二等獎。
魯鳳民
乙肝前基因組RNA檢測試劑
HBV RNA病毒樣顆粒的形成示意圖
基礎醫學院魯鳳民教授團隊在“十一五”“十二五”“十三五”重大傳染病防治國家科技重大專項支援下，致力於乙型病毒性肝炎的基礎及轉化醫學研究。魯鳳民作為課題負責人帶領團隊取得了一系列創新成果，在國家重大專項辦公室推薦下，連續參加了國家“十一五”“十二五”和“十三五”科技成果展。
該團隊首次確定血清乙肝前基因組RNA（HBV RNA）的來源，並提出HBV RNA病毒樣顆粒的概念，完善了HBV的生命週期。該團隊建立了HBV RNA的檢測體系，相關技術申請發明專利多項，並與國內多家企業聯合研發了血清HBV RNA檢測試劑盒，為慢性乙肝抗病毒治療的療效評估和預後判定提供了新指標。
04 高水平科技團隊服務社會發展
張遠航
京津冀、長三角、珠三角
大氣汙染聯防聯控
團隊研發的大氣環境監測高精尖技術裝備
環境科學與工程學院長期致力於大氣環境監測新技術和新方法的研發工作，研究成果不僅為我國區域大氣汙染成因研究提供技術支援，更成為國家大氣汙染防治業務化監測的方向。
張遠航、胡敏、曾立民等組織實施了“針對華北平原區域大氣汙染形成機制的大型國際綜合觀測實驗”，建立了北京大學大氣汙染超級觀測站（PKUERS）開展長期觀測研究，可測量數百個大氣引數，擁有高階測量裝置包括LIF-FAGE系統，其中半數以上是未商業化的尖端測量裝置，實現了大氣OH和HO2自由基的實時準確測量。
張遠航院士團隊長期攻關困擾珠三角的大氣複合汙染問題，先後牽頭設立了珠三角區域空氣質量綜合實驗計劃PRIDE-PRD，5次率領國內外研究團隊開展外場觀測實驗。珠三角境內已經建立起包括地面監測網、超級站、航測、衛星等技術為一體的國際領先的大氣綜合立體觀測網，成為我國大氣汙染防治工作的“標杆”。
屠鵬飛、姜勇
肉蓯蓉系統研究與產業化推廣應用
肉蓯蓉為常用補益中藥和瀕危沙漠寄生植物，亂採濫挖導致野生資源枯竭和環境惡化。藥學院屠鵬飛、姜勇教授團隊先後主持“肉蓯蓉大品種的研究與開發”“新疆于田縣特色藥材科技惠民示範工程”等重大專案，經過近30年的研究，在國際上首創寄生植物大面積高產穩產技術體系，系統闡明瞭肉蓯蓉功效物質和作用機制；構建了完善質量標準體系，將管花肉蓯蓉收入2005版《中國藥典》；研發了新藥蓯蓉總苷膠囊、松果菊苷片、潤通口服液，以及保健食品、大健康產品40餘種。
迄今，團隊推廣種植寄主植物梭梭和檉柳600餘萬畝，接種肉蓯蓉200萬畝，為國家節約治沙資金120億元，帶動15萬餘人脫貧致富。專案的實施拯救了瀕危藥材資源，促進中藥產業可持續發展；治理大片沙漠，促進民族地區經濟發展、農牧民致富和社會穩定，取得巨大的生態、經濟和社會效益。
加速器質譜碳十四測年技術
助力中華文明探源
“中華文明探源專案”是一項由國家支援的自然科學與人文社會科學結合研究中國古代歷史與文化的重大科研專案。該專案對中華文明的起源與程序、性質與特點進行了多角度、多層次、全方位綜合研究，建立了人文社會科學與自然科學交叉融合的研究方法，系統揭示了中華文明多元一體格局形成的過程及其原因和機制，實證了中華文明5000多年曆史絕非虛言的事實，從理論與實踐方面闡明瞭中國文明對當今人類發展的借鑑意義。
考古文博學院和物理學院老師組成的研究團隊在年代研究方面作出了重要貢獻，利用加速器質譜技術開展碳十四年代研究，測定了幾十個重要遺址的年代，為精確判斷關鍵節點和重大事件的年代提供高精度年代資料，為中華文明起源與早期發展階段的研究提供了年代學支撐。
來源：北京大學融媒體中心、科學研究部
圖片：各專案組提供
編輯：寧韶華、夏子然
排版：白雨琪
責編：張寧
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