史上最壯觀(guān)的LED燈光秀令世博園流光溢彩。CFP

                    “蛟龍”3000米海試作業(yè)，南海海底豎起中國國旗。王文勝/CFP

               “嫦娥二號”探月衛星用長(cháng)征三號丙運載火箭在西昌衛星發(fā)射中心成功發(fā)射。秦憲安/CFP

                           中國新一代高速動(dòng)車(chē)組創(chuàng )下時(shí)速486.1公里的紀錄。CFP

    編者按 今年評選出來(lái)的十大國內科技新聞，較往屆分量更重。評委的視角不僅僅局限在那些具備戰略意義的技術(shù)進(jìn)展和不同學(xué)科的原創(chuàng )成果，像在上海世博會(huì )這樣的舉國大事中功不可沒(méi)的科技力量也被推向“前臺”。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內科技新聞，能夠代表中國科技人員在過(guò)去的一年里對科技事業(yè)和公眾利益的貢獻。 　　

    1. 我國迄今最大的國家重大科學(xué)工程“上海光源”通過(guò)驗收

    熾烈的陽(yáng)光下纖毫畢現。上海光源就好比人造的太陽(yáng)。1月初我國迄今最大的科學(xué)工程——上海光源通過(guò)國家驗收。借助于它，許多原本看不見(jiàn)的結構呈現在科學(xué)家的眼前。

    上海光源的全稱(chēng)是上海同步輻射光源。1947年，美國人在高能加速器實(shí)驗時(shí)偶然發(fā)現：高速運動(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(guān)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)設計的一種加速器。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，對其運算分析可以得出蛋白質(zhì)分子的三維結構——以往需要幾天的工作，現在只需幾個(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)驗站，每天幫助幾百名科研人員工作。自從投入運行以來(lái)，上海光源的日程表排得滿(mǎn)滿(mǎn)的，工時(shí)供不應求。截至目前，上海光源用戶(hù)發(fā)表論文數已有80篇左右，包括一些發(fā)表在《自然》、《科學(xué)》和《細胞》等著(zhù)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，內置的“智慧標簽”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，標志性建筑“中國館”映入眼簾。它采用可以遮陽(yáng)的桁架結構，每一根鋼架的拼搭都是計算過(guò)的。

    走進(jìn)中國館，有嘆為觀(guān)止的“清明上河圖”動(dòng)畫(huà)。絢麗的空間成像技術(shù)，在各國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，還有雨水收集系統用于園藝灌溉。小河和池塘里，漂浮著(zhù)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(guān)的LED燈光秀場(chǎng)展現在眼前。“一軸四館”低碳的光影變幻令游人駐足。

    精確氣象預報、安保機器人，垃圾氣力運輸……各領(lǐng)域的新技術(shù)保障世博運作有序。

    “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?？萍紟椭藗儗?shí)現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?；瘧?，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 )，展現出中國科技界創(chuàng )新的實(shí)力。

    3. 我科學(xué)家首次實(shí)現遠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)合研究團隊，在河北懷來(lái)和北京八達嶺之間分發(fā)了一對糾纏光子。16公里！這是目前國際上實(shí)驗室外實(shí)現的最遠距離，也是目前國際上量子密鑰分發(fā)的最大距離。

    什么是量子密鑰呢？無(wú)論是軍隊用的電報密碼本，還是銀行用的口令本，總有被人截獲的危險。然而，靠著(zhù)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，這對粒子就好像古代戰爭用的虎符一樣，總是嚴格吻合。傳送人一測量A粒子，它就呈現出一個(gè)隨機數值；而接收人手上的B粒子，“心靈感應”般地呈現出與A對應的值。由此，發(fā)信人和收信人可以確保拿到同一個(gè)數值——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，因為量子態(tài)脆弱到極限，一測量就崩潰。偷窺者拿不到密鑰（解密算法），對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，原因是很難讓一對糾纏粒子在長(cháng)距離上保持穩定。不過(guò)近年來(lái)，中國科學(xué)家一直在努力刷新量子傳輸的距離紀錄。

