文末有彩蛋

2020年自然科學(xué)獎

一等獎（17項）

G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)

與功能研究及藥物發(fā)現(xiàn)

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，是最重要的一類藥物靶標蛋白。項目組聚焦GPCR的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制和藥物作用機理，通過解析多種與艾滋病、血栓和糖尿病等重大疾病相關(guān)GPCR的三維結(jié)構(gòu)，闡明不同類型受體對細胞信號及配體分子的特異性識別機制，以及受體功能的調(diào)控模式，為深入理解GPCR發(fā)揮生理、病理功能的分子機制提供重要基礎(chǔ)；發(fā)現(xiàn)全新藥物作用位點，闡明多種藥物的治病機理，為開展GPCR藥物研發(fā)指明新方向；開展基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計和篩選，候選藥物進入臨床研究。項目5篇代表性論文全部發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊Science和Nature上，他引1000余次，單篇他引最高411次。

八面體基元與三維限定相變理論指導(dǎo)高速低功耗相變材料的設(shè)計與開發(fā)

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。相變存儲器基于相變材料在非晶態(tài)和晶態(tài)之間的快速可逆轉(zhuǎn)變實現(xiàn)信息存儲，是新型存儲技術(shù)最前沿研究領(lǐng)域。相變材料納秒/皮秒級可逆相變機理是國際公認難題。本項目提出八面體原子基元與三維限定可逆相變理論，提出八面體基元是相變材料的基因組織，提出篩選八面體的四項基本原則；在該理論的指導(dǎo)下采用穩(wěn)定八面體基元，設(shè)計開發(fā)出世界上速度最快相變材料；采用自主三維限定C-GST材料，實現(xiàn)了128Mb相變存儲器芯片，為打印機耗材用全球首款嵌入式PCM量產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。本項目闡明了相變材料高速、低功耗可逆相變的實質(zhì)，研究成果有助于推動我國新型非易失存儲技術(shù)的發(fā)展。

電磁場調(diào)控金屬結(jié)晶微觀組織機理

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目基于電磁場獨特的無接觸“力-能-熱”效應(yīng)，開辟了金屬結(jié)晶過程電磁場調(diào)控新途徑。闡明了靜磁場下液態(tài)金屬結(jié)晶中多尺度熱電磁力及其對微觀組織作用機理，發(fā)現(xiàn)在晶體中熱電磁應(yīng)力效應(yīng)造成結(jié)晶液固界面失穩(wěn)和枝晶斷裂，細化結(jié)晶組織，提出了磁場控制微觀組織新方法；在弱磁金屬中發(fā)現(xiàn)磁場影響晶體界面能從而調(diào)控結(jié)晶取向的作用，建立磁場影響晶體取向模型，提出了制備各向異性材料的新原理；發(fā)現(xiàn)磁場下電結(jié)晶界面附近微觀磁流體運動及其界面形態(tài)演化規(guī)律，提出微觀磁流體運動理論及其作用模型?；陧椖砍晒岢龅亩囗楇姶艌隹刂平饘俳Y(jié)晶過程新技術(shù)，解決了寶鋼等企業(yè)諸多“卡脖子”問題，在高品質(zhì)金屬材料制備中有廣闊應(yīng)用前景。

