史上最壯觀的LED燈光秀令世博園流光溢彩。CFP
“蛟龍”3000米海試作業(yè)，南海海底豎起中國(guó)國(guó)旗。王文勝/CFP
“嫦娥二號(hào)”探月衛(wèi)星用長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。秦憲安/CFP
中國(guó)新一代高速動(dòng)車(chē)組創(chuàng)下時(shí)速486.1公里的紀(jì)錄。CFP
編者按 今年評(píng)選出來(lái)的十大國(guó)內(nèi)科技新聞，較往屆分量更重。評(píng)委的視角不僅僅局限在那些具備戰(zhàn)略意義的技術(shù)進(jìn)展和不同學(xué)科的原創(chuàng)成果，像在上海世博會(huì)這樣的舉國(guó)大事中功不可沒(méi)的科技力量也被推向“前臺(tái)”。還有很多重要的成就，由于名額有限，只得割?lèi)?ài)。我們相信最終榮膺的十大國(guó)內(nèi)科技新聞，能夠代表中國(guó)科技人員在過(guò)去的一年里對(duì)科技事業(yè)和公眾利益的貢獻(xiàn)。
1. 我國(guó)迄今最大的國(guó)家重大科學(xué)工程“上海光源”通過(guò)驗(yàn)收
熾烈的陽(yáng)光下纖毫畢現(xiàn)。上海光源就好比人造的太陽(yáng)。1月初我國(guó)迄今最大的科學(xué)工程——上海光源通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。借助于它，許多原本看不見(jiàn)的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)在科學(xué)家的眼前。
上海光源的全稱(chēng)是上海同步輻射光源。1947年，美國(guó)人在高能加速器實(shí)驗(yàn)時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)：高速運(yùn)動(dòng)的電子在改變方向時(shí)，會(huì)釋放出一種“同步輻射光”，其中包含的X光亮度極高。如果說(shuō)19世紀(jì)末倫琴制造的X光是一支蠟燭，同步輻射光就好比太陽(yáng)，能把微觀世界照個(gè)透亮。
第一代同步輻射光源是高能加速器的副產(chǎn)品。第二代光源，是人們?yōu)榱双@得同步輻射光，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的一種加速器。而第三代光源使加速器跑道上的電子不斷改變方向并釋放同步輻射光。一次次釋放疊加起來(lái)，得到亮度上萬(wàn)倍的光。上海光源就屬于目前世界上第三代光源中的佼佼者。
在許多科研領(lǐng)域，同步輻射光源都不可缺少。同步輻射光照到蛋白質(zhì)分子上得到衍射光譜圖，對(duì)其運(yùn)算分析可以得出蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)——以往需要幾天的工作，現(xiàn)在只需幾個(gè)小時(shí)甚至幾十分鐘就能完成；利用同步光源可以拍出極其清晰的X光片，對(duì)早期心臟病進(jìn)行安全和快速的診斷；它還可以分析灰塵的成分，進(jìn)而找出城市中的污染源；材料科研里，它也能幫上大忙。
建在巨大的球弧狀屋頂下的“上海光源”，可容納60條以上光束線(xiàn)和上百個(gè)實(shí)驗(yàn)站，每天幫助幾百名科研人員工作。自從投入運(yùn)行以來(lái)，上海光源的日程表排得滿(mǎn)滿(mǎn)的，工時(shí)供不應(yīng)求。截至目前，上海光源用戶(hù)發(fā)表論文數(shù)已有80篇左右，包括一些發(fā)表在《自然》、《科學(xué)》和《細(xì)胞》等著名科學(xué)期刊上的成果。
2. 科技讓世博更精彩
走進(jìn)上海世博園的大門(mén)，游客們感受到的是技術(shù)創(chuàng)新帶來(lái)的便利和新奇。
門(mén)票一刷就放行，內(nèi)置的“智慧標(biāo)簽”可以防偽。進(jìn)入地下通道“世博軸”，玻璃纖維把陽(yáng)光引入，宛如地上一樣明亮。走上地面，標(biāo)志性建筑“中國(guó)館”映入眼簾。它采用可以遮陽(yáng)的桁架結(jié)構(gòu)，每一根鋼架的拼搭都是計(jì)算過(guò)的。
走進(jìn)中國(guó)館，有嘆為觀止的“清明上河圖”動(dòng)畫(huà)。絢麗的空間成像技術(shù)，在各國(guó)家展館和主題館里大放異彩。
來(lái)到“世博主題館”前，東西兩側(cè)是巨大的排滿(mǎn)了植物的生態(tài)墻。巍峨的建筑頂上，除了一塊塊用來(lái)發(fā)電的太陽(yáng)能板，還有雨水收集系統(tǒng)用于園藝灌溉。小河和池塘里，漂浮著凈化水質(zhì)的植物島。
園里喝的是最新工藝消毒的直接飲用水，吃的是先進(jìn)技術(shù)檢測(cè)合格的食品，吹的是用黃浦江水降溫的絲絲冷氣，坐的是各種類(lèi)型的大小新能源汽車(chē)。
夜幕降臨，史上最壯觀的LED燈光秀場(chǎng)展現(xiàn)在眼前。“一軸四館”低碳的光影變幻令游人駐足。
