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包揽三大奖一等奖!一个孔、一粒米、一束波,来看上海科创土壤孕育出的“科创密码”

   2021-11-04 上海科技
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核心提示:相较往届2020年度国家科学技术奖来的有些晚但275个获奖项目(人选、组织)每一项,含金量丝毫不减!在全国

相较往届2020年度国家科学技术奖来的有些晚但275个获奖项目(人选、组织)每一项,含金量丝毫不减!在全国提名数量日益增多授奖数量日趋减少的大背景下上海科创光芒继续闪耀!


上海首次在国家自然科学奖、国家技术发明奖和国家科技进步奖等“三大奖”高等奖项中实现“金花齐放”。这背后,展现的正是上海的“科创密码”!


一个孔:可见基础科研的中国自信


复旦大学赵东元团队完成的“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”摘得国家自然科学奖一等奖(全国仅2项)。这是我国对基础研究成果的最高肯定,也是上海时隔十八年再获此殊荣(2000年至2019年,国家自然科学奖一等奖仅授予13项成果,且有九年出现空缺)。



赵东元,笑称自己是微观世界里的“造孔之人”,但凡看到材料,他都想把它打成孔!


1998年赵东元从美国留学归国后,在复旦一待就是23年,始终专注一件事:功能介孔材料研究!


介孔材料是一种多孔材料,孔径在2-50纳米。而功能化介孔材料,是将介孔材料改性而使其具有不同的功能。介孔材料是20世纪发展起来的崭新的材料体系,具有规则排列、大小可调的孔道结构及高的比表面积和大的吸附容量,在大分子催化、吸附与分离、纳米组装及生物化学等众多领域具有广泛的应用前景。


2001年左右,整个介孔材料都局限于无机材料。赵东元突发奇想:做了这么多无机介孔材料,能不能创造一种有机的高分子材料,又软又轻又好用,还能在国民经济中创造出非常高的价值?为了攻克这个难题,赵东元组建科研团队,苦战5年。回顾整个过程,赵东元感慨,实验之所以做成,一是因为“异想天开”,二是足够幸运。“整个合成过程非常复杂,就像是在一个黑箱子里乱撞。”


(赵东元教授指导学生)


源于对科研的热爱与超人的勤勉,赵东元课题组原创性提出了“有机-有机自组装”新思想,并且做成了。实验方法公之于众后,至今已经吸引 60 多个多家和地区的 1500 余家科研机构跟踪研究,利用相似的方法研究介孔高分子和碳材料等,发表论文 4 万多篇。国际学术界评价这项研究的贡献为“先驱”、“里程碑”、“突破”、“重要进展”等。


让“异想天开”“开花结果”。阶段性成功带来的喜悦,给了赵东元底气开展应用研究。他相信“天生我材必有用”,既然能创造出这个结构的材料,那么肯定会能找到它的用途。经过不断压缩成本,赵东元团队将科研成果投入到工业化生产,开展大规模制备。比如:将介孔材料作为催化剂使用,大大提高重油转化效率,全国推广后每年可为中石化增产约 150 万吨的高质量油品;将介孔碳和介孔高分子材料吨级生产,运用于超级电容器,在北京奥运会的 LED 路灯和上海世博会的电动汽车上都得到了示范性应用。


而在民用方面,赵东元也有了一番畅想:介孔材料在工业上作为绝缘隔热材料已经显示出很好的应用,是不是将来也可能应用到衣物上呢?比如用纳米孔制作衣服,既轻薄,保暖性又强。实际上,他们正在利用把固体介孔材料做成液体材料。“将来抹在身上,薄薄一层,就能完全隔热,你根本都看不出来,零下三十度都不怕!”赵东元兴奋说道。


(赵东元指导研究生)


十多年来,赵东元团队一共创造 19 种新型介孔材料,全部是以 FDU(复旦大学)命名。“科学家,尤其是基础科研人员,应该在更多的研究领域用中国人的名字命名,来弘扬中国人的自信!”


今年初,在 20 多位院士的共同见证下,国家自然科学基金“功能介孔材料基础科学中心”在复旦大学启动。作为项目牵头人,赵东元有更长远的目标:“科学中心将着力推出一批具有世界影响力的原创性成果,创制中国牌号的新一代催化材料,引领国际介孔材料领域的发展。”


一粒米:蕴含数十年朴素的禾田初心


上海市农业生物基因中心“水稻遗传资源的创制保护和研究利用”获国家科技进步奖一等奖。这其中就有中心首席科学家罗利军团队历时20多年破解“旱稻密码”的艰苦攻关成果,为世界粮食安全、水资源安全、生态安全作出了“上海贡献”。


(上海市农业生物基因中心首席科学家罗利军)


在上海科创中心建设中,农业科创很少有机会站上舞台中央。罗利军与“旱稻”结缘相当偶然。


2001年,罗利军和他的伙伴们因为建设“上海农业基因库”,被“整建制”引进上海。罗利军长期从事水稻遗传资源的基础与应用研究。上世纪90年代,他参与国家“超级稻”研发计划,期间,他发现,“超级稻”种植需要良田、富水、高肥、多农药、高投入。但我国有七成左右的稻田属于干旱、缺乏灌溉条件的中低产田。


此时,罗利军突然灵光一闪:为什么不能唤醒旱稻,将旱稻抗旱性强、不用淹水种植、少打农药、少施化肥的品性导入水稻,培育出既保持“超级稻”的高产、又保持旱稻的绿色特征的新型绿色稻种?


