科技导报杂志

科技导报杂志2025年第23期

• 生物制造：培育未来产业的战略引擎与创新实践

  谭天伟

  在全球新一轮科技革命与产业变革的浪潮中，生物制造作为生物技术与先进制造深度融合的颠覆性范式，不仅承载着推动制造业绿色转型的历史使命，更是培育新质生产力、重塑全球产业格局的核心引擎。习近平总书记深刻指出：“抓创新就是抓发展，谋创新就是谋未来。”生物制造正是以科技创新开辟发展新领域新赛道的生动实践。

• “十五五”将实施4项太空探源科学卫星计划

  2025年11月24日，中国科学院院士、中国科学院国家空间科学中心主任、空间科学（二期）先导专项负责人王赤在空间科学战略性先导专项最新亮点成果发布会上表示，“十五五”期间，国家空间科学中心将组织实施太空探源科学卫星计划。该计划包括“鸿蒙计划”、“夸父二号”、系外地球巡天和增强型X射线时变与偏振空间天文台（eXTP）等。该计划聚焦宇宙起源、空间天气起源、生命起源等重大前沿问题，力争在宇宙黑暗时代、太阳磁活动周、系外类地行星探测等领域实现突破。

• 巧用绿色溶剂让钙钛矿组件走向量产

  钙钛矿光伏被认为有望以更低成本实现高效率发电，但产业化仍面临制造溶剂安全、超大面积薄膜均一性以及长期可靠性等关键瓶颈。南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁团队联合仁烁光能产业化团队首创全绿色溶剂制备工艺及边缘保护策略，为大面积钙钛矿组件的工程化制造提供了新方案。2025年12月5日，相关研究成果发表于《Science》。

• 百年质粒“进化史”锁定耐药传播元凶

  抗菌药物耐药性（AMR）已成为全球公共健康的重大威胁。研究估计，仅2019年就有超过495万例死亡与耐药相关。耐药基因之所以能在不同细菌间快速“串门”，很大程度上依赖质粒这类可移动的遗传载体。然而，在抗生素被大规模使用之前，质粒的具体形态及如何被人类“训练”成耐药传播工具，长期缺乏直接证据。

• 突触“长时+短时”协同工作，兼顾大脑记忆与学习

  天津大学人工智能学院于强团队与合作者聚焦于大脑神经网络的“基本零件”——突触，首次揭示了其处理时空信息的核心机制，在神经网络信息处理机制研究中取得重要突破。2025年11月22日，相关研究成果发表于《PNAS》。

• 室温无冷却直抵104 mW，刷新强场太赫兹源世界纪录

  在电磁波谱中，介于微波与红外光之间的太赫兹波（Terahertz）曾长期被称为“太赫兹空白（THz Gap）”。它拥有独特的“分子指纹”识别能力，且能穿透陶瓷、塑料等非金属材料，在安检、生物医学、6G通信及材料无损检测等领域拥有巨大的应用潜力。

• 科技部启动学术不端论文专项整治并谋划长效机制

  针对近期国际科研诚信领域的复杂形势及国内突出的撤稿问题，为贯彻落实党的二十届三中、四中全会精神，严肃惩治学术不端行为，2025年11月26日，科学技术部会同有关部门正式部署开展“学术不端撤稿论文专项整治行动”，剑指近年来备受关注的中国学者在自然科学领域国际期刊撤稿问题。此次行动明确提出，要对涉嫌抄袭剽窃、虚构或篡改数据与图像、买卖论文、伪造同行评议专家及评议意见等行为进行逐项排查与调查处理，并通过通报处理结果形成公开的震慑效应。对情节严重的科研失信行为，将依法依规纳入科研诚信严重失信行为数据库，在项目申报、院士增选、科技奖励等重要环节实施联合惩戒。

• 中国启动燃烧等离子体国际科学计划项目

  2025年11月24日，中国科学院“燃烧等离子体”国际科学计划项目在安徽合肥未来大科学城正式启动。中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所（ASIPP）面向全球同行发布了紧凑型聚变能实验装置（BEST）的最新研究计划，并宣布将向国际社会开放包括BEST在内的多个世界级核聚变实验平台。来自法国、英国、德国、美国等10余国家的聚变领域科学家代表共同签署了《合肥聚变宣言》，标志着中国在全球聚变能源前沿研究中正从“参与者”向“引领者”转变。