精確氣象預(yù)報(bào)、安保機(jī)器人，垃圾氣力運(yùn)輸……各領(lǐng)域的新技術(shù)保障世博運(yùn)作有序。
“城市，讓生活更美好”；科技讓世博更美好。“安全、便捷、健康、環(huán)保”，是上海世博會(huì)科技行動(dòng)的理念。世博會(huì)上展示的科技，映照出各種美好的可能性。科技幫助人們實(shí)現(xiàn)一種尊重自然的生活方式和一個(gè)趣味盎然的未來(lái)世界。
尤其重要的是，世博科技行動(dòng)通過(guò)創(chuàng)新成果的規(guī)模化應(yīng)用，帶動(dòng)了新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。前沿的技術(shù)成果全面助力上海世博會(huì)，展現(xiàn)出中國(guó)科技界創(chuàng)新的實(shí)力。
3. 我科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自由空間量子態(tài)隱形傳輸
今年6月1日出版的《自然·光子學(xué)》，封面論文發(fā)表了一個(gè)里程碑似的成果——來(lái)自中科大和清華的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，在河北懷來(lái)和北京八達(dá)嶺之間分發(fā)了一對(duì)糾纏光子。16公里！這是目前國(guó)際上實(shí)驗(yàn)室外實(shí)現(xiàn)的最遠(yuǎn)距離，也是目前國(guó)際上量子密鑰分發(fā)的最大距離。
什么是量子密鑰呢？無(wú)論是軍隊(duì)用的電報(bào)密碼本，還是銀行用的口令本，總有被人截獲的危險(xiǎn)。然而，靠著量子糾纏的同步性，科學(xué)家就可以給出一個(gè)無(wú)法竊取的一次性的密鑰——你知我知，天不知地不知。
只要制造一對(duì)量子糾纏的粒子A和B，分別給信息的傳送人和接收人，這對(duì)粒子就好像古代戰(zhàn)爭(zhēng)用的虎符一樣，總是嚴(yán)格吻合。傳送人一測(cè)量A粒子，它就呈現(xiàn)出一個(gè)隨機(jī)數(shù)值；而接收人手上的B粒子，“心靈感應(yīng)”般地呈現(xiàn)出與A對(duì)應(yīng)的值。由此，發(fā)信人和收信人可以確保拿到同一個(gè)數(shù)值——這就是密鑰。有了密鑰，就可以把信息加密發(fā)出去了。
量子密鑰不可能被半路偵測(cè)，因?yàn)榱孔討B(tài)脆弱到極限，一測(cè)量就崩潰。偷窺者拿不到密鑰（解密算法），對(duì)任何加密的信息都束手無(wú)策。
量子密鑰的創(chuàng)意無(wú)懈可擊，但目前還不能實(shí)用，原因是很難讓一對(duì)糾纏粒子在長(zhǎng)距離上保持穩(wěn)定。不過(guò)近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)家一直在努力刷新量子傳輸?shù)木嚯x紀(jì)錄。
今年中科大和清華團(tuán)隊(duì)成功地在16公里長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)量子傳輸，這證明了糾纏光子在穿透等效于整個(gè)大氣層厚度的地面大氣后，其糾纏特性仍然能夠保持。這樣的話(huà)，用衛(wèi)星傳輸糾纏光子就完全可能實(shí)現(xiàn)。這是量子通信技術(shù)走向?qū)嵱玫闹匾徊健?/p>
4. 體細(xì)胞“變身”多能干細(xì)胞機(jī)制被揭示
干細(xì)胞是生物體中最原始的細(xì)胞，它可以分化為不同器官的細(xì)胞，就好像樹(shù)干能夠分出許多枝條。人們希望利用人類(lèi)干細(xì)胞的無(wú)限潛力來(lái)治療疾病——用患者的干細(xì)胞發(fā)育出的新器官，替換生病的器官。
干細(xì)胞過(guò)去取自胚胎，這就使科學(xué)研究受到了倫理學(xué)上的限制。自2006年以來(lái)，iPS細(xì)胞成為干細(xì)胞領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)——通過(guò)導(dǎo)入4個(gè)關(guān)鍵基因，科學(xué)家將正常體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)編程，變成“誘導(dǎo)式多能干細(xì)胞”。iPS細(xì)胞可以同胚胎干細(xì)胞媲美，又沒(méi)有倫理學(xué)障礙。
但普通細(xì)胞逆轉(zhuǎn)成iPS細(xì)胞，是失敗率很高的過(guò)程。科學(xué)家不清楚其中的機(jī)理，因此很大程度上要靠運(yùn)氣。
今年我國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)研究，揭示了體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)為多能干細(xì)胞的啟動(dòng)機(jī)制，對(duì)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)的完善有指導(dǎo)意義。中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院裴端卿研究員等人的研究成果，發(fā)表在6月18日出版的著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞·干細(xì)胞》上。