動力學(xué)驅(qū)動的數(shù)據(jù)科學(xué)理論和方法研究

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目建立和發(fā)展了動力學(xué)驅(qū)動的數(shù)據(jù)科學(xué)理論體系，特別是建立了復(fù)雜疾病及動態(tài)過程的臨界狀態(tài)的預(yù)警方法和理論，提出了基于數(shù)據(jù)檢測臨界狀態(tài)的必要條件及動態(tài)網(wǎng)絡(luò)標志物(DNB: dynamic network biomarker)方法；發(fā)展了全新的偏獨立性(partial independence)及部分互信息(part mutual information)概念和理論，建立了直接關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法；建立了非線性網(wǎng)絡(luò)控制的時間及能量問題，發(fā)展了閉環(huán)控制器設(shè)計方法。與傳統(tǒng)的統(tǒng)計學(xué)驅(qū)動的數(shù)據(jù)科學(xué)理論不同，我們的動力學(xué)驅(qū)動的數(shù)據(jù)科學(xué)理論體系，催生了一系列動態(tài)特征挖掘與分析方法，開辟了新方向。成果被國內(nèi)外團隊廣泛應(yīng)用于復(fù)雜疾病研究，公共衛(wèi)生實時監(jiān)測、時間序列預(yù)測等方面，有力推動了動力學(xué)驅(qū)動的數(shù)據(jù)科學(xué)理論建立和發(fā)展。

復(fù)雜多孔介質(zhì)熱質(zhì)輸運及熱輻射傳遞機理

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目針對多孔骨架與熱載體之間的復(fù)雜相互作用難題，開展了復(fù)雜多孔介質(zhì)熱質(zhì)輸運與熱輻射傳遞機理的系統(tǒng)性研究。揭示了復(fù)雜多孔介質(zhì)的局域非熱平衡效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了浮升力驅(qū)動下的流動傳熱機理，突破了傳統(tǒng)熱平衡分析方法的局限性；闡明了多孔介質(zhì)內(nèi)氣泡行為及沸騰傳熱機理，提出了多孔介質(zhì)對傳熱性能和臨界熱流密度的提升方法；揭示了熱輻射波在多孔骨架中的散射與傳輸機理，實現(xiàn)了多孔結(jié)構(gòu)熱輻射特性的準確預(yù)測與主動調(diào)控。研究成果有助于推動復(fù)雜多孔介質(zhì)在航空航天、能源、國防等熱傳遞領(lǐng)域的深入應(yīng)用。

高遷移率半導(dǎo)體二維黑磷的發(fā)現(xiàn)

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目發(fā)現(xiàn)了新型半導(dǎo)體材料二維黑磷，并首次在二維黑磷中實現(xiàn)了場效應(yīng)晶體管，器件開關(guān)比高出石墨烯器件4個數(shù)量級，室溫遷移率優(yōu)于商用硅基晶體管，開辟了一個全新的半導(dǎo)體研究方向；實現(xiàn)層數(shù)、機械應(yīng)變以及壓強對二維黑磷能隙的調(diào)控，使其能隙可以全面覆蓋從遠紅外到可見光這一個對光電應(yīng)用有重要意義的光譜范圍，在紅外探測、通信、太陽能柔性電子等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景；在黑磷器件中觀測到量子霍爾效應(yīng)，展示了二維黑磷超高的載流子遷移率，為將來基于二維黑磷的器件研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

基于氨基酸的有機催化劑設(shè)計、

合成及其應(yīng)用

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目圍繞高效不對稱有機催化、立體選擇性地構(gòu)筑手性中心等挑戰(zhàn)性問題，基于酶最基本結(jié)構(gòu)單元氨基酸，發(fā)展了一系列新型仿酶（生）的有機小分子及高分子負載型的有機催化劑和高對映選擇性、環(huán)境友好的反應(yīng)新方法和合成策略，探索了有機小分子仿生催化、模擬酶催化機理以及化學(xué)鍵選擇性的構(gòu)筑規(guī)律，系統(tǒng)地研究了羰基不對稱還原、缺電子不飽和烯烴不對稱環(huán)氧化、不對稱碳-碳（雜）鍵形成和催化多組分串聯(lián)等反應(yīng)；提出了手性氨基膦雙試劑離子對催化和氫鍵-離子對協(xié)同催化概念，解決有機催化效率低等問題；提供了手性化合物制備、光學(xué)活性藥物和天然產(chǎn)物合成的新方法和思路，實現(xiàn)了若干手性藥物的環(huán)境友好綠色催化新工藝。該項目研究成果將有助于提升有機催化化學(xué)及手性藥物的合成及其新工藝等領(lǐng)域的研究與發(fā)展。

