制造发展的三个范式:制造发展规律的研究

基于对人类社会发展历史和科学技术发展内在规律的认识,本文详细分析了制造发展的三个范式,论证了原子及近原子尺度制造是制造范式III的核心使能技术。文章回顾了国内外各机构对原子级制造研发规划现状,指出我国目前处于原子级制造技术发展的重要战略机遇期,并从设计、材料、加工和检测等角度分析了原子级制造的技术体系内涵;梳理了原子级表面制造、原子级结构制造、原子级测量与表征等领域的研究进展,呈现了当前具有原子级制造能力的部分代表性技术,包括原子级切削、原子级抛光、电化学加工、等离子体原子级加工技术、原子精准操控以及原子分辨测量与表征技术,并对原子级制造战略规划提出发展建议。

美国科学教育研究资助体系分析及其启示

加强科学教育是推进教育、科技、人才“三位一体”的统筹部署和实现科技创新自立自强的基础性工程。虽然科学教育已经在政策和实践层面备受关注,且已取得明显进展,我国科学教育依然面临着诸多的挑战与不足,其关键原因之一是支撑科学教育高质量发展的科学教育研究资助体系的缺乏。鉴于美国在科学教育研究领域的引领地位及其形成的完善的研究资助格局,本文全面介绍了美国科学教育研究资助体系的概况,深入分析了以美国国家科学基金会为代表的联邦政府机构对于科学教育的资助布局及其对K-12教育阶段的资助计划,形成了对于建立我国科学教育研究资助体系的建议。

ChatGPT技术在生物医药领域的应用潜力与风险

本文系统梳理了ChatGPT的发展历程与现状,分析ChatGPT技术与生物医药领域的耦合情况。从知识创新与模型创新两个维度,划分生物医药领域ChatGPT技术应用的类型,并分析其应用焦点、应用场景和特征;从科学研究与消费终端应用的角度阐述各项ChatGPT技术类型在生物医药领域中的应用价值;剖析各项ChatGPT技术类型在生物医药领域中存在的潜在风险。ChatGPT技术将加快生物医药领域的研究与服务,扩大而非取代研究人员的专业知识。未来应加强微调挖掘型GPT工具与部署型服务设施的建设,推动ChatGPT技术在生物医药领域的有效应用。

隐私计算的关键理论与前沿应用

基于国家自然科学基金委员会第352期“双清论坛”,本文介绍了隐私计算在服务国家数字经济重大战略需求的重要作用,分析了国内外对该研究聚焦点的布局情况,阐述了隐私计算的内涵与外延,回顾了隐私计算研究历程的三个维度:隐私加密、隐私脱密与非规则博弈下新型隐私计算,凝练了隐私计算的非规则博弈、全生命周期保护与联邦计算范式等关键科学问题,研讨该领域前沿应用与未来研究方向,力争进一步推动我国隐私计算理论、方法和技术的突破性发展与应用。

中药复方的现代基础研究进展述评

中药复方的现代基础研究是中药现代化发展的必经之路。本文从中药复杂作用模式解析研究策略与方法、中药直接靶点发现技术与应用、系统生物学驱动的中药复杂作用解析三个方面,对中药复方的现代基础研究进行综述,并对其未来发展进行展望。

原子级制造测量与表征研究现状综述

原子级制造是指将能量作用于原子,通过原子级材料的可控去除或者原子/分子级结构的大规模操控及组装,实现产品性能与功能跃迁的前沿制造技术,是一种可以大规模、批量化的先进制造技术。该过程需要在10-10m空间尺度下精确操控原子。同时,制造过程中原子的键合时间、电子动力学变化均发生在飞秒(10-15s)至阿秒(10-18s)量级。因此,只有具备超快时间和空间分辨在线检测与表征能力,才能够深入了解并利用原子级制造过程中原子尺度的新原理、新效应,保障原子级制造的可达性与可控性;只有实现原子级制造过程的高通量、大范围的在线监测,才能保障原子级制造的可靠性。基于此,原子级制造的测量与表征是指在原子级的时间、空间、能量尺度上对材料、结构或器件进行精确的测量和表征,以保障原子级制造的可达性、可控性与可靠性。本文介绍了原子级制造所需的测量表征手段的研究现状,从原子级超快动力学过程观测、原子结构演变原位表征、原子级制造过程在线质量监测三大方向进行系统梳理,总结了目前原子级制造测量与表征的挑战并针对未来发展给出建议。

我国公共卫生科技创新的现状与挑战

近年来,我国公共卫生领域科技创新紧密结合国家重大战略需求,形成了具有我国特色的优势学科领域,建设了若干高水平的科技创新平台和研究基地,并取得系列重大成果。但与发达国家和我国现代公共卫生体系及能力建设目标相比,特别是结合新时期健康中国建设战略需求和重大公共卫生挑战,我国在公共卫生关键科技问题的发展水平上仍存在短板,同时公共卫生科技创新也面临着某些体制机制因素的制约。本文提出了未来我国公共卫生科技创新的重点方向,并聚焦体制机制提出加强公共卫生科技创新的对策建议。

