最新科技行業(yè)戰(zhàn)略前瞻分析報告

1、 最新科技行業(yè)戰(zhàn)略前瞻分析報告 導語：背景 科學研究的世界呈現(xiàn)出蔓延生長、不斷演化的景象。科研管理者和政策制定者需要掌握科研的進展和動態(tài)，以有限的資源來支持和推進科學進步。對于他們而言，洞察科研動向、尤其是跟蹤新興專業(yè)領域對其工作具有重大的意義。一、背景和方法論（略）二、農業(yè)科學、植物學和動物學1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀1.1 農業(yè)科學、植物學和動物學領域 Top 10 熱點前沿發(fā)展態(tài)勢農業(yè)科學、植物學和動物學領域居于前10的熱點前沿主要分布在食品科學與工程、動物傳染病、植物生理、作物科學、藥用植物和動物營養(yǎng)六個子領域（表1）。其中，食品科學與工程熱點前沿數(shù)量最多，有3個，分別是糧食加工

2、方法、果蔬干燥加工和食品智能包裝研究；動物傳染病 1個熱點前沿，研究豬圓環(huán)病毒3型的鑒定與遺傳特征；植物生理2個熱點前沿，分別是一氧化氮的生理作用和光誘導氣孔動力學；作物科學也有2個熱點前沿，分別是小麥基因組和轉錄組，及作物生長和重金屬污染防治；藥用植物1個熱點前沿，研究植物提取物對疾病的治療作用；動物營養(yǎng)也有1個熱點前沿，研究如何將昆蟲粉作為新型可再生動物飼料的資源。1.2 重點熱點前沿“光誘導氣孔動力學對光合作用和水分利用效率的影響”光合作用在作物增產中的利用還非常有限，遠沒有達到其生物學極限，目前，其已經成為增加農作物產量的關鍵途徑。因此，迫切需要加快對農作物光合作用過程和機理的了解。其

3、中，葉片氣孔由于可以控制植物光合作用和蒸騰作用中二氧化碳的吸收，從而影響植物的生產力和水分利用效率，所以光合作用和水分利用中的光誘導氣孔動力學研究成為重要熱點前沿。該前沿共有核心論文18篇，主要涉及葉片氣孔開閉的解剖、生理、生化等機制，及提高葉片氣孔開閉快速性的調控策略等。在機制研究方面，重點研究了氣孔的解剖特征、生理生化特征等對葉片氣孔開閉快速性、氣孔導度變化速度的影響，及氣孔開閉的快速性與光合作用CO2吸收和水分利用的關系。在調控研究方面，重點研究了氣孔動力學的光遺傳學操縱，及甘氨酸裂解系統(tǒng)的H蛋白、光系統(tǒng)II亞基S、1,7-雙磷酸酶、果糖1,6-雙磷酸醛縮酶、光呼吸甘氨酸脫羧酶-H蛋白等

4、基因的調控對光合作用、水分利用效率、作物生長和產量的影響，以及光照波動對氣孔導度和光合作用的影響等。1.3 重點熱點前沿“生物炭和金屬氧化物納米粒子對作物生長和鎘吸收的影響”當今時代，重金屬污染迅速增加，并主要積累在土壤中，隨后通過生長在污染土壤上的作物轉移至食物鏈，在全球范圍內威脅人類健康，成為可持續(xù)農業(yè)食品生產的重大障礙。鎘污染問題尤為嚴重，鎘超標事件時有發(fā)生，因此，農業(yè)土壤鎘修復和降低作物鎘吸收和積累成為農業(yè)科技領域的研究熱點之一。其中，生物炭和氧化物納米粒子作為土壤改良劑，不僅可以減緩鎘毒性，還可以減輕干旱和鹽脅迫對作物的不利影響，促進作物生長，所以，關于生物炭和金屬氧化物納米粒子對作

5、物生長和鎘吸收影響的研究成為當前的熱點前沿方向。該前沿共有核心論文18篇，研究涉及生物炭、各種金屬氧化物納米粒子和其他土壤改良劑單獨或聯(lián)合施用，對作物生長和鎘吸收、積累的影響，主要包括生物炭單獨施用、硅納米顆粒單獨施用，及鋅和氧化鐵納米粒子結合、生物炭和氧化鋅納米粒子結合、及生物炭與石灰石和褐煤結合施用等。研究結果表明，這些土壤改良劑不但可以在減少鎘吸收和積累中發(fā)揮作用，還會對作物生長、產量和耐脅迫性產生積極影響。2. 新興前沿及重點新興前沿解讀2.1 新興前沿概述農業(yè)科學、植物學和動物學領域有1個方向入選新興前沿，即“可降解廢棄物資源化利用生物學調控技術及機制研究”（表6）。2.2 重點新興

6、前沿“可降解廢棄物資源化利用生物學調控技術及機制研究”可降解廢棄物是指可自然分解的有機廢棄物，主要包括城市生活產生的餐廚垃圾、城市污泥和生活垃圾中的有機垃圾等和農業(yè)生產過程中產生的畜禽糞便、養(yǎng)殖類廢棄物、農產品加工廢棄物和農作物秸稈等。隨著我國經濟的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國可降解廢棄物呈現(xiàn)出“種類多、量大、價值低、致病性高、資源利用率低”等特點，給城鄉(xiāng)生態(tài)安全和衛(wèi)生防疫帶來了嚴重隱患。國內外關于有機廢棄物的處置方式也逐漸由丟棄、堆焚等轉變?yōu)橐晕⑸镛D化為基礎的有機廢棄物好養(yǎng)堆肥和厭氧消化技術等。其研究內容主要集中于發(fā)酵過程中微生物群落的國內外對于蠅蛆、水虻等昆蟲處理有機廢棄物生物

7、轉化研究正處于起步階段，特別是昆蟲-微生物高效轉化調控機制是今后研究的熱點。該新興前沿主要研究了在不同廢物堆肥過程中，細菌群落在有機氮增強生物利用度中的作用；堆肥過程中多源性胡敏素組分演變及其影響因素評價；不同廢棄物堆肥胡敏素類物質形成機制的差異性；來自不同堆肥環(huán)境的腐殖質呼吸作用對增強五氯苯酚脫氯的生物貢獻；通過調節(jié)關鍵酶活性，改善多種放線菌接種秸稈堆肥過程中木質纖維素的降解性能等。三、生態(tài)與環(huán)境科學生態(tài)與環(huán)境科學領域的Top 10熱點前沿主要分布在生態(tài)科學和環(huán)境科學兩個子領域（表 7和圖2）。環(huán)境科學子領域的熱點前沿主要涉及污水處理的原理和技術、大氣污染和環(huán)境污染物的環(huán)境特征與風險研究。其

