來源：中國科技網-科技日報
[導讀] 世界最大硫酸鉀肥生產基地在羅布泊建成,圖為鹽田鹵水湖的一處港口。如今,清華的技術已實現產業化,其產品出口到120多個國家和地區,實現銷售收入175 億,樹立了中國高科技成套設備進入國際市場的典范。
追光燈下的創新傳奇
鎂光閃耀，舉起中國最高科技獎勵證書。沒有金牌，卻比黃金重。
今年科技大會獎勵項目中，有支撐經濟運轉的關鍵技術，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力。
起死回生，人工肝神了
中國是肝病高發國家，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森院士的帶領下，浙江大學附屬第一醫院的100余位科研人，結合基礎研究和臨床試驗，歷經14年，取得了一系列重癥肝病診治的理論創新和技術突破，成功救治數以萬計的重癥病人。他們的成果也獲得此次國家科技進步獎一等獎。
獲獎項目的關鍵技術是“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，暫時替代肝臟的一部分功能。肝臟是人體的“解毒工廠”，但當其受到病毒、酒精或藥物的傷害后，細胞會大量壞死，功能衰竭。受損的肝臟需要修復，但是藥物同時會加重肝臟的負擔，這是肝病治療中一大矛盾。
有了人工肝“換班”，在用藥的同時，重型肝炎、肝衰竭患者的肝細胞就能暫時休息一下，慢慢恢復功能。做了肝移植手術的病人，在肝臟一開始無功能的階段，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、高膽紅素血癥以及急性中毒時，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，人工肝技術的9項專利已經轉給企業產業化；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，化工廠凈了
合成科學與人們的生活密不可分，人類的衣、食、住、行離不開合成產品。而合成工業的初始原料主要來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，過程耗能、費時，而且造成大量污染。
如果能從廣泛存在的、廉價的、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，實現合成工業的革命，價值之大無法衡量。
而要讓懶惰的碳氫物質變身為勤快的有機官能團，關鍵是高選擇性地活化和轉化惰性碳氫鍵。這一問題被譽為“化學圣杯”。
北京大學的施章杰教授，用全新的辦法制備“聯芳基”化合物，被視為實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獎二等獎。
所謂“聯芳基”，就是兩個苯環面貼面擁抱在一起。聯芳基化合物是許多藥物和材料的靈魂。2010年的諾貝爾化學獎，就頒給了發明聯芳基合成方法的3位化學家。
聯芳基的合成，需要一個帶鹵素原子的苯環，攜手另一個帶金屬原子的苯環。煉油之后的碳氫原料最終變成聯芳基，離不開鹵素（氟、氯、溴、碘等）的介入，這意味著會生成有毒性的酸。
如果能避開鹵素，直接從碳氫物質到聯芳基，不僅避免冗長步驟，而且更便宜環保。中國科學家成功做到了這一點，他們提出了基于碳氫鍵活化的“氧化偶聯”，可以讓苯環有選擇性的（選擇6個頂點中的某一點）去化合；同時避免了鹵化物和金屬試劑的使用。《科學》雜志以“干凈的鏈接”為標題，報道了這一成果。
近5年來，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論文。施章杰本人近年來也屢獲國際獎項。他說，人類奪取化學圣杯的時間尚不能預估，一旦實現，將對現實生活影響深遠，也會制造出重量級的諾貝爾獎。
普查摸底，蛋白質全了
人類和老鼠的基因組有99％相同，但卻相差甚遠。因為生命活動的執行者是基因編碼的蛋白質，蛋白質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10萬多種蛋白質。
人們對蛋白質的認識剛剛起步。過去是一個一個地研究，技術發達后，就開始一群一群地研究。研究“成群結隊”的蛋白質很有必要，因為許多重大疾病如癌癥、心血管病等是多種蛋白質共同作用的結果，研究單個蛋白質運作規律，是找不到頭緒的。
本世紀初，一個大的計劃應運而生。如果說人類基因組計劃展示出了寫滿人類生命密碼的天書，那么人類蛋白質組計劃的作用便是解讀這本天書。2002年11月，在法國凡爾賽首屆人類蛋白質組組織大會上，宣布啟動“人類血漿蛋白質組計劃”和“人類肝臟蛋白質組計劃”，這標志著“人類蛋白質組計劃”正式開始實施。
由賀福初院士牽頭的“人類肝臟蛋白質組計劃”是第一個人類組織或器官的蛋白組計劃，這也是中國第一次領導大型國際科學計劃。相關研究人員也榮獲本次國家科技進步獎的創新團隊榮譽。
要找到新的有效藥物靶標，有待于蛋白質組學的系統研究和篩查，從蛋白質功能層面上闡明生命活動及病理機制。賀福初院士介紹說，以人類主要的100—150種疾病進行計算，應該有3000—15000種蛋白質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容易釣到，而深水中的魚就很難捕撈。蛋白質組計劃就好比把巨大水庫徹底放干，將魚蝦泥鰍一網打盡。
“人類蛋白質組計劃”的路線圖，2002年在華盛頓由中國人提出，目前已成國際學界的共識和未來指引。中國技術和標準已經被國際廣泛采用。中國也成為美國之外發表成果最多的國家。
目前，以中國數據為主體，肝臟蛋白質組的表達譜和連鎖圖已經出版。這也是第一個人體器官從蛋白質層面上被徹底查清，匯集成一部“百科全書”。
國家現已批準建設蛋白質組學北京設施（鳳凰工程），它由軍事醫學科學院聯合清華大學、北京大學和中國科學院生物物理研究所等共同建設，將大幅提升中國的蛋白質組學研究能力。
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，廠房林立，更建成了全球最大的硫酸鉀生產基地。科研人員在這里創造了點石成金的奇跡。