• 基于异质交联策略制备高灵敏、超长寿命人工肌肉

  要使软体机器人、触觉反馈装置和仿生假肢能够在低电压下像肌肉一样收缩驱动，材料的机电灵敏度和可靠性仍然是关键瓶颈。上海交通大学机械与动力工程学院机器人研究所朱向阳和谷国迎团队，联合江西科技师范大学卢宝阳，提出“异质交联诱导相分离”策略，研发出一种兼具高机电灵敏度与长寿命的新型介电弹性体材料（SBE）。2025年12月5日，相关研究成果发表于《Science》。

• 冰川也有“季节心跳”

  地球冰川并非只在长期变暖中缓慢消融。美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室的科学家首次利用卫星数据绘制了全球冰川和冰盖流速的季节性变化图谱。这项研究分析了2014— 2022年的卫星观测数据，揭示了地球上的冰川并非静止不动或匀速流动，而是像呼吸一样，随着季节更替加速或减速。

• 鸽子内耳藏着“生物罗盘”，揭示不迷路秘密

  鸟类如何利用地球磁场进行长距离迁徙导航，一直是生物学界的未解之谜。德国慕尼黑大学的研究团队通过绘制鸽子大脑图谱，并对鸽子内耳细胞进行单细胞转录组测序，证明了内耳是鸟类的磁感受器官，揭开了动物感知地球磁场的核心神经机制。2025年11月20日，相关研究成果发表于《Science》。

• 卤代污染物——氯溴氟“爬食物链”谁最快

  持久性卤代有机污染物（HOPs），包括多氯联苯（PCBs）、多溴二苯醚（PBDEs）和全氟烷基酸（PFAAs），因其持久性、生物累积性和高毒性而备受关注。尽管《斯德哥尔摩公约》已将其中许多列为优先控制化学品，但这些污染物仍以高浓度残留于全球水体中，并通过食物网传递，最终威胁人类健康。

• 实验性疗法瞄准大脑“排水系统”

  Jennie Erin Smith

  动物实验与争议性人体手术双管齐下，试图增强液体清除能力对抗神经退行性疾病

• 美国多州政府加码布局，推动AI专用算力普惠化

  Celina Zhao

  纽约州斥资5亿美元打造面向学术界的AI超算，填补研究者与联邦/企业资源间的鸿沟

• 解密生命全景图：人类表型组微观与整体的复杂关联及其机制解密

  刘晗, 丁国徽

  中国科学技术协会发布的2024重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题中，“人类表型组微观与整体的复杂关联及其机制解密”入选十大前沿科学问题。表型（phenotype）是指基因和环境相互作用在生物体上产生的、可观察或测量的特征集合。表型组（phenome）是生物体从胚胎发育到出生、成长、衰老乃至死亡过程中，形态特征、功能、行为、分子组成规律等所有生物、物理和化学特征的集合[1]。人类表型组研究致力于精确测量人体各类表型，并通过综合分析，系统解构不同表型之间的复杂联系，构建表型关联网络，最终阐明基因−表型−环境之间，以及微观表型（如分子特征）与宏观表型（如器官功能、行为）之间的相互作用机制。作为后基因组时代的战略制高点与原始创新源，人类表型组研究的重要性已获学术界广泛认同。它不仅将引领生命科学研究范式的深刻变革，还将驱动生物医药产业实现新的突破。

• 中国生物制造关键技术进展与未来趋势

  云慧敏, 陈必强, 谭天伟

  生物制造是指利用生物系统或其组成成分，通过原料替代、生产工艺创新或新产品开发等方式，实现能源、化工、材料、医药、食品等领域的低成本、规模化和可持续生产的一种新型工业生产模式[1−2]。随着合成生物学、人工智能（artificial intelligence，AI）、计算设计等底层技术的快速发展，未来的生物制造正加速从传统发酵驱动向智能化、生物设计驱动的颠覆性制造范式跃迁。这一变革不仅是制造强国建设和提升产业链竞争力的重要支撑，也是推动新型工业化、经济高质量发展以及培育未来产业的重要举措[3]。

