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哪些科研課題最“熱”？日前，中國科學院科技戰略咨詢研究院、中國科學院文獻情報中心與科睿唯安聯合發布《2021研究前沿》，或許可以回答這個問題。

研究人員持續跟蹤2015-2020年間發表在被SCI收錄的學術期刊上、被引頻次居于前1%的科研論文，根據它們的同被引關系對進行聚類并歸入幾大聚合的學科中，每個學科領域選出10個熱點前沿課題和若干新興前沿課題。

農業科學、植物學和動物學領域Top10熱點前沿

1植物提取物作為抗氧化劑在肉制品中的應用

2茶樹基因組研究與品質性狀形成的分子機理

3植物泛基因組研究

4多功能食品智能包裝膜的研制

5非洲豬瘟的流行病學和病毒學研究及防控

6間歇性禁食對健康、衰老和疾病進程的影響

7早期陸地植物進化研究

8動植物堿基編輯器研究

9褪黑素處理對果實儲藏品質的影響及作用機理

10植物免疫受體NLR及其介導的抗病機制

農業科學、植物學和動物學領域居于前十的熱點前沿主要分布在食品科學與工程、植物基因組與編輯、動物傳染病、健康飲食、植物進化、植物抗病研究等6個子領域。其中，食品科學與工程子領域有3個熱點前沿，分別在研究肉制品加工中植物抗氧化劑的應用、多功能食品智能包裝膜、褪黑素在果實儲藏中的應用。植物基因組與編輯子領域也有3個熱點前沿，分別在研究茶樹基因組、植物泛基因組及動植物堿基編輯器。動物傳染病、健康飲食、植物進化、植物抗病子領域各有1個熱點前沿。與往年相比，2021年入選的Top10熱點前沿再次凸顯近年食品科學與工程子領域較受關注。此外，動物傳染病研究也在近兩年持續出現。2021年還首次出現了有關飲食方式的研究，即間歇性禁食對健康、衰老和疾病進程的影響。

生態與環境科學領域Top10熱點前沿

1空氣、水體、物體表面等環境中新型冠狀病毒的檢測與傳播

2新冠肺炎疫情期間的封鎖隔離措施對空氣質量的影響

3昆蟲衰退現狀、滅絕危機與驅動因素

4燃煤及工業煙氣中汞污染的消除

5微塑料在土壤中的暴露及對土壤生態系統的影響

6全氟和多氟烷基化合物的分布、暴露、毒理和污染控制技術

7低成本大氣顆粒物傳感器性能評估

8氣溶膠與大氣邊界層相互作用及其對空氣質量的影響

9全球空氣污染造成的死亡率和疾病負擔估計

10物種界定方法的改進

生態與環境科學領域的Top10熱點前沿主要分布在生態科學和環境科學兩個子領域，全球性的生態環境問題及新冠肺炎疫情相關的生態環境問題是主要關注點。

具體來看，環境科學子領域的熱點前沿主要涉及新冠肺炎疫情相關環境研究，空氣污染相關研究，及全氟化合物、汞、微塑料等全球性傳統和新污染物的環境特征、風險與控制研究。2020年新冠肺炎疫情在全球肆虐，該領域的兩個熱點前沿展現了新冠肺炎疫情與環境的相互影響，包括“空氣、水體、物體表面等環境中新型冠狀病毒的檢測與傳播”和“新冠肺炎疫情期間的封鎖隔離措施對空氣質量的影響”。空氣污染是2021年熱點前沿的焦點，相關前沿包括3個，分別是“低成本大氣顆粒物傳感器性能評估”“氣溶膠與大氣邊界層相互作用及其對空氣質量的影響”和“全球空氣污染造成的死亡率和疾病負擔估計”。其中，“氣溶膠與大氣邊界層相互作用及其對空氣質量的影響”相關研究曾入選2020年的熱點研究前沿。此外，“新冠肺炎疫情期間的封鎖隔離措施對空氣質量的影響”也同時是空氣污染相關的前沿。全球性污染物相關前沿包括“燃煤及工業煙氣中汞污染的消除”“微塑料在土壤中的暴露及對土壤生態系統的影響”和“全氟和多氟烷基化合物的分布、暴露、毒理和污染控制技術”，它們所涉及污染物均是在全球范圍內帶來重大、長期生態環境風險，受到全球關注的典型污染物，多年入選環境領域的熱點前沿。生態科學子領域的熱點前沿主要涉及生物多樣性和物種分類兩個方面，具體包括“昆蟲衰退現狀、滅絕危機與驅動因素”和“物種界定方法的改進”。