8、中，水環(huán)境問題及多學科解決方案、典型污染物和污染問題，是重要的關注點。具體來看，生活污水處理的原理和技術相關前沿包括“厭氧氨氧化技術及在污水處理中的應用”、“微生物種間電子轉移的機理及應用”及“污水處理廠中微塑料污染的發(fā)生、歸趨、檢測與消除”。前兩個前沿在2019年也同時入選了環(huán)境領域的Top 10熱點前沿，而“污水處理廠中微塑料污染的發(fā)生、歸趨、檢測與消除”這一前沿正是因應了近年海洋和陸地水體微塑料污染這一重大環(huán)境問題而形成。環(huán)境污染物的環(huán)境特征與風險研究方向的前沿涉及近年的全球性污染物和新興典型污染物，包括“全球汞排放的時空特征與趨勢”和“全氟化合物的環(huán)境行為與毒理研究”，其中全球汞排放相

9、關前沿也曾入選2016、2017年的研究前沿。此外，環(huán)境科學子領域還包括大氣污染相關的研究前沿“天氣模式和邊界層結構對大氣氣溶膠污染的影響”及海水淡化技術相關的研究前沿“電容去離子技術及在海水淡化中的應用”。1.2 重點熱點前沿“全球尺度外來物種入侵的評估、影響與管理”外來物種入侵又稱生物入侵，是指生物物種由原產地通過自然或人為的途徑遷移到新的生態(tài)環(huán)境的過程。外來物種入侵可損害當?shù)氐纳锒鄻有?、破壞景觀的自然性和完整性、威脅生態(tài)系統(tǒng)健康，造成巨大的生態(tài)、環(huán)境、社會、經濟損失。近年來，隨著全球化帶來的跨國、跨地區(qū)經濟活動和國際交往愈加頻繁，外來物種入侵的問題日益嚴重，入侵物種數(shù)量迅速增加，外來入

10、侵生物正以史無前例的速度擴張。外來物種入侵研究，特別是全球尺度的外來物種入侵的監(jiān)測、影響和管理的研究成為生態(tài)學領域的熱點研究問題，相關問題連續(xù)3年入選熱點研究前沿。該熱點前沿的核心論文有34篇，研究內容覆蓋外來物種入侵的各層面研究問題，包括全球外來物種入侵的水平、風險評估、地理分布和熱點地區(qū)；全球尺度上外來物種入侵的影響類別和程度，包括對生物多樣性和物種滅絕等生態(tài)影響，和對農業(yè)、社區(qū)生計及人類福祉等社會經濟影響；對城市和島嶼的物種入侵研究；物種入侵的公眾認知、管理決策和學術研究等。1.3 重點熱點前沿 “厭氧氨氧化技術及在污水處理中的應用”厭氧氨氧化（Anammox）技術是20世紀90年代開發(fā)

11、的一種新型生物脫氮技術，在廢水處理中具有廣泛的應用前途。厭氧氨氧化反應是指在厭氧或者缺氧條件下，厭氧氨氧化微生物以亞硝態(tài)氮為電子受體，將氨氮氧化為氮氣，并生成部分硝態(tài)氮的生物過程。厭氧氨氧化反應是自養(yǎng)型生物脫氮反應，該過程無需外加有機碳源，不消耗氧氣、不會產生二次污染，在高氨氮低碳源廢水處理方面具有重要應用價值。由于在節(jié)能降耗和環(huán)境友好上的獨特優(yōu)點，厭氧氨氧化技術被公認為目前最具應用前景的生物脫氮技術，自發(fā)現(xiàn)以來一直是國內外的研究熱點，其研究不斷深化，相關研究主題連續(xù)兩年入選本課題研究的熱點前沿。該熱點前沿的核心論文有28篇，主要集中在 4個方向：（1）不同厭氧氨氧化工藝的探索；（2）碳氮比、

12、溫度等因素對厭氧氨氧化技術處理污水效果的影響；（3）厭氧氨氧化菌的生理學、微生物組學、微生物群落相互作用、微生物生態(tài)學的研究；（4）厭氧氨氧化顆粒污泥中胞外多聚物的成分、結構、作用及控制策略等。目前基于厭氧氨氧化原理，科學家已經開發(fā)出多個工藝，如部分亞硝化-厭氧氨氧化（PN-ANAMMOX）聯(lián)合工藝。德國卡爾斯魯厄理工學院聯(lián)合歐洲多國團隊2014年在Water Research上發(fā)表論文，調查總結了亞硝化-厭氧氨氧化聯(lián)合工藝的開發(fā)、實施和優(yōu)化。該論文被引用610次，是該前沿被引頻次最高的核心論文。2. 新興前沿及重點新興前沿解讀 2.1 新興前沿概述生態(tài)與環(huán)境科學領域有1個方向入選新興前沿，即

13、“生物柴油中混合組分和添加劑對柴油機性能和排放的影響”。2.2 重點新興前沿“生物柴油中混合組分和添加劑對柴油機性能和排放的影響”生物柴油是由植物或動物脂肪與甲醇或乙醇經酯化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是一種可以部分替代石化柴油的新型液體燃料，具有環(huán)保性能好、發(fā)動機啟動性能好、燃料性能好、原料來源廣泛、可生物降解和再生、無毒等特性。生物柴油對降低柴油機排放污染、減輕環(huán)境壓力、推進能源結構調整具有重要的戰(zhàn)略意義，是一種廣受關注、具有較大應用前景的綠色能源。世界應用。生物柴油生產關鍵技術、生物柴油的燃燒性能等相關研究成為關注的熱點。該新興前沿的主要內容為乙醇、水、丙酮或庚烷醇等物質分別與生物

14、柴油混合，及納米添加劑、含氧添加劑等添加劑對生物柴油發(fā)動機的性能、燃燒特性和排放特性的影響研究。四、地球科學1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀1.1 地球科學領域 Top 10 熱點前沿發(fā)展態(tài)勢地球科學領域Top10熱點前沿中有7個屬于地質學相關研究。其中，流體注入引發(fā)的地震活動研究連續(xù)3年入選研究前沿報告，利用好奇號開展蓋爾隕石坑的巖石礦物學研究連續(xù)4年入選，呈現(xiàn)出熱點問題研究的延續(xù)性。研究方法方面，自2017年起，有越來越多的熱點前沿利用天基探測平臺和人工智能方法開展地質學研究，反映出遙感和信息技術進步對 地球科學發(fā)展的巨大推動作用，2020年相關研究前沿包括：利用機器學習方法分析滑坡敏感性

15、，哨兵和Landsat系列衛(wèi)星反射率數(shù)據(jù)產品性能分析，“土壤濕度主動-被動測量”和“土壤濕度和海洋鹽度”衛(wèi)星數(shù)據(jù)產品的比較驗證，基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析日光誘導葉綠素熒光與植被光合作用的關系。Top10中還有2個海洋科學和1個氣候變化相關研究。1.2 重點熱點前沿“天然氣水合物成藏特征和開采工藝研究”天然氣水合物又稱“可燃冰”，是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶物質，主要分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中。因其具有分布廣、儲量大、埋藏淺、能效高、污染低等優(yōu)點，是后石油時代的最佳替代能源之一。天然水合物開采的基本原理是通過改變天然氣水合物的穩(wěn)定賦存條件，使氣體從固態(tài)水合物中分離出來，再通過