• 医药合成生物制造

  汤晓玲, 高炬灿, 郑仁朝, 郑裕国

  医药产业面向国家重大需求，面向人民生命健康，直接关系国计民生，是衡量一个国家科技创新能力和综合国力的重要标志之一。医药制造业作为医药产业的核心支撑，涵盖原料药、药物中间体、辅料、制剂等关键环节的制造及相关领域，其发展深度融合生物工程、化学工程、材料工程、控制工程等多学科专业，构成了医药产业高质量发展的坚实基础[1]。

• 生物药制造先进分离介质与集成装备

  赵岚, 樊荣, 魏炜, 马光辉

  生物药制造产业是21世纪最具发展潜力的战略性新兴产业之一，已成为世界各国新的经济增长点，产业规模持续增长，在重大疾病如癌症、心血管疾病、糖尿病等药物治疗和疫苗预防等发挥着关键作用。根据艾昆纬（IQVIA）公司预测，2029年全球医药市场规模将达到2.4万亿美元，年均复合增长率为5%~8% [1]。全球10大畅销药中，生物药占据8席，抗体和抗体偶联药物、疫苗、血液制品、重组蛋白、细胞与基因治疗药物、多肽等重点品种是生物药的创新方向和发展重点，提升生物药制造水平是大势所趋[2]。分离纯化是生物药制造的重点部分和关键组成，其水平直接关系产品质量、收率、产能和成本等核心竞争力[3]。生物药体系种类广泛、来源复杂，目标生物分子含量普遍较低，分子结构多变且易失活等，这些特点导致其纯化难度大。处于不同阶段的生物药，其对分离纯化的要求有相应的侧重点。对于已进入市场的成熟生物药，需要保证产品质量、提高产能，以及降低成本等。对于正在开发阶段的生物药，需要重点关注纯化工艺可行性和稳定性，以及规模化制备能力等，力争早日上市。高效生物分离纯化是推动生物药制造产业革新的必然要求和核心工作。

• 食品生物制造：从基础原料到配辅料的生产范式革新

  刘云翔, 孙梦璐, 王明海, 陈瑞, 张立慧, 黄和

  食品产业是国民经济支柱产业，关乎社会稳定、民生保障及国家战略安全。2023年，中国粮食产量已达13908亿斤，虽然农业生产总量位居前列，但同样也是全球主要的农产品进口国，同年进口粮食总量达到1.62亿t，深刻揭示了国内农业生产面临的严峻资源约束。随着居民食物消费升级，食物供求将长期面临紧平衡局面。2022年，党的二十大报告中“树立大食物观，发展设施农业，构建多元化食物供给体系”的提出，为牢牢端稳饭碗、满足居民食物消费升级需求提供了关键指导方针[1]。

• 可再生能源驱动CO2生物转化利用：技术融合与碳中和应用

  张艺格, 胡元森, 王钦宏

  在全球碳中和目标日益加速推进的背景下，世界各主要工业国家都率先提出并实施了一系列低碳经济和减排政策。美国能源部、农业部、国防部、环保署、科学基金会等纷纷加强对生物相关技术部署，如生物燃料、生物质利用与生物基产品精炼等。中国已明确表示力争于2030年前达到碳排放峰值，力求2060年前实现碳中和。然而，国际能源署（International Energy Agency，IEA）数据指出，2024年全球碳排放量378亿t，创下历史新高，并且全球气温首次比工业化前时代高出1.5℃，凸显了CO2减排、捕捉和利用的严峻性与紧迫性[1]。2025年1月16日，美国能源部宣布将投入1370万美元联邦资金，支持大规模CO2排放转化项目，旨在将捕获的碳排放转化为环保且具有经济价值的产品。2025 年 3 月，日本金属与能源安全机构根据《二氧化碳捕集与封存事业法》等法律制定了《JOGMEC/能源事业本部技术事业战略》，提出强化对碳捕集、利用与封存（carbon capture, utilization and storage，CCUS）技术在清洁化油气中开发应用的支持，旨在为2050年实现碳中和提供关键支撑。因此找到经济可行且无需依赖耕地资源的物质生产模式，将CO2固定转化为有用产品，是亟待探究的重要问题。近年来，为应对全球气候变化，实现碳达峰与碳中和国家战略目标，实现CO2的高效利用与转化已成为绿色革命的关键研究前沿和技术发展方向。