基于角度調(diào)控理念的新型手性催化劑創(chuàng)制及高效不對稱催化反應(yīng)研究

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目基于張角、二面角和扭角等“角度調(diào)控”設(shè)計理念開發(fā)了中心手性雙環(huán)咪唑骨架有機催化劑、軸手性聯(lián)苯骨架過渡金屬催化劑和面手性茂金屬骨架過渡金屬催化劑，并利用“雙手性金屬協(xié)同催化”和“弱作用力促進”等反應(yīng)調(diào)控策略，實現(xiàn)了含兩個手性中心產(chǎn)物的立體發(fā)散性合成、挑戰(zhàn)性底物的高效不對稱氫化轉(zhuǎn)化和含四取代手性中心氮雜環(huán)的構(gòu)建等反應(yīng)。項目成果為新型手性催化劑的創(chuàng)制、高效不對稱催化反應(yīng)的開發(fā)以及重要手性化合物的工業(yè)化合成提供了新策略和新方法，促進了不對稱催化和有機合成化學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展。

頻率可調(diào)型寬帶微波吸收材料

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目針對電磁信號污染、高頻無線通訊、電磁屏蔽防護與國防隱身裝備等領(lǐng)域的迫切需求，研制和發(fā)展了頻率可調(diào)型寬帶微波吸收材料，改善了現(xiàn)有吸波材料的實用性；基于材料介電極化特性調(diào)控，建立了纖維鋪排角、材料長徑比等新穎的吸收頻率調(diào)控策略；基于阻抗匹配原則，發(fā)展出二元鈷鎳強磁性合金為核的系列核殼結(jié)構(gòu)寬頻吸波材料，拓寬了吸收頻率的調(diào)控范圍；發(fā)展了原位可加電磁場的電鏡技術(shù)，揭示了材料電磁特性的表界面調(diào)控機制，解決了長期困擾吸波材料研究的電磁微觀機制問題，闡明了構(gòu)效關(guān)系。建立了吸波材料的靈活調(diào)頻的普適性策略，有助于推動介電材料、磁性材料、吸波材料等領(lǐng)域發(fā)展。

器官發(fā)育與再生中細胞起源與命運研究

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目主要建立并發(fā)展了基于雙同源重組酶的遺傳譜系示蹤新技術(shù)，突破傳統(tǒng)示蹤方法不特異的技術(shù)瓶頸；發(fā)現(xiàn)哺乳動物冠狀動脈的發(fā)育起源；提出新生期心臟具有重新生成冠狀動脈能力的理論；揭示了成體心臟損傷修復(fù)中新生血管的形成機制；系統(tǒng)闡明哺乳動物心臟發(fā)育與再生中心肌細胞的起源；證明成體心臟中新的心肌細胞主要來源于自我增殖；解決了成體心臟是否存在心肌干細胞的重大科學(xué)爭論。研究成果有助于發(fā)育生物學(xué)、干細胞生物學(xué)、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)展。

強震擾動區(qū)復(fù)雜孕災(zāi)環(huán)境下巖土體失穩(wěn)演化機理與全過程災(zāi)變理論研究

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。我國是世界上大陸強震最多的國家，災(zāi)害損失巨大，強震擾動區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治研究是國家重大防災(zāi)需求。項目聚焦“強震擾動區(qū)復(fù)雜孕災(zāi)環(huán)境下巖土體失穩(wěn)演化與全過程災(zāi)變機理”，以“闡明成災(zāi)演化機理、構(gòu)建全過程災(zāi)變理論、建立精細化防災(zāi)減災(zāi)方法”為研究主線，歷經(jīng)十余年研究，揭示了強震作用下巖土體多階段變形流動的“類液氣”相變及多相態(tài)耦合致災(zāi)機制，形成了可定量描述強震擾動區(qū)巖土體災(zāi)害致災(zāi)效應(yīng)的全過程災(zāi)變理論，提出了基于多源數(shù)據(jù)驅(qū)動與地質(zhì)力學(xué)集成的巖土體災(zāi)害風(fēng)險多層次多目標精細化分析方法。研究成果推動了地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域的進一步發(fā)展，為強震區(qū)災(zāi)后重建、重大工程防災(zāi)提供了科學(xué)理論指導(dǎo)。

