來(lái)源：中國科技網(wǎng)-科技日報

  [導讀] 世界最大硫酸鉀肥生產(chǎn)基地在羅布泊建成,圖為鹽田鹵水湖的一處港口。如今,清華的技術(shù)已實(shí)現產(chǎn)業(yè)化,其產(chǎn)品出口到120多個(gè)國家和地區,實(shí)現銷(xiāo)售收入175 億,樹(shù)立了中國高科技成套設備進(jìn)入國際市場(chǎng)的典范。 
追光燈下的創(chuàng )新傳奇

  鎂光閃耀，舉起中國最高科技獎勵證書(shū)。沒(méi)有金牌，卻比黃金重。

  今年科技大會(huì )獎勵項目中，有支撐經(jīng)濟運轉的關(guān)鍵技術(shù)，也有拓展認知邊疆的前沿探索。一份沉甸甸的成就清單，透露出中國與日俱增的科技實(shí)力。

  起死回生，人工肝神了

  中國是肝病高發(fā)國家，各種病毒肝炎，加上脂肪性、酒精性、藥物性、免疫性肝病患者，共有超過(guò)1億人。這病非同小可，許多患者最終病情加重，成了肝衰竭、肝硬化和肝癌。

  重癥肝病這個(gè)階段，病死率非常高，很難治。為了攻克它，在李蘭娟院士和鄭樹(shù)森院士的帶領(lǐng)下，浙江大學(xué)附屬第一醫院的100余位科研人，結合基礎研究和臨床試驗，歷經(jīng)14年，取得了一系列重癥肝病診治的理論創(chuàng )新和技術(shù)突破，成功救治數以萬(wàn)計的重癥病人。他們的成果也獲得此次國家科技進(jìn)步獎一等獎。

  獲獎項目的關(guān)鍵技術(shù)是“人工肝”。它借助體外機械和生化裝置，置換血漿和透析，能清除人體內的毒素，暫時(shí)替代肝臟的一部分功能。肝臟是人體的“解毒工廠(chǎng)”，但當其受到病毒、酒精或藥物的傷害后，細胞會(huì )大量壞死，功能衰竭。受損的肝臟需要修復，但是藥物同時(shí)會(huì )加重肝臟的負擔，這是肝病治療中一大矛盾。

  有了人工肝“換班”，在用藥的同時(shí)，重型肝炎、肝衰竭患者的肝細胞就能暫時(shí)休息一下，慢慢恢復功能。做了肝移植手術(shù)的病人，在肝臟一開(kāi)始無(wú)功能的階段，也可用人工肝先頂一陣。

  用了人工肝系統，患者群的急性、亞急性重型肝炎病死率從88.1%下降到了21.1%；慢性重型肝炎病死率由84.6%降到56.6%；重癥肝病肝移植患者5年生存率提高到80%以上。而且所有治療恢復的過(guò)程都大大加快了。

  作為輔助措施，人工肝還能在肝極量切除術(shù)、高膽紅素血癥以及急性中毒時(shí)，為病人解毒。在適當的生化調整后，人工肝能夠篩除各種毒素。

  據介紹，人工肝技術(shù)的9項專(zhuān)利已經(jīng)轉給企業(yè)產(chǎn)業(yè)化；相應的指南和標準也已得到國際肯定；在國內，人工肝正在普及到各大醫院，成為重癥肝病治療的“標配”。

  一步到位，化工廠(chǎng)凈了

  合成科學(xué)與人們的生活密不可分，人類(lèi)的衣、食、住、行離不開(kāi)合成產(chǎn)品。而合成工業(yè)的初始原料主要來(lái)自石油煉出的碳氫化合物。從碳氫化合物到活性官能團原料，過(guò)程耗能、費時(shí)，而且造成大量污染。

  如果能從廣泛存在的、廉價(jià)的、惰性碳氫化合物直接制備高附加值的材料，將改變傳統路徑，實(shí)現合成工業(yè)的革命，價(jià)值之大無(wú)法衡量。

  而要讓?xiě)卸璧奶細湮镔|(zhì)變身為勤快的有機官能團，關(guān)鍵是高選擇性地活化和轉化惰性碳氫鍵。這一問(wèn)題被譽(yù)為“化學(xué)圣杯”。

  北京大學(xué)的施章杰教授，用全新的辦法制備“聯(lián)芳基”化合物，被視為實(shí)現高選擇性轉化碳氫鍵的重要一步。這一成果也獲得本次國家自然科學(xué)獎二等獎。

  所謂“聯(lián)芳基”，就是兩個(gè)苯環(huán)面貼面擁抱在一起。聯(lián)芳基化合物是許多藥物和材料的靈魂。2010年的諾貝爾化學(xué)獎，就頒給了發(fā)明聯(lián)芳基合成方法的3位化學(xué)家。