    今年中科大和清華團隊成功地在16公里長(cháng)度實(shí)現量子傳輸，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)，用衛星傳輸糾纏光子就完全可能實(shí)現。這是量子通信技術(shù)走向實(shí)用的重要一步。

    4. 體細胞“變身”多能干細胞機制被揭示

    干細胞是生物體中最原始的細胞，它可以分化為不同器官的細胞，就好像樹(shù)干能夠分出許多枝條。人們希望利用人類(lèi)干細胞的無(wú)限潛力來(lái)治療疾病——用患者的干細胞發(fā)育出的新器官，替換生病的器官。

    干細胞過(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細胞成為干細胞領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)——通過(guò)導入4個(gè)關(guān)鍵基因，科學(xué)家將正常體細胞逆轉編程，變成“誘導式多能干細胞”。iPS細胞可以同胚胎干細胞媲美，又沒(méi)有倫理學(xué)障礙。

    但普通細胞逆轉成iPS細胞，是失敗率很高的過(guò)程?？茖W(xué)家不清楚其中的機理，因此很大程度上要靠運氣。

    今年我國科學(xué)家的一項研究，揭示了體細胞逆轉為多能干細胞的啟動(dòng)機制，對誘導多能干細胞技術(shù)的完善有指導意義。中科院廣州生物醫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(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《細胞·干細胞》上。

    兩三年以前，中國科學(xué)家們發(fā)現，小鼠的成纖維細胞變成類(lèi)似表皮細胞的過(guò)程，與正常發(fā)育中常見(jiàn)的表皮細胞轉換到間充質(zhì)細胞過(guò)程剛好相反。他們對之長(cháng)期研究后發(fā)現：4個(gè)關(guān)鍵基因通過(guò)協(xié)作，一方面抑制了間充質(zhì)細胞的維持體系，另一方面激活了表皮細胞特征基因表達。這樣就啟動(dòng)了表皮細胞的形成，從而開(kāi)啟了iPS過(guò)程。

    這項工作揭示了間充質(zhì)—表皮細胞轉換過(guò)程在誘導多能干細胞形成中的關(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理，人們就有可能操縱逆轉過(guò)程，成功生產(chǎn)出大批iPS細胞。這對于iPS應用到臨床具有重要意義。

    5. 我自主研制出世界首臺脊柱微創(chuàng )手術(shù)機器人

    提到機器人，我們早已經(jīng)不陌生了，但是當你把自己的生命交給這家伙擺布的時(shí)候，你會(huì )不會(huì )膽戰心驚？實(shí)踐證明，擔心是多余的。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)估計就已經(jīng)順利結束了。

    在研究人員的操控下，脊柱微創(chuàng )手術(shù)“機器人”用不上一分鐘就能輕松完成對一塊腰椎模型的兩次定位、瞄準、鉆孔操作，而且在兩次對同一部位的重復操作中，可以做到幾乎毫發(fā)不差、十分精準。

    與傳統脊柱手術(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、精確，動(dòng)作更穩定，以防止對病變周邊健康組織的損傷。此外，由于脊柱微創(chuàng )手術(shù)需要反復通過(guò)術(shù)中X光或術(shù)中CT進(jìn)行定位，醫生容易受放射線(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，由第三軍醫大學(xué)重慶新橋醫院與中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所聯(lián)合研發(fā)的、具有完全自主知識產(chǎn)權的脊柱微創(chuàng )手術(shù)機器人在新橋醫院投入前期臨床試驗。

    這是世界上首臺專(zhuān)門(mén)用于脊柱微創(chuàng )手術(shù)的機器人系統，繼上世紀90年代末機器人開(kāi)始在腹部外科、泌尿外科、婦產(chǎn)科、心臟外科等領(lǐng)域推廣應用后，我國科學(xué)家成功將機器人引入到脊柱微創(chuàng )手術(shù)中，通過(guò)機械的精準定位并替代醫生在放射線(xiàn)下手術(shù)操作，不僅能提高手術(shù)的精準性，還能降低手術(shù)風(fēng)險和減少術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生，同時(shí)還能降低對醫生的放射損害，對于脊柱微創(chuàng )技術(shù)在臨床的進(jìn)一步推廣運用具有重要的意義?！　?/p>