視覺信息處理與行為發(fā)生的神經(jīng)機制

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目聚焦“視覺信號處理與行為發(fā)生神經(jīng)機制”核心問題，以斑馬魚為脊椎動物模型，利用自創(chuàng)的“既見森林（全腦）、又見樹木（神經(jīng)元）、甚或樹葉（突觸）”的研究體系，從突觸-神經(jīng)元-神經(jīng)環(huán)路等多層面上，系統(tǒng)揭示了視覺信號在各級相關(guān)腦區(qū)的處理和行為產(chǎn)生的神經(jīng)機制，首次發(fā)現(xiàn)視覺信號處理的兩個新方式 -在視覺外周視網(wǎng)膜的功能可塑性和在視覺中樞受小膠質(zhì)細胞的動態(tài)調(diào)節(jié)，揭示了視覺信號調(diào)節(jié)聽覺功能的跨膜態(tài)神經(jīng)環(huán)路，解析了逃跑和亮偏好這兩個重要視覺行為的神經(jīng)環(huán)路機制，提出視覺信息處理與行為發(fā)生的Bi-Pathway Brain Function假說。研究成果處于國際領(lǐng)先水平，激起了國際同行的跟進研究，推動了國際相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展。

銅基新型熱電材料及其電熱輸運機制研究

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目針對傳統(tǒng)熱電材料大多含有價格昂貴或有毒的重金屬、且其熱電性能受電聲輸運強烈耦合難以提升的問題，開展了銅基新型熱電材料的探索，發(fā)現(xiàn)離子導(dǎo)體中的聲子橫波阻尼效應(yīng)，通過晶胞尺度亞晶格功能化設(shè)計獲得“聲子液體”新概念高性能熱電材料；發(fā)現(xiàn)了原子/納米尺度的微觀界面結(jié)構(gòu)差異化電聲散射新效應(yīng)，制備出具有反常非晶態(tài)熱輸運特征的納米尺度馬賽克晶體熱電材料和超越“復(fù)合法則”的界面雜化結(jié)構(gòu)熱電材料；發(fā)現(xiàn)了固溶離子的摻雜和“釘扎”協(xié)同效應(yīng)，獲得了兼具高熱電性能和良好熱力學(xué)穩(wěn)定性的銅基熱電材料。研究成果有助于推動熱電材料、離子導(dǎo)體、材料微結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域發(fā)展。

協(xié)同量子操控與量子干涉技術(shù)

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。激光的發(fā)明衍生了量子光學(xué)與原子光學(xué)，發(fā)展了光子與原子量子操控技術(shù)。隨著操控技術(shù)水平的擢升，光子與原子展現(xiàn)進入?yún)f(xié)同量子區(qū)的趨勢。項目順應(yīng)該趨勢，開拓了光與原子協(xié)同量子操控與量子干涉技術(shù)，創(chuàng)新成果如下：突破傳統(tǒng)量子光學(xué)框架，提出了光-原子協(xié)同量子操控及探測理論；基于協(xié)同量子操控新原理，首次實現(xiàn)量子關(guān)聯(lián)干涉儀,突破標準量子極限；首次提出并實現(xiàn)光-原子混合干涉儀。項目成果包括Nature子刊與PRL等論文18篇、專著1部、專利5項，被 PRL 選為編輯推薦論文，APS Physics、Nature Photonics 亮點介紹。入選美國光學(xué)學(xué)會全球2014光學(xué)成果、獲中國物理學(xué)會饒毓泰獎、國家十一五科技計劃執(zhí)行突出貢獻獎。第一完成人獲國家杰青，長江學(xué)者，3次科技部重大計劃項目首席科學(xué)家，美國物理學(xué)會PRL學(xué)部副主編，美國光學(xué)學(xué)會Fellow，有效引領(lǐng)了領(lǐng)域發(fā)展，產(chǎn)生了重要的國際影響。