  聯(lián)芳基的合成，需要一個(gè)帶鹵素原子的苯環(huán)，攜手另一個(gè)帶金屬原子的苯環(huán)。煉油之后的碳氫原料最終變成聯(lián)芳基，離不開(kāi)鹵素（氟、氯、溴、碘等）的介入，這意味著(zhù)會(huì )生成有毒性的酸。

  如果能避開(kāi)鹵素，直接從碳氫物質(zhì)到聯(lián)芳基，不僅避免冗長(cháng)步驟，而且更便宜環(huán)保。中國科學(xué)家成功做到了這一點(diǎn)，他們提出了基于碳氫鍵活化的“氧化偶聯(lián)”，可以讓苯環(huán)有選擇性的（選擇6個(gè)頂點(diǎn)中的某一點(diǎn)）去化合；同時(shí)避免了鹵化物和金屬試劑的使用?！犊茖W(xué)》雜志以“干凈的鏈接”為標題，報道了這一成果。

  近5年來(lái)，施章杰團隊的成果3次入選中國年度十篇最具影響力的科學(xué)論文。施章杰本人近年來(lái)也屢獲國際獎項。他說(shuō)，人類(lèi)奪取化學(xué)圣杯的時(shí)間尚不能預估，一旦實(shí)現，將對現實(shí)生活影響深遠，也會(huì )制造出重量級的諾貝爾獎。

  普查摸底，蛋白質(zhì)全了

  人類(lèi)和老鼠的基因組有99％相同，但卻相差甚遠。因為生命活動(dòng)的執行者是基因編碼的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)放大了基因的細微差別。DNA是我們的生命腳本，但它是怎么調控生命、制造生命、逆轉生命異常的？靠的就是人體內10萬(wàn)多種蛋白質(zhì)。

  人們對蛋白質(zhì)的認識剛剛起步。過(guò)去是一個(gè)一個(gè)地研究，技術(shù)發(fā)達后，就開(kāi)始一群一群地研究。研究“成群結隊”的蛋白質(zhì)很有必要，因為許多重大疾病如癌癥、心血管病等是多種蛋白質(zhì)共同作用的結果，研究單個(gè)蛋白質(zhì)運作規律，是找不到頭緒的。

  本世紀初，一個(gè)大的計劃應運而生。如果說(shuō)人類(lèi)基因組計劃展示出了寫(xiě)滿(mǎn)人類(lèi)生命密碼的天書(shū)，那么人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃的作用便是解讀這本天書(shū)。2002年11月，在法國凡爾賽首屆人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織大會(huì )上，宣布啟動(dòng)“人類(lèi)血漿蛋白質(zhì)組計劃”和“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計劃”，這標志著(zhù)“人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃”正式開(kāi)始實(shí)施。

  由賀福初院士牽頭的“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計劃”是第一個(gè)人類(lèi)組織或器官的蛋白組計劃，這也是中國第一次領(lǐng)導大型國際科學(xué)計劃。相關(guān)研究人員也榮獲本次國家科技進(jìn)步獎的創(chuàng )新團隊榮譽(yù)。

  要找到新的有效藥物靶標，有待于蛋白質(zhì)組學(xué)的系統研究和篩查，從蛋白質(zhì)功能層面上闡明生命活動(dòng)及病理機制。賀福初院士介紹說(shuō)，以人類(lèi)主要的100—150種疾病進(jìn)行計算，應該有3000—15000種蛋白質(zhì)具有成為藥物靶標的可能。而所有新藥所用到的藥靶僅500余種。這些藥靶就像淺水中的魚(yú)容易釣到，而深水中的魚(yú)就很難捕撈。蛋白質(zhì)組計劃就好比把巨大水庫徹底放干，將魚(yú)蝦泥鰍一網(wǎng)打盡。

  “人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃”的路線(xiàn)圖，2002年在華盛頓由中國人提出，目前已成國際學(xué)界的共識和未來(lái)指引。中國技術(shù)和標準已經(jīng)被國際廣泛采用。中國也成為美國之外發(fā)表成果最多的國家。

目前，以中國數據為主體，肝臟蛋白質(zhì)組的表達譜和連鎖圖已經(jīng)出版。這也是第一個(gè)人體器官從蛋白質(zhì)層面上被徹底查清，匯集成一部“百科全書(shū)”。

國家現已批準建設蛋白質(zhì)組學(xué)北京設施（鳳凰工程），它由軍事醫學(xué)科學(xué)院聯(lián)合清華大學(xué)、北京大學(xué)和中國科學(xué)院生物物理研究所等共同建設，將大幅提升中國的蛋白質(zhì)組學(xué)研究能力。