16、收集游離氣體以實現(xiàn)連續(xù)開采。主要的方法包括降壓法、熱激發(fā)法、化學抑制劑法、CO2置換法和水力提升法等。但到目前為止，天然氣水合物的開采方法仍處于概念和實驗研究階段，沒有形成一套完整的開采理論，制約天然氣水合物安全高效開發(fā)的三大技術挑戰(zhàn)：“裝備安全、生產安全和環(huán)境安全”尚未實現(xiàn)根本性突破，距離商業(yè)應用還有很長的路要走。世界各國特別是能源短缺國家非常重視天然氣水合物的調查研究工作，尤以美國、印度、日本、韓國、德國、加拿大等國表現(xiàn)活躍，相繼將天然氣水合物列入國家重點發(fā)展戰(zhàn)略，制訂研發(fā)計劃，并成立專門研究機構積極推進天然氣水合物鉆探和試采。本熱點前沿的定量統(tǒng)計結果印證了上述國家對天然氣水合物研究的重視

17、（見表14）：美國發(fā)表的核心論文數(shù)量最多，全部36篇核心論文中有一半來自美國。印度、日本和中國也表現(xiàn)亮眼。在產出機構方面，美國機構最多，占所有核心論文 Top研究機構數(shù)量的1/3，其中美國地質調查局主導了13篇核心論文。日本緊隨其后，有3所機構上榜。中國和印度各有2所機構上榜。新加坡的5篇核心論文均來自新加坡國立大學，該校PraveenLinga教授團隊產出了本熱點前沿被引頻次最高的前3篇核心論文，重點梳理了天然氣水合物在實驗室環(huán)境中的最新進展和現(xiàn)場開采試驗情況，討論了各開發(fā)方法的局限性和大規(guī)模開采面臨的挑戰(zhàn)。中國天然氣水合物研究啟動較晚，但進展迅速，目前處于從水合物基礎研究向開采技術發(fā)展的階

18、段。分析該前沿的施引論文（表15）可以看出，中國在該方向積極開展研究，施引論文多達468篇。1.3 重點熱點前沿“哨兵和 Landsat 系列衛(wèi)星反射率數(shù)據(jù)產品性能分析”“哨兵”系列衛(wèi)星是歐洲“哥白尼”對地觀測計劃的衛(wèi)星任務類型之一，目前有7顆衛(wèi)星在軌運行，主要開展雷達和對地多光譜成像、海洋及大氣監(jiān)測。Landsat系列衛(wèi)星是由美國國家航空航天局和美國地質調查局共同管理的地球資源衛(wèi)星，目前已經發(fā)射了8顆衛(wèi)星，有2顆仍在軌運行，主要任務是調查地下礦藏、海洋資源和地下水資源。這兩個系列衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)均免費向公眾開放使用，極大地推動了技術和產業(yè)創(chuàng)新，幫助行業(yè)發(fā)展，并產生了高額的經濟價值。本前沿的13

19、篇核心論文主要分析了哨兵-2A、哨兵-2B、Landsat-7和Landsat-8的變化檢測能力，對比了兩種系列衛(wèi)星的大氣和地表反射率數(shù)據(jù)產品性能。表16可以看出美國在該前沿領域占據(jù)絕對優(yōu)勢，貢獻了12篇論文，占所有核心論文的 92.3%。其中，美國南達科塔州立大學和美國國家航空航天局各貢獻6篇。波士頓大學雖然只產出1篇核心論文“Continuous change detection andclassification of land cover using all available Landsatdata”，但被引頻次最高，達305次。該文利用 519張Landsat圖像，開發(fā)出一種新型土

20、地覆蓋連續(xù)變化檢測與分類算法，可以提供任意指定時間的土地覆蓋圖。2. 新興前沿及重點新興前沿解讀2.1 新興前沿概述地球科學領域有1項研究入選新興前沿，即“印度尼西亞火山噴發(fā)預測模型研究”。2.2 重點新興前沿“印度尼西亞火山噴發(fā)預測模型研究”火山噴發(fā)是人類面臨的一種重大自然災害。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球有近 20% 的居民生活在火山災害危險區(qū)和影響區(qū)范圍內。在過去 400 年的時間里，火山噴發(fā)已經奪去了大約 27 萬人的生命。印度尼西亞鄰接構造活躍地區(qū)，地震和火山作用頻繁。自從公元 1500 年，印尼至少有 95 座火山爆發(fā)過，1815 年 Tambora 火山的爆發(fā)造成了北半球的“無夏之年”，7

21、.4 萬年前 Toba 火山爆發(fā)是地球過去 2 百萬年內最大的一次火山爆發(fā)?；鹕絿姲l(fā)預測預警是減輕和防御火山災害的基礎?；鹕奖O(jiān)測是通過監(jiān)視和檢測地下巖漿的動態(tài)變化，捕捉火山噴發(fā)前兆，為火山噴發(fā)預報與研究提供科學依據(jù)?；鹕絿姲l(fā)預測則是基于火山監(jiān)測獲取的地質活動數(shù)據(jù)開發(fā)噴發(fā)預測模型，從而實現(xiàn)對火山噴發(fā)的提前預測。2020 年度地球科學領域新興前沿“印度尼西亞火山噴發(fā)預測模型研究”中的核心論文聚焦在對印度尼西亞錫納朋火山（Sinabung）、格魯特火山（Kelud）近期系列火山爆發(fā)的系統(tǒng)研究，從火山學、巖石學、地球化學、遙感、火山噴發(fā)預測模型研究以及社會對火山爆發(fā)的響應等角度對兩處火山開展對比分析，

22、對未來火山噴發(fā)和地質演變研究具有重要價值。美國在該前沿占有絕對優(yōu)勢地位，印度尼西作為東道主，與美國合作密切。五、臨床醫(yī)學1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀1.1 臨床醫(yī)學領域 Top 10 熱點前沿發(fā)展態(tài)勢臨床醫(yī)學領域位居前 10 位的熱點前沿主要集中于腫瘤免疫與靶向治療、新型靶向藥物治療常見慢性病、神經退行性疾病早期診斷、醫(yī)學人工智能、生物類似藥規(guī)范使用、器官移植等領域?！鞍邢蛑委煛?、“免疫治療”是 2020 年熱點前沿中的核心內容。2020 年入選的 Top10 熱點前沿，與往年相比，出現(xiàn)了腫瘤免疫治療超進展、基于深度學習的人工智能在眼科領域應用等新的研究熱點。同時，也有多個前沿實現(xiàn)了在延續(xù)