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，早在上世紀80年代，地質科學工作者發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，可以生產高附加值硫酸鉀產品，潛在經濟價值超過5000億元。當時國內對硫酸鹽型鹽湖鹵水的開發還是空白，國外只有美國大鹽湖有類似工藝，但生產工藝無法照搬，需要重新開發研究新的技術路線。
國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司（國投羅鉀）聯合中國化工集團旗下的長沙設計研究院等5家單位，歷經8年科技攻關，在利用鹽湖鹵水制取硫酸鉀工藝、設備及工程等方面實現突破，他們開發的“羅布泊鹽湖120萬噸/年硫酸鉀成套技術”也榮獲本次國家科學技術進步獎一等獎。
2000年，長沙院和羅鉀公司簽署技術開發合作協議，共同破解鹽田工藝和加工技術難題。經過小試、中試、工業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二的工藝日臻完善。特別值得一提的是，由長沙院承擔的核心工藝技術創新，如軟鉀鎂礬加工技術、粗氯化鉀加工技術等，均實現重大突破。
2008年11月，利用新研發的成套技術，在人跡罕至的羅布泊鹽湖腹地，單廠生產規模全球最大的120萬噸/年硫酸鉀廠建成，并一次性投料試車成功。2012年生產優等品硫酸鉀138萬噸，占世界硫酸鉀總產量的26%，國內市場占有率達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采井群，以及世界最大規模的硫酸鉀裝置。它成套的新技術體系不僅節省了淡水，還提高了鉀礦的品質和產量。國投羅鉀總經理李浩介紹說，同比美國大鹽湖，羅布泊項目的鉀回收率提高45%，節水59%。荒蕪的羅布泊，如今已變成比較繁榮的小鎮。中國技術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話語權。
油膜現形，渾海水清了
近幾年屢有海上石油事故，牽動人心，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，忙了一個星期，海面上仍然飄著零星小片的七彩油膜。
國家中長期科技發展規劃，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方向，但這也是公認的世界難題。
飛機飛到幾百米高去鳥瞰是一個辦法，但只能白天觀察，而且基于可見光的遙感，很難區分溢油的閃光，與海面正常反光以及水草的影子。
除可見光探測以外，還有一些途徑：油膜薄厚不同，吸收陽光后釋放的紅外線不同，因此可以對海面紅外攝像；油膜對紫外線的反射很高，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題。
科學家想出一個好點子：讓飛機攜帶激光器，向海面發射激光。油類物質含有多環芳香烴，它會吸收偏紫外線的激光，放出可見的熒光；別的物質沒有這個特性。而且熒光光譜不同，還可以識別出不同的油。
另一個新穎的工具是雷達。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。
大連海事大學的研究人員，把以上幾項技術結合在一起，各取其長處，研發出了“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發明獎二等獎。研究團隊成員李穎介紹說，這是國內外首個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，大連海事大學成果剛完成，就趕上了“7•16”事故。李穎說，當時由于下大雨，衛星遙感難以進行。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。接下來一個月，她們每天監測，確保油膜不會流入渤海和公海。
中國原油進口和成品油輸出絕大部分通過海運，石油化工迅猛發展，大大增加了中國海域的溢油風險。按照目前每年港口危險品船舶通過量，萬分之一的溢出危險，也會讓碧海藍天失色。李穎說，在這種形勢下，她們對自己的技術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，但這并非一項簡單的技術。
20世紀90年代以來，中國在打擊走私、反恐緝毒以及戰略裝備無損檢測等方面遇到一系列重大挑戰，清華大學輻射成像創新團隊也應運而生，致力于輻射成像檢測理論、方法和技術研究。他們由此榮獲本次國家科技進步獎創新團隊。
清華團隊攻克了若干項國際技術難題，包括高能量、低泄漏率、小型化電子直線加速器技術，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，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載移動式和組合移動式集裝箱檢查系統，一舉使我國在該領域處于國際技術領先地位。該項成果也獲得了2003年度國家科技進步獎一等獎。
而針對我國大型裝備無損檢測的需求，團隊在新型掃描方式、高能量大劑量小焦點加速器等關鍵技術上取得突破，解決了“在大型裝備中檢測微小缺陷”的核心問題，成功研制了大型裝備缺陷輻射檢測系統，獲得了2010年國家技術發明一等獎。
團隊成員王學武教授介紹說，從1995年開始，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瓶頸，也拿下多項“世界第一”：第一套加速器輻射源車載式集裝箱檢查系統、第一套組合移動式集裝箱檢查系統、第一套具備物質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、第一套整編列車檢查系統、第一臺X射線液體安全檢查系統。
輻照成像是一個交叉領域，需要加速器物理及應用、輻射探測、核電子學、成像方法、核系統控制、輻射防護等方向的綜合研究。清華大學團隊匯聚了不同方向的49名學者，多點突破，齊頭并進。如今，清華的技術已實現產業化，其產品出口到120多個國家和地區，實現銷售收入175億，樹立了中國高科技成套設備進入國際市場的典范。
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