• 基于极端微生物代谢工程与合成生物学的“下一代生物制造技术”

  陈江楠, 陈国强

  生物制造技术发展历经了第一代（依赖天然微生物的基础发酵）与第二代（基于基因工程在常规底盘菌中构建特定代谢路径）的阶段。近年来，合成生物学的发展进一步推动了微生物生物制造在多样化产品生产中的应用研究，并引领了下一代技术的探索。相较于常规微生物底盘，极端微生物凭借其在严苛环境中突出的生长能力，展现出显著的抗染菌、可连续过程和低成本的生产潜力，尤其适用于大规模发酵生产各种生物产品（表1）。其中，嗜盐微生物可以同时具有嗜盐、嗜冷、嗜热、嗜酸、嗜碱和嗜旱特性，可以利用多种非粮原料如CO2、乙酸和甲酸等。本文系统综述了基于嗜盐微生物盐单胞菌（Halomonas spp.）开发的核心遗传元件、分子生物学工具及代谢工程策略，并梳理了近年来利用此类微生物成功合成的代表性产品，以及各种非粮碳源。同时，探讨了非传统底盘菌株工程化所面临的关键挑战与发展机遇。基于极端微生物代谢工程与合成生物学改造的下一代生物制造技术，不仅有望显著简化工艺过程，支撑以低成本原料为底物、无需灭菌的开放式连续发酵，更进一步彰显了其成为可持续制造领域核心绿色解决方案的潜力。

• 雪崩对高山森林生态系统的影响及其作用机制

  欧美香, 王岩, 郝建盛, 陈国庆, 拉珠

  雪崩是一种重力驱动的地表流，兼具季节性、突发性、潜在性和难以预测性等特点，是中高纬度山区频发的自然现象[1−3]。雪崩高危险区域面积约占全球陆地总面积的6%[4]，主要分布在阿尔卑斯山、喜马拉雅山、落基山、安第斯山和天山山区等高山地带[5]。在人类活动区，无论何种雪崩规模都会造成直接的经济损失（如建筑物和道路损坏）和人员伤亡[6−10]。

• 基于功能近红外光谱的神经反馈研究

  丁佳新, 武迪, 李德玉, 乔惠婷, 田一竹, 汪待发, 夏美云

  卒中是世界范围内常见的脑血管疾病之一，具有发病率高、致残率高、死亡率高、复发率高的特点，并呈年轻化趋势[1]。中风是全球第2大死亡原因，也是第3大致残原因。约70%~80%的卒中幸存者遗留不同程度的功能障碍，如运动障碍、认知障碍、情感障碍等[2−5]，且功能恢复速度慢，难度大，预后差，已成为康复治疗中的重点和难点。

• 愿景分析在日本技术预见中的创新应用及启示

  张永伟, 周晓纪, 孙胜凯, 魏畅

  当前，以人工智能为代表的新兴科技加速突破，人类生产生活方式不断出现新变革，在日益多元化的世界中，考虑不同价值观并探讨人类真正想要的社会形态变得越来越重要。与此同时，在国际竞争加剧和全球性问题日益凸显的背景下，人们对非常规框架内的创新创造期望越来越高，复杂的社会问题越来越需要跨学科的综合知识来解决。为更好地应对未来的不确定性，一方面，需要综合考虑未来科学、技术、经济、文化、社会等多种要素的协同演化，开展预见性研究；另一方面，需要用新的思维、价值观去重新审视和定位，明确未来的发展愿景。愿景是引导社会各界力量解决社会问题，实现向理想的经济和社会制度转型的力量源泉，一个好的愿景可以将人们团结在共同的价值观周围，以积极的方式激励人们，影响决策，指明前进方向，成为变革的有力工具。

• 量子之光精神为源，彭堃墀院士的科研人生

  厚宇德

  2019年中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于进一步弘扬科学家精神加强作风和学风建设的意见》，将科学家精神凝练为爱国、创新、求实、奉献、协同、育人6点。山西大学教授、中国科学院院士彭堃墀是中国第一个量子光学国家重点实验室的创建者，他为国家打造了一支有战斗力的量子光学研究队伍，是科学家精神的有力践行者。