于是,中心以罗利军为首的一批科研人员开始马不停蹄,走南闯北,寻找能扎根山坡地,工业抛荒地,又能少打农药、少施肥、节水抗旱、高产质优的绿色水稻,既可以像水稻一样在水田节水栽培,又可以像小麦一样在旱地种植。



在都市农业体系里,水稻属于边缘学科,不比蔬菜、水果、花卉等切合城市需求。在克服立项难、科研经费不足等因素,在一个未知的领域,日复一日的田间奔走,改了一串串的实验数据,罗利军带着团队用一双赤脚硬生生地踩出了一条自己的路。


2003年,基因中心选育出世界上第一份杂交旱稻不育系“沪旱1A”,让中国在全球杂交旱稻的研究中率先取得突破性进展。2004年,世界首例杂交旱稻组合在上海诞生。目前,节水抗旱稻已经形成全系列品种。在灌溉条件下,其产量、米质与水稻持平,但可节水50%以上,化肥用量减少近一半。


(种质库)


如今,上海市农业生物基因中心的种质库里,已拥有全球最全的水稻资源。这里收集了93个科360个种,总共有23万余份种质资源,水稻遗传资源的数量是全球第一。这些资源对于保障我国粮食安全具有重大的意义,也为罗利军这样的科学家提供了大量的、完备的研究数据。


目前,通过对上述种质资源的共享利用,共育成了327个水稻新品种。这些种子早已服务江西、湖南、湖北、河南、广西、贵州、云南等地全国多地,并走出国门,在“一带一路”国家相继开展了试种示范,累计推广11.9亿亩,获社会经济效益1680.6亿元。


(罗利军和学生)


如今绿色发展深入人心,全球各地科学家都在寻找特异资源测序,寻找耐旱、抗病、高营养等遗传因子用于改良农作物。上海市农业生物基因中心从初来上海时的11人,已经发展到如今近百人,研发团队在不断壮大。罗利军时常告诉学生:“追寻“旱稻密码”,时不我待。我希望你们接着找。你们找不到,你们的学生继续找。我们要拿出愚公移山的精神,这是中国知识分子的担当、情怀和血性。”


一束波:填补空白、打破垄断


由上海联影医疗科技股份有限公司牵头的“高场磁共振医学影像设备自主研制与产业化”获国家科技进步奖一等奖。



高端医学影像设备自主创新对于“健康中国2030”及我国医疗产业发展具有重要战略意义。磁共振设备是继CT后医学影像学的又一重大进步,也是医学影像学的一场革命。然而,在联影医疗研发成功之前,实现磁共振全部核心部件技术自主研发的公司全球仅2家。此前,由于无法掌握核心部件和卡脖子技术,国产磁共振设备主要占据中低端市场,高端影像设备国产率不足5%,高端3T磁共振设备100%依靠进口。而进口设备价格昂贵,我国百万人口磁共振拥有量不足美日等国十分之一。



摆脱“卡脖子”,唯有创新一条路!在国家科技项目持续支持下,经多年多学科联合攻关,由上海联影医疗科技股份有限公司牵头,同时携手中科院深圳先进技术研究院,以及中国人民解放军总医院、复旦大学附属中山医院,产学研医协同创新,突破了高场磁共振核心技术和部件设计制造,成功研制出我国首台3.0T高场磁共振,突破国际知识产权壁垒,实现核心部件100%自主研发,真正填补国内空白,改变了我国高端影像设备核心技术长期受制于人的局面,且在产品性能上整体达到国际先进,部分指标国际领先的水平。


(联影医疗董事长兼首席执行官 张强)


团队不仅创建了“软硬协同”的快速成像理论和技术体系,实现数据“采得少”“采得快”“采得准”,一改传统磁共振扫描时间长达数十分钟,患者体验不佳的劣势,可将单个部位的成像时间缩短到几分钟;攻克了梯度功率放大器、射频功率放大器等高场磁共振成像核心部件。(梯度功率放大器、射频功率放大器可以分别被称为磁共振系统的“发动机”与“雷达”,对成像速度、高品质图像尤其关键,可以说,这两大核心部件的水准直接决定磁共振整机技术水准。)突破了高场超导磁体制造工程技术,为走向市场提供保障,让我国成为继美德之后第三个全面掌握高场磁共振部件及整机制造的国家。



近5年,项目研发的高场超导磁共振产品已经进入一大批三甲医院和基层医院,产品出口至美国等多个国家,使用性能获得了广泛赞誉,产生了重大经济和社会效益,造福了民生福祉。


目前,联影医疗与中科院深圳先进院仍在5.0T 磁共振等超高场磁共振系统以及磁共振引导超声治疗、心脑血管疾病早诊领域探索共进,超高场5.0T磁共振系统现已进入临床试验阶段,将为脑科学等重大前沿科研需求提供更精细的脑结构和脑功能成像等先进技术。


一张榜单

一批具有重要影响力的原创成果和“硬核”技术

一支老中青相结合的科研人才队伍......

上海多年来持续不懈营造良好科研环境

正累积形成一股综合创新优势力量

全方位、多维度引领支撑高质量发展!




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