23、中發(fā)展，如關于生物類似藥的研究，2019 年側重其臨床有效性和安全性，2020 年則多為評估與原研藥互換后的長期療效研究；關于靶向 tau 蛋白的 PET 成像研究，2019年以在神經退行性疾病中的結合特性研究為主，2020 年則進而研究該技術在阿爾茨海默病早期診斷中的應用。1.2 重點熱點前沿“深度學習在眼科領域應用”醫(yī)學圖像識別是目前以深度學習為核心的人工智能技術重要的研究和應用領域，涉及圖像分類、檢測、分割、檢索、輔助診斷和治療等方面。得益于眼科特殊解剖結構、診斷高度依賴影像檢查、影像檢查相對成本低、操作便捷且數(shù)據(jù)容易獲取等特點，眼科診療成為深度學習醫(yī)學熱潮中前沿的領域，并在糖尿病視網(wǎng)膜

24、病變、青光眼、白內障等多種眼科疾病中顯示出良好的性能。糖尿病視網(wǎng)膜病變是致盲的重要原因，且診斷標準明確、分類體系成熟，因此，相較于其他眼科疾病，基于深度學習的人工智能技術目前在糖尿病視網(wǎng)膜病變的應用研究進展更為突出。“深度學習在眼科領域應用”熱點前沿的21 篇核心論文主要集中在基于深度學習的人工智能技術應用于糖尿病視網(wǎng)膜病變、黃斑變性等視網(wǎng)膜疾病的自動診斷與篩查。其中，谷歌公司一研究團隊于 2016 年 11 月發(fā)表在The Journalof the American Medical Association上的論文被引頻次最多（1104 次），該研究將一種完善的深度學習算法應用于糖尿病視網(wǎng)膜

25、病變篩查，結果在 EyePACS、MESSIDOR 數(shù)據(jù)集上敏感度分別為97.5% 和 96.1%，診斷準確率與眼科醫(yī)生旗鼓相當。該研究還對深度學習算法應用于實際臨床環(huán)境中的可行性和進一步驗證思路進行了探討和設想。在這之前，愛荷華大學 Michael Abrmo? 等人發(fā)表在Investigative Ophthalmology & Visual Science上的研究指出，加入了深度學習算法的 IDx-DR X2.1 人工智能系統(tǒng)，可提高機器識別糖尿病視網(wǎng)膜病變的表現(xiàn)，昭示著深度學習作為新的工具在糖尿病視網(wǎng)膜病變識別中大有可為。經過長達 20 多年的持續(xù)研發(fā)和審批流程，2018 年 4 月，

26、Abrmoff 等人研發(fā)的 IDx-DR 系統(tǒng)終獲美國食品藥品管理局 (FDA)批準，成為世界首款可用于基層醫(yī)療的糖尿病視網(wǎng)膜病變自主篩查人工智能診斷設備，這也是人工智能產品走向臨床應用的里程碑。深度學習在眼科領域展現(xiàn)出良好的應用前景，但也面臨著深度學習結果可解釋性、高質量標注數(shù)據(jù)獲取、多維度眼科數(shù)據(jù)集整合、審批監(jiān)管標準、臨床應用成本效益等問題與挑戰(zhàn)?？舍?、可信的“后深度學習”及下一代人工智能技術，或將為人工智能醫(yī)學應用帶來新的發(fā)展機遇。該熱點前沿核心論文 Top 產出國家中，美國高居榜首，貢獻了將近 80% 核心論文，占據(jù)人工智能眼科應用研究的領先地位。中國在該前沿的研究已進入世界前列位置，

27、僅次于美國，但與美國仍有一定差距。Top 產出機構中，斯坦福大學、哈佛大學、倫敦大學學院等世界知名大學和谷歌及其姐妹公司 Verily 榜上有名。香港中文大學也在推進人工智能眼科應用研究中有突出表現(xiàn)。1.3 重點熱點前沿“阿爾茨海默病 tau PET 影像診斷”阿爾茨海默病（AD）是一種起病隱匿的進行性致死性神經退行性疾病。早期發(fā)現(xiàn)、早期干預對減輕 AD 病情、延緩病程進展具有重要意義。隨著分子影像學發(fā)展，靶向 淀粉樣蛋白和 tau蛋白的正電子發(fā)射體層攝影術（PET）相繼誕生，實現(xiàn)了 AD 兩大病理特征淀粉樣斑（ 淀粉樣蛋白沉積）和神經元纖維纏結（過度磷酸化 tau 蛋白聚集）的活體無創(chuàng)可視化

28、定量檢測，有助于AD 的早期診斷、病程監(jiān)測和療效評價。相對于淀粉樣斑，神經元纖維纏結與認知損害和神經變性的相關度更高，因此以 tau 蛋白異常為靶點的PET，對 AD 診斷和監(jiān)測更具應用價值，越來越受關注?！鞍柎暮Ｄ?tau PET 影像診斷”熱點前沿包括 42 篇核心論文，主要涉及利用 tau PET 研 究 tau 蛋白分布部位及濃度與 AD 認知損害程度、神經病理改變、病程進展等關系，及其與 淀粉樣蛋白之間的關聯(lián)，進一步驗證了 tau 蛋白異常和AD 的發(fā)生發(fā)展密切相關，同時還證明 tau PET 結果作為阿爾茨海默病 tau 蛋白異常的評價指標是適合的。也有多項關于 tau PET

29、 新型放射性配體（如18F-MK-6240、18F-flortaucipir、18F-THK5351、AV-1451 等）藥代動力學、定量方法、顯像特征等方面的研究，評價各放射性配體與 tau 蛋白結合的親和性與特異性，以及臨床應用價值與局限性。還有研究發(fā)現(xiàn)，AV-1451 與單胺氧化酶的親和性與 tau 纖維相似，可能限制其臨床實用性，而 18F?AV-1451 在基底神經節(jié)的非選擇性結合與老齡化導致的鐵離子沉積增加相關。該熱點前沿核心論文Top產出國家和機構中，美國貢獻率最高，遙遙領先。其中，加州大學舊金山分校在 Top 產出機構中位列榜首，哈佛大學緊隨其后，并列第二。值得一提的是韓國延世

30、大學表現(xiàn)亮眼，成為亞洲唯一上榜機構。2. 新興前沿及重點新興前沿解讀2.1 新興前沿概述臨床醫(yī)學領域 2020 年入選的 14 個新興前沿主要涉及腫瘤防治、腸道微生物與疾病關系、口服多肽藥物治療糖尿病、乙肝陽性供體器官移植管理四大領域。其中，腫瘤防治領域包含 10 個新興前沿，包括腫瘤靶向治療方案優(yōu)化、腫瘤免疫治療新方法、人工智能 + 腫瘤影像、抗癌新藥研發(fā)、靶向 BCMA 的 CAR-T 細胞療法等方向。2020 年入選的重點新興前沿“免疫聯(lián)合療法治療腎細胞癌”是 2019 年新興前沿“免疫檢查點抑制劑聯(lián)合用藥治療腎細胞癌的臨床 1/2 期研究”的延續(xù)。2.2 重點新興前沿“免疫聯(lián)合療法治療