滾滾鉀肥，羅布泊富了

聞名于世的“死亡之海”羅布泊鹽湖，如今已有碧波浩渺的鹽田，廠(chǎng)房林立，更建成了全球最大的硫酸鉀生產(chǎn)基地?？蒲腥藛T在這里創(chuàng )造了點(diǎn)石成金的奇跡。

我國是世界第二鉀肥消費大國，但鉀資源嚴重匱乏，約70%的耕地嚴重缺鉀。其實(shí)，早在上世紀80年代，地質(zhì)科學(xué)工作者發(fā)現了羅布泊羅北凹地儲量4億噸大型鉀鹽礦床，是世界上已探明最大的硫酸鹽型鹵水鉀鹽礦床，可以生產(chǎn)高附加值硫酸鉀產(chǎn)品，潛在經(jīng)濟價(jià)值超過(guò)5000億元。當時(shí)國內對硫酸鹽型鹽湖鹵水的開(kāi)發(fā)還是空白，國外只有美國大鹽湖有類(lèi)似工藝，但生產(chǎn)工藝無(wú)法照搬，需要重新開(kāi)發(fā)研究新的技術(shù)路線(xiàn)。

國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司（國投羅鉀）聯(lián)合中國化工集團旗下的長(cháng)沙設計研究院等5家單位，歷經(jīng)8年科技攻關(guān)，在利用鹽湖鹵水制取硫酸鉀工藝、設備及工程等方面實(shí)現突破，他們開(kāi)發(fā)的“羅布泊鹽湖120萬(wàn)噸/年硫酸鉀成套技術(shù)”也榮獲本次國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。

2000年，長(cháng)沙院和羅鉀公司簽署技術(shù)開(kāi)發(fā)合作協(xié)議，共同破解鹽田工藝和加工技術(shù)難題。經(jīng)過(guò)小試、中試、工業(yè)性試驗以及工藝放大和工程化研究，科研人員使得這套全球獨一無(wú)二的工藝日臻完善。特別值得一提的是，由長(cháng)沙院承擔的核心工藝技術(shù)創(chuàng )新，如軟鉀鎂礬加工技術(shù)、粗氯化鉀加工技術(shù)等，均實(shí)現重大突破。

2008年11月，利用新研發(fā)的成套技術(shù)，在人跡罕至的羅布泊鹽湖腹地，單廠(chǎng)生產(chǎn)規模全球最大的120萬(wàn)噸/年硫酸鉀廠(chǎng)建成，并一次性投料試車(chē)成功。2012年生產(chǎn)優(yōu)等品硫酸鉀138萬(wàn)噸，占世界硫酸鉀總產(chǎn)量的26%，國內市場(chǎng)占有率達78%以上，利稅總額達31.4億元。

羅布泊目前擁有世界上最大的鹵水開(kāi)采井群，以及世界最大規模的硫酸鉀裝置。它成套的新技術(shù)體系不僅節省了淡水，還提高了鉀礦的品質(zhì)和產(chǎn)量。國投羅鉀總經(jīng)理李浩介紹說(shuō)，同比美國大鹽湖，羅布泊項目的鉀回收率提高45%，節水59%?；氖彽牧_布泊，如今已變成比較繁榮的小鎮。中國技術(shù)改變了世界硫酸鉀供應格局，緩解了鉀肥的供應不足，大大提高了中國的鉀肥定價(jià)話(huà)語(yǔ)權。

油膜現形，渾海水清了

近幾年屢有海上石油事故，牽動(dòng)人心，比如2010年“7•16”事故，那次大連原油庫輸油管道爆炸，導致1500噸原油流入大海，上百平方公里海域被污染。海面清理人員投放水面護欄、投放吸油氈、勺舀打撈、噴灑消油劑，忙了一個(gè)星期，海面上仍然飄著(zhù)零星小片的七彩油膜。

國家中長(cháng)期科技發(fā)展規劃，提出要建立溢油應急快速反應體制，中國也制定了相應法律，但支撐溢油應急反應的技術(shù)仍需突破。要控制污染，必須知道溢油的準確分布地域和運動(dòng)方向，但這也是公認的世界難題。

飛機飛到幾百米高去鳥(niǎo)瞰是一個(gè)辦法，但只能白天觀(guān)察，而且基于可見(jiàn)光的遙感，很難區分溢油的閃光，與海面正常反光以及水草的影子。

除可見(jiàn)光探測以外，還有一些途徑：油膜薄厚不同，吸收陽(yáng)光后釋放的紅外線(xiàn)不同，因此可以對海面紅外攝像；油膜對紫外線(xiàn)的反射很高，紫外遙感也能區別油膜和海水。但它們同樣有不能分辨自然物的問(wèn)題。