生物科學領域Top10熱點前沿

1新冠肺炎病原的鑒定、病毒全基因組序列分析和ACE2受體識別

2新型冠狀病毒刺突糖蛋白的結構、功能和抗原性

3腫瘤相關成纖維細胞對腫瘤免疫應答的影響

4卡介苗誘導的訓練免疫

5成年人類大腦海馬神經元再生研究

6脂蛋白(a)與心血管疾病風險以及RNA療法治療高脂血癥

7全基因組關聯研究確定抑郁癥相關基因座

8瑞德西韋抑制冠狀病毒的機制研究

9大腦星形膠質細胞異質性和功能多樣性

10基于圖像的深度學習自動診斷疾病研究

生物科學領域位居前十位的熱點前沿主要集中于新型冠狀病毒的致病機理研究、瑞德西韋抑制冠狀病毒的機制研究、卡介苗誘導的訓練免疫、腫瘤相關成纖維細胞對腫瘤免疫應答的影響、大腦海馬神經元再生和星狀膠質細胞功能多樣性、脂蛋白(a)與心血管疾病風險、抑郁癥相關基因座研究以及基于圖像的深度學習自動識別和診斷疾病等主題。

新型冠狀病毒致病機理相關研究迅速成為生物科學領域的熱點，通過對病原、關鍵靶點及受體的確定，為后續疫情防控和藥物及疫苗研究等奠定了工作基礎。

腦科學研究、腫瘤發生和治療研究、抑郁癥發病機制和藥物作用機制研究等是歷年生物科學領域研究前沿的核心議題。腦科學方面包括兩個熱點前沿“成年人類大腦海馬神經元再生研究”和“大腦星形膠質細胞異質性和功能多樣性”，其中“大腦星形膠質細胞異質性和功能多樣性”是2020年熱點前沿“星形膠質細胞與神經退行性疾病以及大腦衰老的關系”的發展和延續。此外，“腫瘤相關成纖維細胞在腫瘤免疫治療中作用”則與2020年的熱點前沿“基于MicroRNA的腫瘤治療”相關。“全基因組關聯研究確定抑郁癥相關的基因座”與2020年的“氯胺酮抗抑郁作用機制的研究”熱點前沿一樣都關注抑郁癥主題。

地球科學領域Top10熱點前沿

1基于多種地球系統模型的氣候敏感性評估

2基于數字高程模型的高亞洲冰川質量變化研究

3華北克拉通金礦床時空演化與構造環境研究

4基于多個衛星數據的全球火災排放評估

5南極洲和格陵蘭島冰量損失對海平面變化的影響

6基于日光誘導葉綠素熒光衛星數據的植被總初級生產量評估

7太古代大陸地殼演化與板塊構造研究

8煤中稀土元素地球化學研究

9全球降水數據集的研制與評估

10衛星土壤濕度數據產品評估與驗證

地球科學領域Top10熱點前沿4個屬于地理學相關研究，3個屬于地質學，3個屬于大氣科學研究。從研究主題上看，地球科學領域Top10熱點前沿更加聚焦全球氣候變化。其中，利用地球系統模型開展的氣候敏感性評估和全球氣候變化研究等主題自2015年起已4次入選《研究前沿》報告，展現出地學界對人類活動與氣候變化研究的持續關注。從研究方法上看，利用天基探測平臺開展地球科學研究的特點更加突出，再次印證了遙感和信息技術進步對地球科學發展的巨大推動作用，例如：基于數字高程模型的高亞洲冰川質量變化研究，基于多個衛星數據的全球火災排放評估，基于日光誘導葉綠素熒光衛星數據的植被總初級生產量評估，全球降水數據集的研制與評估，衛星土壤濕度數據產品評估與驗證等。