31、腎細胞癌”腎細胞癌是最常見且惡性程度較高的成人腎癌類型，約占所有腎癌病例的 90%，以北美和歐洲發(fā)病率最高。過去十余年，腎細胞癌的治療經歷了非特異性免疫治療、分子靶向治療以及新型免疫治療 3 次重大發(fā)展。近些年，以免疫檢查點抑制劑（如 PD-1/PD-L1、CTLA-4）為代表的新型免疫療法，在多個腫瘤的治療中取得了前所未有的進展，也使得腎細胞癌的治療前景發(fā)生顯著變化。Opdivo、Keytruda、Tecentriq 等多種藥物先后獲批上市，用于不同類型腎細胞癌免疫治療。然而，新型免疫療法在腎細胞癌治療臨床應用中，仍存在僅對部分患者有效、高劑量不良反應、患者耐藥、治療費用昂貴等問題。為此，研

32、究者提出免疫聯(lián)合策略，并已顯示出較好地療效和安全性。目前的免疫聯(lián)合研究主要集中于雙重免疫檢查點抑制劑、免疫檢查點抑制劑聯(lián)合靶向藥物兩種聯(lián)合策略上?！懊庖呗?lián)合療法治療腎細胞癌”重點新興前沿包括 4 篇核心論文，均為關于 PD-1/PD-L1 抑制劑聯(lián)合療法對比舒尼替尼一線標準治療的三期臨床試驗研究。四項研究都證實，免疫聯(lián)合療法療效優(yōu)于舒尼替尼治療。免疫聯(lián)合療法正在沖擊腎細胞癌的一線治療。盡管免疫聯(lián)合療法取得了可喜的療效，初步數(shù)據(jù)令人鼓舞，潛力令人興奮，并將成為腎細胞癌一線治療的重要組成部分。但仍有很多問題亟待解決，如免疫聯(lián)合用藥加大免疫療法復雜生物學效應、免疫相關不良反應事件管理、有效的療效預測

33、生物標志物發(fā)現(xiàn)等。六、生物科學1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀1.1 生物科學領域 Top 10 熱點前沿發(fā)展態(tài)勢生物科學領域位居 Top10 位的熱點前沿集中在神經系統(tǒng)疾病、腸道微生物與人體疾病、耐藥菌、抑郁癥、腫瘤相關基礎研究、蛋白質靶向降解和碳酸酐酶抑制劑等方向。其中神經系統(tǒng)疾病是最大的前沿群，包括“星形膠質細胞與神經退行性疾病以及大腦衰老的關系”、“納米粒介導的腦內藥物傳遞系統(tǒng)”和“神經系統(tǒng)疾病中的淋巴通路”3 個熱點前沿。耐藥菌相關的 2 個前沿分別是“多藥耐藥auris 假絲酵母菌的分子流行病學分析”和“多粘菌素耐藥基因的鑒定和表達”。其中多粘菌素耐藥基因相關前沿連續(xù)兩年入選 To

34、p10 熱點前沿。2020 年的蛋白質靶向降解相關前沿“小分子PROTACs 對蛋白質的靶向降解”，是 2019 年熱點前沿“誘導蛋白降解的小分子 PROTACs”的延續(xù)。腫瘤研究一直是歷年來研究前沿的熱門主題，每年都會涌現(xiàn)新的生長點，2020 年腫瘤相關的熱點前沿是“基于 MicroRNA 的腫瘤治療”。1.2 重點熱點前沿“星形膠質細胞與神經退行性疾病以及大腦衰老的關系”長期以來，人們將治療神經系統(tǒng)疾病，理解神經作用機制的焦點都集中在神經元上。然而近年來，人們越來越認識到神經膠質細胞（如小膠質細胞和星形膠質細胞）可能在驅動神經系統(tǒng)疾病（包括神經退行性疾病例如阿爾茲海默病、帕金森疾病、腦外傷

35、以及脊髓損傷等）以及大腦衰老過程中起關鍵作用。該熱點前沿對小膠質細胞和星形膠質細胞的功能提出了新見解，加深了人們對衰老和老年疾病中神經元 - 神經膠質相互作用機制的理解。星形膠質細胞能夠參與一系列人類神經變性疾病或大腦損傷的發(fā)生，比如，激活小膠質細胞后會釋放三種關鍵的因子，從而起到推動神經毒性反應（殺死神經元）的星形膠質細胞的形成。小膠質細胞在衰老過程中促進星形膠質細胞活化。反應性星形膠質細胞失去了正常功能的能力，產生補體成分，并釋放一種殺死神經元和少突膠質細胞的毒性因子，星形膠質細胞對衰老反應基因的上調可導致正常衰老過程中易感腦區(qū)的認知功能下降，使老年腦更易受損傷。這些新見解為神經退行性疾病

36、的新療法的開發(fā)提供了機會，具有非常重要的意義。從核心論文的國家分布看，美國是最大的核心論文貢獻國，其中斯坦福大學貢獻的核心論文數(shù)量最多，同時論文的影響力也最大，其中一篇論文被引頻次達到 922 次。1.3 重點熱點前沿“小分子 PROTACs 對蛋白質的靶向降解”靶向蛋白降解（Targeted Protein Degradation）是繼蛋白激酶抑制劑和單克隆抗體之后，藥物研發(fā)領域又一新興方向。傳統(tǒng)的藥物研發(fā)策略關注如何通過直接調控蛋白質或酶的活性來治療疾病。然而，傳統(tǒng)的小分子和抗體藥物只能通過靶向結合來抑制靶蛋白酶活性，誘導癌細胞凋亡，腫瘤細胞內的靶蛋白常常會恢復其活性，并通過靶蛋白的過表達

37、或靶蛋白的新突變而獲得耐藥性。傳統(tǒng)小分子抑制劑的缺陷使得小分子藥物日漸式微，小分子藥物研發(fā)亟需引入革命性的新技術。蛋白質水解靶向嵌合體（Proteolysis TargetingChimera, PROTAC）技術應運而生。PROTAC 利用小分子敲除功能性靶蛋白，而不是單純的抑制靶蛋白的活性，將靶蛋白標記為降解蛋白，然后通過蛋白酶體促進降解信號，最終抑制腫瘤細胞增殖。PROTAC 技術成為靶蛋白降解模式轉換的新方式，為小分子藥物的研發(fā)開辟了新的途徑。該熱點前沿共有 45 篇核心論文。其中 13 篇 是 PROTAC 領域先驅耶魯大學教授 Craig Crews為通訊作者的論文。PROTAC

38、技術可降解多種靶蛋白，包括轉錄因子、骨架蛋白、酶和調節(jié)蛋白。由于 PROTACs 誘導靶蛋白降解的高效，這項技術已經引起從癌癥到神經元疾病不同領域的眾多科研人員的高度重視。為了將基于 PROTACs 技術的蛋白降解劑推向臨床，2013 年，Crews 教授成立了 Arvinas 公司。除 Arvinas 公司外，包括諾華在內的其他公司也有一些同類分子已經接近臨床試驗。隨著蛋白質靶向降解技術的巨大潛力的開發(fā)，最令人興奮和最引人注目的地方，就在于其有機會將多種曾經藥物不可作用的蛋白質組用于治療，蛋白質靶向降解療法的應用前景將是不可估量的！該熱點前沿中美國是核心論文的主要貢獻國家，Top10 機構中