移動計算通信融合網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)同理論與方法

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目以通信理論和計算科學(xué)融合為導(dǎo)向，提出了一套以歸一化傳輸時延為度量的移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)容量極限理論，發(fā)現(xiàn)了通信、存儲和計算的協(xié)同機理是通過收發(fā)節(jié)點協(xié)作編碼緩存和冗余計算擇機改變信道結(jié)構(gòu)，以創(chuàng)造編碼多播和協(xié)作傳輸機會，顯著降低通信時延，拓展了后香農(nóng)時代網(wǎng)絡(luò)信息論；建立了以內(nèi)容為中心的信息傳輸新范式，系統(tǒng)地提出了基站分簇、用戶分組、波束賦形以及單播多播協(xié)同傳輸?shù)膬?yōu)化準則與求解算法，開辟了物理層傳輸設(shè)計與優(yōu)化的廣闊新空間；構(gòu)建了應(yīng)對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)環(huán)境的邊緣緩存和任務(wù)計算優(yōu)化機制，揭示了實際系統(tǒng)中滿足給定服務(wù)質(zhì)量所需三維資源間的制約關(guān)系。研究成果為移動網(wǎng)絡(luò)從傳輸管道到信息服務(wù)的設(shè)計轉(zhuǎn)變提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)構(gòu)與功能的系統(tǒng)性研究

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。項目聚焦與人類重大疾病相關(guān)G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）的系統(tǒng)性研究，分別揭示了與神經(jīng)退行性疾病、糖尿病及癌癥相關(guān)藥物靶標GPCR的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系。提出了大麻素受體的拮抗及激活機制。解析了糖尿病治療最重要靶標GLP1受體與別構(gòu)小分子復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)并揭示其拮抗機制，為研發(fā)口服糖尿病藥物提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。使用冷凍電鏡技術(shù)獲得了趨化因子CXCR2與內(nèi)源性配體IL8復(fù)合物的空間結(jié)構(gòu)，為探索趨化因子受體家族的激活機制和癌細胞遷移之間的關(guān)系提供了新思路?？傊擁椖康难芯砍晒兄谏钊肓私庀嚓P(guān)重大疾病發(fā)病機理并開展針對特定靶點分子的精準藥物設(shè)計。

人類卵子及卵泡發(fā)育異常的遺傳學(xué)研究

項目獲2020年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。不孕不育已成為影響人類健康的重大疾病。卵子及卵泡發(fā)育異常是引起女性不孕的主要因素之一。本項目圍繞卵子及卵泡發(fā)育異常相關(guān)疾病的遺傳學(xué)展開研究。發(fā)現(xiàn)了三種人類新孟德爾遺傳?。郝炎覩V期阻滯、MI期阻滯及早期胚胎停育。分別明確了導(dǎo)致這些疾病的第一個致病基因及致病機制；首次鑒定出人類卵泡液中存在microRNAs，并系統(tǒng)地研究了功能；解析了一系列基因的遺傳、結(jié)構(gòu)、修飾變異與多囊卵巢綜合征之間的關(guān)系。該項目成果擴展了女性生殖疾病的遺傳學(xué)研究內(nèi)容，為女性不孕的臨床診斷提供了系列分子標記物，為相關(guān)患者的精確診斷、遺傳咨詢及最終的靶向治療奠定了基礎(chǔ)。

來來來，

大型智商測試現(xiàn)場已就位

編輯：四月