天文學與天體物理學領域Top10熱點前沿

1快速射電暴的觀測和理論研究

2原初黑洞觀測及其與暗物質的關系

3基于GW170817事件觀測約束中子星性質

4雙黑洞系統及并合機制

5“蓋亞”（Gaia）測繪最精確銀河系三維地圖

6對雙中子星并合引力波事件GW170817的多信使觀測

7標量—張量引力修正理論及引力波事件的影響

8基于“開普勒”（Kepler）觀測數據搜尋系外行星

9原行星盤觀測揭示行星系統形成機制

10宇宙再電離時期恒星形成的觀測研究

天文學與天體物理學領域居于前十位的熱點前沿涉及引力波、快速射電暴、黑洞與暗物質關系、中子星性質、銀河系地圖、系外行星搜尋、恒星及行星系統形成等研究主題。總體來看，引力波的觀測發現及其引發的相關研究在天文學與天體物理學領域產生了深遠影響，眾多熱點前沿與此相關，如黑洞和中子星等致密天體性質研究、引力理論研究等。此外，近年來備受關注且神秘的快速射電暴事件的觀測和理論研究再次上榜。大型科學任務平臺繼續發揮極高的影響力，“蓋亞”（Gaia）、“開普勒”（Kepler）等任務的階段性和集中產出榜上有名。黑洞、暗物質、恒星及行星系統形成等“一黑兩暗三起源”相關的研究主題依舊表現突出。

化學與材料科學領域Top10熱點前沿

1電磁波吸收材料

2二氧化硫插入策略合成磺酰類功能分子

3非共價相互作用（鹵鍵、硫鍵等）

4無鉛儲能陶瓷

5氮雜環卡賓催化

6基于水凝膠的應變傳感器

7鈣鈦礦鐵電材料

8化學動力學療法

9光電化學生物傳感器

10不對稱合成軸手性化合物

2021年化學與材料科學領域Top10熱點前沿主要分布在有機合成、先進材料、生物化學等方面。與2013-2020年相比，2021年Top10熱點前沿中超過半數的前沿屬于首次入選，即使曾經出現過的研究主題在今年其研究方向也發生了遷移。在有機合成方面，氮雜環卡賓催化去年曾入選Top10熱點前沿，2021年突出了光和氮雜環卡賓的協同催化；二氧化硫插入策略合成磺酰類功能分子、非共價相互作用（鹵鍵、硫鍵等）及不對稱合成軸手性化合物三個研究方向均是首次出現。先進材料方面，鈣鈦礦材料的研究一直是近年來的熱點，2013-2020年主要研究其作為電池材料和光學晶體材料在太陽能電池和光電探測器領域的應用，2021年重點關注了其鐵電性質；基于水凝膠的應變傳感器曾是2020年的熱點前沿，2021年在其抗干燥、熱穩定性及機械穩定性等性能提升方面做了較多研究；電磁波吸收材料曾是2016年的新興前沿，重點關注了具有殼核結構的電磁波材料，2021年重點關注了具有棒狀、花狀及層狀結構復合物對電磁波的吸收性能；無鉛儲能陶瓷曾是2020年的熱點前沿，重點研究了無鉛鈣鈦礦鐵電儲能陶瓷材料，2021年重點關注了無鉛弛豫鐵電儲能陶瓷材料。生物化學方面，化學動力學療法和光電化學生物傳感器均是首次入選研究前沿。