39、的 8 家來自美國。3 家公司Arvinas 公司、諾華公司和賽爾基因公司進入核心論文 Top10 機構，也印證了 PROTACs 開始走向商業(yè)化的道路。2. 新興前沿及重點新興前沿解讀2.1 新興前沿概述生物科學領域有 9 項研究入選新興前沿，主要研究主題包括神經系統(tǒng)疾病、腫瘤相關基礎研究、腸道微生物、抑郁癥以及基因編輯技術相關研究。3 個神經系統(tǒng)疾病相關的前沿分別是“單細胞 RNA 測序技術”、“血腦屏障破壞：人類認知功能障礙的早期生物標志物”和“阿爾茨海默病的遺傳薈萃分析”。3 個腫瘤相關基礎研究分別是“免疫檢測點抑制劑激活 T 細胞的機制研究”、“病毒特異性記憶 T 細胞植入腫瘤”和“

40、長鏈非編碼 RNA 調控腫瘤形成研究”。其他 3 個新興前沿與腸道微生物、抑郁癥和基因編輯技術相關，分別是：“人類腸道微生物的新基因組”、“抑郁癥的全基因組關聯(lián)薈萃分析”和“基于CRISPR系統(tǒng)的單堿基基因編輯技術的脫靶效應”。2.2 重點新興前沿“抑郁癥的全基因組關聯(lián)薈萃分析”抑郁癥是世界上最嚴重、最令人困惑的公共衛(wèi)生問題之一。世界衛(wèi)生組織稱，抑郁癥影響著全世界近15%的成年人，但僅有約一半的患者對藥物和心理療法等現(xiàn)有治療手段反應良好。盡管付出了數(shù)十年的努力，到目前為止學界對抑郁癥的生物學機制仍認識不足。弄清抑郁癥的遺傳基礎非常困難。該新興前沿通過全基因組關聯(lián)薈萃分析研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥在一定程度

41、上是由基因決定的。其中一篇核心論文發(fā)表在Nature Neuroscience期刊上，該研究鑒別出 44 種基因變體，每種基因變體都會影響一個人患抑郁癥的風險。其中，30 種基因變體是首次被鑒別出來。這項具有里程碑意義的研究朝著闡明抑郁癥的基礎生物學原理的目標邁出了一大步。新遺傳變異體的發(fā)現(xiàn)為抑郁癥新療法的創(chuàng)新提供了可能。七、化學與材料科學1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀1.1 化學與材料科學領域 Top 10 熱點前沿發(fā)展態(tài)勢2020年Top10熱點前沿分布面廣，與往年相比，既有延續(xù)又有發(fā)展。在有機合成方向，既有電化學 促進的碳氫鍵活化，也有可形成碳碳、碳氮、碳氧學成像的熒光材料，也有室溫磷

42、光發(fā)光材料，后者鍵的氮雜環(huán)卡賓催化，還有手性不對稱合成阻旋異構體。其中，“電化學促進的碳氫鍵官能團化反應”是連續(xù)第二年入選。在光學材料方向，既有用于醫(yī)是連續(xù)第二年入選?！胺律∪馑z”是去年熱 點前沿“分子機器”的延續(xù)，反映了其最新進展。氣體分離和純化是化工生產重要環(huán)節(jié)，2020 年該方向有一項研究入選。此外，儲能材料、電池材料、 二維材料方向各有一項研究入選。1.2 重點熱點前沿“有機室溫磷光材料”磷光發(fā)射是處于單重激發(fā)態(tài)的分子，經系間竄越至三重激發(fā)態(tài)，再從三重激發(fā)態(tài)輻射躍遷至基態(tài)的過程。室溫磷光材料通常是含貴金屬的無機物或金屬有機化合物，價格昂貴且對環(huán)境不友好。而純有機化合物的磷光在很長

43、一段時間內被限制在冷凍低溫（77K）和惰性環(huán)境。近年來，科研人員基于促進自旋軌道耦合提高系間竄越效率和抑制三重態(tài)到基態(tài)的非輻射躍遷過程等基本原理，開發(fā)了多種有機室溫磷光材料，最長磷光壽命已超過 2 秒。如表 32 所示，中國、新加坡、美國、英國、日本等國科研人員在有機室溫磷光材料領域做了很多重要工作，通過引入溴 / 碘等重原子、引入芳香碳基、形成晶體、嵌入聚合物內、主客體作用、形成氫鍵、形成鹵鍵、形成H型聚集體等具體方法，合成了多種有機室溫磷光材料。其中，西北工業(yè)大學黃維（曾在南京工業(yè)大學工作）、香港科技大學唐本忠等人的工作較為突出。1.3 重點熱點前沿“氮雜環(huán)卡賓催化”氮雜環(huán)卡賓是一類重要的

44、有機小分子催化劑，在有機合成化學中有著廣泛應用。氮雜環(huán)卡賓催化的一個重要特點是可以改變醛的反應極性。在反應中，氮雜環(huán)卡賓與醛結合，經質子轉移，形成 Breslow 中間體。該中間體具有親核性，等同?；撾x子，使醛的反應極性由親電性轉為親核性，進而發(fā)生親核反應。本前沿對應的核心論文總結了氮雜環(huán)卡賓在安息香縮合、Stetter 反應等反應類型中的應用進展，以及分別與 Lewis 酸、Brnsted 酸、Brnsted 堿、氫鍵供體、過渡金屬等共催化的研究進展。德國明斯特大學 Frank Glorius、亞琛工業(yè)大學 Dieter Enders等人在氮雜環(huán)卡賓催化領域做出了重要貢獻。在施引論文方面，

45、如表 34 所示，一方面，德國、美國等國家繼續(xù)在該領域保持優(yōu)勢；另一方面，中國近年在該領域開展了大量研究，發(fā)表論文數(shù)量顯著提升，中國科學院、清華大學等機構研究成果比較突出。2. 新興前沿及重點新興前沿解讀2.1 新興前沿概述在化學與材料科學領域共有 6 項研究入選新興前沿，主要涉及催化劑的制備和應用、電池、納米生物材料、生物降解材料、化學工藝和廢水處理等領域。與 2014-2019 新興前沿相比，2020年的新興前沿既有延續(xù)性主題，同時還出現(xiàn)了一些新的研究方向。催化劑的制備和應用頻頻出現(xiàn)在化學與材料領域的熱點和新興前沿，尤其是電解水制氫催化劑的相關研究，曾出現(xiàn)在 2015 年(MoS2 薄膜電