兩三年以前，中國(guó)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，小鼠的成纖維細(xì)胞變成類(lèi)似表皮細(xì)胞的過(guò)程，與正常發(fā)育中常見(jiàn)的表皮細(xì)胞轉(zhuǎn)換到間充質(zhì)細(xì)胞過(guò)程剛好相反。他們對(duì)之長(zhǎng)期研究后發(fā)現(xiàn)：4個(gè)關(guān)鍵基因通過(guò)協(xié)作，一方面抑制了間充質(zhì)細(xì)胞的維持體系，另一方面激活了表皮細(xì)胞特征基因表達(dá)。這樣就啟動(dòng)了表皮細(xì)胞的形成，從而開(kāi)啟了iPS過(guò)程。
這項(xiàng)工作揭示了間充質(zhì)—表皮細(xì)胞轉(zhuǎn)換過(guò)程在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞形成中的關(guān)鍵作用。由于搞清楚了4個(gè)關(guān)鍵基因起作用的具體機(jī)理，人們就有可能操縱逆轉(zhuǎn)過(guò)程，成功生產(chǎn)出大批iPS細(xì)胞。這對(duì)于iPS應(yīng)用到臨床具有重要意義。
5. 我自主研制出世界首臺(tái)脊柱微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人
提到機(jī)器人，我們?cè)缫呀?jīng)不陌生了，但是當(dāng)你把自己的生命交給這家伙擺布的時(shí)候，你會(huì)不會(huì)膽戰(zhàn)心驚？實(shí)踐證明，擔(dān)心是多余的。手術(shù)刀在它手上可不會(huì)耽誤工夫，還沒(méi)等你緩過(guò)神，你的脊柱手術(shù)估計(jì)就已經(jīng)順利結(jié)束了。
在研究人員的操控下，脊柱微創(chuàng)手術(shù)“機(jī)器人”用不上一分鐘就能輕松完成對(duì)一塊腰椎模型的兩次定位、瞄準(zhǔn)、鉆孔操作，而且在兩次對(duì)同一部位的重復(fù)操作中，可以做到幾乎毫發(fā)不差、十分精準(zhǔn)。
與傳統(tǒng)脊柱手術(shù)相比，脊柱微創(chuàng)手術(shù)具有創(chuàng)口小、術(shù)后恢復(fù)周期短等特點(diǎn)，患者術(shù)后效果更好、生活質(zhì)量更高，是目前脊柱外科領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。但由于脊柱毗鄰人體重要神經(jīng)、血管，毫米的誤差就可能帶來(lái)災(zāi)難性的后果。因此在小切口的微創(chuàng)手術(shù)操作中要求技術(shù)更精細(xì)、精確，動(dòng)作更穩(wěn)定，以防止對(duì)病變周邊健康組織的損傷。此外，由于脊柱微創(chuàng)手術(shù)需要反復(fù)通過(guò)術(shù)中X光或術(shù)中CT進(jìn)行定位，醫(yī)生容易受放射線(xiàn)損傷，影響身體健康，這也妨礙了脊柱微創(chuàng)手術(shù)的推廣運(yùn)用。
人類(lèi)的智慧是無(wú)限的，使用工具也是人類(lèi)的最偉大之處。用機(jī)器完成高難度的動(dòng)作是最安全可靠的選擇。7月11日，由第三軍醫(yī)大學(xué)重慶新橋醫(yī)院與中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所聯(lián)合研發(fā)的、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的脊柱微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人在新橋醫(yī)院投入前期臨床試驗(yàn)。
這是世界上首臺(tái)專(zhuān)門(mén)用于脊柱微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)，繼上世紀(jì)90年代末機(jī)器人開(kāi)始在腹部外科、泌尿外科、婦產(chǎn)科、心臟外科等領(lǐng)域推廣應(yīng)用后，我國(guó)科學(xué)家成功將機(jī)器人引入到脊柱微創(chuàng)手術(shù)中，通過(guò)機(jī)械的精準(zhǔn)定位并替代醫(yī)生在放射線(xiàn)下手術(shù)操作，不僅能提高手術(shù)的精準(zhǔn)性，還能降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和減少術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生，同時(shí)還能降低對(duì)醫(yī)生的放射損害，對(duì)于脊柱微創(chuàng)技術(shù)在臨床的進(jìn)一步推廣運(yùn)用具有重要的意義。