新时代卓越青年医学人才培养的思考

中国特色社会主义进入新时代,面对人们对健康医疗的新需求,我国医药卫生人才培养面临着重大困境,最关键的问题是我国总体上仍缺乏高层次医学人才,包括卓越医师、卓越基础医学科学家和卓越医师—科学家等。我国45岁以下青年人才占专业技术人才总数的比例达78.9%。青年医学人才是我国医药卫生事业发展的主力军,青年时期是医学人才成长的关键期。

针灸视域下的神经—免疫调节

针灸作为中国传统医学体系中独具特色的诊疗技法,通过体表特定区域的物理刺激,调动神经、内分泌和免疫等多系统应答,促进机体自稳态修复。针灸对生物体机能多层次的调控特点,蕴含着其原创性的生命科学价值,有待于深入探究和阐明。本文结合“神经—免疫”交互作用的研究背景,在梳理针灸引发“躯体—自主神经”反射调节规律的基础上,总结了针灸不同穴位通过“迷走—肾上腺”轴或“交感—脾脏”轴改善系统性炎症的作用环路,明确了针灸“神经—免疫”调节的效应规律和影响因素。并指出:针灸刺激体表“纵横”位域引起相对特异的自主神经活动,是其发挥区域性或全身性免疫调控的关键。现阶段,针灸的“神经—免疫”调控虽已取得瞩目进展,但该领域的基础研究和应用推广仍处于“萌芽”阶段,倡议通过有组织、有目的的多学科交叉合作,继续完善针灸“精准”干预实现“神经—免疫”调控的系统生物学内涵,加快推进相关科研成果转化和针灸装备研发,不断拓展针灸在改善人体内脏功能和免疫—炎性反应中的应用价值。

教育、科技、人才一体推进背景下高等教育对基础研究资助的新需求

基础研究是整个科学体系的源头,是所有技术问题的总机关,目前正在由快速增长转为高质量发展。在这个关键转折点上,国家自然科学基金作为我国基础研究主要的资助渠道,如何在教育、科技、人才的统一战略布局下优化资助,成为了首要关注的问题。在此背景下,本文依据党的二十大报告中“实施科教兴国战略,强化现代化建设人才支撑”的战略部署,深入阐述了新形势下基础研究资助面临的挑战,分析了国内外基础研究的发展动态和需求。通过调研,发现了我国在人才、学科教育、科研组织模式等方面的不足,总结了高等教育对于基础研究资助在学科建设、产学研一体化、人才培养等方面的新需求,并以南京大学为例进行了阐述说明,以期为国家自然科学基金的全面深化改革提供具体的建议和决策参考。

基于大食物观的草地农业发展趋势及关键科学问题

大食物观下,国家食物安全的重点是饲料粮安全。草地农业是全球最重要的食物生产系统之一,既直接生产草畜产品,又间接地为食物生产提供生态保障,满足国家对食物安全、生态安全和边疆稳定不断增长的刚性需求。目前,草地农业保障国家食物安全的水平亟待提高,支撑国家高质量发展的能力亟待加强。种子是草地农业的物质基础,天然草原和栽培草地(也称“人工草地”)是草地农业生产食物的主要基地,草地保护为草地农业开展食物生产“保驾护航”,草地农业系统耦合促进食物生产的效益放大。草地农业是基础性战略产业,保障国家食物安全的水平依靠基础研究的创新。为此,本文分析了草类种质资源挖掘利用与种子生产控制、牧草优质高产栽培与转化、草原生态生产力维持与修复、草地有害生物管理、草地农业系统耦合与管理等5个方面的研究进展,并提出对应的关键科学问题。

原子级制造的关键基础科学问题

人类的制造技术逐步向原子级推进,原子作为化学反应中的最小粒子,虽然它可以分成更小的原子核、电子等,但是从制造的角度看,原子级制造可以说是人类制造的最底层技术,也是继微纳制造之后新的制造范式,可将制造精度以及产品性能推向极致水平,代表着人类对物质世界认知和制造能力发展的新阶段,是引领未来产业变革发展的战略性技术,也是保障国家安全和推动国计民生重大装备跨代升级的重要前沿方向。本文基于第330期双清论坛总结了原子级制造的研究现状、发展趋势及机遇挑战,凝练出未来5~10年原子级制造的焦点问题和亟需解决的关键科学问题,探讨了相关领域的前沿发展方向和科学基金资助战略。