46、解水催化劑和非貴金屬電解水催化劑 )、2016 ( 非貴金屬電解水納米催化劑 )、2017（非貴金屬雙功能電解水催化劑）、2018（過渡金屬納米陣列在中性環(huán)境下電解水催化劑）的熱點和新興前沿方向。由此可見，非貴金屬電解水催化劑一直是化學與材料科學領域的研究主題，研究方向由非貴金屬硫化物發(fā)展為利用非貴金屬納米陣列，再發(fā)展為 2020 年的非貴金屬 - 過渡金屬磷化物電解水催化劑。電池研究也一直是化學與材料科學領域的重要主題之一。2014-2019 年的研究前沿主要針對聚合物太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池、鋰電池、鈉電池等研究方向展開，2020 年的研究方向轉移到鋅空氣電池領域，且在本年的化學與材料

47、科學領域的熱點前沿方向上出現(xiàn)，主要聚焦于水系鋅離子電池正極材料的研究。納米生物材料領域，利用聚合物納米粒子的聚集誘導發(fā)光特性進行細胞光聲成像曾在 2015 年熱點前沿出現(xiàn)，主要聚焦于聚集誘導發(fā)光化合物的合成、性質及在細胞光聲成像領域的應用探索，2020 年，研究主題則全部轉移到其在細胞光聲成像領域的應用上來。2020 年有 3 個全新的新興前沿研究方向出現(xiàn)：可生物降解的傳感器材料在生物醫(yī)學領域的應用、等離子體用于廢水處理、三元共沸物萃取精餾工藝等。2.2 重點新興前沿“過渡金屬磷化物作為電催化劑用于析氫反應”氫能是一種友好、資源廣泛的替代化石燃料的能源，采用電化學析氫的方式制備氫氣是目前獲取高

48、純度氫氣的主要方法。Pt 基催化劑是最高效的析氫反應催化劑之一，但由于昂貴的價格等因素限制了其大規(guī)模的應用。過渡金屬磷化物是繼過渡金屬碳化物和過渡金屬硫化物之后出現(xiàn)的一類新型非貴金屬催化材料，價格低廉，具有特殊的能帶結構、較好的電解水催化析氫活性和電化學穩(wěn)定性，近年來成為電化學和催化材料領域的研究重點。常見過渡金屬磷化物催化劑包括NiP、Ni5P4、CoP、FeP、CuP、MoP 和 WP 等。目前提高過渡金屬磷化物催化活性的主要途徑有異質原子摻雜、空位缺陷工程、相結構調控、異質結構構建和雜化體系構建、多元活性組分復合等。較多研究圍繞特定 pH 環(huán)境下催化劑的催化活性和穩(wěn)定性的提高，部分研究將

49、視線聚焦在了全 pH 環(huán)境下高效穩(wěn)定催化劑的制備方法上。八、物理學1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀1.1 物理學領域 Top 10 熱點前沿發(fā)展態(tài)勢物理學領域位居前 10 位的熱點前沿主要集中于凝聚態(tài)物理、高能物理、量子物理、理論物理和光學，其中有 8 個熱點前沿是 2020 年新出現(xiàn)的。凝聚態(tài)物理方面，轉角雙層石墨烯、非厄米系統(tǒng)的拓撲態(tài)、高階拓撲絕緣體和高階拓撲超導體、二維范德瓦爾斯磁性材料成為新的研究前沿。高能物理方面，暗物質的直接探測成為新的熱點前沿，四夸克和五夸克態(tài)奇特強子則連續(xù) 4 年保持為熱點前沿，2020 年聚焦在隱粲五夸克態(tài)的研究。量子物理方面，機器學習在量子多體物理中的應用、

50、硅基自旋量子比特成為新的熱點前沿。光學方面，新型深紫外非線性光學晶體依然是 2020 年的熱點前沿。理論物理方面，黑洞和量子場論中的復雜度研究從 2018 年的新興前沿發(fā)展成為 2020 年的熱點前沿。1.2 重點熱點前沿“轉角雙層石墨烯的特性研究”二維材料是指有一個維度只有一個或幾個原子厚度的材料。2004 年石墨烯的發(fā)現(xiàn)，打開了二維材料新奇物性研究的大門。隨著研究的深入，過渡金屬硫化物、黑磷等新型二維材料不斷被發(fā)現(xiàn)。許多二維材料的母體材料是層狀材料，依靠層間范德瓦爾斯相互作用堆積而成，因此被稱為二維范德瓦爾斯材料。二維范德瓦爾斯材料的光學和電學等特性獲得了廣泛的研究，但其磁性的研究面臨一些

51、挑戰(zhàn)。2017 年，研究人員在雙層Cr2Ge2Te6 和單層 Crl3 中發(fā)現(xiàn)了本征磁性的存在，引發(fā)了研究熱潮，這也導致了熱點前沿“二維范德瓦爾斯磁性材料的特性研究”的出現(xiàn)。此外，不同的單層二維材料按需堆疊在一起，可以形成多種多樣的雙層或多層范德瓦爾斯異質結，如石墨烯異質結和過渡金屬硫化物異質結，這些異質結具有單層二維材料所不具備的新奇物性，也成為了重要的研究熱點。如果石墨烯異質結里的所有組成單元都是石墨烯，改變石墨烯層間的旋轉角可得到不同性質的石墨烯，這類雙層石墨烯被稱為轉角雙層石墨烯。2018 年，美國麻省理工學院等研究發(fā)現(xiàn)，兩層石墨烯以 1.1 度的“魔角”扭曲在一起時會形成莫特絕緣體態(tài)

52、并實現(xiàn)非常規(guī)超導電性，為超導研究帶來了新思路，并引發(fā)了科學家對轉角石墨烯體系的新奇電子態(tài)和超導電性的巨大關注，快速成為凝聚態(tài)物理學的新研究熱點。2020 年，轉角雙層石墨烯研究獲得巴克利獎（凝聚態(tài)物理最高獎）和沃爾夫物理學獎。在這個熱點前沿中，美國表現(xiàn)最活躍（表37），參與了 39 篇核心論文中的 29 篇。中國、日本、德國等也有不錯的表現(xiàn)。參與核心論文最多的機構是美國的麻省理工學院，哈佛大學、日本國立材料科學研究所、德國柏林自由大學、中國科學院緊隨其后。這些機構中，來自美國的有5 所，日本、德國、中國各有 2 所。從影響力看，麻省理工學院等發(fā)現(xiàn)魔角石墨烯的這篇論文，其被引頻次達到 937 次

53、，遠遠超過其他核心論文。1.3 重點熱點前沿“暗物質的直接探測”天文學和宇宙學的觀測證據(jù)表明，宇宙的主要成分是暗物質和暗能量，但我們對它們的本質了解甚少。目前，暗物質的實驗探測是物理學的研究熱點。暗物質的探測方法有三種：直接探測，間接探測，以及通過加速器創(chuàng)造出暗物質粒子。其中，直接探測暗物質實驗是指直接探測暗物質粒子和原子核碰撞所產生的信號。目前較為流行的暗物質粒子候選者是大質量弱相互作用粒子（WIMPs），很多直接探測實驗采用了不同的探測器來搜尋 WIMPs。盡管近年來大部分實驗都沒發(fā)現(xiàn)有希望的信號，但有一些實驗還是取得了不錯的成果。在這個熱點前沿中，核心論文只有 5 篇，但每篇論文的影響力