信息科學領域Top10熱點前沿

1深度學習方法在6G通信技術中的應用研究

2用于點對點能源交易的區塊鏈技術研究

3用于通路數據庫的數據整合、分析、內存優化以及可視化研究

4用于植物分類和病害檢測的深度神經網絡

5用于心電圖分類和心律失常自動診斷的卷積神經網絡研究

6使用傳感器和深度學習的人類活動識別系統研究

7面向視頻動作識別的深度神經網絡研究

8基于卷積神經網絡等深度學習方法進行多模態情感分析研究

9利用深度學習方法進行電子健康檔案數據挖掘研究

10基于無人機的無線通信技術

信息科學領域居于前十位的熱點前沿主要集中于面向6G通信、植物分類和病害檢測、心電圖分類和心律失常自動診斷、人類活動識別、視頻動作識別、多模態情感分析、電子健康檔案數據挖掘等領域的深度學習方法研究，以及區塊鏈技術、通路數據庫、無人機輔助通信技術等方向，與深度學習相關的主題占據了今年Top10熱點前沿的大部分主題。“基于無人機的無線通信技術”是2020年熱點前沿“無人機無線通信網絡、傳輸保密和軌跡優化研究”的延續和擴展，其他前沿主題均為首次入選。

數學領域Top10熱點前沿

1雙相各向異性變分問題

2光孤子傳輸特性的解析研究

3基于深度卷積神經網絡的醫學圖像分析算法

4分裂公共不動點問題的迭代算法

5用于優化機器人操作的動態神經網絡算法

6高維非線性偏微分方程的求解方法

7非線性時間序列的復雜網絡分析

8多層貝葉斯建模方法及其在數學心理學中的應用

9分數階反應擴散方程的數值解法

10有限差分格式的能量穩定性研究

數學領域居于前十位的熱點前沿主要集中于雙相各向異性變分問題、光孤子傳輸特性的解析研究、基于深度卷積神經網絡的醫學圖像分析算法、分裂公共不動點問題的迭代算法、用于優化機器人操作的動態神經網絡算法、高維非線性偏微分方程的求解方法、非線性時間序列的復雜網絡分析、多層貝葉斯建模、分數階反應擴散方程的數值解法、有限差分格式的能量穩定性研究等領域。

與2013-2020年相比，2021年Top10熱點前沿既有延續又有發展。偏微分方程性質及求解研究以及非線性系統方向的多個熱點前沿連續多年入選該領域的熱點前沿或新興前沿。統計學領域的非線性時間序列的復雜網絡分析首次入選。

物理學領域Top10熱點前沿

1轉角雙層石墨烯的特性研究

2非厄米系統的拓撲態研究

3黑洞信息佯謬與糾纏熵研究

4量子多體疤痕與多體動力學

5味對稱性與輕子質量的研究

6高階拓撲絕緣體和高階拓撲超導體

7反鐵磁自旋電子學

8基于Ga2O3的日盲紫外光電探測器

9二維范德華磁性材料的特性研究

10高壓下富氫化合物的高溫超導電性研究

物理領域居于前十位的熱點前沿主要集中于凝聚態物理、高能物理、理論物理和光學。凝聚態物理方面的熱點前沿有6個，轉角雙層石墨烯、非厄米系統的拓撲態、高階拓撲絕緣體和高階拓撲超導體、二維范德瓦爾斯磁性材料依然是今年的研究前沿，反鐵磁自旋電子學、高壓下富氫化合物的高溫超導電性成了新的熱點前沿。高能物理方面聚焦在味對稱性與輕子質量的研究。理論物理方面，黑洞信息佯謬與糾纏熵研究以及量子多體疤痕與多體動力學備受關注。光學方面，基于Ga2O3的日盲紫外光電探測器成了熱點前沿。

來源：《光明日報》