科學(xué)家想出一個(gè)好點(diǎn)子：讓飛機攜帶激光器，向海面發(fā)射激光。油類(lèi)物質(zhì)含有多環(huán)芳香烴，它會(huì )吸收偏紫外線(xiàn)的激光，放出可見(jiàn)的熒光；別的物質(zhì)沒(méi)有這個(gè)特性。而且熒光光譜不同，還可以識別出不同的油。

另一個(gè)新穎的工具是雷達。由于油層阻擋了海表面的細微波紋，雷達圖上的色調就明顯不同。它是唯一可以大面積探測水上溢油的遙感器。

大連海事大學(xué)的研究人員，把以上幾項技術(shù)結合在一起，各取其長(cháng)處，研發(fā)出了“岸船空基海上油膜探測傳感識別系統”，榮獲了本次國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。研究團隊成員李穎介紹說(shuō)，這是國內外首個(gè)完整的機載激光熒光溢油探測、港口紫外熒光非接觸式溢油探測、船載雷達溢油監測立體平臺系統。

巧的是，大連海事大學(xué)成果剛完成，就趕上了“7•16”事故。李穎說(shuō)，當時(shí)由于下大雨，衛星遙感難以進(jìn)行。她們臨危受命，連夜出海。當船載雷達清楚探測出油膜位置和厚度后，全船一片歡呼。接下來(lái)一個(gè)月，她們每天監測，確保油膜不會(huì )流入渤海和公海。

中國原油進(jìn)口和成品油輸出絕大部分通過(guò)海運，石油化工迅猛發(fā)展，大大增加了中國海域的溢油風(fēng)險。按照目前每年港口危險品船舶通過(guò)量，萬(wàn)分之一的溢出危險，也會(huì )讓碧海藍天失色。李穎說(shuō)，在這種形勢下，她們對自己的技術(shù)遍布港口和近海很有信心。

神光普照，小細節亮了

自從倫琴用X光拍下了自己的手骨頭，人們就有了“洞察內情”的法寶。除了醫療以外，輻射成像用途很多，但這并非一項簡(jiǎn)單的技術(shù)。

20世紀90年代以來(lái)，中國在打擊走私、反恐緝毒以及戰略裝備無(wú)損檢測等方面遇到一系列重大挑戰，清華大學(xué)輻射成像創(chuàng )新團隊也應運而生，致力于輻射成像檢測理論、方法和技術(shù)研究。他們由此榮獲本次國家科技進(jìn)步獎創(chuàng )新團隊。

清華團隊攻克了若干項國際技術(shù)難題，包括高能量、低泄漏率、小型化電子直線(xiàn)加速器技術(shù)，探測效率高、空間分辨率好、抗電磁干擾能力強的探測器技術(shù)，低劑量弱輻射的投影校正與圖像處理新方法，成功研制了世界上第一臺以加速器為輻射源的車(chē)載移動(dòng)式和組合移動(dòng)式集裝箱檢查系統，一舉使我國在該領(lǐng)域處于國際技術(shù)領(lǐng)先地位。該項成果也獲得了2003年度國家科技進(jìn)步獎一等獎。

而針對我國大型裝備無(wú)損檢測的需求，團隊在新型掃描方式、高能量大劑量小焦點(diǎn)加速器等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，解決了“在大型裝備中檢測微小缺陷”的核心問(wèn)題，成功研制了大型裝備缺陷輻射檢測系統，獲得了2010年國家技術(shù)發(fā)明一等獎。

團隊成員王學(xué)武教授介紹說(shuō)，從1995年開(kāi)始，他們一塊塊啃下硬骨頭，推陳出新，幾乎解決了所有國家急需的輻照成像技術(shù)瓶頸，也拿下多項“世界第一”：第一套加速器輻射源車(chē)載式集裝箱檢查系統、第一套組合移動(dòng)式集裝箱檢查系統、第一套具備物質(zhì)識別功能的高能雙能集裝箱檢查系統、第一套快速集裝箱檢查系統、第一套整編列車(chē)檢查系統、第一臺X射線(xiàn)液體安全檢查系統。

輻照成像是一個(gè)交叉領(lǐng)域，需要加速器物理及應用、輻射探測、核電子學(xué)、成像方法、核系統控制、輻射防護等方向的綜合研究。清華大學(xué)團隊匯聚了不同方向的49名學(xué)者，多點(diǎn)突破，齊頭并進(jìn)。如今，清華的技術(shù)已實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，其產(chǎn)品出口到120多個(gè)國家和地區，實(shí)現銷(xiāo)售收入175億，樹(shù)立了中國高科技成套設備進(jìn)入國際市場(chǎng)的典范。

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