54、都很大。這 5 項成果分別來自 3個都采用液氙探測技術的暗物質直接探測實驗：美國的大型地下氙探測器（LUX）實驗（被引頻次為 836 次），中國的熊貓計劃第二期（PandaX-II）實驗（兩篇核心論文被引頻次分別為 369 和 387次），以及意大利的 XENON1T 實驗（兩篇核心論文被引頻次分別為 420 和 484 次）。這 5 個成果都刷新了當時對暗物質粒子性質限制的紀錄，達到當時世界上暗物質直接探測實驗的最高靈敏度。目前，LUX、熊貓計劃等實驗正在進行新一輪的升級，以進一步提高搜尋暗物質的靈敏度。分析施引論文的國家和機構（表 39），可以發(fā)現(xiàn)，美國是最活躍的國家。德國、中國、英國緊隨

55、其后。施引論文總量排名前 10 的機構中，美國能源部和法國國家科學研究中心的施引論文最多，隨后是芝加哥大學、中國科學院、西班牙國家研究委員會和意大利國家核物理研究院。2. 新興前沿及重點新興前沿解讀2.1 新興前沿概述物理學領域有2項研究入選新興前沿，一項聚焦理論物理研究，即“Gauss-Bonnet引力下的黑洞自發(fā)標量研究”，另一項聚焦凝聚態(tài)物理研究，即“二維范德瓦爾斯異質結的莫爾超晶格研究”。2.2 重點新興前沿“二維范德瓦爾斯異質結的莫爾超晶格研究”如 1.2 所述，范德瓦爾斯異質結是指二維材料按需堆疊在一起形成的由范德瓦爾斯力維系的雙層或多層人工結構，為實現(xiàn)高性能的電子器件和光電器件提

56、供了許多可能性。在轉角雙層石墨烯的非常規(guī)超導電性被發(fā)現(xiàn)后，調控范德瓦爾斯異質結的層間轉角產生的新奇電子現(xiàn)象成為研究熱點。兩層二維材料會因晶格失配或扭轉角，導致不同的莫爾超晶格。莫爾超晶格會引起結構和能帶改變，從而導致一些新現(xiàn)象，包括莫爾激子、莫爾聲子、非常規(guī)超導等，為開發(fā)二維材料新性質提供了新的思路。這個新興前沿主要聚焦過渡金屬硫化物異質結的莫爾超晶格，其引起的能帶結構變化導致了特殊的光學性質。過渡金屬硫化物異質結研究主要集中在 MoS2、MoSe2、WS2和WSe2 的雙層和異質雙層上。九、天文學與天體物理學1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀1.1 天文學與天體物理學領域 Top 10 熱點前

57、沿發(fā)展態(tài)勢天文學與天體物理學領域位居前 10 位的熱點前沿繼續(xù)緊密圍繞“一黑兩暗三起源”重大科學問題展開，引力波相關研究依然引人矚目。在 10個熱點前沿中，4 個熱點前沿涉及引力波觀測與理論研究以及與之相關的黑洞和中子星性質研究，分別是：原始黑洞觀測及其與暗物質的關系、雙黑洞系統(tǒng)及并合機制、對雙中子星并合引力波事件 GW170817 的多信使觀測以及基于 GW170817 事件觀測約束中子星性質。另外 6 個熱點前沿分 別是“蓋亞”空間望遠鏡（Gaia）對銀河系的精確測、備受關注且神秘的快速射電暴事件、揭 示行星系統(tǒng)形成機制的原行星盤觀測研究、哈勃 常數(shù)測、銀心伽馬射線超出現(xiàn)象以及“羅塞塔”

58、（Rosetta）彗星探測器的重要發(fā)現(xiàn)等。1.2 重點熱點前沿“蓋亞（Gaia）測繪最精確銀河系三維地圖”當前我們對銀河系家園的認識仍不充分，一大挑戰(zhàn)就是地球在銀河系中的位置導致難以對銀河系開展精確觀測。對于人類來說，我們生活的這顆星球地球是獨一無二的。然而事實上，地球只是環(huán)繞著構成銀河系的大約 2500 億顆恒星運行的數(shù)千億顆行星中的一個。人們用幾個世紀的時間才發(fā)現(xiàn)，銀河系呈螺旋結構，地球距銀河系中心約 2.6 萬光年，靠近銀河系的一個旋臂。而地球在銀河系中的位置對精確觀測銀河系造成困難，就像身處在森林中的一棵樹上，難以觀測整座森林。由歐洲空間局（ESA）領導、2013 年發(fā)射的“蓋亞”空間

59、望遠鏡（Gaia）旨在對銀河系開展精確觀測，通過對超過 10 億顆恒星的巡天觀測完成規(guī)模最大、最精確的銀河系三維地圖，為揭示銀河系的結構、起源和演化提供重要工具?！吧w亞”將對每顆目標恒星進行 70 次左右的監(jiān)測，精確地記錄其位置、距離、運動和亮度的變化情況。憑借強大的觀測能力，“蓋亞”還有望發(fā)現(xiàn)其他恒星周圍的行星、太陽系中的小行星、外太陽系的冰凍天體、褐矮星以及遙遠的超新星和類星體。“蓋亞”的任務范圍和科學回報獨一無二，基于其觀測數(shù)據(jù)將匯編成巨大的信息數(shù)據(jù)庫，天文學家可以從中搜尋類似的天體，或者可以為解決特殊和艱巨的科學難題提供必要線索的事件和其他關聯(lián)關系。2016 年，“蓋亞”的第一批觀測數(shù)

60、據(jù)集正式發(fā)布，包括對 200 萬顆恒星的距離和速度的精確測量數(shù)據(jù)。2018 年，“蓋亞”發(fā)布第二批觀測數(shù)據(jù)集，繪制出最新銀河系地圖，包括對近 17 億顆恒星位置的高精度測量結果，以及對 1.4 萬余顆已知小行星的位置測量結果等。歐洲空間局科學部主任稱，“蓋亞”數(shù)據(jù)集正在重新定義天文學的基礎，將為天文學提供廣泛的研究主題，催生重大科學發(fā)現(xiàn)。“蓋亞”任務設計壽命為 5 年，目前已進入延期運行階段，有望運行至 2022 年底。“蓋亞”最終版數(shù)據(jù)集將成為最權威的恒星編目，在廣泛的天文學研究領域發(fā)揮核心作用。2018 年12 月，“蓋亞”任務數(shù)據(jù)處理和分析團隊負責人Anthony Brown 被 Nat