基于原子/分子团簇结构的材料与器件制造

原子/分子团簇是物质结构的一种新形态,具有独特的本征性质。从原子/分子团簇到器件的跨尺度制造,将为国防高端装备和新兴电子等产业发展带来深刻变革。团簇的多物质构效关系、宏量制造、团簇结构跨尺度构筑以及团簇器件的高性能制造等是原子/分子团簇器件制造的关键发展方向,主导着从原子到产品制造的发展历程。把握这些发展背后的重要机遇,将有助于占领原子级制造研究的制高点,引领原子级制造方法的变革。本文从团簇新材料的宏量制造、新型功能器件的原子/分子团簇构筑、团簇—器件的跨尺度制造工艺和装备等三个方面概括了原子/分子团簇与器件制造领域的主要研究进展,总结了原子/分子团簇与器件领域的关键科学问题及面临的挑战,并对其未来发展方向和发展战略给出了建议。

教育、科技、人才一体布局与科学基金发展战略

教育、科技、人才一体布局的统筹部署已经成为全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑,深刻理解与把握教育、科技、人才一体布局重大意义对开展基础研究资助至关重要。在厘清一体布局对基础研究资助新要求的前提下,明确基础研究资助在科学研究、科学教育与人才培养有机结合中的定位和作用,完善国家自然科学基金资助管理体系,探索落实一体布局的着力点,从而提出新时代科学基金发展的战略思路,为教育强国、科技强国、人才强国建设提供源头支撑。

面向集成电路先进制程的二维信息材料与器件

随着集成电路技术的发展至3 nm节点,摩尔定律接近其物理极限,传统芯片制程面临材料到器件的理论和技术瓶颈。二维信息材料凭借原子层厚度、低功耗等特性被产业界认为是1 nm及以下节点的核心材料,将助力芯片制程延续摩尔定律以及平面到三维的发展,与我国集成电路先进制程长期规划紧密相关。基于国家自然科学基金委员会第343期双清论坛,本文从材料—器件—异质集成多层次回顾了二维信息材料与器件的发展历史,总结了领域内所面临挑战,凝炼了未来5~10年的重大关键科学以及亟需布局的研究方向,进一步提出顶层设计的前沿研究方向和科学基金资助战略。

原子层制造的研究现状与科学挑战

原子层制造是指加工精度达到原子层量级的可控制造技术,包括原子层去除、添加、迁移等。针对信息、能源、航空航天等领域核心零部件超高性能构建的发展需求,通过原子层可控去除制造全频段原子级精度无损表面,并结合原子层增材制造原子级新结构,有望实现特殊功能的有效创成,保证超高性能的安全可靠。另外,后摩尔时代先进芯片的制造工艺将迈入亚纳米物理极限,原子层制造需求贯穿芯片制造工艺的全流程。本文阐述了原子层制造技术的发展需求与研究进展,围绕原子层抛光、原子层沉积/刻蚀、原子层损伤控制、原子层工艺与装备等领域,梳理了原子层制造的发展方向及研究目标,凝练了原子层制造领域未来的关键科学问题及面临的挑战,探讨了前沿研究方向和发展战略。

2023年度工程与材料科学部基金项目评审工作综述

本文总结了2023年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部项目评审工作情况,对各类项目申请、受理、评审和资助情况进行了整理及分析,重点回顾了本年度工程与材料科学部深化科学基金改革新举措及实施成效,并提出了下一年度评审工作的思路及建议,以进一步提高工程与材料科学基础研究资助质量。

原子精度制造新原理和新方法

目前航空航天、核物理、微电子、光电子和半导体等国家战略领域高性能装备的性能需求日渐严苛,核心零部件的制造精度必须迈进原子级水平,亟需研究原子精度的高性能制造新原理和新方法。本文归纳并提出了目前迫切需求的原子级表面精度、原子级结构精度、原子级损伤控制以及原子级特征尺寸结构创成四大原子精度制造核心能力,从能场辅助原子级切削、多能场辅助原子有序排布、表面能弱化原子精度材料去除以及超光学衍射极限的原子精度制造四大方向进行系统梳理,介绍了面向不同应用场景的原子精度制造新原理和新方法的研究现状,并概述了各类方法的优势和缺点,从中提炼出多能场耦合条件下的能量和原子间相互作用机理这一关键科学问题,并从四大方向上对未来我国原子级制造的基础研究提出了建议。

活血化瘀治疗冠脉微循环障碍的研究进展

冠状动脉微循环障碍广泛存在于多种心血管疾病中,与左室重构、心血管事件密切相关。本病病机演变以血瘀为核心,活血化瘀法可改善患者冠状动脉血流储备及微循环阻力指数,对于冠状动脉微循环障碍具有良好的治疗效果。机制方面,活血化瘀诸法可调节冠状动脉微血管功能障碍的诸多关键病理生理环节:如,活血化瘀可有效抑制炎症、氧化应激及血栓形成;活血化痰可保护血管内皮;益气活血能改善能量代谢;补肾活血促进血管新生、建立冠脉侧支循环。应用现代科学深入挖掘活血化瘀诸法治疗本病的机制,或为解决本病治疗提供新的思路。

2023年度生命科学部科学基金项目评审工作综述

本文总结了2023年度生命科学部各类科学基金项目评审情况,梳理了本年度科学基金深化改革的实施情况,并提出下一年度项目评审的工作思路。